海上平臺防爆電氣設備的選型與安裝

(中海油天津化工研究設計院有限公司， 天津 300131)

0 引言

石油作為基礎戰略物資受到各國的高度重視，隨著陸上石油逐漸短缺，海上油氣的開采變得至關重要[1]。海洋有著豐富的油氣資源，由于科技的進步以及勘探技術的不斷提高，海洋石油產量在我國原油產量的比重逐年提高。海上石油開采不同于陸上采油，首先，開采成本高，一旦發生爆炸危險，會導致重大的經濟損失；其次，距離陸地較遠，發生事故后，很難組織及時有效的救援[2]。因此保證海上平臺安全穩定的生產運行是至關重要的。

危險化學品作業場所防爆電氣設備安全是保證海洋平臺安穩運營的重要組成部分。國家安全生產監督管理總局在《危險化學品建設項目安全設施目錄》中明確將防爆電氣設備、裝備和采取的安全措施列為預防事故安全設施[3]。《中華人民共和國安全生產法》第三十四條規定：生產經營單位使用的危險物品的容器、運輸工具，以及涉及人身安全、危險性較大的海洋石油開采特種設備和礦山井下特種設備，必須按照國家有關規定，由專業生產單位生產，并經具有專業資質的檢測、檢驗機構檢測、檢驗合格，取得安全使用證或者安全標志，方可投入使用。這充分表明國家對電氣防爆安全是極其重視的。對于生產經營者來說，爆炸危險區域內的防爆電氣設備的合理選用與正確安裝是保證平臺安全生產運行的基本條件。

1 危險區域劃分

防爆電氣的選型要依據有資質的設計院設計的危險區域劃分圖(HAZARDOUS AREA)。要想經濟合理的選用防爆電氣設備，就必須了解爆炸性氣體環境危險區域的劃分依據。IEC(國際電工委員會)、NEC(美國電氣規范)和國家標準(GB 3836.14—2000、GB 50058—2014)對爆炸性氣體環境危險區域的劃分、范圍和爆炸性氣體混合物的分級分組都做出了詳細的說明。我國采用標準等同于IEC標準，而NEC規范與IEC標準有一定的區別，因此精確了解海洋石油平臺的危險區域劃分是十分重要的。IEC標準指出，依照爆炸性氣體的存在情況(出現頻率和持續時間)，可將危險區域劃分為0區、1區、2區[4]。根據海上石油平臺的特殊狀況，國內在新建立平臺時常常最先依照以美國為代表的北美體系標準(NEC500)對危險區域進行劃分為DIVISION1、DIVISION2，分別對應著IEC的0區、1區和2區，氣體類別劃分為GROUP A、B、C和D。NEC500系列標準和IEC系列標準關于爆炸性氣體環境標準的差異見表1。

表1 NEC500系列標準和和IEC系列標準差異

石化行業(石油、海洋石油、石油化工、化學工業)中危險化學品作業場所存在的的易燃易爆氣體/蒸汽類型繁雜(世界上現有定性的4000余種左右，其中定量的有1900余種)[5]。海上平臺存在的危險化學品主要包括:天然氣(主要成分甲烷)等。值得注意的是海上平臺的電池間劃分為GROUPB級別氣體，對應的IEC標準的是ⅡC氫氣，在選型時要特別注意下，ⅡB類、ⅡA類設備都不可以在電池間內使用。

2 防爆電氣設備選型

2.1 防爆電氣設備基本概念

防爆電氣設備是指：在爆炸危險場所安全運行的所有帶電設備[6]。防爆電氣設備的分類：I類：煤礦用防爆電氣設備；Ⅱ類：除煤礦用以外的電氣設備(包括海上平臺)；Ⅲ類：粉塵環境，用“DIP”表示。由于防爆電氣設備種類的繁多，電氣設備的防爆型式也有許多種，下面主要列出海上平臺常見的防爆的型式和所執行的國家標準[6-10]見表2。

表2 防爆型式和對應執行的國家標準

其中GB 3836.1—2010《爆炸性氣體環境用電氣設備第1部分：通用要求》[6]規定的是各種防爆結構類型電氣設備所共同需要遵守的技術指標。這些技術條款約束著它們共性的潛在危險。這個標準的內容除非被其它專業標準修改或補充。

2.2 防爆電氣設備選型問題

海上平臺發生的爆炸和火災事故大部分是由電氣設備的選型、安裝或使用不符合標準要求造成的，在進行采購防爆電氣設備時首先要確定使用場所的危險區域類別，判斷是Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類場所[11]，海上平臺通常是Ⅱ類爆炸環境，在檢查時通常會發現Ⅰ類防爆電氣設備使用在海上平臺，不符合標準要求，如圖1所示，Ⅱ類爆炸性環境選用Ⅰ類防爆電話。

圖1 某海上平臺防爆電話機

由于采購人員的專業技術能力有限，往往是采購到非防爆電氣設備或者是假的防爆電氣設備，如圖2、圖3所示。因此在采購時首先注意設備銘牌是否具有防爆標志和防爆合格證編號，可在發證機構的網站上查詢防爆合格證是否有效。

圖3 防爆合格證號

上文提到過的ⅡC級環境中使用ⅡB類設備，也是常見問題，在海上平臺的電池間應該特別注意如圖4所示。

圖4 ⅡB類船用防爆燈使用在ⅡC環境中

在進行防爆設備選型時還要注意的防爆合格證有效期為5年，通常是發證的年份加上5小于產品生產日期即可，若防爆設備防爆合格證失去效力，應按規定重新取證。

3 防爆電氣設備安裝

防爆電氣設備需依照不同防爆原理特征和有關安裝標準準確安裝。因此在海上平臺建造初期，危險區域內防爆電氣設備應嚴格按照GB 3836.15—2000《爆炸性環境用防爆電氣設備第15部分-危險場所電氣安裝(煤礦除外)》[12]標準進行安裝。由于海上平臺作業環境有限，一旦建成再去整改，會影響平臺正常的生產運行，還會消耗巨大的人力、物力和財力。下面介紹現場檢查時常遇到不符合標準要求的安裝誤區。

(1)引入口處無密封圈，安裝時用填料封堵

某些施工作業人員為圖方便，在電纜穿過設備引入口后，常把防爆電氣設備引入口處的密封圈直接丟棄，改用阻火膠泥來堵塞如圖5所示，并以為可以阻止外部爆炸性氣體進入設備內部從而起到防爆的作用。其實不然，首先隔爆型電氣設備引入口處密封圈有兩個作用，一是夾緊電纜，防止電纜拔脫；二是實現引入口處致密封堵，防止內部產生爆炸產生的火焰向外界擴散。通常阻火膠泥為軟膠泥，不能起到隔離密封的作用，因此不能當作密封填料來使用。正確的安裝方法為：補齊對應的密封圈、墊圈，密封圈的內徑與電纜外護套外徑的配套符合要求(建議允許差值為±1mm)。重新接線，電纜護套穿入壓緊元件、墊圈、密封圈后，旋緊壓緊元件，彈性密封圈壓緊后，應該可以將電纜沿圓周均勻地被擠緊。

圖5 引入口處無密封圈

(2)引入口與鋼管直接相連，沒有過度壓緊元件

在海上平臺進行防爆電氣設備現場檢查時，通常會發現壓縮機組、撬裝和二氧化碳滅火系統采用鋼管布線系統，針對這種布線系統，引入口穿一根電纜時，引入口處應加一個過度壓緊元件再連接鋼管，連接有困難處可以增加活接頭；內穿多根到導線或電纜時，需在點燃源外殼的450mm范圍內安裝設置隔離密封盒[13]。

GB 50058—2014要求鋼管與設備引入口連接，有效嚙合不小于5扣，而施工人員現場通過套絲機制作出來的鋼管外螺紋多為錐形，并與設備引入口直接連接，不能符合與設備引入口內螺紋有效嚙合扣數的要求，只要隔爆型防爆電氣設備內部產生火花，并點燃可能通過隔爆接合面進入設備內部的爆炸性氣體，造成設備內部發生爆炸，未壓緊的橡膠密封圈可能承受不了爆炸時產生的壓力，導致爆炸時產生的火焰進入到設備外部，因而引起更大范圍的爆炸產生，后果將不堪設想。所以在鋼管布線系統中，應該在鋼管與設備引入口中間加裝防爆過渡壓緊元件，達到壓緊密封圈的效果。

圖6 引入口與鋼管直接連接

(3)外殼上存在改裝的電纜引入口

在安裝施工過程中，最常見的就是：由于進線引入口不夠，擅自在隔爆控制箱外殼上自行開孔進線，如圖7所示某平臺振動篩房內隔爆型電氣控制箱，私自在外殼上開孔進線。施工人員誤認為增加引入口不會影響設備整體防爆安全，然而事實上，在設備外殼開孔，孔處達不到隔爆螺紋要求，一旦內部發生爆炸，火焰會沿著開孔處向外傳播。

防爆電氣設備改動后需將改動的圖紙和相關說明交到原檢驗單位備案，重新審查和檢驗合格后，方能再次進行使用。

圖7 設備外殼上存在改裝的電纜引入口

對于海上平臺來說，防爆電氣設備安裝不當，會導致巨大的安全隱患，而且非常容易引起使用者的麻痹意識。安裝問題通常是安裝人員造成的，可從兩方面把控風險，一是在平臺建造初期，從到貨驗收到安裝調試，請有資質的防爆電氣檢測人員進行全方面把關；二是提高安裝施工人員的防爆電氣設備安裝施工水平，這就要加強對安裝人員定期進行防爆知識相關內容的培訓或繼續教育，實施從業企業和人員的資質考評制度，從而規范防爆電氣安裝；同時還要建立全面科學、合理、有效的管理體系，規范安裝流程，加強安裝監管，避免安裝人為因素造成的安裝缺陷所導致的防爆電氣設備性能降低或失效。

4 結語

本文主要介紹了海上平臺爆炸危險區域內防爆電氣設備在選型和安裝時常見的一些問題和誤區，因此在平臺建造初期應該建立一套完整的防爆電氣管理體系，從選型、安裝、使用和維護都進行嚴格的把關，實現對在用防爆電氣設備全壽命周期安全管理的科學化、規范化和標準化，并同時增加人員培訓，提高專業技能，從而最大限度確保了防爆電氣設備的安全運行。

[1] 陳進娥，何順利，劉廣峰.我國海洋石油勘探開發裝備現狀及發展趨勢[J].油氣藏評價與開發，2012(2)：67-71.

[2] 殷紅.海上平臺防爆電氣設備常見問題淺析[J].電氣防爆，2013(1):38-42.

[3] 徐剛.論防爆電氣設備選型與安裝應用[J].電氣防爆，2009(1):13-20.

[4] 馬俊.淺談海洋石油鉆井平臺防爆設備的管理[J].電氣防爆,2013(2):35-39.

[5] 龐建軍,徐剛.非礦用防爆電器、燈具的設計和制造應注意的問題[J].電氣防爆，2007(3):13-16.

[6] GB 3836.1—2010爆炸性氣體環境用電氣設備第1部分：通用要求[S].

[7] GB 3836.2—2010爆炸性氣體環境用電氣設備第2部分：隔爆型“d”[S].

[8] GB 3836.3—2010爆炸性氣體環境用電氣設備第3部分：增安型“e”[S].

[9] GB 3836.4—2010爆炸性氣體環境用電氣設備第4部分：本質安全型“i”[S].

[10] GB 3836.8—2003爆炸性氣體環境用電氣設備第8部分：“n”型電氣設備[S].

[11] 付林志.冶金企業煤氣爆炸危險區域劃分及泄漏擴散模擬[D].東北大學，2015.

[12] GB 3836.15—2000《爆炸性環境用防爆電氣設備 第15部分：危險場所電氣安裝(煤礦除外)》[S].

[13] AQ 3009—2007，危險場所電氣防爆安全規范[S]．