摘要：在化工设计院中从事电气设计工作。电气设计因工程项目种类不同，而具体要求也有所不同。以下就化工项目中爆炸危险气体环境中的电气设计要求作一些浅谈。
关键词：化工；爆炸危险气体；电气设计；
1.引言
化工项目和其他类型项目的最大区别在于生产装置、罐区等甲乙类单体的爆炸危险环境的电气设计，其中爆炸危险环境以爆炸性气体环境居多。
主要依据的规范是<爆炸危险环境电力装置设计规范>GB 50058-2014、<石油化工企业设计防火规范>GB 50160-2008(2018年版)等相关国家规范。
2.爆炸危险区域划分
爆炸危险区域划分图，由工艺、管道等熟悉工艺流程的专业向电气专业提供爆炸危险释放源布点条件图。同时需一并提供相关释放源物料的MSDS等。
释放源主要是由工艺设备（诸如罐、泵、容器、管道等)，其内部含有易燃性物料，设备本身的放空口、排气口、设备连接密封处、法兰连接处等可能在生产运行中泄漏的点组成。
电气专业按<石油化工企业设计防火规范>对各种爆炸危险气体、液体进行火灾危险分类。依据爆炸危险物质特性中的闪点。按规范闪点小于60摄氏度的基本都划为危险释放源(即乙B类及以上等级)，其中对于烃类液体，15摄氏度时的蒸汽压力>0.1MPa的烃类液体，均为甲A类等级。
需要注意的是，在过往项目中，有一些释放源点的火灾危险类别是丙类，但其生产过程中操作温度超过其闪点(≥60℃)，则对其火灾危险分类需要提高一个级别。对于装置中含量极其少的释放源点也可以降低一级的火灾危险类别来确定。对于一些通风良好的装置也可以降低其危险区域等级。也曾有项目设计中，因其生产工艺流程要求，需要把控制室(在线分析小屋)等设置在爆炸危险区域装置附近，一般是通过对控制室设置正压通风风机，并和可燃气体探测器等联锁来实现生产安全性。
设计中主要是对于乙B类及以上的物质(即闪点<60摄氏度)作为爆炸危险释放源考虑，并作相应的危险区域划分图。爆炸危险区域的划分主要是依据<爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范>GB 50058中的要求来划分。
根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间来确定，分为0区、1区、2区。0区主要是连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境。在生产装置中0区是极少的，主要是由2区及少量1区组成。设计时，各专业需要通过采取措施，尽量减少1区。
按规范，常见的危险区域划分是判断易燃物质其本身密度是否重于空气密度，决定了其爆炸危险区域的半径大小。装置本身的通风是否良好也影响了爆炸危险区域的划分。
对于储罐、槽车等，比较特殊的是其放空口的危险区域划分。按照规范，对于固定式储罐的放空口及槽车的密闭式注送口按1.5m半径划分为一区。过往项目中，对于液化天然气项目，还会参考美国消防协会的<液化天然气(LNG)生产、储运和装运标准2009版> NFPA 59A中对于液化天然气危险区域的划分。
因爆炸危险区域中附加2区为以释放源为中心，半径不等(视释放源的种类)，地坪上的高度为0.6m划分范围的，且在2区划分区之外。故装置区域附近的变电所，需布置在远离爆炸危险区域以外，其室内外地坪高差应至少大于等于0.6m。
3.爆炸危险环境防护等级
防护等级的确定，依据与其气体类别的分组。对于爆炸性气体类别分组主要是参考其最大实验安全间隙或者最小点燃电流，并按规范相应范围要求划分。温度组别主要是依据爆炸性气体的引燃温度或者燃点来进行划分。以上相应爆炸性气体等的引燃温度等数据主要参考其本身的物质特性表或MSDS来确定，可以通过查找规范中的数据或者要求业主提供相关数据支持。
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4.设备防护级别种类
化工项目中常见的电动机设备为泵、风机等。对于爆炸危险区域内用电设备主要选隔爆型为主(1、2区)。功率比较大的10kV高压电机等因其工艺限制，会以无火花型和正压型居多。
电信设备，诸如火灾报警、扩音对讲、可燃气体探测、闭路电视监控等设备也以隔爆型为主，部分设备也可以按本安型来选择，本安设备必须采用本安电缆连接，并设编码模块、安全栅等设备于安全区内。
该部分设备选型，主要依据<爆炸危险环境电力装置设计规范>GB 50058-2014，表5.2.2-1/2中的要求。当存在有两种以上易燃性物质形成的爆炸性气体混合物时，按危险程度较高的级别和组别选用防爆电气设备。
5.电气线路的设计
对于电缆敷设等，在装置区内以桥架为主，并沿危险程度较低的管道一侧。对于一些因条件限制需采取电缆沟敷设等的，均在电缆敷设完成后，沟内充砂填满，并设排水措施。对于穿越防火分区等的，需采用柔性防火材料严密堵塞。在爆炸危险区域，电缆采用铜芯电缆，截面积2.5mm2及以上。电缆保护管采用热镀锌钢管。
对于电机、现场操作柱等设备进线连接处，在爆炸危险区域可以采用防爆挠性连接管，但是挠性连接管采购时需注意其质量。也可以采用戈兰密封夹紧接头。
6.抗爆控制室
根据规范<石油化工控制室抗爆设计规范>GB 50779-2012，装置区的控制室宜布置在工艺装置的一侧，且应独立设置，不得与非抗爆建筑物合并建造。变电所在总图中的位置，应尽量靠近控制室，便于MCC到DCS的控制电缆敷设及全厂对供电及工艺生产等的集中控制。
7.接地
新建工厂接地采用TN-S接地系统为主。老厂改建项目时，部分老厂原先设计时采用TN-C系统时，改造设计需按TN-C-S系统设计考。
爆炸危险环境接地主要以等电位接地为主，按<建筑物防雷设计规范>GB 50057-2010要求，具有2区爆炸危险区的单体按二类防雷建筑物设计，装置接地引下线不大于18m，屋面接闪网格不大于10x10m或12x8m。
工艺设备的放散管、呼吸阀、排风管均需确认已设阻火器。如无阻火器，需根据规范要求，按具体情况设置接闪针进行防雷保护。
规范中允许除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物可利用其屋面作为接闪器，但有前提要求，金属板下面有易燃物品时，不锈钢、热镀锌钢和钛板的厚度不应小于4mm，铜板的厚度不应小于5mm，铝板的厚度不应小于7mm。其中所要求的厚度是金属板的厚度，不包括双金属板屋面中的夹层厚度。
对于电气设备正常不带电的金属外壳，金属结构均需接地。桥架每隔30m做可靠接地。平行敷设的管道.构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100毫米时采用黄绿接地专用线跨接，跨接点的间距不应大于20米；架空金属管道在引入装置时及爆炸危险区域分界处、距建筑物25米处、分岔处均应与接地装置相连。
对于顶部及露天罐体，当和工艺确认其金属壁厚大于4mm时，可利用其罐体本身来作为防雷接地。如达不到，则增设避雷针。对于甲乙类装置人员主要进出口处设静电接地检查及消除装置。汽车罐车等装卸站处设静电接地夹。同时对于一些比较大的金属设备等，其接地点应大于2处。接地电阻以项目具体要求为准，一般不大于4欧姆。
8.结语
文中所写的内容为本人对于规范和工作中的一些理解，爆炸危险环境的电气设计需慎之又慎，保障人身和财产的安全。
参考文献:
[1]GB50058-2014.爆炸危险环境电力装置设计规范[S]
[2]GB50160-2008(2018年版)石油化工企业设计防火标准[S]
[3]GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S]
论文作者:周昀
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/5/6