爆炸危险区域的划分与防爆电气设备的选型

浅谈爆炸危险区域的划分及防爆电气设备的选型镇海炼化工程公司褚利平摘 要本文利用作者在设计中运用规范的一些体会和设计工作中的一些经验，介绍了石化企业中，爆炸危险区域划分需遵照的规范要求和如何在不同的爆炸危险区域中选用不同防爆等级的电气设备。关键词 防爆区域划分防爆电气设备选型一、概 述众所周知，易燃气体或蒸汽与空气的混合物遇到火花、电弧或危险高温就会被点燃，会形成燃烧或爆炸。石化和化工企业经济要加工和处理易燃性液体或气体，石化工业的原料中有相当多的品种是易燃性的，如常用的原料中的石油、天然气、氢气是易燃性物质；半成品中的烷类、烃灯化合物多数是易燃性物质；成品中的汽油、柴油等也是易燃性物质。这些易燃性物质在被加工、贮存的工程中不可避免的会从管道、反应器、贮罐中逸出或漏出，与空气中的氧气混合后形成爆炸性混合物，如果当时现场有点燃源，就会形成爆炸。爆炸产生高温和冲击波，造成人员伤亡和财产的巨大损失。由于上述特点，石化企业的防爆安全就成为企业的头等大事。为了防范这种工程爆炸，需在工程中采取相应的措施。工程上采用的防爆安全措施一般分两类，第一类称为一次防爆措施，如建筑物的防爆设计，通风设施等。第二类称为二次防爆措施，如选用防爆电气设备等。这些措施都需要增加工程的投资，其设备费用、安装费用都高于普通电气产品，且平时的运行和维护都比普通电气设备难度大。如何在设计中正确划分爆炸危险区域，合理地按级选用防爆电气设备，事关企业的安全和工程投资的合理。二、爆炸危险区域的划分如果对于一个炼油厂或其中的一个装置，由于它的原料、产品有易燃性物质，就把整个厂区或装置都认定为爆炸危险场所，是极不经济的，显然也是不合理的。易燃性物质的出现形成了一个潜在的爆炸性环境。所谓潜在的，就意味着它们并不是时刻出现的，有的出现频率高，有的出现频率低。在这种情况下，就存在危险性大的场所和危险性小的场所。因此，就有必要对这些危险场所进行的“场所分类”。分类的目的就在于运用统计学的原理，按照场所中气体环境出现的频率和存在的时间的长短，将场所的危险程度分类，以便按照危险区域类型采用不同的防爆措施。我国从七十年代中期已经开始对防爆危险环境出现的或然率进行分极。如：七十年代的电力设计技术规范、八十年代的爆炸危险电气安全规程(试行)、1983年发布的爆炸和火灾危险环境电气装置设计规范GBJ5883和1992年发布的目前仍在使用的爆炸和火灾危险环境电气装置设计规范(GB5005892)。这此规程、规范，规定了爆炸性气体环境、爆炸性粉尘环境等危险区域的划分及危险区域的范围。爆炸危险性场所的分类，应由懂得易燃性材料性能、设备工艺性能的技术人员提出易燃性介质及其释放源；由懂得安全、电气的工程技术人员根据有关规范，来划分爆炸危险区域。场所分类对工程设计很重要，为了尽量准确地划分区域，在根据有关标准和规范划分的同时，还应参考以往的经济和行业的特点。既要保证生产装置的安全可靠，又要避免人为提高爆炸危险区域等级，而造成工程投资浪费。爆炸危险场所的划分首先要查找和确定释放源，根据释放源的等级，划分爆炸危险区域，然后还应结合释放源所在处的通风条件调整区域划分。（一）查找和确定释放源在每个工程项目中，每一台加工设备(如罐、泵、管道、容器等)，其内部含有易燃性物料，就应视为潜在释放源，如易燃性气体或液体的排入口、取样点、泄漏的阀门等，都是释放源。该类设备中含有的易燃性物料不会向环境中释放的。如全部焊接的管道等，则不可视为释放源。在场所分类中，首先应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间长短确定释放源的等级。根据规范规定共分为三级：1.连续级释放源：预计长期释放或短时频繁释放的释放源，可划为连续级释放源。如：固定顶贮罐的上部空间和排气口；油、水分离器等直接与空气接触的易燃液体的表面；经常或长期向空间释放易燃气体或易燃液体的蒸汽的自由排气孔或其它孔口等。2.第一级释放源：预计正常运行时周期或偶尔释放的释放源，可划为第一级释放源。如：正常运行时，会释放易燃物质的泵、压缩机和阀门等的密封处；正常运行时，会向空间释放易燃物质、安装在贮有易燃液体的容器上的排水系统；正常运行时会向空间释放易燃物质的取样口。3.第二级释放源：预计在正常下不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源，或划为第二级释放源。如：正常运行时不能出现释放易燃物质的泵、压缩机和阀门的密封处；正常运行时不能释放易燃物质的法兰、连接件和管道接头；正常运行时不能向空间释放易燃物质的安全阀、排气孔和其它孔口处；正常运行时不能向空间释放易燃物质的取样口。由上述两种或三种级别释放源组成的释放源，称为多级释放源。（二）爆炸危险区域的划分爆炸危险区域的划分是根据爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间确定的，分为0区、1区、2区。首先根据工艺专业等有关专业提供的爆炸危险区域划分条件图和释放源的等级划分爆炸危险区域：1.存在连续级释放源的区域可划为0区；2.存在第一级释放源的区域可划为1区；3.存在第二级释放源的区域可划为2区。然后应根据通风条件调整区域划分。当通风良好时，应降低爆炸危险区域等级；当通风不良时应提高爆炸危险区域等级。在生产装置中0区是极个别的，大多数属于2区，在设计中划分爆炸危险区域时，应采取合理措施尽量减少1区。（三）爆炸危险区域的范围爆炸危险区域的范围划分，除了按照规范条文的规定以外，还与以下几个因素有关：1.易燃物质的泄出量；2.释放速度；3.释放的爆炸性气体混合物的浓度；4.易燃液体的沸点液体混合物初沸点；5.爆炸下限；6.闪点；7.通风量；等等。这些量的增加与减少都与爆炸危险区域范围的大小有直接的关系。因这些量界定的因素较复杂。所以上述所列的影响范围大小的参数，只是采用了IEC规定，而该规定迄今为止只是一个原则性规定，无具体尺寸可遵循。由于实际生产装置的工艺、设备、仪表、通风布置等条件各不相同，在具体设计中均需结合实际情况妥善选择，才能确保安全。具体划分尺寸见有关规范GB5005892在区域划分中有两个场所要特别引起注意，一是装置区内的变配电所，应尽量布置在爆炸危险区域范围以外，位于爆炸危险区域场所附加2区内的变配电所，设计中其室内外地坪高差应大于0.6m。二是加热炉区的爆炸危险区域，离炉子外壁1.5m内应视为非防爆区。在爆炸危险区域划分后，应对其结果画出“爆炸危险区域划分图”，作为在该区域范围内的电气设备的选型依据。三、爆炸危险场所防爆电气设备选型在选择使用于爆炸危险场所的电气设备前，应首先明确以下内容：1.燃炸危险场所环境的类别，是燃炸性气体环境还是燃炸性粉尘环境。不同的爆炸性介质其电气设备的防爆结构要求是不一样的。我们通常在说的防爆设备大多指的是爆炸性气体环境中使用的，如dBT4、dCT6等等，而用于爆炸性粉尘环境的电气设备应为防尘结构标志为DP，主要用于可燃性非导电粉尘和可燃纤维的11区环境或尘密结构标志为DT，主要用于爆炸性粉尘10区环境和其它爆炸性粉尘11区环境。2.环境中爆炸性气体混合物的爆炸级别，即A、B、C。这是相应于设备的最大试验安全间隙和最小点燃电流比的分极。其级别根据产生爆炸性气体的介质不同而不同，如丙烷属A、乙烯属B、乙炔和氢属C等。从A到C随着防爆电气设备的最大试验安全间隙和最小点燃电流比的逐级减小而其防爆要求逐级提高。3.环境中爆炸性气体混合物的组别或引燃温度。这是易燃性物质的气体或蒸汽与空气形成的混合物的规定条件下被热表面引燃的最低温度。从组别T1到T6随着引燃温度的降低，其电气设备的防爆要求逐级提高。4.周围环境对防爆电气设备的选型要求。如周围环境内化学的、机械的、热的、霉菌等不同环境条件，在防爆电气设备选型时应同时考虑。在考虑以上几条基本要求后，可选择能满足要求的防爆电气产品。对有些必须布置在爆炸危险区域内的电气设备，而其防爆要求又不能满足场所要求的时候，可采用正压通风的措施来达到防爆的要求。有关正压通风的具体要求详见国标G5005892。按国家标准爆炸性环境用防爆电气设备通用要求规定，各种防爆类型标志如下：隔爆型 d增安型 e本质安全型 ia，ib正压型 p充油型 o充砂型 q无火花型 n特殊型 s电气设备分为两类：类为煤矿井下用的电气设备；类为工厂用的电气设备如工厂用的隔爆型B级T4组：dBT4；工厂用的增安型B级T3一组：eBT3。四、结束语有关爆炸危险区域环境内，除了爆炸危险区的划分、电气设备的选型等内容，还有许多不同于普通环境的要求，如电气线路的设计安装、接地系统的设计安装等都有特殊的要求，国家规范和有关设计手册都有严格的标准和详细的介绍。文中所写内容纯属本人对规范的一些理解和工作中的一些体会，如有不当之处，请各位专家批评指正。引言 在化工企业中，许多生产装置的物料介质是具有爆炸、火灾性危险的。爆炸及它引起的火灾事故是威胁化工企业安全生产的一个重要问题。我院是以设计化肥、化工项目为主的化工设计院。根据多年的设计经验得知，化肥厂主要生产装置大都处于爆炸危险环境。如:以煤焦为原料的合成氨生产系统，由原料至净化的爆炸危险气体属轻于空气的爆炸危险环境;以油为原料的合成氨生产系统，由油气化至净化的爆炸危险气体属重于空气的爆炸危险环境;合成、压缩、尿素主厂房的部分楼层，属于爆炸危险气体轻于空气的爆炸危险环境。在这种环境中，电气设备的火花常常是引起爆炸事故的主要原因之一。因此，严格、细致地划分爆炸危险场所的等级和危险介质的级别，经济合理的选用防爆电气设备，并辅以建筑物的防爆设计、加强通风等措施，以防止爆炸条件的形成和减轻爆炸危险的严重程度，是工程设计人员的职责，事关企业安全生产和工程建设的重要问题。 1爆炸危险的产生 物系自一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间以机械功的形式放出大量能量的现象称为爆炸，它也是爆炸性混合物在燃烧基础上进行的高速化学反应，亦可视为气体或蒸气在瞬间剧烈膨胀的现象。 爆炸危险必须同时存在三个条件:a)存在易燃气体、易燃液体的蒸气或薄雾;b)上述物质与空气混合其浓度在爆炸极限以内;c)存在足以点燃爆炸性混合物的火花，电弧或高温。对于设计而言，应使产生爆炸危险的三个条件同时出现的可能性减到最小程度。 我国从70年代中期已经开始对爆炸危险环境出现的或然率进行分级，如:GB58-83,GB50058-92,工程建设标准强制性。这些规程、规范、规定了爆炸性气体环境，爆炸性粉尘环境等危险区域的划分及危险区域的范围。 2爆炸危险区域的划分 爆炸危险性场所的分类，应由懂得易燃性材料性能、设备工艺性能的技术人员提出易燃性介质及其释放源和懂得安全、电气的工程技术人员根据有关规范，来划分爆炸危险区域。为尽量准确地划分区域，在根据有关标准和规范划分的同时，还应参考以往的经济和行业特点。既要保证生产装置的安全可靠，又要避免人为提高爆炸危险区域等级，而造成工程投资浪费。 爆炸危险场所的划分首先要查找和确定释放源，根据释放源的等级，划分爆炸危险区域，然后还应结合释放源所处的通风条件调整区域的划分。 2.1查找和确定释放源 在每个工程项目中，每一台加工设备(如罐、泵、管道、容器等)，其内部含有易燃性物料，就应视为潜在释放源。在场所分类中，首先应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间长短确定释放源的等级。根据规范规定共分为三级: a)连续级释放源:预计长期释放或短时频繁释放的释放源，可划为连续级释放源。 如:固定顶贮罐的上部空间和排气口;油、水分离器等，直接与空气接触的易燃液体的表面;经常或长期向空间释放易燃气体或易燃液体的蒸气的自由排气孔或其它孔口等。 b)第一级释放源:预计正常运行时周期或偶尔释放的释放源，可划为第一级释放源。 如:正常运行时，会释放易燃物质的泵、压缩机和阀门等的密封处、取样口等。 c)第二级释放源:预计在正常时不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源，可划为第二级释放源。 如:正常运行时不会出现释放易燃物质的泵、压缩机和阀门的密封处;正常运行时不会释放易燃物质的法兰、连接件、管道接头、安全阀、排气孔和取样口。 由上述两种或三种级别释放源组成的释放源，称为多级释放源。 2.2爆炸危险区域的划分 爆炸危险区域的划分是根据爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间确定的，分为。区、1区、2区。 首先根据有关专业提供的爆炸危险区域划分条件和释放源的等级划分爆炸危险区域: a)存在连续释放源的区域可划分为。区; b)存在第一级释放源的区域可划分为1区; c)存在第二级释放源的区域可划分为2区。 然后应根据通风条件调整区域划分。当通风良好时，应降低爆炸危险区域等级;当通风不良时应提高爆炸危险区域等级。 在生产装置中0区是极个别的，大多数属于2区，在设计中划分爆炸危险区域时，应采取合理措施尽量减少1区。 2.3爆炸危险区域的范围 爆炸危险区域的范围划分，除了按照规范条文规定以外，还与以下几个因素有关: a)易燃物质的泄出量; b)释放速度; c)释放的爆炸气体混合物的浓度; d)易燃液体的沸点(液体混合物初沸点); e)爆炸下限; f)闪点; 9)通风量等。 这些量的增加与减少都与爆炸危险区域范围的大小有直接的关系。因这些量界定的因素较复杂。所以上述所列影响范围大小的参数，只是采用了IEC规定，而该规定迄今为止只是一个原则性规定，无具体尺寸可遵循。由于实际生产装置的工艺、设备、仪表、通风布置等条件各不相同，在具体设计中均需结合实际情况妥善选择，才能确保安全。具体划分尺寸见有关规范(BG5005892)。 在区域划分中有两个场所要特别引起注意，一是装置区内的变配电所，应尽量布置在爆炸危险区域范围以外，位于爆炸危险区域场所附加2区内的变配电所，设计中其室内外地坪高差应大于0.6m.二是加热炉区的爆炸危险区域，离炉子外壁1.5m内应视为非防爆区。 在爆炸危险区域划分后，应对其结果画出“爆炸危险区域划分图”，作为在该区域范围内的电气设备的选型依据。 3爆炸危险场所防爆电气设备选型 在选择使用于爆炸危险场所的电气设备前，应首先明确以下内容: 3.1爆炸危险场所环境的类别是爆炸性气体环境还是爆炸性粉尘环境。不同的爆炸性介质其电气设备的防爆结构要求是不一样的。我们通常所说的防爆设备大多数指的是爆炸性气体环境中使用的，如dBT4,dCT6等，而用于爆炸性粉尘环境的电气设备应为防尘结构(标志为DP，主要用于可燃性非导电粉尘和可燃纤维的11区环境)或尘密结构(标志为DP，主要用于爆炸性粉尘10区环境和其它爆炸性粉尘11区环境。) 3.2环境中爆炸性气体混合物的爆炸级别即A,B,C。其级别根据产生爆炸性气体的介质不同而不同，如丙烷属A、乙烯属B、乙炔和氢属C等。 3.3环境中爆炸性气体混合物的组别或引燃温度 这是易燃性物质的气体或蒸汽与空气形成的混合物的规定条件下被热表面引燃的最低温度。从组别T1到T6随着引燃温度的降低，其电气设备的防爆要求逐级提高。 3.4周围环境对防爆电气设备的选型要求 如周围环境内化学的、机械的、热的、霉菌等不同环境条件，在防爆电气设备选型时应同时考虑。 在考虑以上几条基本要求后，可选择能满足要求的防爆电气产品。对有些必须布置在爆炸危险区域内的电气设备，而其防爆要求又不能满足场所要求的时候，可采用正压通风，具体要求详见国标GB5005892。 按国家标准爆炸性环境用防爆电气设备通用要求规定，各种防爆类型标志如下: 隔爆型d充油型o 增安型e充沙型q 本质安全型ia,ib无火花型n 正压型P特殊型s 在实际工程设计中，化肥企业一般选用类工厂用电气设备，如工厂用的隔爆型B级T4组:dBT4;工厂用的增安型B级T3一组:eBT3o 4结束语 在爆炸危险区域环境内，除本文所述爆炸危险区的划分、电气设备的选型外，要保证安全生产，还有许多方面要考虑。如电气线路的设计安装、接地系统的设计安装等，这方面国家规范和有关设计手册都有严格的标准和详细的介绍。文中所写内容，仅为作者对规范的一些理解和工作中的一些体会，希望能对广大工程设计人员起到抛砖引玉的作用。根据爆炸性环境的频率和持续的时间把危险场所划分为不同的区域。气体场所划分为三个区域：0区，1区和2区；粉尘场所分为三个区域：20区，21区和22区。 可燃性气体，蒸汽和薄雾气体场所 0区： 爆炸性环境中的爆炸性混合物以气体，蒸汽或薄雾形式连续出现或长时间存在的场所。 使用在0区的电气设备须按照EN50284和IEC60079-26中对类,种类(气体)电气设备的有关规定进行设计,测试和标识。 1区： 在正常运行时,爆炸性环境中可能会出现气体,蒸汽或薄雾形式的爆炸性混合物的场所。1区是防爆电气设备的典型应用场所。标准EN50014EN50020,EN50039以及IEC60079-0,-1,-2.-7,-11,-18,-25对1