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摘要： 城市轨道交通的车辆基地中存在化学品用房，此类场所较为特殊，存在爆炸危险的可能。本文分析此类场所的特点，研究现行规范要求，对其电气设计进行了探讨。
关键词： 轨道交通、化学品库、爆炸环境、电气防爆设计
1.化学品用房的特点
城市轨道交通车辆基地为对车辆及各相关系统设备进行维护、修理、清洁、保养，需要一定的化学品材料，并设置库房对危险品进行存储，根据《化学品分类和危险性公示 通则》GB13690-2009分类，理化危险的化学品主要有爆炸物、易燃气体、易燃气溶胶、氧化性气体等16种，车辆基地常见的化学品分类及清单见表1
表1 化学品清单
根据《地铁设计规范》GB50157-2013 27.7.5要求，“不同性质的材料和设备宜按分库存放设计；存放易燃品的仓库宜单独设置”。由于运营组织的需要，存放化学品房的房间类型及名称有多种，如杂品库、特种材料库、危险品库、化学品库、油漆间、储油间等，本文统称为化学品用房。
根据表1可以看出，部分化学品为爆炸性气体或者爆炸气体的混合物，其中喷漆间还存在铝、铁及油漆粉等爆炸性粉尘。
2.爆炸性危险环境的界定及区域划分
对化学品用房进行电气设计之前首先必须界定该环境是否为爆炸性危险环境，然后对爆炸危险区域进行划分。
2.1.爆炸性危险环境的界定
根据环境中介质的不同，爆炸性危险环境分为爆炸性气体环境和爆炸性粉尘环境，部分环境兼有爆炸性气体和粉尘，根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058-2014 3.1.1及4.1.1的规定理解，对用于生产、加工、处理、转运或贮存过程中出现或可能出现爆炸性气体混合物（爆炸性粉尘混合物）环境时，应进行爆炸性气体（粉尘）环境的电力装置设计。
表1中部分化学品即为爆炸性气体或者爆炸气体的混合物，根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058-2014中附录D可燃性气体或蒸气爆炸性混合物分级分组举例及附录E可燃性粉尘特性举例，按照介质的级别及温度组别整理后见表2、表3。
表2 可燃性气体或蒸气爆炸性混合物分级分组举例
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由表2、表3可见，化学品用房存在爆炸性气体或粉尘，所以应该对其进行电气防爆设计。
2.2.爆炸性危险环境区域的划分
爆炸性危险区域的划分是进行电气防爆设计的首要问题，涉及分区的等级、区域范围及爆炸性介质的分级、分组。
2.2.1.爆炸性危险环境分区
爆炸性危险环境等级的划分主要根据爆炸性气体混合物（粉尘）出现的频繁程度和持续时间来确定，气体爆炸及粉尘爆炸分别划3个等级，如下：
爆炸性气体环境：
1）0 区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境。
2）1 区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境。
3）2 区：在正常运行时不太可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。
爆炸性粉尘环境：
1）20 区：空气中的可燃性粉尘云持续地或长期地或频繁地出现于爆炸性环境中的区域。
2）21 区：在正常运行时，空气中的可燃性粉尘云很可能偶尔出现于爆炸性环境中的区域。
3）22 区：在正常运行时，空气中的可燃粉尘云一般不可能出现于爆炸性粉尘 环境中的区域，即使出现，持续时间也是短暂的。
除上述基本规定外，爆炸危险区域的划分应按释放源级别确定，并根据通风条件条件调整，“当通风良好时，可降低爆炸危险区域等级”，“可燃物质可能出现的最高浓度不超过爆炸下限值的 10％”可划分为非爆炸危险区域”。此规定本意是尽量降低爆炸危险区域的级别，甚至划分为非爆炸危险区域，但是在轨道交通项目中实际操作有难度。主要有以下两点：
一、工艺专业不易根据化学品房间存放的介质确定可燃物质出现的最高浓度；
二、暖通专业虽然采取了机械通风措施限制可燃物质的浓度，甚至采用了可燃气体探测器，但是不敢保证任何时刻都可以做到通风良好。
基于以上两点，并考虑轨道交通安全运营的重要性，建议按照基本规定确定爆炸危险区域的等级。即贮存化学品的房间可按2区考虑，而生产用的喷漆间按1区加21区考虑。
2.2.2.区域范围
爆炸危险区域范围的确定是一个比较复杂的问题，规范要求爆炸危险区域的范围根据释放源的等级和位置、可燃物质的特性、通风条件、障碍物及生产条件、运行经验，经技术经济比较综合确定，需要工艺、建筑、暖通、电气等专业均参与才行，实际操作很难实施。鉴于化学品房间一般较为独立，或者在附属建筑的一角，电气设计按房间内区域均为爆炸危险区域范围考虑，且房间附近尽量不布置其余非防爆电气设备。
2.2.3.爆炸性介质的分级、分组
爆炸性介质的分级、分组是防爆电气设备选型的依据。分级即气体混合物（粉尘）分级，根据分组即引燃温度组别。不同的可燃性物质（气体、蒸汽或粉尘）由于其各自的化学特性，所需点燃的能量和温度各不相同，因此需要对介质进行分级和分组，分级按照最大试验安全间隙（MESG）或最小点燃电流比（MICR）分级，分为IIA、IIB、IIC（气体）和IIIA、IIIB、IIIC（粉尘）6个等级；分组按照引燃气体的温度分为从T1到T6（组别由低到高）6个组别。
轨道交通化学品用房的常见爆炸危险气体（粉尘）的分级、分组在表2、表3中已同时举例，电气设计时设备的选择可根据具体涉及的介质确定。
3.爆炸危险环境的电气设计
爆炸性危险环境的电气设计涉及电气设备选择、安装、电气线路设计及接地设计。
3.1.电气设备选择
防爆电气设备根据爆炸危险环境分区及介质的分级分组选择。防爆电气设备的属性包含设备保护级别（EPL）、防爆型式、设备类别及温度组别。
上述爆炸危险区域的6个分区对应Ga、Gb、Gc（适用于气体防爆）及Da、Db、Dc（适用于粉尘防爆）6个设备保护级别。防爆型式分为隔爆型、增安型、本质安全型等多种。其中隔爆型安全性能较高，其防爆性能受内部电气元件性能故障和内部人为接线不牢因素影响不大，设备温度组别较高，应用广泛，建议化学品用房采用隔爆型设备。
选用的防爆电气设备的级别和组别，只可等同或高于介质的级别和组别，不得降低。对于无据可查又不可能进行试验的介质，可按危险程度较高的级别和组别选用防爆电气设备。
对于爆炸性气体及粉尘同时存在的环境，比如油漆间，应选用同时具备防气体爆炸和防粉尘爆照的设备。
房间内所有电气设备都应选择防爆型，包含电机、配电箱、灯具、开关、插座、接线盒等，而不能只将主要的电气设备选为防爆型。
电气设备防爆类型确定后，为保证施工安装采用的是满足环境要求的防爆设备，应在工程数量表上注明具体防爆标志，而非简单标注“防爆”。标志方法如下：
1）气体环境防爆标志的表示方法：
Ex ＋ 防爆结构＋类别（II）＋级别（A/B/C）＋温度组别（T1～T6）＋ 保护等级（EPL）
例如：
隔爆型设备 Ex d IIB T4 Gb
2）粉尘环境防爆标志表示方法：
Ex ＋ 防爆结构＋类别（III）＋级别（A/B/C）＋直接标注温度值＋ 保护等级（EPL）
例如：
防导电粉尘设备Ex iD IIIC T 120 ℃ Da
另外防爆等级不能代替防护等级（IP），对于安装在室外或者露天的设备，还应根据室外条件增加防护等级的要求。
3.2.电气设备安装
爆炸性危险环境应减少防爆电气设备的数量，或者布置在房间外面，以减少正常运行发生火花的可能。
爆炸性环境的电气线路和设备应装设过载、短路和接地保护，不可能
产生过载的电气设备可不装设过载保护。爆炸性环境的电动机还应装设断相保护。
暖通专业在化学品房间一般会设置事故排风机，为保证发生事故时方便室外操作及室内自救，风机的手动控制装置应该室内、外便于操作的地点分别设置。
3.3.电气线路设计
线路敷设方式有两种：钢管配线和电缆配线。一般会将电缆穿钢管保护误理解为钢管配线。钢管配线实际上是电缆敷设全程采用钢管隔离密封，钢管间必须焊接或者螺纹连接；而电缆配线仅在进出配电箱、接入设备、电缆分接处加防爆格兰头进行密封，敷设路径上可以采用钢管保护，钢管间不需要连接。综合比较，电缆配线更经济安全。推荐化学品房间配线采用电缆配线。
轨道交通一般采用铜芯线缆，满足爆炸危险环境线芯材质要求。钢管配线敷设时对于1区、20区，动力、照明铜芯电缆截面应在2.5mm2 及以上，控制电缆应在1.5mm2 及以上；对于21区、22区，动力、照明铜芯电缆截面应在1.5mm2 及以上，控制电缆应在1.5mm2 及以上。
导体允许载流量比一般环境要求要高，不应小于熔断器熔体额定电流的 1.25 倍及断路器长延时过电流脱扣器整定电流的 1.25 倍。
3.4.接地
爆炸危险环境的接地相对普通环境有特殊要求。一般车辆基地采用TN 系统，爆炸危险环境采用TN系统时必须PE线与N线分开，即采用TN-S系统，同时普通环境中按照GB/T50065规定不需要接地的下列情况也应做接地：
1）在不良导电地面处，交流额定电压为1000V 以下和直流额定电压为1500V 及以下的设备正常不带电的金属外壳；
2）在干燥环境，交流额定电压为127V 及以下，直流电压为110V 及以下的设备正常不带电的金属外壳；
3）安装在已接地的金属结构上的设备。
化学品用房有存放金属储罐的情况应做防静电接地，设备的接地应该在不同方向不少于两处与接地干线连接。
4.结语
城市轨道交通项目设计过程中，需要严格按照规范划分爆炸危险区域，确定爆炸危险环境的等级及范围，根据爆炸性介质的级别和组别合理地选择防爆电气设备，在电气设计上采取有效措施降低爆炸发生的可能性，从而为轨道交通后续的安全运营提供保障。
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论文作者:董自胜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/11/9
标签：爆炸性论文; 环境论文; 危险论文; 粉尘论文; 气体论文; 化学品论文; 区域论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;