化工工藝設計中爆炸危險區域的劃分及防爆電氣設備的選型

徐政 姜慧

摘 要：安全生產是企業實現可持續性發展的關鍵性因素。在化工設計中，防爆電器的選型以及危險區域的劃分至關重要，是工作的重點內容。探討了化工工藝設計中爆炸危險區域的劃分及防爆電氣設備的選型。

關鍵詞：化工工藝設計；危險區劃分；電氣選型

引言

目前，化工企業的主要職責就是完成氫氣、天然氣等易燃性氣體或者是石油等液體的處理和加工，所以，對存儲和加工等環節都有較高的要求。當這些物質從儲罐或者是管道中溢出時，就會與空氣中的氧發生反應，進而產生爆炸性物質并引發爆炸。

一、爆炸的形成

爆炸的形成包括3個要素，即，易燃液體或者氣體形成薄霧與蒸汽、物料操作溫度超出可燃液體閃點或液體泄漏產生蒸汽、閃點不超過環境溫度的可燃液體的薄霧或者蒸汽，三者任意一種與空氣混合都會成為具有爆炸危險的氣體混合物，經過不斷蓄積后，濃度值大于爆炸極限時，一旦出現高溫、火花以及電弧等點火源即可引發爆炸。

二、合理劃分爆炸危險區域

2.1釋放源的分析與確定

任意工程項目都離不開各類罐、泵、容器以及管道等加工設備，其中不可避免地存在易燃性物料，對于此種物料應將其納入潛在釋放源中，結合易燃物質釋放持續時間以及頻繁程度來劃分釋放源等級。遵循已有規范將其分為3個等級：1）連續級。對于短時間內頻繁多次釋放或者長期持續釋放的釋放源，應納入連續級釋放源的范疇。包括固定頂貯罐排氣口以及上部空間、水分離器以及油分離器、易燃液體與空氣直接接觸的表面、持續性將易燃液體以及易燃氣體蒸汽釋放至局部空間的各類孔口或自由排氣孔。2）Ⅰ級釋放源。偶爾釋放或者預計正常運行時周期性釋放的釋放源，可納入Ⅰ級釋放源。主要包括正常運行狀態下可向外釋放易燃物質的閥門、泵以及壓縮機取樣口與密封處等。3）Ⅱ級釋放源。正常狀態下預計不會釋放或者偶爾短時釋放的釋放源，可納入Ⅱ級釋放源范疇。主要包括正常運行狀態下不會向外釋放易燃物質的閥門、泵以及壓縮機密封部位；正常工作狀態下不會向外部釋放易燃物質的安全閥、取樣口、法蘭、管道接頭、排氣孔以及連接件等等。對于同時合并不少于2種的釋放源，我們將其定義為多級釋放源。

2.2合理劃分爆炸危險區域

按照爆炸性混合物持續時間以及釋放頻繁程度來劃分爆炸危險區域，共分為zone-0、zone-1、zone-2 3個區域。首先，設計人員應結合相關專業規定的釋放源等級以及爆炸危險區域劃分條件對爆炸危險區域進行劃分，基本原則是，zone-0區為存在連續釋放源的區域，zone-1區為存在Ⅰ級釋放源的區域，zone-2區為存在Ⅱ級釋放源的區域。其次，應結合通風狀況來對區域劃分作出調整。對于通風狀況良好的區域，應適當降低該區域危險等級；相反地，如果原本屬于低等級爆炸危險區域的情況，倘若伴有通風不良的問題，則應提高該區域危險等級。在化工企業各類生產裝置中，僅有極少數可劃分為zone-0區，而大部分區域均劃分為zone-2區。所以，設計人員在對化工企業生產場所進行爆炸危險區域劃分時，應采取有效措施，確保劃分的合理性，盡量減少zone-1區的數量。

2.3爆炸危險區域范圍

在劃分爆炸危險區域時，既要參考相關條文規范與規定，也應充分考慮如下因素：1）易燃物質釋放速度；2）易燃物質逸出量；3）爆炸氣體混合物蓄積濃度；4）易燃液體沸點；5）閃點；6）爆炸下限；7）通風情況。上述因素的變化均會直接影響爆炸危險區域面積的劃分。但受多種復雜因素的影響，我們尚難以精確界定上述指標的量，因此，大多沿襲IEC規定來確定上述因素影響范圍。而這一規定僅僅是原則性的，缺乏具體可遵循的數據尺寸，加上生產工藝、生產裝置、通風布置、設備條件以及儀表性能也有一定的差異，所以設計人員應根據現場實際情況合理規劃，確保生產安全。具體劃分參考數值見設計規范GB50058-2014。

三、化工工業設計爆炸危險區域防爆電氣設備的合理選型

3.1防爆電氣設備選型的前提要素

設計人員在選擇爆炸危險區域防爆電氣設備時，應對如下幾個要素予以明確：1）明確爆炸危險區域的具體環境，分析其屬于燃炸性粉塵環境還是燃炸性氣體環境，因為爆炸性介質的差異必然會影響防爆電氣設備結構。通常情況下所指的防爆設備一般是用于爆炸性氣體彌散區域的，包括dⅡBT4、dⅡCT6等多種類型。在爆炸性粉塵區域應用的電氣設備一般采用防塵結構，其標志為DP，主要用于可燃纖維以及可燃性非導電粉塵的11區環境；或者可采用標志為DT，主要用于爆炸性粉塵10區環境以及其他爆炸性粉塵11區環境的塵密結構。2）明確爆炸性氣體混合物逸散區域的爆炸級別，判定其屬于ⅡA、ⅡB還是ⅡC，這是基于設備最小點燃電流比以及試驗安全間隙最大數值的分級，并且受到產生爆炸性氣體介質差異性的影響。例如，丙烷可劃入ⅡA級，乙烯則屬于ⅡB級，氫和乙炔均屬于ⅡC級，見表1。防爆電氣設備從ⅡA級至ⅡC級，其最小點燃電流比以及試驗安全間隙最大數值逐級減低，相應的防爆要求也不斷提升。3）防爆電氣設備選型受周圍環境的影響，如化學性、霉菌、機械性以及高溫等，各類環境條件下防爆電氣設備的應用存在差異性，需要綜合考慮。4）爆炸性氣體混合物引燃溫度或組別。在規定環境與條件下，易燃性物質逸散的蒸汽或氣體混合空氣形成易燃性或爆炸性混合物受熱表面影響而引燃的溫度下限值，包括T1～T6不同等級，其引燃溫度漸次降低，同時電氣設備防爆性能與要求也相應提升。

3.2防爆電氣設備的選型與適用區域

1）防爆型，代號為d，國家標準GB3836.2，適用于zone-1、zone-2區，通過將存在的點火源予以有效隔離來實現防爆的目的；2）增安型，代號為e，GB3836.3，適用于zone-1、zone-2區，采取有效措施盡量避免點火源的產生；3）本安型，代號為ia、ib，GB3836.4，適用于zone-0、zone-1、zone-2區，以限制點火源能量達到防爆目的；4）正壓型，代號為p，GB3836.5，適用于zone-1、zone-2區，將點火源隔離于危險物質區域外；5）充油型，代號為o，GB3836.6，適用于zone-1、zone-2區，將點火源隔離于危險物質區域外；6）充砂型，代號為q，GB3836.7，適用于zone-1、zone-2區，將點火源隔離于危險物質區域外；7）無火花型，代號為n，GB3836.8，適用于zone-2區，采取有效措施盡量避免點火源的產生；8）澆封型，代號為m，GB3836.9，適用于zone-1、zone-2區，采取有效措施盡量避免點火源的產生；9）氣密型，代號為h，GB3836.10，適用于zone-1、zone-2區，采取有效措施盡量避免點火源的產生。

四、結束語

隨著我國社會經濟的發展，化工企業的數量在逐漸增加，同時為了滿足社會的發展需求，在研究和生產量上也在與日俱增，所涉及的易燃易爆物質的種類呈現多樣性。而作為電氣工程師在進行電氣設計的過程中，必須綜合考慮多方面的因素，保證系統設計的可靠性、安全性以及使用持續性，實現化工企業生產和加工的正常運行。

參考文獻：

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