油氣生產現場防爆電氣設備風險分析及控制措施

胡景紅 魏李程 邱 洋

(中國石油長慶油田分公司 安全環保監督部，陜西 西安 710018)

0 引言

防爆電氣設備在油氣田生產現場隨處可見，其規范正確的安裝、使用、檢查、維護對油氣田開發企業的安全起到重要作用。防爆電氣設備使用環境的特殊危險性、復雜性以及檢修維護和使用時間等因素都將影響到防爆電氣設備的安全性能[1]。目前，油氣田開發生產現場不乏防爆電氣類隱患問題，為更好地保障油氣田開發企業在用防爆電氣設備的安全，有效防止各類爆炸事故的發生，結合相關安裝、使用、檢查、維護技術規范，對生產現場在用防爆電氣常見問題進行分析，探索應采取的控制措施，提高生產現場電氣設備防爆可靠性，就顯得非常有工程實踐應用價值。

1 在用防爆電氣設備常見問題分布

查詢長慶油田安全環保監督部近3年(2017年8月-2020年8月)現場安全檢查結果發現，在用防爆電氣類問題共計13 681個，占生產現場安全環保類問題總數的7%以上。在防爆電氣設備類問題中，設備安裝與線路不符合規范占比25.74%，設備隔爆外殼密封失效占比21.90%，緊固件不符合要求占比18.82%，接地不符合規范占比10.89%，設備防爆型式不適應場所使用條件占比10.09%，防爆合格證有誤、防爆標識不清等其他類型占比8.38%，電氣系統布線不符合規范占比4.18%，問題分布，如圖1。從問題的集中程度看，設備安裝與線路不符合規范、設備隔爆外殼密封失效、緊固件及接地不符合規范占所有問題總數近8成，這3類問題基本是因不按標準規范安裝、現場維護檢查不到位導致。

圖1 油氣田現場在用防爆電器常見問題分類Fig.1 The classification for common problem of explosion-proofelectrical equipment in oil and gas field sites

2 安全檢查常見的問題表現

對現場監督檢查發現的隱患(問題)進行歸類，發現常見問題表現共分以下6類。

第一類：設備防爆型式不適應危險場所使用條件。主要表現：一是無銘牌、無防爆標識電氣設備在油氣場所使用；二是在危險作業或非常規臨時性作業中，使用非防爆電動工具；三是防爆場所使用非防爆照明開關或非防爆照明燈具?，F場問題，如圖2。

第二類：防爆電氣設備安裝與線路不符合標準規范要求。主要表現：一是多余進線口未有效封堵；二是使用防爆膠泥替代固化密封填料；三是電線/纜在穿線盒內直接連接或分路；四是防爆撓性管安裝連接不符合要求。現場問題，如圖3。

圖2 設備防爆型式不適應危險場所使用條件Fig.2 The explosion-proof type of equipment is not suitablefor use in dangerous places

圖3 防爆電氣設備安裝與線路不符合標準規范要求Fig.3 The installation and wiring of explosion-proof electricalequipment do not meet the requirementsof the standard specification

第三類：防爆電氣設備隔爆外殼密封失效，隔爆結合面參數不符合要求。主要表現：一是隔爆結合面銹蝕嚴重；二是隔爆結合面被油漆涂覆；三是隔爆外殼被拆開,臨時接線造成隔爆功能失效；四是隔爆外殼破損。現場表現，如圖4。

第四類:防爆緊固件安裝使用不符合規范要求。主要表現：一是壓緊螺母材料不一；二是緊固件(緊固螺母或墊片)缺失或老化失效；三是密封圈與進線不匹配或密封件缺失；四是緊固件上無防銹、防腐、防松措施。現場表現，如圖5。

第五類：未接專用外接地線或接線方式不正確。主要表現：一是防爆電氣設備金屬外殼未有效接地；二是電氣設備外接件接地連接導線不符合要求；三是接地連接件銹蝕松動?，F場表現，如圖6。

第六類：防爆合格證相關問題。主要表現：設備銘牌與防爆證不一致、產品結構任意修改(譬如設備進線口過多且加工粗糙、觀察窗透明件上打孔安裝操作桿等)、肆意篡改防爆證復印件，導致設備結構、設備銘牌與防爆合格證三者矛盾較多[2]。

圖4 防爆電氣設備隔爆外殼密封失效Fig.4 Seal failure in flameproof enclosure of flameproofelectrical equipment

圖5 防爆緊固件安裝使用不符合規范要求Fig.5 The installation and use of explosion-proof fasteners do notmeet the requirements of the code

圖6 未接專用外接地線或接線方式不正確Fig.6 No special external grounding wire orincorrect connection mode

3 常見的問題表現與風險分析

3.1 第一類防爆電氣選型

防爆電氣設備應根據爆炸危險區域等級及爆炸危險物質類別、級別和組別選型[3]。油氣生產現場屬于爆炸性氣體生產環境，區域類別非常明確，因此，設備選型的關鍵在于根據氣體或蒸汽的引燃溫度及分類分級來選取防爆電氣設備型式。而防爆電氣設備選型正確，可使油氣生產現場防爆電氣設備的點燃危險減至最小。如果現場防爆電氣設備選型不符合引燃氣體溫度、類別、級別等環境要求或未考慮其他外部影響，選用的防爆電氣設備表面溫度超過該危險場所存在氣體的引燃溫度，將引發火災或爆炸。因此，電氣設備是否適合危險場所類別是開展防爆電氣檢查的首要檢查項目。

3.2 第二類電氣線路及電氣設備安裝

防爆電氣設備及電氣線路在油氣場所安裝過程中會使用電纜或導管布線方式，使用電纜引入裝置時，部分設備就存在冗余進線口，如冗余進線口未進行有效封堵，就破壞了設備隔爆腔的完整性，會導致腔體內爆炸火焰直接從引入口向危險場所傳播，造成爆炸事故。使用導管方式布線時，電動機進線口或與電氣設備連接有困難時，應使用與電氣設備防爆等級相適應的防爆撓性管進行連接。在現場檢查中發現，防爆撓性管接頭不匹配，連接處不密封、未緊固，撓性管彎曲半徑小于管道外徑5倍等情況極其多見。這樣的安裝方式，既不符合爆炸場所安全規范要求，也會造成整個系統防爆等級下降或防爆功能失效。

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3.3 第三類隔爆外殼或隔爆結合面

大部分防爆電氣設備隔爆外殼是由多個零部件組裝而成。每個零部件之間密封無法做到非常嚴密，這些間隙會成為外殼內部電火花等點燃源通過的路徑，如果這些點燃源引燃周圍爆炸性氣體混合物，就可能發生重大安全事故。在現場安全檢查中，有的設備受惡劣環境條件影響，隔爆外殼破損未及時更換或隔爆面銹蝕嚴重，隔爆面參數已不符合安全規范要求，設備隔爆性能已然失效。還有部分場站在檢維修過程中將隔爆結合面完全用油漆涂覆，造成安全隱患。另外，生產現場還存在很多儀器儀表的防爆接線盒因老化破損未能及時更換的問題。由于儀器儀表類大多為弱電，現場人員往往重視程度不足[4]，但上述問題同樣影響設備整體防爆性能。

3.4 第四類防爆緊固件

防爆電氣設備上安裝的緊固件要有足夠的強度，只允許用工具才能緊固或拆除。含輕金屬的外殼可使用輕金屬和塑料制成的緊固螺釘。而其他用在防爆設備上的緊固件應有防銹、防松措施及相應防腐措施。在油氣田現場安全檢查中發現，緊固件缺失屬于很常見問題。如果設備安裝在爆炸性氣體危險2區，設備殼體與蓋之間缺失部分緊固螺釘，會直接導致防爆間隙增大、外殼耐爆強度降低。殼體內一旦出現爆炸，火焰將會從隔爆間隙傳出，甚至炸毀殼體，引燃周圍可燃氣體造成爆炸。

3.5 第五類防爆電氣設備接地

所有防爆電氣設備的金屬外殼都必須接地，以確保運行安全可靠。防爆電氣設備應在外殼內部的電路連接件旁設置接地標志。防爆電氣設備的金屬外殼要有設備外接地標志。接地連接件要至少保證與一根導線可靠連接，導線截面積在GB 3836.1-2010《爆炸性環境 第1部分：設備 通用要求》中有明確規定：電氣設備外接件應至少與截面積4mm2的接地線有效連接。在現場檢查中經常遇到接地線未連接、連接件銹蝕、松動等情況。接地件銹蝕嚴重，會導致接觸電阻增大，甚至虛接，電氣設備發生故障后，設備外殼帶電，極易發生人員觸電傷亡事故。

3.6 第六類防爆合格證

擅自改裝不僅造成防爆合格證與設備銘牌名不符實，同樣會導致整體設備防爆性能名不符實。防爆合格證是用于確定防爆設備或防爆元件符合標準要求、通過型式試驗和適應例行試驗的文件。防爆合格證是由防爆電氣設備或元件生產企業，按照標準要求提交申報資料與樣機，在國家認監委指定的認證實驗室經相關認定程序審查與試驗，在確認合格后頒發的合格證明。該合格證可用于同一生產企業，相同設備或元件名稱、型號規格、產品標準、總裝圖號的同批次產品。在防爆合格證有效期內，符合要求的同類產品均符合防爆標準要求。使用單位組織的現場安全檢查應重點核實該設備或元件出廠時間是否在該防爆合格證有效期內；現場防爆電氣設備或元件與防爆合格證名稱內容是否一致。

4 主要風險控制措施

4.1 合理選型安裝

在設備采購階段，要根據設備工作條件明確設備選用型號規格，保證其與使用環境相匹配、與防爆要求相適應[5]。

在安裝階段，嚴格執行危險場所電氣防爆安全規范。針對油氣田生產現場防爆電氣設備多發問題，重點做好以下幾點：

(1)將防爆電氣設備冗余裝置外殼上多余電纜引入口使用相應堵頭封堵。

(2)對隔爆結合面進行防銹處理。不允許涂漆或涂覆粉末，假如隔爆結合面上涂覆有防銹油脂，這些油脂不應老化變硬，且不能含有汽化溶劑，同時還不能造成隔爆結合面銹蝕。

(3)補齊隔爆外殼上緊固件(包含：螺栓、螺釘、彈墊、平墊)缺失襯墊。

(4)電纜穿墻開孔要用膠泥密封。在使用的穿線金屬管上要采取隔離密封措施。危險環境中布線電纜不能有中間接頭，如果必須有接頭，須通過使用防爆接線盒或穿線盒過渡。

4.2 規范監督檢查

油氣田生產現場防爆電氣設備連續運行時間較長，日常巡查巡檢顯得尤為重要。隨著設備投運時間增長，各類故障問題依次出現，為避免事故發生，應建立完善定期巡查巡檢及檢維修制度，并嚴格落實制度執行。同時，按照AQ 3009-2007《危險場所電氣防爆安全規范》標準要求，“為保證電氣設備處于良好狀態，可在危險場所長期使用，應進行連續監督與定期檢查。檢查應委托具有防爆專業資質的安全生產檢測檢驗機構進行”，定期委托專業機構實施監督檢查。

4.3 增強人員安全意識

生產現場人員的正確、規范操作，對防爆電氣設備正常使用有著極其重要的影響。通過對相關員工開展針對性培訓，提高人員安全意識及專業知識，有效避免因操作不當或安全意識淡薄引發的安全生產事故。

5 結論

(1)杜絕油氣田開發現場火災爆炸事故，首先從源頭上把關，在項目規劃建設階段，就應該有防爆專業機構介入，按照相關標準規劃設計。在安裝階段要嚴格按照相關標準規范操作，確保設備選型和安裝正確。

(2)防爆電氣設備安全是一項系統工程，除生產廠家要保證防爆電氣設備在制造過程中質量安全外，在安裝中企業還要保證選型、安裝、使用和維護得當，這樣才能真正達到防爆目的。所以對存在爆炸危險氣體環境的油氣田開發企業，必須采取相應防范措施，從源頭上以及現場安裝、維護中把關，必要時第三方機構介入評估，以實現整體防爆。