易燃易爆危险环境中的电气设计.doc

易燃易爆危险环境中的电气制定

化工、石化行业多是易燃易爆环境，其生产工艺及控制要求较复杂，且多是连续化生产，对电气设备要求较高。国标ＧＢ50058－92《爆炸和火灾危险环境电力装置制定规范》第2．1．1条规定：关于生产、加工、处理、转运或贮存过程中出现或可能出现爆炸性气体混合物环境时应进行爆炸性气体环境的电力制定。下面笔者依据十几年的化工工程制定、施工、修理经验，提出对易燃易爆危险环境中电气制定的几点看法。

1 防爆区域划分
搞好易燃易爆环境电气制定的首要工作就是对生产厂所正确地进行防爆区域划分。这一点直接影响到下面的主要电气设备选型、电线电缆选择与敷设、安装标准等一系列工作，直接涉及生产和人身安全，应当依据释放源的级别和位置、易燃物质的性质、通风条件、障碍物及生产条件、运行经验等因素，综合比较之后确定，还应着重注意以下几个地方：
〔1〕建筑物内部释放源；
〔2〕生产装置区的释放源；
〔3〕重于空气的易燃物质贮罐；
〔4〕易燃液体、液化气、压缩气体等密闭注送系统的槽车；
〔5〕压缩机厂房。

2 易燃易爆环境中的配电制定
2．1 负荷分级
关于负荷分级，我们不仅要参照《工业与民用配电制定规范》，更要依据实际的易燃易爆环境的生产工艺及安全要求对负荷进行分级。正常状况下，这类负荷大都划分为一二类负荷，但标准中特别强调在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等状况的负荷以及特别重要场所的不同意中断供电的负荷应为特别重要的负荷。如，在工业生产中关断正常电源来处理安全停产所必须的应急照明、通信系统和保证安全停产的自动控制装置等。
2．2 供电电源的制定
针对化工、石化行业较多的一级负荷状况，配电制定应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏，以坚持持续供电。关于一级负荷中特别重要的负荷，还必须增设应急电源。
常用的应急电源有发电机组、干电池、蓄电池以及专用的馈电线路等，应依据产品的生产工艺同意的中断供电的时间来选择：
〔1〕蓄电池〔ＵＰＳ〕适用于毫秒级负荷；
〔2〕带有自动投入装置的专用馈电线路，适用于中断时间1．5Ｓ或0．6Ｓ的应急电源；
〔3〕快速自启动的发电机组，适用于中断时间15Ｓ以上的负荷。
在实际的制定中，亦可依据实际状况略作变动。如在聚氯乙烯〔ＰＶＣ〕工程中，通常采纳的电源制定方法有：
〔1〕有两路独立电源点的状况下，对特别重要负荷一般采纳蓄电池〔ＵＰＳ〕做电源〔负担照明、通风、安全停车和自动控制装置等〕，而不用自备发电机组；
〔2〕只有一路进线电源，那么另一路电源就采纳自备柴油机组〔容量满足安全停车的负荷即可〕，而特别重要的负荷电源则采纳蓄电池〔ＵＰＳ〕。
2．3 厂区〔车间〕变配电所的布置
关于易燃易爆环境，除了符合正常规范的要求外，还要注意以下几点：
〔1〕不应设在有爆炸危险的区域内，当配电室为正压室时可布置在1区、2区内。关于易燃物质比空气重〔化工行业的产品、介质大部分都比空气重〕的爆炸性气体环境，位于1区、2区四周的变配电所的室内地面，应高出室外地面0．6ｍ；
〔2〕不应设在有火灾危险区域的正上面或正下面；
〔3〕变配电所如果与火灾危险区域的建筑物毗连时，应符合以下要求：
①电压为1～10ｋＶ配电所可通过走廊或套间与火灾危险环境的建筑物相通，通向走廊或套间的门应为难燃烧体；
②变配电所与火灾危险环境建筑物共用的隔墙应是密封的非燃烧体。管道和沟道穿过墙和楼板处，应采纳非燃烧性材料严密堵塞；
③变压器室的门窗应通向无火灾危险的环境。

3 防爆电气设备的选择
应依据具体场所的危险等级及工作环境选择合适的防爆电气设备类型。同时依据制定要求和技术要求选用参数相匹配的设备，既要避免造成资源浪费，也要避免容量太小引起发热烧毁设备，甚至引发燃爆等其它恶性事故。
在选择购买防爆电气设备时，还应注意防爆电气设备的质量问题。各别厂家为了谋利，其产品的各项参数并未全部达到规定要求，甚至市场还出现了铭牌上无防爆合格证号、无生产厂家以及假冒其他厂家的伪劣产品。因此，在购买时应选择正规厂家以及信誉优良的厂家生产的产品。
3．1 防爆电动机的选择
防爆电动机的级别、组别应按防爆区域等级及防爆介质等级划定。其形式有两种：
〔1〕接线口为螺纹式。国外防爆电机大多属于这种形式，国内也有不少厂家已开始生产。这种电动机直接与防爆挠接管配套，便于安装、安全、美观，但电动机造价高一些；
〔2〕接线口为卡套式。目前，国内大部分防爆电机都属此类。接线时必须用填料密封，造价低但不易安装、不美观、安全性低，碰到不负责任的或资质不够的施工队伍，其安全性就大打折扣，将给安全生产带来庞大的隐患；
通常运用的处理方法为：拆掉卡套口送到防爆电器加工厂重新加工丝扣，与防爆挠接管相配套，既安全、美观，又降低了造价。
3．2　电线电缆的选择、安装
3.2.1　电线电缆的选择
国标ＧＢ50058－92《爆炸和火灾危险环境电力装置制定规范》中指出，在爆炸性气体环境1区、2区内：
〔1〕导体同意载流量不应小于熔体额定电流的1．25倍和自动开关长延时过电流脱扣器整定电流的1．25倍；
〔2〕引向电压为1000Ｖ以下的鼠笼感应电动机支线的长期同意载流量不应小于电动机额定电流的1．25倍。在1区内，铜芯控制电缆的最小截面为2．5ｍｍ2，而在2区内，铜芯控制电缆的最小截面为1．5ｍｍ2。
另外，在此规范前提下，还应按经济电流密度来选择电线电缆。从下表中可看出，最经济的选择是Ｓ5；一般来讲，经济截面比载流截面扩大级数在3级以内，所以，按经济电流密度选择电缆截面时，要用同意载流量进行校核，然后选择截面较大的一个，以首先保证安全的运行。另外，这种状况是在单根电缆敷设的条件下，实际上，我们在选择电缆时要依据具体的环境条件用适当的系数将载流量加以调整，那么我们选择的载流量截面将会扩大，既满足了防爆电气规范，又缩小了与经济截面的差距。
3.2.2　电线电缆的安装
依据规范要求和经验，化工行业易燃易爆环境车间的配电线路的制定一般都以桥架为主，钢管与电缆沟的敷设为辅。正常状况下，在±0．00ｍ平面，先由室外桥架引入，进入室内后至设备四周沿墙或柱引下至电缆沟〔敷设完毕后封死，以防白蚁和进水〕，然后穿管沿地面敷设至电机旁，再用防爆挠接管接至电机接线口。而在其他高于±0．00ｍ的平面上，电气线路基本上都是由桥架架空引入，然后由桥架穿管架空敷设至电动机旁，再由防爆挠接管引入电机接线口。
但敷设电气线路的沟，桥架或钢管所穿过的不同区域之间墙或楼板处的孔洞应采纳非燃性材料严密堵塞。
另外，架空桥架敷设时宜采纳阻燃电缆，在1区、2区内电缆线路不应有接头，穿线钢管应采纳低压流体输送用镀锌钢管。

4 控制室电力显示仪表的选择
化工生产工艺对主要电力显示仪表的准确度要求较高，而化工生产电气、仪表的控制主要集中于控制室，笔者依据以往制定、运行经验，对控制用电力显示仪表的选择谈些看法。
ＰＶＣ行业中，聚合釜反应技术直接影响ＰＶＣ质量，故聚合釜的搅拌电流对生产控制极为重要，而目前ＰＶＣ行业都是集中控制，一般状况下配电室距控制室较远。这样，一般的电流互感器与指针式仪表就不能满足精度的要求，误差较大，严重影响了企业的产品质量与效益。电气控制的制定正在向数字化显示仪表方向发展，如果距离远，就在配电室的配电柜上加装ＣＤ19型电流变送器，输出4～20ｍＡ标准信号至控制室或现场的ＣＤ19型数显〔或带光柱〕仪表；如距离近，则直接采纳电流互感器输出0～5Ａ信号至ＣＤ19仪表，既直观又准确，大大满足了工艺的要求。

5 照明系统部分
由于目前化工生产的控制趋向大规模计算机集成控制系统，所有电气设备的操作亦都由ＤＣＳ在控制室控制，现场无人操作，故厂房照明系统一般采纳集控方式，照明箱和控制开关设在控制室的方式方便可行。
关于照明灯具的选择，笔者依据经验，提出以下几点建议。
〔1〕防爆日光灯特别是抽出式灯管〔多数是这样〕，由于长度较长、重量重、占空间较大等特点，如果选择、安装不当，修理灯管时必须拆卸灯具才能换灯管，故建议制定时选用易改换型灯管；
〔2〕其他防爆灯具。一般状况下化工行业的厂房较高，提倡选用易换型灯泡〔卡扣式〕，其安装方式、高度都不受限制且易修理，但必须注意，由于化工企业的大型电机多，起动频繁导致线路电压短时下降太多，应选择灯具时应尽量选用带镇流器的。否则，一方面灯泡易坏，另一方面出现频闪现象亦不安全。

6　防爆电气设备的接地
低压配系统的接地形式有：ＴＮ系统包括ＴＮ－Ｃ、ＴＮ－Ｓ、ＴＮ－Ｃ－Ｓ，ＴＴ系统及ＩＴ系统。
从技术和安全方面合计，在火灾和爆炸危险厂房中宜采纳ＴＴ、ＩＴ或ＴＮ－Ｓ系统。但是由于目前工厂的6～10ｋＶ供电系统多数采纳中性点直接接地系统，故建议采纳ＴＴ或ＴＮ－Ｓ系统。而ＧＢ50058－92《爆炸和火灾危险环境电力装置制定规范》中又规定爆炸性气体环境的接地制定要求按有关电力设备接地制定规程不需要接地的部分，在爆炸性气体环境内仍应接地。由此，在既符合规范又符合安全原则的前提下，最好采纳ＴＴ系统。