化工防爆電氣設(shè)備選型和系統(tǒng)安全分析

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摘要：本文對化工防爆電氣設(shè)備選型背景、選型依據(jù)、選型注意事項進行了討論，并對系統(tǒng)安全現(xiàn)狀及功能安全評價技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)安全分析進行了闡述。

關(guān)鍵詞：化工防爆電氣設(shè)備；選型；系統(tǒng)安全

引言

在化工品生產(chǎn)、運輸、貯存和使用過程中，其中的易燃易爆物質(zhì)是非常危險的。易燃易爆的氣體、粉塵等泄漏并積聚于周圍環(huán)境中，遇到適當?shù)臈l件就可能發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故。這個條件就是可燃性物質(zhì)、助燃物質(zhì)、引燃源三個因素，并且缺一不可[1]。可燃性物質(zhì)種類有數(shù)千種，釋放源多不勝數(shù)，所以特定環(huán)境下（指含易燃易爆化工品生產(chǎn)、運輸、貯存和使用等環(huán)境）這個因素不易排除。助燃物質(zhì)是指空氣、氧氣等具有氧化性的物質(zhì)，我們周圍充滿了空氣，所以這個因素也無法排除。引燃源是火花、高溫、電弧等因素，這是我們可以控制的因素，就是采用防爆電氣設(shè)備來對它們進行限制。防爆電氣設(shè)備的設(shè)計、材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、采購、安裝、使用和維護等每個環(huán)節(jié)都對電氣防爆的安全產(chǎn)生重大影響。市場經(jīng)濟環(huán)境下，選型不當、采購了低劣防爆電氣產(chǎn)品、安裝施工與維護防爆電氣設(shè)備不規(guī)范，都可能造成整個電氣防爆系統(tǒng)失效，從而埋下火災(zāi)、爆炸事故的隱患。因此，必須對每個相關(guān)環(huán)節(jié)嚴格控制，以預(yù)防電氣爆炸事故的發(fā)生。本文對化工防爆電氣設(shè)備的選型與系統(tǒng)安全進行了分析和探討。

1 化工防爆電氣設(shè)備的選型

1.1 選型依據(jù)

依據(jù)《爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求》（GB 3836.1-2010）第4章規(guī)定，爆炸性環(huán)境電氣設(shè)備分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類，Ⅰ類為煤礦瓦斯氣體環(huán)境，Ⅱ類為除煤礦瓦斯氣體之外的其他爆炸性氣體環(huán)境，Ⅲ類為除煤礦以外的爆炸性粉塵環(huán)境，所以化工防爆電氣設(shè)備只能由Ⅱ、Ⅲ類中選擇。

按照《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》（GB 50058-2014）第5.2.1的規(guī)定，爆炸性環(huán)境電氣設(shè)備的選擇依據(jù)爆炸危險區(qū)域的分區(qū)、可燃性物質(zhì)與可燃性粉塵的分級、可燃性物質(zhì)的引燃溫度、可燃性粉塵云與可燃性粉塵層的最低引燃溫度四個因素。再根據(jù)《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第14部分：危險場所分類》（GB-3836.14-2000）第2.4規(guī)定，爆炸性氣體環(huán)境分為0區(qū)（zone 0）、1區(qū)（zone 1）、2區(qū)（zone 2）；以及《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設(shè)備 第3部分：存在或可能存在可燃性粉塵的場所分類》（GB 12476.3-2007）第6.2規(guī)定，爆炸性粉塵環(huán)境分為20區(qū)（zone 20）、21區(qū)（zone 21）、22區(qū)（zone 22）。《爆炸性環(huán)境 第12部分：氣體或蒸氣混合物按照其最大試驗安全間隙和最小點燃電流的分級》（GB 3836.12-2008）附錄A將單一氣體和蒸汽分級為ⅡA、ⅡB和ⅡC三級，爆炸性氣體混合物的分級方法按GB 3836.12-2008第4.1規(guī)定的最大試驗安全間隙（MESG）或最小點燃電流比（MICR）分為ⅡA、ⅡB和ⅡC三級；按GB 3836.1-2010第4.3規(guī)定，可燃性粉塵分為ⅢA（可燃性飛絮）、ⅢB（非導電粉塵）、ⅢC（導電性粉塵）三級。按GB 50058-2014第3.4.2規(guī)定，爆炸性氣體混合物按引燃溫度分為T1～T6六個組別，附錄C給出了各種可燃性氣體或蒸汽的引燃溫度；附錄E給出了可燃性粉塵層、粉塵云的引燃溫度。

1.2 防爆電氣設(shè)備選型注意事項

根據(jù)上述選型依據(jù)，防爆電氣設(shè)備選型也就是確定防爆標志，即符號Ex、防爆型式、設(shè)備類別、溫度組別和保護組別幾項重要參數(shù)。

為了防止電氣設(shè)備引起周圍爆炸性氣體、蒸汽、粉塵點燃必須采取特定的防爆型式，按GB 3836.1-2010等規(guī)定，防爆型式有隔爆型（d）、增安型（e）、本安型（i）、正壓外殼型（p）、油浸型（o）、充砂型（q）、無火花型（n）、澆封型（m）。根據(jù)爆炸性環(huán)境狀況，防爆型式與危險區(qū)域、保護級別有對應(yīng)的關(guān)系，例如zone 0應(yīng)采用的防爆型式是ia、ma，保護級別是Ga；zone 1應(yīng)采用的防爆型式是ib、mb、d、px、py、q、o、e，防護級別是Gb；zone 2應(yīng)采用的防爆型式是n、ic、pz，防護級別是Gc。從防護等級上看，zone 0> zone 1> zone 2，所以zone 0的設(shè)備可以用于zone 1和zone 2，zone 1的設(shè)備可以用于zone 2，但絕不能反過來用。

電氣設(shè)備的最高表面溫度不允許超過氣體、蒸汽、粉塵的引燃溫度。引燃溫度T1> T2> T3> T4> T5> T6，所以T6組別設(shè)備可以用于引燃溫度T5～T1環(huán)境，以此類推T5組別設(shè)備可以用于引燃溫度T4～T1環(huán)境，反過來用是不允許的。

在對防爆電氣設(shè)備選型時還應(yīng)注意環(huán)境因素，如霉菌、濕熱、機械振動、化學腐蝕等，當相關(guān)設(shè)備配置無法滿足現(xiàn)場防爆要求時必須加強通風措施[2]。

2 化工防爆電氣設(shè)備系統(tǒng)安全分析

2.1化工防爆電氣設(shè)備系統(tǒng)安全現(xiàn)狀

根據(jù)國內(nèi)危險場所防爆電氣事故統(tǒng)計分析，大多數(shù)事故都是因為設(shè)計原因造成的，主要問題是盡管重視關(guān)鍵設(shè)備的可靠性，但系統(tǒng)安全中仍然存在缺陷。為此應(yīng)采用系統(tǒng)安全評價方法，通過更加全面的分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)安全中的問題，以減少安全風險。

2.2功能安全評價技術(shù)及應(yīng)用

系統(tǒng)安全評價的實質(zhì)是識別和分析危險并有效控制，而功能安全評價技術(shù)是系統(tǒng)安全評價的延伸，它以相關(guān)國際標準為依據(jù)，站在第三方立場上對安全控制系統(tǒng)的功能安全進行審核，并判斷其安全完整性是否合格。功能安全是指輸入某個系統(tǒng)或設(shè)備使其產(chǎn)生正常響應(yīng)而得到全面安全性的部分，而要實現(xiàn)功能安全評價則需經(jīng)過調(diào)查并以獲得的證據(jù)來判斷相關(guān)安全系統(tǒng)是否滿足功能安全要求[3]。安全完整性等級分為1～4級，1級最低，4級最高。運用功能安全評價技術(shù)，一是要分析安全功能的完整性；二是分析安全功能的失效模式并計算失效概率，通過引入可靠性數(shù)據(jù)取得可接受的風險范圍。評估安全生命周期和防護層是功能安全評價技術(shù)的兩個重要思路，而其基本方法包括共同原因失效分析、可靠性方框圖分析、危險與可操作性研究、FMEA（用于識別系統(tǒng)失效模式）與FTA（完整分析形成原因）。下面以某木器漆廠甲類車間為例說明功能安全評價技術(shù)應(yīng)用。

該車間主要原料有甲苯、二甲苯等易燃易爆物質(zhì)，主要設(shè)備攪拌機、反應(yīng)釜進出料都采用遠程自動化操作，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)4個問題。如主配電箱內(nèi)PEN線沒有分開，照明燈具N線與其他設(shè)備PE線都連到一根線上，通過可靠性框圖可以分析接地保護功能的可靠性，并得出五線設(shè)計可以減少觸電、提高可靠性的結(jié)論。再如該車間接地網(wǎng)電阻達到100Ω，遠超標準規(guī)定的4Ω，同時防爆電機接線盒接合面存在銹蝕現(xiàn)象，通過運用共同原因失效分析方法及FTA法來分析，可以找出接地電阻不合格以及接觸面腐蝕不符合要求的各種原因，包括設(shè)計、施工和環(huán)境方面的各種原因，從而在建設(shè)項目安全生命周期內(nèi)采取有效措施，消除系統(tǒng)或設(shè)備中隱藏的風險。

3 結(jié)語

防爆電氣設(shè)備選型及系統(tǒng)安全評價是化工行業(yè)安全生產(chǎn)的重要保證，這要求在所有相關(guān)環(huán)節(jié)中，必須綜合考慮各方面的因素，從產(chǎn)品安全生命的全周期出發(fā)，注重其可靠性、安全性與使用的連續(xù)性，以充分保障人員生命財產(chǎn)安全，促進社會和諧發(fā)展。

參考文獻：

[1] 張玉大，王方利.防爆電氣設(shè)備的安全運行[J].防爆電機，2014，49（2）：26-29.

[2] 劉磊.化工設(shè)計中防爆電氣設(shè)備選型及危險區(qū)域劃分[J].山西化工，2014（3）：71-73.

[3] 張志春.功能安全評估技術(shù)在防爆電氣系統(tǒng)中的使用設(shè)想[J].電氣防爆，2013（1）：32-37.