沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系下危險區(qū)域劃分體系變遷研究

孫偉俊，胡月雙，寧會朋，劉思，劉鎮(zhèn)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(xù)推進，越來越多的中國企業(yè)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(biāo)準(zhǔn)體系，在其項目執(zhí)行過程中具有充分的嚴(yán)肅性和權(quán)威性，筆者在參與沙特阿美某海洋工程項目過程中，對其標(biāo)準(zhǔn)體系中與危險區(qū)域劃分相關(guān)的內(nèi)容進行了了解與研究，有了一些認識，希望與國內(nèi)讀者分享，以期對更好地理解其防爆區(qū)域設(shè)計及施工要求有所裨益。

1 沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系介紹

1.1 沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與角色

沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系是由材料規(guī)范、工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)圖紙等組成的一系列文件規(guī)定。根據(jù)沙特阿美公司規(guī)定，這些標(biāo)準(zhǔn)是強制性的，適用于所有沙特阿美工程項目。對其標(biāo)準(zhǔn)的任何偏離，都必須直接提交至其工程主管部門，并得到設(shè)計和檢驗部門的正式批準(zhǔn)方可實施。

沙特阿美工程標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)上是基于北美標(biāo)準(zhǔn)制定的，其中NEC標(biāo)準(zhǔn)(美國國家電氣規(guī)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(shè)備安裝的參考標(biāo)準(zhǔn)包括ANSI、 IEEE、 NEMA、 ICEA、 AEIC、 UL、 ISA等。在這些參考標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，沙特阿美制定了龐大的公司標(biāo)準(zhǔn)體系，并補充了這些標(biāo)準(zhǔn)中未詳細說明的一些具體要求，在某些情況下，沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)會刪除或修改這些參考標(biāo)準(zhǔn)中的具體要求。

1.2 沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系變遷背景

供應(yīng)給沙特阿美的大多數(shù)電氣設(shè)備是根據(jù)IEC而非NEC標(biāo)準(zhǔn)進行生產(chǎn)制造的。過去沙特阿美曾使用兩種方法來接受根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)制造的設(shè)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(chǔ)上對提議的設(shè)備或材料進行評估，看看它是否為特定的應(yīng)用提供了與北美標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相同的功能和安全性。第二種方法即修改公司標(biāo)準(zhǔn)，以確定使用設(shè)備和材料的條件和要求按IEC標(biāo)準(zhǔn)制造。后者通過納入“Zone(區(qū))”爆炸危險區(qū)域分類體系幾乎消除了逐案評價的需要。

2 Zone(區(qū))和Division(類)體系對比

2.1 分類方法

按照NEC和IEC對不同危險區(qū)域的定義，Division 1大致對應(yīng)Zone 0，Division 2大致對應(yīng)Zone 1和Zone 2，但它們并不完全等同。對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 Division(類)體系與Zone(區(qū))體系對比

2.2 爆炸性氣體組別

不同環(huán)境中氣體的物理、化學(xué)性質(zhì)不同，其點燃、爆炸的特性也各不相同，根據(jù)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(huán)境劃分為不同的組別，即ⅡA、 ⅡB、 ⅡC，NEC中也對氣體環(huán)境進行了類似分組，兩者大致對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 氣體組別轉(zhuǎn)換對應(yīng)表

2.3 溫度組別

通常，專門設(shè)計用于危險場所的電氣設(shè)備都要在規(guī)定的環(huán)境溫度下確定其最高運行溫度，并且要求在設(shè)備上標(biāo)明該值。NEC和IEC體系都采用標(biāo)志數(shù)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(biāo)志數(shù)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(qū))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(shè)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(fā)生爆炸。因此，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，?個條件不同時具備即可達到防止爆炸的目的。根據(jù)電氣設(shè)備所處的區(qū)域等級、所在環(huán)境的氣體組別、溫度組別，選取對應(yīng)的設(shè)備保護形式，即可防止爆炸危險性環(huán)境形成及爆炸，NEC與IEC體系中均提出了電氣設(shè)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(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)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(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)IEC60079-14還引入了設(shè)備保護級別(equipment protection levels，EPL)的新概念。

2.5 設(shè)備標(biāo)識

NEC和IEC體系下都要求對防爆設(shè)備的銘牌進行標(biāo)識，但NEC體系中防爆設(shè)備的防爆標(biāo)志是將此設(shè)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(jié)構(gòu)用“IS”做前置標(biāo)識外，其余防爆形式無前置標(biāo)識。

3 沙特阿美由Division(類)轉(zhuǎn)為Zone(區(qū))體系的考慮

從歷史上來看，沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系一直嚴(yán)重依賴NEC。在過去的幾十年里，沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)逐漸演變，接受了越來越多對NEC的安裝技術(shù)和設(shè)備的偏離，主要出于如下原因：

(1) 從與國際承包商和供應(yīng)商合作建造設(shè)施中獲得的經(jīng)驗。

(2) 需要更多的耐腐蝕產(chǎn)品用于海上/近海環(huán)境。

(3) 增加本地制造的IEC產(chǎn)品的可用性。

隨著時間的推移，沙特阿美開始對其標(biāo)準(zhǔn)進行修改，允許IEC和北美標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的有限混合使用。此外，該公司的材料要求，如儀表設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、控制設(shè)備等逐漸演變?yōu)閷贜EC或IEC標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計均可接受。

隨著沙特阿美內(nèi)部對于Zone(區(qū))體系的應(yīng)用越來越多，越來越傾向于使用Zone(區(qū))體系進行分區(qū)，但考慮到沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系過于依賴NEC和其他北美標(biāo)準(zhǔn)，完全由Division(類)轉(zhuǎn)為Zone(區(qū))體系一度被認為是難以實現(xiàn)的。1997年，API RP 505的發(fā)布移除了轉(zhuǎn)換過程中的大部分障礙，此后，加拿大發(fā)布的加拿大電氣規(guī)程(CEC)也納入了Zone(區(qū))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(biāo)準(zhǔn)，將Division(類)體系完全遷移到Zone(區(qū))體系。

4 Division(類)體系向Zone(區(qū))體系的轉(zhuǎn)換完成過程

實施這一轉(zhuǎn)換主要是通過沙特阿美對其公司設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)SAES-B-068(爆炸危險區(qū)域分級)的修訂。該標(biāo)準(zhǔn)修訂要求如下：

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

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

該標(biāo)準(zhǔn)中對具體的轉(zhuǎn)換細則要求如下：

(1) 將Group A和Group B對應(yīng)轉(zhuǎn)換為Group ⅡC。

(2) 將Group C對應(yīng)轉(zhuǎn)換為Group ⅡB。

(3) 將Group D對應(yīng)轉(zhuǎn)換為Group ⅡA。

(4) 將Division 2對應(yīng)轉(zhuǎn)換為Zone 2。

(5) 對于環(huán)繞在危險源周圍的開放區(qū)域，由Division 1轉(zhuǎn)換為Zone 1。

(6) 對于封閉的Division 1區(qū)域，需要咨詢消防工程師來指導(dǎo)轉(zhuǎn)換為Zone 1或者Zone 0區(qū)域。

爆炸危險區(qū)域轉(zhuǎn)換如圖1所示。

圖1 爆炸危險區(qū)域轉(zhuǎn)換示意

轉(zhuǎn)換為Zone(區(qū))體系后Zone 0區(qū)域的范圍將非常有限，由于0區(qū)通常存在于密閉系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)一般會設(shè)置排放口至大氣環(huán)境中。Zone 1區(qū)域則更為常見，甚至比對應(yīng)的Division 1區(qū)域更大，在大多數(shù)情況下會出現(xiàn)一個較小的Zone 1區(qū)域被較大的Zone 2區(qū)域環(huán)繞的情況。

5 結(jié) 語

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