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淺談化工設計中爆炸危險區域的劃分及防爆電氣設備的選型在化工企業中,許多生產裝置的物料介質是具有爆炸、火災性危險的。爆炸及它引起的火災事故是威脅化工企業安全生產的一個重要問題。我院是以設計化肥、化工項目為主的化工設計院。根據多年的設計經驗得知,化肥廠主要生產裝置大都處于爆炸危險環境。如:以煤焦為原料的合成氨生產系統,由原料至凈化的爆炸危險氣體屬輕于空氣的爆炸危險環境;以油為原料的合成氨生產系統,由油氣化至凈化的爆炸危險氣體屬重于空氣的爆炸危險環境;合成、壓縮、尿素主廠房的部分樓層,屬于爆炸危險氣體輕于空氣的爆炸危險環境。在這種環境中,電氣設備的火花常常是引起爆炸事故的主要原因之一。因此,嚴格、細致地劃分爆炸危險場所的等級和危險介質的級別,經濟合理的選用防爆電氣設備,并輔以建筑物的防爆設計、加強通風等措施,以防止爆炸條件的形成和減輕爆炸危險的嚴重程度,是工程設計人員的職責,事關企業安全生產和工程建設的重要問題。

1 爆炸危險的產生

物系自一種狀態迅速地轉變成另一種狀態,并在瞬間以機械功的形式放出大量能量的現象稱為爆炸,它也是爆炸性混合物在燃燒基礎上進行的高速化學反應,亦可視為氣體或蒸氣在瞬間劇烈膨脹的現象。

爆炸危險必須同時存在三個條件:a)存在易燃氣體、易燃液體的蒸氣或薄霧;b)上述物質與空氣混合其濃度在爆炸極限以內;c)存在足以點燃爆炸性混合物的火花,電弧或高溫。對于設計而言,應使產生爆炸危險的三個條件同時出現的可能性減到最小程度。

我國從70年代中期已經開始對爆炸危險環境出現的或然率進行分級,如:GB58-83,GB50058-92,《工程建設標準強制性》。這些規程、規范、規定了爆炸性氣體環境,爆炸性粉塵環境等危險區域的劃分及危險區域的范圍。

2 爆炸危險區域的劃分

爆炸危險性場所的分類,應由懂得易燃性材料性能、設備工藝性能的技術人員提出易燃性介質及其釋放源和懂得安全、電氣的工程技術人員根據有關規范,來劃分爆炸危險區域。為盡量準確地劃分區域,在根據有關標準和規范劃分的同時,還應參考以往的經濟和行業特點。既要保證生產裝置的安全可靠,又要避免人為提高爆炸危險區域等級,而造成工程投資浪費。

爆炸危險場所的劃分首先要查找和確定釋放源,根據釋放源的等級,劃分爆炸危險區域,然后還應結合釋放源所處的通風條件調整區域的劃分。

2. 1 查找和確定釋放源

在每個工程項目中,每一臺加工設備(如罐、泵、管道、容器等),其內部含有易燃性物料,就應視為潛在釋放源。在場所分類中,首先應按易燃物質的釋放頻繁程度和持續時間長短確定釋放源的等級。根據規范規定共分為三級:

a) 連續級釋放源:預計長期釋放或短時頻繁釋放的釋放源,可劃為連續級釋放源。

:固定頂貯罐的上部空間和排氣口;油、水分離器等,直接與空氣接觸的易燃液體的表面;經?;虺て諳蚩占涫頭乓茲計寤蛞茲家禾宓惱羝淖雜膳牌諄蚱淥卓詰?。

b) 第一級釋放源:預計正常運行時周期或偶爾釋放的釋放源,可劃為第一級釋放源。

:正常運行時,會釋放易燃物質的泵、壓縮機和閥門等的密封處、取樣口等。

c) 第二級釋放源:預計在正常時不會釋放,即使釋放也僅是偶爾短時釋放的釋放源,可劃為第二級釋放源。

:正常運行時不會出現釋放易燃物質的泵、壓縮機和閥門的密封處;正常運行時不會釋放易燃物質的法蘭、連接件、管道接頭、安全閥、排氣孔和取樣口。

由上述兩種或三種級別釋放源組成的釋放源,稱為多級釋放源。

2. 2 爆炸危險區域的劃分

爆炸危險區域的劃分是根據爆炸性混合物出現的頻繁程度和持續時間確定的,分為。區、1區、2區。

首先根據有關專業提供的爆炸危險區域劃分條件和釋放源的等級劃分爆炸危險區域:

a)存在連續釋放源的區域可劃分為。區;

b)存在第一級釋放源的區域可劃分為1;

c)存在第二級釋放源的區域可劃分為2區。

然后應根據通風條件調整區域劃分。當通風良好時,應降低爆炸危險區域等級;當通風不良時應提高爆炸危險區域等級。

在生產裝置中0區是極個別的,大多數屬于2區,在設計中劃分爆炸危險區域時,應采取合理措施盡量減少1區。

2. 3 爆炸危險區域的范圍

爆炸危險區域的范圍劃分,除了按照規范條文規定以外,還與以下幾個因素有關:

a) 易燃物質的泄出量;

b) 釋放速度;

c) 釋放的爆炸氣體混合物的濃度;

d) 易燃液體的沸點(液體混合物初沸點);

e) 爆炸下限;

f) 閃點 ;

9) 通風量等。

這些量的增加與減少都與爆炸危險區域范圍的大小有直接的關系。因這些量界定的因素較復雜。所以上述所列影響范圍大小的參數,只是采用了IEC規定,而該規定迄今為止只是一個原則性規定,無具體尺寸可遵循。由于實際生產裝置的工藝、設備、儀表、通風布置等條件各不相同,在具體設計中均需結合實際情況妥善選擇,才能確保安全。具體劃分尺寸見有關規范(BG5005892)。

在區域劃分中有兩個場所要特別引起注意,一是裝置區內的變配電所,應盡量布置在爆炸危險區域范圍以外,位于爆炸危險區域場所附加2區內的變配電所,設計中其室內外地坪高差應大于0.6 m.二是加熱爐區的爆炸危險區域,離爐子外壁1.5 m內應視為非防爆區。

在爆炸危險區域劃分后,應對其結果畫出“爆炸危險區域劃分圖”,作為在該區域范圍內的電氣設備的選型依據。

3 爆炸危險場所防爆電氣設備選型

在選擇使用于爆炸危險場所的電氣設備前,應首先明確以下內容:

3. 1 爆炸危險場所環境的類別是爆炸性氣體環境還是爆炸性粉塵環境。不同的爆炸性介質其電氣設備的防爆結構要求是不一樣的。我們通常所說的防爆設備大多數指的是爆炸性氣體環境中使用的,如dBT4,dCT6等,而用于爆炸性粉塵環境的電氣設備應為防塵結構(標志為DP,主要用于可燃性非導電粉塵和可燃纖維的11區環境)或塵密結構(標志為DP,主要用于爆炸性粉塵10區環境和其它爆炸性粉塵11區環境。)

3. 2 環境中爆炸性氣體混合物的爆炸級別即ⅡA ,B,C。其級別根據產生爆炸性氣體的介質不同而不同,如丙烷屬ⅡA、乙烯屬ⅡB、乙炔和氫屬ⅡC等。

3.3 環境中爆炸性氣體混合物的組別或引燃溫度

這是易燃性物質的氣體或蒸汽與空氣形成的混合物的規定條件下被熱表面引燃的最低溫度。從組別T1T6隨著引燃溫度的降低,其電氣設備的防爆要求逐級提高。

3.4 周圍環境對防爆電氣設備的選型要求

如周圍環境內化學的、機械的、熱的、霉菌等不同環境條件,在防爆電氣設備選型時應同時考慮。

在考慮以上幾條基本要求后,可選擇能滿足要求的防爆電氣產品。對有些必須布置在爆炸危險區域內的電氣設備,而其防爆要求又不能滿足場所要求的時候,可采用正壓通風,具體要求詳見國標GB5005892。

按國家標準《爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求》規定,各種防爆類型標志如下:

隔爆型 d           充油型 o

增安型 e            充沙型 q

本質安全型 ia,ib    無火花型 n

正壓型P            特殊型 s

在實際工程設計中,化肥企業一般選用Ⅱ類工廠用電氣設備,如工廠用的隔爆型BT4:dBT4;工廠用的增安型BT3一組:eBT3o

4 結束語

在爆炸危險區域環境內,除本文所述爆炸危險區的劃分、電氣設備的選型外,要保證安全生產,還有許多方面要考慮。如電氣線路的設計安裝、接地系統的設計安裝等,這方面國家規范和有關設計手冊都有嚴格的標準和詳細的介紹。文中所寫內容,僅為作者對規范的一些理解和工作中的一些體會,希望能對廣大工程設計人員起到拋磚引玉的作用。

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