前言
天然气燃机电厂、分布式能源，国内外最近发展迅猛。燃机电厂正迎来一个高速建设发展阶段。本文对燃机和燃煤电厂中易燃易爆气体性环境中仪控防爆设计作了探讨。
1防爆评估
1.1标准比较
本文研究的是爆炸性气体环境工况（非矿）。爆炸性气体环境（非矿）的国标防爆标准主要是GB50058和GB3836，IEC标准为IEC60079、IEC80079，GB3836与IEC60079基本等同。美标有2个系列，分别是NEC500和NEC505。NEC505是以IEC标准为基础编制的，基本等同于IEC标准；而NEC500则是纯北美标准，与IEC无法接口。一般美国和加拿大地区仅采用NEC500，不采用NEC505。
NEC500和其他标准（NEC505、GB、IEC）的区别为：1）可能点燃爆炸性气体的设备外表面温度分组不同（设备自身发热、电火花、静电等内外部原因造成的热量传导所致温升）；2）气体分组不同；3）防爆区分类、分级不同。
IEC、EN以及NEC505防爆区域划分规则基本一致，分别依据GB50058以及GB3836.14以及API RP505-2002《石油设施电气设备安装一级0区、1区、2区划分的推荐方式》。这些系列标准评估气体爆炸发生概率的方法源自于英国石油行业标准《Institute of Petroleum. Area Classification Code Petroleum Installations》。该标准依据英国专家R.H卡恩迪的持续时间概念：0区：1000h/a；1区：10~1000h/a；2区：10h/a以下，这里a代表年，一年按10000h计算（实际为8760h）。0区、1区、2区分别对应GB50058中的定性等级连续级释放源、一级释放源、二级释放源。连续级释放源为连续出现或长期出现爆炸性气体，一级释放源为正常运行时可能出现，二级释放源为正常运行时不太可能出现。
GB50058具有附加2区的概念，不同于其他标准。至少在防爆区域划分范围上，GB50058防爆要求要比国际标准严格，偏于保守，多为国内工程设计采用。而GB3836则多为防爆电气设备制造商以及用户维护方面采用。
1.2火电厂防爆场所识别及防爆评估
1.2.1对于发电厂，主要存在以下爆炸性气体环境工况：1）氢气工况：制氢站，发电机氢冷系统；2）氨工况：化学加药系统中的加氨系统，脱硝系统；3）天然气、液化石油气工况：燃机、调压站、门站、调峰锅炉等；4）燃油工况：燃油泵房、燃油锅炉、油管线、罐区等。
1.2.2防爆评估依次包括分类、分区、分级、分组。依据GB50058，对于爆炸性气体环境则为II类，依据非矿气体、矿气（如煤矿瓦斯）、粉尘划分。分区则为0区、1区、2区、附加2区以及非防爆区，依据释放源等级、空间范围、通风条件划分。分级为IIA、IIB、IIC，依据最小点燃能量划分。分组则依据爆炸性气体的引燃温度。其中“附加2区”的定义为：当易燃物质可能大量释放并扩散到15m以外时，15m之外至30m的区域为附加2区。
临氢环境内的释放源，建议按照连续级释放源考虑，区域按0区考虑。氢冷发电机本体是典型的临氢防爆环境，建议就地仪表防爆级别不低于Ex ia II CT4。设置必要可燃气体探头。
氨区环境内的释放源，建议按照连续级释放源考虑，区域按照1区考虑。建议就地仪表防爆级别不低于Ex d II（NH3）Gb。
油罐区或油泵房环境内的释放源，建议按照一级释放源考虑，区域按照1区考虑。建议就地仪表防爆级别不低于Ex d II CT4。根据NFPA 70，燃油罐区属CLASS 1,DIVISION2的防爆区域，仅相当于GB5008的防爆2区。
天然气燃机电厂的爆炸危险区域主要有调压站、调峰锅炉、燃机岛区域。调压站和调峰锅炉的爆炸性气体是天然气。根据GB50058，建议调压站爆炸性混合物分级原则上至少不应低于IIA T4。1）通风不良的情况下，可分区域确定防爆级别。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆封闭或凹坑、障碍物等通风不良处，管道法兰连接处、阀门处、管道仪表连接处、设备管道连接处等为连续释放源，按0区考虑，选用IIC级，范围宜至少为4.5m空间半径内，建议防爆级别不低于Ex ia II C T4；针对天然气管道和设备其他区域处，可按1区或2区考虑，建议按防爆级别不低于Ex d II B T4执行。2）通风良好的情况下，建议按不低于Ex d II B T4执行。
2本质安全防爆
2.1分类
本质安全防爆设计主要应用于临氢环境。临氢环境具有易燃易爆的特点，控制系统按本质安全系统设计，相关仪表选用本质安全防爆仪表。当部分仪表没有本质安全型可选时，则选用隔爆型仪表。本质安全系统的本安等级不低于Ex iaⅡCT4，防爆等级不低于Ex dⅡCT4。
本质安全系统包括两类：实体概念（ENTITY CONCEPT）和现场总线本质安全概念（FISCO）。实体概念是指在认证本质安全设备和安全栅时，要对本安设备和本安关联设备（安全栅）等的电压、电流、功率、电容和电感等实体参数进行比较，根据这些进行比较，根据这些参数来匹配本安设备和安全栅。当多台设备以多点结构方式挂接在一台安全栅上时，必须汇总所有设备的实体参数，然后再与安全栅的实体参数进行比较匹配。实体概念要求集中考虑电缆的电容和电感，因此在计算网络危险区网段的电容和电感时，必须包括电缆的这些参数。
而现场总线本质安全概念（FISCO）则不同，不同生产厂家的现场设备，只要是经过了FISCO认证的，就可以互换，而无需进行网段本安评价。
FISCO系统适用于1区及以下级别的防爆区域。一般不能用于0区。它跟4-20mA安全栅等关联设备连接的本质安全型系统不同，后者可以用0区环境。非可燃现场总线系统（FNICO）系统相当于ic型FISCO系统，只能用于2区和附加2区，是一种限能型现场总线概念。
2.2安全栅选型：
安全栅有齐纳和隔离两种。隔离栅实现输入/输出信号的完全隔离，现场设备侧更加安全可靠；隔离栅信号完全浮空，系统抗干扰能力强；隔离栅本安系统不需要单独接地，而齐纳式需要单独接地系统；隔离栅价格较齐纳栅贵。
安全栅型号选型与现场仪表关系十分密切，要注意最低工作电压对应的回路电流以及最大负载电阻或阻抗等参数匹配，进行线路电流、压降核算，确定所选安全栅是否满足现场仪表的最低工作电压要求。一般不同类型或工作原理的仪表所配安全栅型号也不同，错配会导致仪表无法正常工作。本安防爆系统的基本组合条件为：
Uo ≤ Uì Io ≤Iì Co ≥ Cp + Cì Lo ≥ Lp + Li
其中： Uo为最高输出电压; Io为最大输出电流; Co为最大负载电容; Lo 为最大负载电感; Uì为一次仪表允许的最高输入电压; Iì 为一次仪表允许的最大输入电流; Cì 为一次仪表的最大内部等效电容; Li为一次仪表的最大内部等效电感; Cp 为连接导线（或电缆）允许的最大分布电容; Lp 为连接导线（或电缆）允许的最大分布电感。
结论
本文在比较防爆标准的基础上，针对燃机和燃煤电厂中易燃易爆气体性环境中仪控防爆设计作了探讨，并重点介绍了硬接线和现场总线型本质安全防爆设计。
参考文献:
[1]中华人民共和国化工部. GB50058-2014爆炸危险环境电力装置设计规范[S].北京：中国计划出版社,2014.
[2]国家机械工业局.GB3836.4-2010爆炸性气体环境用电气设备 第4部分:本质安全型“i”[S].北京:中国标准出版社,2010.
[3] 国家机械工业局.GB3836.1-2010爆炸性气体环境用电气设备 第1部分:通用要求[S].北京:中国标准出版社,2010.
论文作者:张杰1,张力2,刘晓玲3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：爆炸性论文; 气体论文; 环境论文; 仪表论文; 系统论文; 设备论文; 本质论文; 《电力设备》2018年第33期论文;