化工企業(yè)電氣安全設(shè)計(jì)研究

李成光 商志雷

關(guān)鍵詞：化工企業(yè);電氣設(shè)計(jì);安全設(shè)計(jì)

化工企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)流程特點(diǎn)鮮明，連續(xù)度高且自動(dòng)化設(shè)備較多，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都容易出現(xiàn)爆燃等危險(xiǎn)事故，一旦出現(xiàn)事故，往往會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，不單單會(huì)中斷生產(chǎn)設(shè)備的工作，還有可能引發(fā)人員傷亡。所以化工企業(yè)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該針對(duì)化工生產(chǎn)過程中的電氣安全做出完善的規(guī)劃。本文就基于此背景，結(jié)合部分實(shí)際設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，深入論述化工領(lǐng)域的電氣安全設(shè)計(jì)。

1 化工企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境

化工企業(yè)從原材料的生產(chǎn)到成品的運(yùn)輸、存放等環(huán)節(jié)中均有可能產(chǎn)生易燃易爆的物質(zhì)，從而導(dǎo)致安全事故，生產(chǎn)的外部危險(xiǎn)環(huán)境涵蓋爆炸和火災(zāi)兩大類。因此，完成相應(yīng)的電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體情況作出調(diào)整。爆炸類環(huán)境主要是指生產(chǎn)環(huán)境中會(huì)存在一些易爆的物質(zhì)，諸如氣體、粉塵等。一旦在此環(huán)境中出現(xiàn)火花、高溫或者電弧，就可能引發(fā)爆炸。火災(zāi)類環(huán)境指的是在化工生產(chǎn)、運(yùn)輸以及存放等流程中，存在可能會(huì)造成火災(zāi)的物質(zhì)。一般來說，可以造成火災(zāi)的危險(xiǎn)物質(zhì)有以下幾種：閃點(diǎn)比生產(chǎn)環(huán)境中溫度更高的可燃液體;部分會(huì)發(fā)生泄漏卻無法組成爆炸性混合物質(zhì)的可燃液體;無法組成爆炸性混合物質(zhì)的可燃物質(zhì)或者是能夠燃燒的固體。

2 爆炸危險(xiǎn)環(huán)境分區(qū)

在容易發(fā)生危險(xiǎn)事故的區(qū)域中進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的最重要一步便是對(duì)該生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行有效劃分。根據(jù)國(guó)家發(fā)布的《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力設(shè)計(jì)規(guī)范》以及電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在劃分容易出現(xiàn)危險(xiǎn)事故區(qū)域時(shí)引入了釋放源的觀念。釋放源就是指能夠?qū)ν饨绛h(huán)境釋放容易燃燒的物質(zhì)以及釋放出的元素可以組成爆炸性混合物質(zhì)所處的區(qū)域。本質(zhì)來看，釋放源就是構(gòu)成危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域的核心要素。根據(jù)易燃物質(zhì)向外釋放的頻率以及持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，能夠?qū)⑨尫旁催M(jìn)行分級(jí)劃定，分別為連續(xù)級(jí)、第一級(jí)、第二級(jí)和多級(jí)。實(shí)際類別劃分時(shí)，不能將存放化工產(chǎn)品的容器或者輸送管道出現(xiàn)的破壞性問題劃入此區(qū)間。也就是說，輸送管道、儲(chǔ)存容器的炸裂不能被當(dāng)作釋放源。爆炸性區(qū)域合理劃定后，便會(huì)對(duì)電氣裝置的選擇、線路的設(shè)定和安裝以及參考標(biāo)準(zhǔn)有著重要影響。實(shí)際電氣設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)參照釋放源所處的級(jí)別和具體位置、通風(fēng)情況以及易燃物質(zhì)的特性進(jìn)行綜合考量。在建筑物內(nèi)，應(yīng)當(dāng)選取廠房作為基本單位來完成危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，具體能夠分成如下幾個(gè)方面：①建筑物內(nèi)部的釋放源;②生產(chǎn)裝置區(qū)的釋放源;③易燃物質(zhì)的貯罐;④非爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

3 電氣安全設(shè)計(jì)

3.1 電氣設(shè)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(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)的火花、電弧和高溫。較為多見的防爆電氣裝置有：標(biāo)志為ia、ib的安全性裝置;標(biāo)志為d的隔爆類型裝置;標(biāo)志為e的增安類別設(shè)備;以p為標(biāo)志的正壓類別裝置;標(biāo)志為o的充油類別裝置;標(biāo)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(zhì)引起爆炸后，外殼不會(huì)出現(xiàn)形變，由縫隙中傳出的火焰，經(jīng)過充分冷卻后，所具有的能量無法將外部爆炸物質(zhì)引燃，達(dá)成防爆功能;②采用本質(zhì)安全電路。系統(tǒng)中如果電流、電壓數(shù)值較低時(shí)，可以在此線路中進(jìn)行一定防護(hù)，保證該線路或者裝置使用時(shí)出現(xiàn)的電火花無法引起爆炸物質(zhì)燃燒;③隔離法，主要應(yīng)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(zhì)和能夠產(chǎn)生火花的危險(xiǎn)元素;④控制電氣裝置正常運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量，如增安類別設(shè)備。

3.2 電纜的防爆設(shè)計(jì)

首先，應(yīng)該將輸送電能的管道、通路以及溝槽位置進(jìn)行充分密封，防止內(nèi)部的液體、氣體和可燃物質(zhì)向外擴(kuò)散，也避免在溝槽位置積聚容易發(fā)生危險(xiǎn)的物質(zhì)。其次，對(duì)于電纜所經(jīng)過的鄰近位置也需要密封，通常采用鋼管進(jìn)行防護(hù)。此外，還需要對(duì)穿孔電纜以及穿墻位置的孔洞處進(jìn)行有效密封。

4 線路選擇及敷設(shè)要求

如果在易燃易爆的危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行電氣線路鋪設(shè)時(shí)，需要選取危險(xiǎn)最低的區(qū)域，架設(shè)電氣線路的通道、溝槽時(shí)，需要在不同區(qū)域間通過，就必須使用非燃燒性質(zhì)的材料對(duì)孔洞進(jìn)行密封。系統(tǒng)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(huán)境中，如果空氣比重大于易燃物質(zhì)，電氣線路鋪設(shè)應(yīng)當(dāng)選取低位置或者采用溝槽鋪設(shè)。而空氣比重較輕時(shí)，則應(yīng)該將電氣線路架設(shè)在高處或者進(jìn)行埋地處理;電纜溝槽鋪設(shè)中，需要填充砂;高空架設(shè)時(shí)，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(shí)，需要使用熔焊、壓接等技術(shù)手段。如果線路電纜是鋁芯結(jié)構(gòu)，同設(shè)備連接時(shí)應(yīng)選用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換接頭。

5 爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的接地設(shè)計(jì)

5.1 接地

根據(jù)電氣裝置有關(guān)的接地標(biāo)準(zhǔn)來看，處在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境之中，期望各個(gè)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(shí)標(biāo)注相應(yīng)符號(hào)。爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中，除了所有的照明設(shè)備外，電氣裝置應(yīng)當(dāng)配備有獨(dú)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(shè)置相等的絕緣。此時(shí)，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(qū)、1區(qū)或10區(qū)的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。另外一類是2區(qū)或11區(qū)的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物以及1區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境出現(xiàn)的電火花難以引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)事故的建筑物。化工設(shè)備內(nèi)鏤空設(shè)計(jì)的塔、存儲(chǔ)容器以及工藝等，首先要設(shè)置防雷接地，并且該接地位置最少為兩處。一般來說，兩個(gè)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(jì)的主要手段之一，應(yīng)當(dāng)對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)靜電的裝置進(jìn)行必要的靜電接地。

5.4 變配電設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)

變配電裝置在實(shí)際投入使用中，不僅會(huì)遭受到直擊雷威脅，還有一定概率被雷電波侵入導(dǎo)致設(shè)備損壞。因此，在對(duì)變配電裝置進(jìn)行具體的防雷設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)角度出發(fā)：第一，保證架設(shè)的避雷線路和避雷網(wǎng)絡(luò)能夠有效覆蓋所有需要保護(hù)的變配電裝置;第二，防止架設(shè)的避雷線路和避雷裝置由于雷擊出現(xiàn)高電位反沖風(fēng)險(xiǎn)。第三，由于變配電裝置同線路連接，所以雷擊可能性較高。

6 化工企業(yè)電氣防火災(zāi)設(shè)計(jì)

第一，如果消防水泵房裝置的動(dòng)力提供為電源時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證其達(dá)到相關(guān)規(guī)定中對(duì)于一級(jí)負(fù)荷供電的標(biāo)準(zhǔn)，第二，要保證消防水泵房以及配電室配備有專門的應(yīng)急照明裝置，同時(shí)采用蓄電池作為備用供電源，保證持續(xù)供電周期至少為30min。第三，消防低壓裝置末端的一級(jí)配電設(shè)備和配電箱可以自動(dòng)切換，同時(shí)選用耐火電線進(jìn)行配電線路架設(shè)。第四，在甲類氣體設(shè)備中，由于其比重大于空氣，所以要采用阻燃型電纜進(jìn)行架空構(gòu)建。第五，對(duì)于各個(gè)電氣裝置應(yīng)當(dāng)采用的保護(hù)設(shè)備，要防止電氣裝置出現(xiàn)短路保護(hù)以及過負(fù)荷保護(hù)。第六，搭建起完善的自動(dòng)化電氣火災(zāi)監(jiān)管系統(tǒng)，一旦在被保護(hù)線路中檢測(cè)出超過預(yù)警值的參數(shù)，就需要立即向外發(fā)出警報(bào)并快速確定事故位置。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，化工單位的生產(chǎn)流程危險(xiǎn)程度較高，環(huán)境中容易產(chǎn)生引發(fā)危險(xiǎn)事故的元素。對(duì)于化工企業(yè)的電氣裝置來說，在實(shí)際工作過程中可能會(huì)由于短路、過載、火花、電弧等情況造成火源的出現(xiàn)，一旦外部環(huán)境過高，就會(huì)導(dǎo)致爆炸或燃燒事故的發(fā)生。