化工企業電氣安全設計研究

嚴建軍

（河北君越安全評價咨詢有限公司，河北 石家莊 050011）

化工單位在日常生產中使用最多的是天然氣等原材料，其生產的各個環節中均有可能出現危險事故。電氣裝置在投入使用時由于短路或者負載過大的問題可能造成火花，一旦碰觸到易燃易爆物品時就會引發安全事故，嚴重威脅操作人員的生命安全。所以，化工生產中使用的電子裝置，不僅僅需要嚴格遵守相關的操作流程，還應該按照所處的外部環境條件做出適當改變。

1 化工企業生產環境

化工企業從原材料的生產到成品的運輸、存放等環節中均有可能產生易燃易爆的物質，從而導致安全事故，生產的外部危險環境涵蓋爆炸和火災兩大類。因此，完成相應的電氣設計時，需要根據具體情況作出調整。爆炸類環境主要是指生產環境中會存在一些易爆的物質，諸如氣體、粉塵等。一旦在此環境中出現火花、高溫或者電弧，就可能引發爆炸。火災類環境指的是在化工生產、運輸以及存放等流程中，存在可能會造成火災的物質。一般來說，可以造成火災的危險物質有以下幾種：閃點比生產環境中溫度更高的可燃液體；部分會發生泄漏卻無法組成爆炸性混合物質的可燃液體；無法組成爆炸性混合物質的可燃物質或者是能夠燃燒的固體。

2 爆炸危險環境分區

在容易發生危險事故的區域中進行電氣設計的最重要一步便是對該生產區域進行有效劃分。根據國家發布的《爆炸和火災危險環境電力設計規范》以及電氣設計標準，在劃分容易出現危險事故區域時引入了釋放源的觀念。釋放源就是指能夠對外界環境釋放容易燃燒的物質以及釋放出的元素可以組成爆炸性混合物質所處的區域。本質來看，釋放源就是構成危險環境區域的核心要素。根據易燃物質向外釋放的頻率以及持續時長，能夠將釋放源進行分級劃定，分別為連續級、第一級、第二級和多級。實際類別劃分時，不能將存放化工產品的容器或者輸送管道出現的破壞性問題劃入此區間。也就是說，輸送管道、儲存容器的炸裂不能被當作釋放源。

爆炸性區域合理劃定后，便會對電氣裝置的選擇、線路的設定和安裝以及參考標準有著重要影響。實際電氣設計過程中，應當參照釋放源所處的級別和具體位置、通風情況以及易燃物質的特性進行綜合考量。在建筑物內，應當選取廠房作為基本單位來完成危險區域的劃分，具體能夠分成如下幾個方面：（1）建筑物內部的釋放源。（2）生產裝置區的釋放源。（3）易燃物質的貯罐。（4）非爆炸危險區域。

3 電氣安全設計

3.1 電氣設備的防爆

電氣裝置的防爆措施大多是選用一些控制手段來抑制或者消除設備在運行中出現的火花、電弧和高溫。較為多見的防爆電氣裝置有：標志為ia、ib 的安全性裝置；標志為d的隔爆類型裝置；標志為e 的增安類別設備；以p 為標志的正壓類別裝置；標志為o 的充油類別裝置；標志為n 的無火花類別裝置；充沙類別裝置和部分特殊裝置等。一般的電氣防爆方式有：

（1）采用防爆外殼。在具有防爆能力的殼體中混入爆炸物質引起爆炸后，外殼不會出現形變，由縫隙中傳出的火焰，經過充分冷卻后，所具有的能量無法將外部爆炸物質引燃，達成防爆功能。

（2）采用本質安全電路。系統中如果電流、電壓數值較低時，可以在此線路中進行一定防護，保證該線路或者裝置使用時出現的電火花無法引起爆炸物質燃燒。

（3）隔離法，主要應用在正壓類別和充油類別的裝置上，原理是通過分離爆炸物質和能夠產生火花的危險元素。

（4）控制電氣裝置正常運行中產生的熱量，如增安類別設備。

3.2 電纜的防爆設計

首先，應該將輸送電能的管道、通路以及溝槽位置進行充分密封，防止內部的液體、氣體和可燃物質向外擴散，也避免在溝槽位置積聚容易發生危險的物質。其次，對于電纜所經過的鄰近位置也需要密封，通常采用鋼管進行防護。此外，還需要對穿孔電纜以及穿墻位置的孔洞處進行有效密封。

4 線路選擇及敷設要求

如果在易燃易爆的危險環境中進行電氣線路鋪設時，需要選取危險最低的區域，架設電氣線路的通道、溝槽時，需要在不同區域間通過，就必須使用非燃燒性質的材料對孔洞進行密封。系統中照明電路以及低壓線路的額定電壓必須高于工作電壓，最低為500V。處在爆炸性氣體環境中，如果空氣比重大于易燃物質，電氣線路鋪設應當選取低位置或者采用溝槽鋪設。而空氣比重較輕時，則應該將電氣線路架設在高處或者進行埋地處理；電纜溝槽鋪設中，需要填充砂；高空架設時，選取橋架最為適宜。電氣線路間盡可能不直接相連。無法避免直接相連時，需要使用熔焊、壓接等技術手段。如果線路電纜是鋁芯結構，同設備連接時應選用適當的轉換接頭。圖1 為高壓電纜終端制作圖。

圖1 高壓電纜終端制作

5 爆炸危險環境的接地設計

5.1 接地

根據電氣裝置有關的接地標準來看，處在爆炸危險環境之中，期望各個電氣裝置均可以安全工作，所以裝置要有效接地。電氣裝置選用的金屬殼體以及線路接線盒，外部要配有接地螺栓，同時標注相應符號。爆炸危險環境中，除了所有的照明設備外，電氣裝置應當配備有獨立的接地線路，如果該接地線路同相線處在同一管道中，要設置相等的絕緣。此時，電纜線路的金屬外殼功能僅為輔助接地。

5.2 防雷

防雷建筑物一般分為兩大類，其一是具有0 區、1 區或10 區的爆炸危險環境的建筑物。另外一類是2 區或11 區的爆炸危險環境的建筑物以及1 區爆炸危險環境出現的電火花難以引發爆炸等危險事故的建筑物。化工設備內鏤空設計的塔、存儲容器以及工藝等，首先要設置防雷接地，并且該接地位置最少為兩處。一般來說，兩個接地位置間距最大為30m。

5.3 靜電接地

靜電接地作為降低靜電荷累計的主要手段之一，應當對危險環境中會出現靜電的裝置進行必要的靜電接地。

5.4 變配電設備的防雷設計

變配電裝置在實際投入使用中，不僅會遭受到直擊雷威脅，還有一定概率被雷電波侵入導致設備損壞。因此，在對變配電裝置進行具體的防雷設計中，應當從以下幾個角度出發：第一，保證架設的避雷線路和避雷網絡能夠有效覆蓋所有需要保護的變配電裝置；第二，防止架設的避雷線路和避雷裝置由于雷擊出現高電位反沖風險。第三，由于變配電裝置同線路連接，所以雷擊可能性較高。同時，雷電波具有較大的波幅，容易破壞變配電裝置原有的絕緣性能，因此采用下述幾個方式進行保護：①設置閥型避雷器。通常情況中，閥型避雷裝置會安放在線路母線和接地線路之間。實際選用閥型避雷裝置時應當考慮需要保護的配電裝置的額定電壓。同時將其設置在變壓器周邊。②保護變配電設備緊線。如果架空線路選用的是電纜配線，需要在其附近架設避雷裝置，同時要把接地端同電纜線路的金屬外表相連。

6 化工企業電氣防火災設計

第一，如果消防水泵房裝置的動力提供為電源時，應當保證其達到相關規定中對于一級負荷供電的標準，第二，要保證消防水泵房以及配電室配備有專門的應急照明裝置，同時采用蓄電池作為備用供電源，保證持續供電周期至少為30min。第三，消防低壓裝置末端的一級配電設備和配電箱可以自動切換，同時選用耐火電線進行配電線路架設。第四，在甲類氣體設備中，由于其比重大于空氣，所以要采用阻燃型電纜進行架空構建。第五，對于各個電氣裝置應當采用的保護設備，要防止電氣裝置出現短路保護以及過負荷保護。第六，搭建起完善的自動化電氣火災監管系統，一旦在被保護線路中檢測出超過預警值的參數，就需要立即向外發出警報并快速確定事故位置。

7 結語

綜上所述，化工單位的生產流程危險程度較高，環境中容易產生引發危險事故的元素。對于化工企業的電氣裝置來說，在實際工作過程中可能會由于短路、過載、火花、電弧等情況造成火源的出現，一旦外部環境過高，就會導致爆炸或燃燒事故的發生。由此可見，電氣設計在化工企業的生產中較為關鍵。具體的設計過程中，首先需要考量化工生產的安全系數。同時也要結合實際的環境特性，對其完成危險區域劃定，避免出現引發爆炸的不定因素，降低事故風險，確保安全生產。