淺談甲類倉庫的電氣設計

周坤宏

（廈門華旸建筑工程設計有限公司，福建 廈門 361001）

0 引言

隨著國內現代工業的發展以及生產安全意識的普及，甲類倉庫已成為眾多工業廠區的重要組成部分。甲類倉庫基于其儲存物品的易燃易爆特性，使得其一旦出現問題，往往會造成嚴重的火災或爆炸性事故。例如近年來發生的天津某甲類危險品庫的重大火災爆炸事故，造成非常重大的人員及財產損失。這些觸目驚心的案例讓業內人員對于甲類倉庫的安全運行越來越重視。本文將結合某生產企業的甲類危險品倉庫設計實例淺談甲類倉庫的幾個電氣設計要點。該倉庫設有4個儲存間和4個危廢間，儲存的主要危險物品為甲醇、乙醇和氫氣。

1 甲類倉庫電氣設計的相關概述

甲類倉庫的電氣設計主要包含爆炸性危險區域的劃分、配電系統及線路設計、防爆設備的選擇、防雷接地系統、危險氣體探測系統等。甲類倉庫存儲的大量爆炸性危險物質有著易燃易爆的特性，而電氣裝置的存在是點燃源發生的一個重要途徑，決定了其對電氣設計的許多特殊要求。在設計過程中需要根據不同項目不同的存儲方案與其他專業進行綜合性的協同設計。在項目方案階段應明確項目的具體存儲物質進行合理的建筑布局，限制爆炸性危險區域的影響范圍。在施工圖設計階段以此為依據進行危險環境的電氣設計，從而得出科學合理且經濟的設計成果。

2 甲類倉庫電氣設計要點分析

2.1 爆炸性危險區域的劃分

爆炸性危險區域的劃分是甲類倉庫電氣設計的第一個步驟，是設計的重點，也是設計的難點。如果在前期階段未能正確地劃分爆炸性危險區域而錯誤地將部分本應為爆炸性危險的區域劃分為非爆炸性的區域，則有可能導致甲方在后續的使用中出現嚴重的事故。因此在項目前期就應詳細了解倉庫存儲的所有爆炸性危險物質的特性，結合建筑環境、工藝特點，按照規范要求制定正確合理的爆炸性危險區域劃分布置圖。

以下為《爆炸危險環境電力裝置設計規范》（GB 50058-2014）規范中對于爆炸性危險區域劃分涉及的主要條文要求[1]：

（1）爆炸性氣體環境應根據爆炸性氣體混合物出現的頻繁程度和持續時間分為0區、1區、2區，分區應符合下列規定：①0區應為連續出現或長期出現爆炸性氣體混合物的環境；②1區應為在正常運行時可能出現爆炸性氣體混合物的環境；③2區應為在正常運行時不太可能出現爆炸性氣體混合物的環境，或即使出現也僅是短時存在的爆炸性氣體混合物的環境。

（2）爆炸危險區域應根據爆炸性粉塵環境出現的頻繁程度和持續時間分為20區、21區、22區，分區應符合下列規定：①20區應為空氣中的可燃性粉塵云持續地或長期地或頻繁地出現于爆炸性環境中的區域；②21區應為在正常運行時，空氣中的可燃性粉塵云很可能偶爾出現于爆炸性環境中的區域；③22區應為在正常運行時，空氣中的可燃粉塵云一般不可能出現于爆炸性粉塵環境中的區域，即使出現，持續時間也是短暫的。

接下來筆者將結合設計實例分析爆炸性危險區域的確定。該甲類倉庫設有4個儲存間和4個危廢間。其中儲存1房間和危廢2房間的爆炸性危險物質為甲醇和乙醇；存儲2房間、存儲4房間、危廢1房間和危廢3房間的爆炸性危險物質為氫氣。考慮甲醇和乙醇在揮發的狀態下均為密度大于空氣的物質，而氫氣為密度小于空氣的物質。各存儲間和危廢間除大門外均未設置其他孔洞，且各房間內為通風不良區域，危險物質在正常情況下有可能在房間內取樣泄露。故本項目爆炸危險區應劃分作如下考慮：①各儲存有甲醇、乙醇和氫氣的房間內均定性為爆炸性危險1區；②存放有甲醇和乙醇的房間，以房間門為中心，15米為半徑，距地坪高度為7.5米的垂直范圍內定性為爆炸性危險2區。在爆炸危險二區域內地坪下的坑、溝也劃為1區；③存放有氫氣的房間，以房間門為中心，4.5米為半徑，釋放源上方7.5米高度的范圍內定性為爆炸性危險2區。

該目最終爆炸危險區劃分平面圖如下：

圖1 爆炸危險區劃分平面圖

基于以上設計實例我們不難發現在爆炸性危險區域的劃分過程中需要熟知倉庫內甲類物質的特性并在設計過程中主動與建筑、通風等其他專業協商，以確定出合理的爆炸性危險區域布置圖。比如在方案階段應盡量避免將電氣間布置于爆炸危險區域，可采用調整甲類房間門的位置或可以把電氣間布置在端頭，電氣間與甲類房間之間用非燃燒體的防爆墻隔開等措施；應與建筑專業協商使得甲類房間除門洞以外不再開多余的孔洞，以避免爆炸性危險區域不必要的擴大。

2.2 防爆設備選型及配電線路的設計

基于明確的爆炸性危險區域劃分布置圖，設計過程中應盡量減少電氣設備或線路布置于爆炸性危險區域內，對于無法避免而必須安裝于爆炸性危險區域內的電氣設備及其線路應采取防爆措施。因此甲類倉庫內通常僅設置必要的照明燈具及事故風機配電設備，其余非必要的電氣設備建議集中設置于非爆炸性危險區域內。在確定電氣設備的防爆等級之前設計人員需熟知甲類倉庫內存儲的甲類物質的特性：①需明確甲類物質的儲存環境是屬于爆炸性粉塵環境還是屬于爆炸性氣體環境，不同的爆炸性介質需匹配不同的防爆電氣設備結構（EPL）。設計中常見的爆炸性環境為氣體環境，其電氣設備防爆結構為Ga，Gb，Gc。而在爆炸性粉塵環境中對應的電氣設備防爆結構應為Da，Db。應嚴格根據不同的爆炸性環境選擇不同的電氣設備防爆結構。②爆炸性氣體混合物的級別按照最大試驗安全間隙或最小點燃電流依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種級別。當存在有兩種及以上可燃性物質形成的爆炸性混合物時，應按照混合后的爆炸性混合物的級別和組別選用防爆設備，無據可查又不可能進行試驗時，可按危險程度較高的級別和組別選用防爆電氣設備。③爆炸性氣體的引燃組別。在規定環境與條件下，易燃性物質逸散的蒸汽或氣體混合空氣形成易燃性或爆炸性混合物受熱表面影響而引燃的溫度下限值，包括T1～T6不同等級，其引燃溫度漸次降低，同時電氣設備防爆性能與要求也相應提升。

爆炸性危險區域內的所有電氣線路均需采取防爆措施，為降低電氣線路采取防爆措施的施工難度以及后續使用過程中電氣線路的檢修便利，建議爆炸性危險區域內的電氣線路均采用穿鍍鋅焊接鋼管沿墻、頂棚或地面明敷設。電氣線路宜在爆炸環境危險性較小的環境或遠離釋放源的地方敷設。設計過程中應采取措施確保電氣線路保護管的密閉性，否則容易造成爆炸性氣體在保護管內的累積或不同區域的不同類別的爆炸性氣體相互混合，從而產生爆炸的隱患。故電氣線路保護鋼管連接的螺紋部分應涂以鉛油或磷化膏，在可能凝結冷凝水的地方，管線上應裝設排除冷凝水的密封接頭，鋼管穿越防爆區域采用非燃性材料嚴密堵塞。

2.3 防雷和接地系統設計

因甲類倉庫易燃易爆的特性，使得此類建筑在遭受雷擊損害或接地保護不到位造成的損害比普通建筑要嚴重得多，一旦出問題往往都很容易造成巨大的破壞及損失。甲類倉庫應根據其存儲物品的特性來確定其防雷類別。如存儲物質為火炸藥及其制品，則應按照一類防雷進行設計。其余倉庫可根據分區及影響程度確定，大多情況下按照二類防雷進行設計。但是如果遇到甲類倉庫存在排放爆炸性氣體、蒸氣或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管的情況時需注意，僅當其排放物達不到爆炸濃度、長期點火燃燒、一排放就點火燃燒以及發生事故時排放物才達到爆炸濃度的情況時，通風管、安全閥、接閃器的保護范圍可只保護到管帽，無管帽時應保護到管口。其余情況應嚴格按照《建筑物防雷設計規范》GB 50057-2010第4．2．1條第2款的規定進行防雷保護設計[2]。

甲類倉庫的設計中除防雷接地設計外容易被忽略的一點便是防靜電接地設計。倉庫的倉儲屬性決定了其在使用過程中必然發生經常性的物品搬運、堆垛等行為、部分倉庫對于空氣的干燥度也有較高的要求以及人體自帶的靜電，這些都可能導致靜電的積累，如果無法有效地釋放這些積累的靜電則可能導致靜電放電而產生的火花，從而成為爆炸性危險物質的點火源。因此甲類倉庫內凡可能產生靜電危害的管道和設備均應做靜電接地，且一般接地點不少于2處。對于專門用于靜電接地的接地系統其接地電阻不宜大于100歐。以某甲類危險品庫的設計實例為例，鑒于甲方無法對此倉庫后續實際使用中倉儲物品或設備的擺放位置在設計階段明確，故我司只能按照常規做法從室內局部等電位箱引出一根40＊4的熱鍍鋅扁鋼，明敷設于四周側墻踢腳線處并應焊接地螺栓，作為防靜電接地的預留干線[3-4]。并明確要求倉庫爆炸危險區域內的所有金屬設備外殼、金屬柜體、金屬管道等均應就近至少兩處接入防靜電接地干線，且接地連接線為截面不小于6平方毫米的銅芯電線或電纜。另外人員經常性的出入使得人體自帶靜電成為了一個移動的靜電源，特別是在氣候干燥的地區尤為嚴重[5-7]。因此建議于在此倉庫的入口處設置一個人體靜電荷釋放球，靜電荷釋放球與防靜電接地網可靠連接。在人員進入倉庫前需觸摸靜電荷釋放球釋放人體靜電荷，方可進入倉庫內作業。

2.4 危險氣體探測系統

爆炸性危險物質在存儲過程中存在泄漏的風險，有可能造成可燃氣體或可燃液體的蒸氣或薄霧與空氣混合形成爆炸性氣體混合物。當混合物達到一定的濃度值時就有可能造成爆炸的風險。因此及早地發現并及時地通過安全措施控制爆炸性氣體混合物的濃度可大大減少危險物質泄漏引發的事故。應根據倉庫各房間內存放的爆炸性危險物質設置相對應的可燃氣體探測系統。當房間內可燃氣體濃度超過下限值25% LEL時，安裝在現場的氣體報警裝置發出一級報警，同時啟動相應區域的事故排風機強制排風，并切斷進氣閥；當氣體濃度超過50% LEL時二級報警設備發出警報后，即使安裝場所被測氣體濃度發生變化恢復到正常水平，仍應持續報警，只有經確認并采取措施后才能停止報警。可燃氣體報警系統發出警報的同時應立即切斷除事故風機外的其他所有非消防電源的供電。

3 結語

電氣設計是甲類倉庫設計的重要組成部分，一個好的電氣設計不僅要能保證安全性這個最基本的要求，還應該兼顧實用性及經濟性。這就要求我們在設計過程中應嚴格以國家規范為依據，密切結合實際的工藝設計需求并與其他各專業協同配合，制定出科學合理的設計方案。