淺談爆炸性氣體環境電氣設計

李然 趙佳音

摘 要 航天制造業存在較多易燃易爆的危險環境，其生產工藝及控制要求較復雜，對電氣設計要求較高。本文圍繞爆炸性氣體環境爆炸產生時應具備的三個條件，分析爆炸危險場所在設計時采取的電氣防護措施。首先要認真劃分好防爆區域，盡量把變電所、配電室置于安全的非防爆區；其次正確選擇爆炸危險場所用的電氣設備，做好電氣線路敷設及防雷防靜電的接地工作，并加強監控、管理工作，從而實現安全生產。

關鍵詞 防爆區域劃分；電氣設備；線路敷設；防雷防靜電設計

概述

航天制造業存在較多易燃易爆的危險環境，其生產工藝及控制要求較復雜，對電氣設計要求較高。從事電氣設計人員應嚴格遵循相應的設計規范和標準，滿足不同環境下的安全生產要求。

爆炸性危險環境分為爆炸性氣體環境和爆炸性粉塵環境。對于生產、加工、處理、轉運或貯存過程中出現或可能出現下列爆炸性氣體混合物環境之一時，應進行爆炸性氣體環境的電力設計：

1、在大氣條件下、易燃氣體、易燃液體的蒸汽或薄霧等易燃物質與空氣混合形成爆炸性氣體混合物；

2、閃點低于或等于環境溫度的可燃液體的蒸汽或薄霧與空氣混合物形成爆炸性氣體混合物；

3、在物料操作溫度高于可燃液體閃點的情況下，可燃液體有可能泄露時，其蒸氣與空氣混合形成爆炸性氣體混合物

對于生產、加工、處理、轉運或貯存過程中出現或可能出現下列爆炸性粉塵、可燃性導電粉塵、可燃性非導電粉塵和可燃纖維與空氣形成的爆炸性粉塵混合物環境時，應進行爆炸性粉塵環境的電力設計。

本文主要結合航天某所輔料庫設計簡要分析爆炸性氣體危險環境的電氣設計過程。

2 防爆區域劃分

氣體爆炸危險場所產生爆炸時應同時具備三個條件，即：⑴存在爆炸危險介質（易燃氣體、易燃液體的蒸氣或薄霧等）；⑵該介質的濃度達到了爆炸范圍；⑶存在引爆條件，即存在足以點燃爆炸性混合物的火花等。防止爆炸的基本措施就是使爆炸的三個條件不得同時出現，并嚴格控制在安全的范圍。

工藝設計人員在設計時應結合具體工藝流程及要求對廠房進行合理的功能劃分。在劃分防爆區域和非防爆區域時，各專業要相互配合，在防止或抑制爆炸危險方面采取有效措施。對于電氣專業防止爆炸危險發生的最有效的防護措施之一就是盡量使電氣設備置于不具有爆炸危險的場所。在航天某所輔料庫設計中配電室如何置于安全的非防爆區域為設計初期考慮的關鍵問題。

航天某所輔料庫在設計初期，由工藝專業設計人員按照《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB 50058-2014明確爆炸性氣體危險環境等級，具體劃分如下：

0區：存在長期釋放或短時頻繁釋放的釋放源的區域

1區：存在正常運行時周期或偶爾釋放的釋放源的區域

2區：存在在正常運行下不會釋放，即使釋放也僅是偶爾短時釋放的釋放源的區域

按照爆炸性氣體釋放情況，工藝專業設計人員確定航天某所輔料庫爆炸性氣體危險環境為2區，主要氣體為氫氣、乙炔等。

該輔料庫設置配電室，為了將配電室置于安全的非防爆區域，房間功能劃分主要從以下幾個方面進行考慮：

航天某所輔料庫中有固體庫房房間，固體庫房內無易燃易爆物質、無腐蝕性物質，把固體庫房（無易燃易爆物質）放在配電間和易燃易爆房間之間，利用固體庫房起隔離作用，從而降低防爆等級，使配電室位于非防爆區域；

該輔料庫內的爆炸性氣體危險區域為2區。根據《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB 50058-2014中附錄B第13條無釋放源的生產裝置區與通風不良的且有第二級釋放源的爆炸性氣體環境相鄰，并用非燃燒體的實體墻隔開，其爆炸危險區域的范圍劃分，宜符合下列規定

當易燃物質重于空氣時，以釋放源為中心，半徑為15m的范圍內劃分為2區；

當易燃物質輕于空氣時，以釋放源為中心，半徑為4.5m的范圍內劃分為2區

根據工藝條件可知該輔料庫中氫氣、乙炔輕于空氣；乙醇、汽油、煤油和柴油揮發的氣體重于空氣，通過合理劃分將配電室置于非防爆區域，且配電室的門向外開啟。具體房間功能劃分見下圖示意

將變電所、配電室置于非防爆區域不僅有利于電氣設備的選型、節約投資，而且有利于安全生產。

3 防爆區域電氣設備選型

氣體爆炸危險區域所用的防爆電氣設備，在運行過程中應具備不引燃周圍爆炸性混合物的性質。滿足上述要求的電氣設備可制成隔爆型、增安型、本質安全型、正壓型等類型。防爆場所選用的電氣設備要根據爆炸危險環境等級及易燃易爆物的級別和組別，采用相應類型或高于相應級別和組別的電氣設備，且必須符合國家有關規范、標準，經國家檢驗部門檢驗合格的產品。

航天某所輔料庫內的爆炸危險區域為2區，為了保證輔料庫安全，按照易燃易爆物質的級別和組別，在易燃易爆區域僅設置相應的隔爆燈具、隔爆開關以及隔爆按鈕等，不設置任何能產生明火花的配電箱、插座等。

按照爆炸性氣體混合物引燃溫度分組，輔料庫中的氫氣、乙炔、乙醇、汽油、煤油和柴油引燃溫度分組具體如下

4 防爆區域線路敷設

爆炸危險場所的動力、照明線路采用銅芯電纜，且電氣線路應在爆炸危險性較小的環境或遠離釋放源的地方敷設。當易燃物比空氣重時，電氣線路應在較高處敷設或直接埋地；架空敷設時宜采用電纜橋架；電纜溝敷設時溝內應充砂，并宜設置排水措施；當易燃物比空氣輕時，電氣線路宜在較低處敷設或電纜溝敷設。電氣線路宜在有爆炸危險的建、構筑物的墻外敷設。敷設電氣線路的溝道、電纜或鋼管所穿過的不同區域之間墻或樓板處的孔洞，應采用非燃性材料嚴密堵塞。

5 防雷防靜電設計

防雷防靜電接地對于爆炸危險場所的安全生產十分重要。

依據《建筑物防雷設計規范》的規定，根據建筑物的重要性、生產性質、發生雷電事故的可能性和后果分析，航天某所輔料庫按二類防雷建筑物進行防雷設計。

建筑物采取防直擊雷和雷電波侵入的措施：

⑴沿建筑物屋頂女兒墻敷設φ10熱浸鋅圓鋼，并在屋面采用25×4的熱浸鋅扁鋼組成不大于10m×10m或 12m×8m 的網格；

⑵設置接閃帶與接閃網混合組成接閃器，將本建筑物所有突出屋面的排放爆炸危險性氣體、蒸汽的放散管、呼吸閥、排風管等的管口外的危險區域置于接閃器的保護范圍內。

⑶所有突出屋面的排放無爆炸危險性氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管等均與屋面防雷裝置相連。

⑷利用結構柱內截面積總和不小于1根直徑10mm鋼筋的截面積的主筋（鋼結構柱）作防雷引下線并與基礎接地相連，引下線之間距離不大于18m。

⑸利用建筑物基礎內的鋼筋作為接地裝置，外部防雷、防閃電感應、內部防雷的接地裝置與電氣和電子系統的接地裝置共用，共同利用建筑物基礎內的鋼筋作為接地裝置；

⑹建筑構件內連接箍筋及鋼筋之間必須連接成電氣通路。

⑺建筑物內的設備、管道、構架電纜金屬外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬物和突出屋面的放散管、風管等金屬物均應就進與防雷裝置或共用接地裝置連接。

⑻防閃電感應的接地干線與接地裝置的連接不少于2處；

⑼外墻內、外豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和底端應與防雷裝置等電位聯結。

航天某所輔料庫低壓系統工作接地、低壓線路保護接地、防雷接地、防靜電接地等共用一個接地裝置，接地電阻不大于1Ω。采用TN-C-S接地系統。

爆炸危險區域內沿墻明敷接地扁鋼，除按要求實施等電位聯結以外，所有進入該區域的設備金屬外殼均須與接地扁鋼可靠連接。

6 防爆區域監控、管理工作

為了方便管理人員實時對防爆區域爆炸性氣體釋放情況進行監控和管理，降低爆炸性危險環境事故發生率，應在爆炸性氣體危險環境設置可燃氣體探測器和事故排風機，當可燃氣體濃度達到爆炸下限的25%時，可燃氣體探測器發出報警信號，連鎖啟動相應的事故排風機。并將報警信號上傳至火災報警控制器。

另外應在爆炸性氣體環境的房間外設置聲光報警器，火災自動報警系統接收到可燃氣體探測器發出報警信號時，可顯示報警部位并發出聲光報警。及早疏散工作人員，采取保護措施，從而減少爆炸危險出現時對人員的傷害，做到防患于未然。

7 小結

以上是在結合航天某所輔料庫項目的基礎上對氣體爆炸危險環境電氣設計的幾點認識。在實際設計過程中，還需要工藝、建筑、通風等多個專業之間的溝通、協調和配合。

對于爆炸性氣體危險場所的設計，電氣設計人員先要明確其工藝要求，及時和工藝、建筑設計人員溝通，按照規范要求進行防爆電氣設計，并對暖通專業設計人員提出相關要求，在易燃易爆區域設置可燃氣體探測器，實現防爆場所內通風設備與濃度報警器連鎖，盡量降低危險環境等級。