沙特阿美標準體系下危險區域劃分體系變遷研究

孫偉俊，胡月雙，寧會朋，劉思，劉鎮東

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島，266520)

0 引 言

沙特阿拉伯國家石油公司(以下稱沙特阿美)是一個有多年歷史的綜合國際石油公司，隨著“一帶一路”倡議的持續推進，越來越多的中國企業進入沙特高端市場，成為沙特阿美的承包商。沙特阿美擁有龐大而完備的標準體系，在其項目執行過程中具有充分的嚴肅性和權威性，筆者在參與沙特阿美某海洋工程項目過程中，對其標準體系中與危險區域劃分相關的內容進行了了解與研究，有了一些認識，希望與國內讀者分享，以期對更好地理解其防爆區域設計及施工要求有所裨益。

1 沙特阿美標準體系介紹

1.1 沙特阿美標準結構與角色

沙特阿美標準體系是由材料規范、工程設計標準和標準圖紙等組成的一系列文件規定。根據沙特阿美公司規定，這些標準是強制性的，適用于所有沙特阿美工程項目。對其標準的任何偏離，都必須直接提交至其工程主管部門，并得到設計和檢驗部門的正式批準方可實施。

沙特阿美工程標準傳統上是基于北美標準制定的，其中NEC標準(美國國家電氣規程)是其重要組成部分，對沙特阿美工程項目的電氣安裝有重大影響。除NEC外，其他用于電氣設備安裝的參考標準包括ANSI、 IEEE、 NEMA、 ICEA、 AEIC、 UL、 ISA等。在這些參考標準的基礎上，沙特阿美制定了龐大的公司標準體系，并補充了這些標準中未詳細說明的一些具體要求，在某些情況下，沙特阿美標準會刪除或修改這些參考標準中的具體要求。

1.2 沙特阿美標準體系變遷背景

供應給沙特阿美的大多數電氣設備是根據IEC而非NEC標準進行生產制造的。過去沙特阿美曾使用兩種方法來接受根據IEC標準制造的設備和材料，第一種方法是由沙特阿美工程部的工程師在個案基礎上對提議的設備或材料進行評估，看看它是否為特定的應用提供了與北美標準設備相同的功能和安全性。第二種方法即修改公司標準，以確定使用設備和材料的條件和要求按IEC標準制造。后者通過納入“Zone(區)”爆炸危險區域分類體系幾乎消除了逐案評價的需要。

2 Zone(區)和Division(類)體系對比

2.1 分類方法

按照NEC和IEC對不同危險區域的定義，Division 1大致對應Zone 0，Division 2大致對應Zone 1和Zone 2，但它們并不完全等同。對應關系如表1所示。

表1 Division(類)體系與Zone(區)體系對比

2.2 爆炸性氣體組別

不同環境中氣體的物理、化學性質不同，其點燃、爆炸的特性也各不相同，根據氣體的最大試驗安全間隙和最小點燃能量的大小，IEC將不同氣體環境劃分為不同的組別，即ⅡA、 ⅡB、 ⅡC，NEC中也對氣體環境進行了類似分組，兩者大致對應關系如表2所示。

表2 氣體組別轉換對應表

2.3 溫度組別

通常，專門設計用于危險場所的電氣設備都要在規定的環境溫度下確定其最高運行溫度，并且要求在設備上標明該值。NEC和IEC體系都采用標志數字來代替實際上的測量溫度值。這些表明最高溫度范圍的標志數字通常稱為“T”值。Division(類)方法下的溫度級別分類比較詳細，Zone(區)方法簡化了溫度級別的分類，更具有實際操作性。

2.4 防爆設備的保護形式

可燃氣體燃燒爆炸需要3個條件： 可燃物、助燃物及點火源，只有3個條件同時存在，才有可能發生爆炸。因此，采取適當的措施，使3個條件不同時具備即可達到防止爆炸的目的。根據電氣設備所處的區域等級、所在環境的氣體組別、溫度組別，選取對應的設備保護形式，即可防止爆炸危險性環境形成及爆炸，NEC與IEC體系中均提出了電氣設備防爆形式的劃分。

NEC體系有保護方式(protection techniques)的概念，實際上就是IEC中的防爆形式(type of protection)。NEC第500章提出了與IEC不同的防爆形式。

NEC第505章是以IEC標準為基礎制定的，其等效采用了部分IEC防爆形式，如隔爆形“d”、充油形“o”、增安形“e”、澆封形“m”、充砂形“q”等。

現行IEC標準IEC60079-14還引入了設備保護級別(equipment protection levels，EPL)的新概念。

2.5 設備標識

NEC和IEC體系下都要求對防爆設備的銘牌進行標識，但NEC體系中防爆設備的防爆標志是將此設備能適用的危險場所的Class/Division或是Class/Zone一同列出。示例如下：

(1) IEC體系： Exd ia IIC T4。

(2) NEC體系： IS Class I, Division 1，Group A，B，C&D T4。

除本安防爆結構用“IS”做前置標識外，其余防爆形式無前置標識。

3 沙特阿美由Division(類)轉為Zone(區)體系的考慮

從歷史上來看，沙特阿美標準體系一直嚴重依賴NEC。在過去的幾十年里，沙特阿美標準逐漸演變，接受了越來越多對NEC的安裝技術和設備的偏離，主要出于如下原因：

(1) 從與國際承包商和供應商合作建造設施中獲得的經驗。

(2) 需要更多的耐腐蝕產品用于海上/近海環境。

(3) 增加本地制造的IEC產品的可用性。

隨著時間的推移，沙特阿美開始對其標準進行修改，允許IEC和北美標準設備的有限混合使用。此外，該公司的材料要求，如儀表設備、開關設備、控制設備等逐漸演變為對基于NEC或IEC標準的設計均可接受。

隨著沙特阿美內部對于Zone(區)體系的應用越來越多，越來越傾向于使用Zone(區)體系進行分區，但考慮到沙特阿美標準體系過于依賴NEC和其他北美標準，完全由Division(類)轉為Zone(區)體系一度被認為是難以實現的。1997年，API RP 505的發布移除了轉換過程中的大部分障礙，此后，加拿大發布的加拿大電氣規程(CEC)也納入了Zone(區)體系，這與沙特阿美的想法不謀而合。1999年后期，沙特阿美公司開始起草修訂標準，將Division(類)體系完全遷移到Zone(區)體系。

4 Division(類)體系向Zone(區)體系的轉換完成過程

實施這一轉換主要是通過沙特阿美對其公司設計標準SAES-B-068(爆炸危險區域分級)的修訂。該標準修訂要求如下：

(1) 所有新建或擴建的設施均按API RP 505的要求按照Zone(區)體系進行分區。

(2) 現有基于Division(類)體系的設施如需進行擴建，強烈建議將整個設施重新按Zone(區)體系進行分區。

該標準中對具體的轉換細則要求如下：

(1) 將Group A和Group B對應轉換為Group ⅡC。

(2) 將Group C對應轉換為Group ⅡB。

(3) 將Group D對應轉換為Group ⅡA。

(4) 將Division 2對應轉換為Zone 2。

(5) 對于環繞在危險源周圍的開放區域，由Division 1轉換為Zone 1。

(6) 對于封閉的Division 1區域，需要咨詢消防工程師來指導轉換為Zone 1或者Zone 0區域。

爆炸危險區域轉換如圖1所示。

圖1 爆炸危險區域轉換示意

轉換為Zone(區)體系后Zone 0區域的范圍將非常有限，由于0區通常存在于密閉系統中，這些系統一般會設置排放口至大氣環境中。Zone 1區域則更為常見，甚至比對應的Division 1區域更大，在大多數情況下會出現一個較小的Zone 1區域被較大的Zone 2區域環繞的情況。

5 結 語

沙特阿美從Division(類)體系轉為Zone(區)體系，可以有效利用更廣泛的電氣設備、安裝技術，并消除對設備誤用的安全擔憂。兩種體系都各有優勢，它們都有可靠的記錄，但Zone(區)體系顯然更為靈活，它簡化了世界各地供應商對電儀設備的應用，并逐漸成為世界上主流的危險區域分級體系。