防爆廠房電氣設(shè)計(jì)探討

1、防爆廠房電氣設(shè)計(jì)探討摘 要 針對(duì)防爆廠房的危險(xiǎn)環(huán)境，介紹了爆炸危險(xiǎn)環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，重點(diǎn)闡述了從變配電室位置的選擇、設(shè)備正確選型、電纜敷設(shè)以及防雷接地設(shè)計(jì)時(shí)，電氣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。在滿足安全要求、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的前提下，各專業(yè)應(yīng)合理確定設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞 醫(yī)藥化工企業(yè)；爆炸危險(xiǎn)環(huán)境；電氣安全；防爆措施引言當(dāng)前在醫(yī)藥化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，許多物料介質(zhì)是具有爆炸、火災(zāi)性危險(xiǎn)的，另外在加工、處理以及儲(chǔ)運(yùn)過程中，也會(huì)存在爆炸危險(xiǎn)性環(huán)境，因此，嚴(yán)格、細(xì)致地劃分爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所區(qū)域，明確爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的等級(jí)和危險(xiǎn)介質(zhì)的級(jí)別，采取正確的防爆措施，防止爆炸條件的形成和減輕爆炸危險(xiǎn)的嚴(yán)重程度是電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是事關(guān)企業(yè)

2、安全生產(chǎn)和工程建設(shè)的重要問題。1 爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中產(chǎn)生爆炸的基本條件首先了解燃燒和爆炸是怎樣產(chǎn)生的？當(dāng)易燃物質(zhì)（例如甲烷、氫氣、玉米粉塵等）和氧化劑（例如氧氣，空氣等）混合在一起，達(dá)到一定濃度，遇到點(diǎn)燃源（例如明火，火花，電弧，高溫表面等），以致達(dá)到可燃性混合物引燃溫度，從而產(chǎn)生燃燒和爆炸。通過對(duì)以上基礎(chǔ)知識(shí)的了解，可以得出易燃物質(zhì)、氧化劑及點(diǎn)燃源形成了燃燒和爆炸的三個(gè)基本條件，為了防止出現(xiàn)火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的產(chǎn)生，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員就可以有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施，防止以上三個(gè)基本條件同時(shí)存在，包括如何確定釋放源位置、如何根據(jù)混合氣體濃度確定和劃分不同爆炸危險(xiǎn)區(qū)域、如何限制及消除點(diǎn)燃源、如何控制易

3、燃物質(zhì)和氧化劑的混合濃度等等一系列措施。2 爆炸危險(xiǎn)環(huán)境危險(xiǎn)區(qū)域的劃分根據(jù)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50058-92規(guī)定，按照易燃物質(zhì)種類的不同，將爆炸危險(xiǎn)環(huán)境分為爆炸性氣體環(huán)境和爆炸性粉塵環(huán)境。根據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間，將爆炸性氣體環(huán)境分為：0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。0區(qū)連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境；1區(qū)在正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境；2區(qū)在正常運(yùn)行時(shí)不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境，或即使出現(xiàn)也僅是短時(shí)存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境。根據(jù)爆炸性粉塵混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間，將爆炸性粉塵環(huán)境分為：10區(qū)、11區(qū)。10區(qū)連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)期出現(xiàn)爆炸性粉塵混

4、合物的環(huán)境；11區(qū)有時(shí)會(huì)將積留下的粉塵揚(yáng)起而偶然出現(xiàn)爆炸性粉塵混合物的環(huán)境。在我院設(shè)計(jì)的醫(yī)藥化工廠房中，多數(shù)為2區(qū)爆炸性氣體環(huán)境，因此，下文筆者將重點(diǎn)介紹在2區(qū)爆炸性氣體環(huán)境中電氣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)要點(diǎn)。3 防爆電氣設(shè)計(jì)需考慮的幾個(gè)要點(diǎn)3.1 變配電所的布置防爆設(shè)計(jì)是一個(gè)集工藝、電氣、自控、建筑結(jié)構(gòu)、暖通等專業(yè)協(xié)作進(jìn)行的綜合性設(shè)計(jì)，電氣防爆設(shè)計(jì)是其中一個(gè)非常重要的組成部分，因此在設(shè)計(jì)初始，電氣設(shè)計(jì)人員就應(yīng)參與到方案設(shè)計(jì)中，協(xié)助工藝人員，確保變配電室既能接近負(fù)荷中心又能遠(yuǎn)離爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50016 2006）第3.3.14規(guī)定“變、配電所不應(yīng)設(shè)置在甲、乙類廠房?jī)?nèi)或貼鄰建造，

5、且不應(yīng)設(shè)置在爆炸性氣體、粉塵環(huán)境的危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)。供甲、乙類廠房專用的10kV及以下的變、配電所，當(dāng)采用無門窗洞口的防火墻隔開時(shí)，可一面貼鄰建造，并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50058-92等規(guī)范的有關(guān)規(guī)定”，由此可見，防爆廠房變、配電所的布置受到很多條件的約束和限制。如何既能保證符合規(guī)范要求，減少因電氣原因發(fā)生爆炸危險(xiǎn)的概率，又能不破壞整體建筑的美觀呢？由于有“一面貼鄰建造”的要求，筆者根據(jù)平時(shí)工作中遇到幾種情況，將不同建筑類型防爆廠房的布置方案，總結(jié)如下：一、對(duì)于面積較小的防爆廠房，根據(jù)防爆廠房的特點(diǎn)，將配電裝置集中設(shè)置在低壓配電室內(nèi)，可以把變、配電室布置在廠房的

6、端頭，變、配電室與防爆廠房之間用非燃燒體的防爆墻隔開，配電方式采用放射式配電（如下圖1）。變配電室防 爆 廠 房圖1 防爆廠房變配電室布置示意圖一筆者設(shè)計(jì)的某甲類廠房，廠房長(zhǎng)約85米，寬約24米，高約19米，共三層，為2區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，爆炸性介質(zhì)比重大于空氣。經(jīng)過負(fù)荷計(jì)算，本廠房需設(shè)一車間變電所，內(nèi)設(shè)2臺(tái)1000kVA干式變壓器。通過比較，最終決定將車間變電所設(shè)置在廠房一層端頭。另外，根據(jù)10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范GB50053-94規(guī)定，變電所上方須為正常環(huán)境，因此可以將變電所上方二、三層設(shè)置為低壓配電室，為二、三層防爆用電設(shè)備配電。在滿足規(guī)范要求的同時(shí)，達(dá)到管理方便，運(yùn)行安全的目的。二、

7、對(duì)于面積較大的防爆廠房，考慮到遠(yuǎn)端用電設(shè)備在輸電線路上的電壓降和損耗，如果依然把變、配電室設(shè)置在廠房端頭，既不經(jīng)濟(jì)的，也不合理的，并且對(duì)設(shè)備的啟動(dòng)運(yùn)行不利。針對(duì)此種情況,根據(jù)建設(shè)單位工程的要求以及工藝專業(yè)設(shè)備的布局，通常采用以下兩種方案：方案一，變配電所布置在廠房端頭，另外，在廠房?jī)?nèi)正常環(huán)境處設(shè)一分配電室（如下圖2），由此分配電室繼續(xù)向遠(yuǎn)端用電設(shè)備供電，采用配電干線樹干式配電和由分配電室放射式配電至用電設(shè)備相結(jié)合的配電方式；變配電室低壓配電室防 爆 廠 房圖2 防爆廠房變配電室布置示意圖二方案二，在廠房外靠近負(fù)荷中心的正常環(huán)境設(shè)置一變配電所，與廠房毗鄰，并用非燃燒體的防爆墻隔開，配電方式采用放

8、射式配電（如下圖3）。為了不破壞廠房的整體造型，變配電所可以與廠房同高，每層作為分配電室，并單獨(dú)設(shè)置疏散樓梯。防 爆 廠 房變配電室圖3 防爆廠房變配電室布置示意圖三另外，規(guī)范中有“采用無門窗洞口的防火墻隔開”的要求，因此如果防爆廠房變配電室與防爆區(qū)僅有一墻之隔，那么，按照規(guī)范規(guī)定這堵墻上不允許有任何洞口。筆者遇到這種情況，解決的方法是將由變配電室配出的電纜，采用沿電纜橋架先經(jīng)過一段正常環(huán)境區(qū)域或一間正常環(huán)境的房間，然后再由此配出至防爆區(qū)，利用這個(gè)區(qū)域作為緩沖區(qū)域，保護(hù)變配電室的安全。另外在布置變配電室時(shí)還需要注意的是，對(duì)于易燃物質(zhì)比空氣重的爆炸性氣體環(huán)境中的變、配電所和控制室，其室內(nèi)地面應(yīng)高

9、出室外地面0.6米，避免爆炸性混合氣體侵入。3.2 防爆廠房電氣設(shè)備的選型如何正確選用防爆電氣設(shè)備對(duì)防爆廠房的安全是至關(guān)重要的。首先，根據(jù)危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分的危險(xiǎn)區(qū)域來選用相應(yīng)的電氣設(shè)備；其次，選用的防爆電氣設(shè)備的級(jí)別和組別不應(yīng)低于該爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)爆炸性氣體混合物的級(jí)別和組別；再次，爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)符合周圍環(huán)境內(nèi)化學(xué)的、機(jī)械的、熱的、霉菌以及風(fēng)沙等不同環(huán)境條件對(duì)電氣設(shè)備的要求。3.2.1防爆電氣設(shè)備型式根據(jù)爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域的不同，設(shè)備制造工藝結(jié)構(gòu)以及安裝維護(hù)的要求， 將目前主要應(yīng)用的電氣防爆型式以及各種防爆型式的應(yīng)用范圍和允許使用區(qū)域歸納總結(jié)，詳見表1。表1 電氣防爆型式以及各種防爆型

10、式的應(yīng)用范圍防爆型式符號(hào)原理應(yīng)用范圍允許使用區(qū)域隔爆型（具有隔爆外殼的電氣設(shè)備）Exd動(dòng)力操作裝置開關(guān)裝置電動(dòng)機(jī)（在正常運(yùn)行條件下產(chǎn)生可燃電弧的各種裝置）2區(qū)本安型（設(shè)備的電路正常工作或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性混合物）ExiaExib測(cè)量和控制設(shè)備數(shù)據(jù)處理（低電值）Exia：0區(qū)Exia：1區(qū)增安型（正常運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生火花或電弧，并采取措施提高安全程度，以避免在正常和認(rèn)可的過載條件下出現(xiàn)這些現(xiàn)象的電氣設(shè)備）Exe接線盒和配電盒照明配件測(cè)量?jī)x器鼠籠式電動(dòng)機(jī)（在正常運(yùn)行條件下不產(chǎn)生可燃火花）1區(qū)正壓型（設(shè)備的外殼內(nèi)通入一定壓力的新鮮空氣或惰性氣體）ExpxExpyE

11、xpz動(dòng)力操作裝置（需要有效的安全措施）Expx：1區(qū)Expy：1區(qū)Expz：2區(qū)油浸型（將設(shè)備全部或部分浸在外殼中的油內(nèi)）Exo變壓器1區(qū)充砂型（外殼內(nèi)填充砂粒材料）Exq電容器電氣組件保險(xiǎn)絲1區(qū)澆封型（將設(shè)備可能產(chǎn)生火花或高溫的部分澆封在澆封劑中）ExmaExmb測(cè)量和控制儀器繼電器電子電路Exma：0區(qū)Exmb：1區(qū)新型技術(shù)n型ExnA-無火花型設(shè)備ExnC-封閉式結(jié)構(gòu)ExnL-限制能量外殼ExnR-限制呼吸外殼ExnZ-具有簡(jiǎn)單正壓照明燈電動(dòng)機(jī)插頭和插座測(cè)量和控制設(shè)備2區(qū)3.2.2 依據(jù)存在危險(xiǎn)環(huán)境氣體所屬的級(jí)別和組別選擇設(shè)備的級(jí)別和組別爆炸性氣體混合物的級(jí)別按照最大試驗(yàn)安全間隙或最小

12、點(diǎn)燃電流依次分為A、B、C，爆炸性氣體混合物按引燃溫度由高到低分組分為：T1，T2，T3，T4，T5，T6。根據(jù)工藝專業(yè)條件，查找爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50058-92 附錄三，查出相應(yīng)介質(zhì)的級(jí)別和組別。根據(jù)介質(zhì)的級(jí)別和組別，選用相應(yīng)級(jí)別和組別的電氣防爆設(shè)備。當(dāng)多種爆炸性氣體同時(shí)存在時(shí)，電氣防爆設(shè)備的級(jí)別和組別不應(yīng)低于最高危險(xiǎn)程度爆炸性氣體的級(jí)別和組別。例如：甲烷的級(jí)別和組別為IIAT1，乙炔的級(jí)別和組別為IICT2，當(dāng)這兩種爆炸性氣體同時(shí)存在時(shí)，電氣防爆設(shè)備的級(jí)別和組別應(yīng)選IICT2。不少人認(rèn)為，防爆電氣設(shè)備之所以能防爆，是因?yàn)槠渫鈿つ茏柚褂斜ㄎｋU(xiǎn)的氣體進(jìn)入其內(nèi)部，其密封性

13、能一定很好，能阻止雨水進(jìn)入，安裝在戶外露天使用應(yīng)該沒有問題。其實(shí)這是許多人的一個(gè)誤區(qū)，混淆了防爆電氣設(shè)備的防爆形式和外殼防護(hù)等級(jí)兩個(gè)概念。絕大多數(shù)防爆電氣設(shè)備均不能阻止氣體或水進(jìn)入其內(nèi)部，因此不能將這些防爆電氣設(shè)備直接安裝在戶外露天場(chǎng)所，也不能用水沖洗其外殼。其實(shí)設(shè)備的防水性能完全由其外殼防護(hù)等級(jí)決定，通常用于戶外能防雨水的電氣設(shè)備外殼的防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IPX5（即能經(jīng)受來自各個(gè)方向的噴水而不進(jìn)水），因此在選用防爆電氣設(shè)備時(shí)必須同時(shí)提出外殼防護(hù)等級(jí)要求，另外要注意的一點(diǎn)是用于戶外的防爆電氣設(shè)備應(yīng)耐腐蝕。3.3 防爆廠房配電線路設(shè)計(jì)防爆廠房?jī)?nèi)電氣配線是很重要的一環(huán)，由于不容易檢查，往往又成為最薄弱

14、的環(huán)節(jié)，因此電氣線路應(yīng)在爆炸危險(xiǎn)性較小的環(huán)境敷設(shè)。根據(jù)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50058-92規(guī)定，爆炸性氣體環(huán)境中，在滿足工藝生產(chǎn)及安全的前提下，應(yīng)減少防爆電氣設(shè)備的數(shù)量，減少危險(xiǎn)源，因此，放射式成為防爆廠房首選的配電方式。醫(yī)藥化工防爆廠房?jī)?nèi)線路敷設(shè)方式根據(jù)易燃物質(zhì)的不同而不同，多數(shù)情況下易燃物質(zhì)的比重比空氣重，因此電氣線路應(yīng)在較高處敷設(shè)、直接埋地或采用電纜橋架架空敷設(shè)；少數(shù)情況易燃物質(zhì)比空氣輕時(shí)，電氣線路在較低處敷設(shè)或電纜溝內(nèi)敷設(shè)。敷設(shè)電纜線路的溝道、電纜或鋼管所穿過的不同區(qū)域之間墻或樓板處的孔洞，應(yīng)采用非燃性材料嚴(yán)密堵塞。另外，防爆廠房?jī)?nèi)，工藝管道錯(cuò)綜復(fù)雜，當(dāng)電纜線路沿易燃

15、氣體或液體管道敷設(shè)時(shí)，應(yīng)沿危險(xiǎn)程度較低的管道一側(cè)，當(dāng)易燃物質(zhì)比空氣重時(shí)，電氣線路應(yīng)敷設(shè)在工藝管道上方，反之，當(dāng)易燃物質(zhì)比空氣輕時(shí)，電氣線路應(yīng)敷設(shè)在工藝管道下方。電纜橋架與一般工藝管道平行架設(shè)時(shí)，間距不小于400mm；與具有腐蝕性液體管道平行架設(shè)時(shí)不小于500mm，且應(yīng)采取防腐措施；與蒸汽管道平行架設(shè)時(shí)不小于1000mm。在0區(qū)內(nèi)，只允許敷設(shè)本安型電纜系統(tǒng)。在1區(qū)、2區(qū)內(nèi)可采用阻燃電纜配線，也可采用阻燃銅芯導(dǎo)線穿低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管敷設(shè)，并且其導(dǎo)體允許載流量，不應(yīng)小于熔斷器熔體電流的1.25倍和自動(dòng)開關(guān)延時(shí)過電流脫扣器整定電流的1.25倍，引向電壓為1000V以下鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)支線的長(zhǎng)期

16、允許載流量，不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)額定電流的1.25倍，即選擇電纜時(shí)，應(yīng)將電纜額定載流量乘以校正系數(shù)0.55。（2）電纜橋架與一般工藝管道平行架設(shè)時(shí)間距不小于400mm；與具有腐蝕性液體管道平行架設(shè)時(shí)不小于500mm，且應(yīng)采取防腐措施。3.4 防爆廠房的防雷接地設(shè)計(jì)3.4.1 防雷設(shè)計(jì) 與一般的建筑物相比，爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物遭受雷擊時(shí)，將造成巨大的破壞和人身傷亡，故其防雷措施比一般環(huán)境工業(yè)建筑物更為嚴(yán)格和復(fù)雜。根據(jù)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-94（2000年版）規(guī)定，防爆廠房防雷要求應(yīng)劃分為第一或第二類防雷建筑物。第一類防雷建筑物防雷措施應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立避雷針或不大于5 m 5 m或6 m 4 m的

17、架空避雷網(wǎng)格；醫(yī)藥化工防爆廠房多數(shù)情況下屬于第二類防雷建筑物，其防雷措施一般是在建筑物屋面上裝設(shè)不大于10 m 10 m或12 m 8 m的避雷網(wǎng)格或避雷針或由其混合組成的接閃器，所有避雷針應(yīng)采用避雷帶相互連接。需要特別注意的是，對(duì)于突出屋面的排放爆炸性氣體的放散管、排風(fēng)管、煙囪、呼吸閥等設(shè)施的防雷措施，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該認(rèn)真考慮，首先確定為幾類防雷建筑物、排放物是否達(dá)到爆炸濃度、排放是否點(diǎn)火燃燒、是否裝設(shè)阻火器等等，從而確定是否可以利用其金屬管壁（帽）作為接閃器，如果需要裝設(shè)接閃器，接閃器是否必須保護(hù)到上述空間，還是可以縮小防雷區(qū)域僅保護(hù)到管口。對(duì)于排放無爆炸性氣體的放散管、煙囪，1區(qū)、11區(qū)和2

18、區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的自然通風(fēng)管，可利用其金屬管壁（帽）作為接閃器，但應(yīng)與屋面防雷裝置可靠連接，非金屬物體且在屋面接閃器保護(hù)范圍之外，應(yīng)裝設(shè)接閃器，并和屋面防雷裝置相連。另外，在醫(yī)藥化工企業(yè)中，經(jīng)常將裝有可燃?xì)怏w、甲B、乙類可燃液體的露天布置的塔、容器露天布置，當(dāng)其頂板及罐壁厚度大于或等于 4mm時(shí)，并且其放散管裝有阻火器時(shí)，可利用其罐頂、罐壁作為接閃器，不必另設(shè)接閃器，但應(yīng)設(shè)防雷接地，且接地點(diǎn)不應(yīng)少于兩處。3.4.2接地設(shè)計(jì)一般普通環(huán)境的接地設(shè)計(jì)主要考慮的因素是保護(hù)人身安全，但是在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境接地設(shè)計(jì)中，還需要考慮抑制危險(xiǎn)電壓及過電流形成引燃源，是防爆設(shè)計(jì)的非常重要的一環(huán)。在爆炸性氣體環(huán)境中，當(dāng)發(fā)

19、生短路、泄漏電流增大、雷電感應(yīng)過電壓或產(chǎn)生靜電時(shí)，抑制危險(xiǎn)電壓及過電流，極為有效的措施就是接地。根據(jù)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50058-92規(guī)定，爆炸性氣體環(huán)境1區(qū)內(nèi)的所有電氣設(shè)備以及爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)內(nèi)處照明燈具以外的其它電氣設(shè)備，應(yīng)采用專門的接地線，但不得利用輸送易燃物質(zhì)的管道。因此防爆廠房低壓配電系統(tǒng)的接地形式多數(shù)為TN-S系統(tǒng)，采用總等電位聯(lián)結(jié)，在廠房?jī)?nèi)設(shè)接地干線，采用 254熱鍍鋅扁鋼距地或樓板0.3m處明設(shè)，并與廠房 MEB總等電位聯(lián)結(jié)端子板相連，同時(shí)接地干線應(yīng)與混凝土柱內(nèi)鋼筋按規(guī)范要求聯(lián)結(jié)成電氣通路，所有正常不帶電的設(shè)備金屬外殼，暖通專業(yè)的風(fēng)管，自動(dòng)化專業(yè)的安全柵，電動(dòng)葫蘆軌道，工藝金屬構(gòu)架，鋼平臺(tái)和電纜橋架等均應(yīng)接地，連接點(diǎn)不少于2點(diǎn)。4 其它措施在防爆廠房?jī)?nèi)可采用通風(fēng)換氣且通風(fēng)良好的方式，達(dá)到降低爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)的目的。另外，通過設(shè)置可燃?xì)怏w濃度報(bào)警器，并使指之與防爆排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖啟停的方式，控制廠房?jī)?nèi)爆炸性混合氣體的濃度。當(dāng)爆炸性混合氣體濃度超標(biāo)時(shí)