浅谈天然气站场电气安全设计

[摘 要]概述了我国陆上长输天然气管道站场的电气安全设计现状，并结合多年电气工作实践经验，主要对天然气管道的压气站电气安全设计进行探讨。

[关键词]天然气管道；压气站；电气安全设计

中图分类号：TE 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0374-02

引言

天然气站场是输气管道工程中各类工艺站场的总称。其主要功能是接收天然气、给管道天然气增压、分输天然气、配气、储气调峰、发送和接收清管器等。按它们在输气管道中所处的位置分为：输气首站、输气末站和中间站3大类型及一些附属站场。按站场自身的功能可分为：压气站、分输站、清管站、清管分输站、配气站等。天然气站场是属于易燃易爆的重点场所，存在可燃气体泄漏的可能，一旦雷电与静电在装置上产生火花，易发生火灾和爆炸事故。因此，对天然气站的进行科学合理的电气安全设计是保证站场及其设施安全有着十分重要的意义。

1 天然气管道压气站生产环境

天然气管道站场在生产过程中容易出现爆炸性气体和爆炸性粉尘，引起爆炸和火灾，生产环境主要包括爆炸性环境和火灾危险环境两种。在进行电气设计时，应作出相关环境的电气设计。

爆炸性环境指含有爆炸性气体和爆炸性粉尘的环境。爆炸性气体存在引爆火花、高温或电弧的环境下，会发生爆炸。主要包括爆炸性粉尘、可燃导电粉尘、可燃非导电粉尘、可燃纤维四类。

火灾危险环境，是指在生产、加工、处理和储运的过程中，能引起火灾危险的区域。能引起火灾的物质有：闪点高于环境温度的可燃液体；操作温度高于可燃液体闪点时，有可能泄露但不能形成爆炸性气体混合物的可燃液体；不可能形成爆炸性粉尘混合物的悬浮状、堆积状可燃粉尘或可燃纤维以及其他固体状可燃物质。

2 爆炸危险环境分区

按照 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）规定，爆炸和火灾危险场所的类型和等级应根据物质状态和危险程度的不同，以及发生爆炸、火灾事故的可能性和后果，划分为三类八级。即气体或蒸汽与空气形成的爆炸性混合气体的爆炸危险场所分为三级；粉尘或纤维与空气形成的爆炸危险混合物分为二级；火灾危险场所按可燃液体、可燃粉尘和纤维、可燃固体分为三级。对于天然气站场，其危险场所主要是爆炸性气体及火灾危险场所，共两类六级， 本文将作重点阐述。在天然气站场，粉尘或纤维与空气形成的爆炸性混合物基本上不可能存在， 因而只作简单介绍。

爆炸和火灾危险环境危险区域除按以上等级原则分区外，还要确定危险区域的范围。一般应根据释放源的级别和位置、易燃物质的性质、通风条件、障碍物及生产条件、运行经验， 进行技术经济指标比较后综合确定。

爆炸性区域划分的结果对电气设备的选型、电线电缆的选择与敷设、安装标准等有重要影响。在进行电气设计时应根据释放源的级别和位置、通风条件、易燃物质的性质等综合分析确定。如果危险区域等级和范围划分不正确，势必导致防爆产品的选择不当、保护装置设置不合理， 这会酿下严重的事故隐患。为此， 在危险区域等级和范围的划分问题上必须慎之又慎， 切不可疏忽大意。

天然气站场主要包括天然气压缩机房、分析小屋、过滤装置区、计量装置区、调压装置区等。属于爆炸危险1区的范围很少，绝大部分属于爆炸危险2区。而泵房、管理用房或综合房等，按相关规范要求在总平面图中应将它们布置在安全（非危险）环境中，因而这些建（构）筑物所处环境不属于爆炸危险环境。

3 防爆电气设备选型

3.1 电气设备的防爆

电气设备的防爆主要是采取一定的措施消除或控制电气设备产生的火花、电弧和高温。常用的防爆型电器设备有：本质安全型电气设备，标志为ia、ib；隔爆型电气设备，以d为标志；增安型电气设备，标志为e；正压型电气设备，以p为标志；充油型电气设备，标志为o；无火花型电气设备，标志为n；充沙型电气设备和特殊型电气设备等。

电气防爆措施：

（1）采用防爆外壳。当爆炸性混合物进入防爆型壳体内发生爆炸时，外壳不会变形，火焰从外壳之间的间隙传出时，已经受到足够的冷却，它的能量已经不能引燃外界的爆炸性混合物，从而起到了防爆作用。

（2）采用本质安全电路。当电流和电压都比较小时，在电路中采取一定措施，使线路或设备产生的电火花能量不能引燃外界的爆炸性混合物。

（3）隔离法，主要是将爆炸性混合物与产生火花等危险因素的部分隔离，如正压型、充油型电气设备。

（4）制设备正常工作的围堵，如增安型电气设备。

3.2 爆炸性环境的电气设备选择原则

（1） 根据爆炸危险区域的分区，电气设备的种类和防爆结构的要求来选择相应的电气设备。

（2） 所选防爆电气设备的级别和组别，不应低于所在爆炸气体环境内爆炸性气体混合物的级别和组别。当存在有两种以上易燃易爆物质形成的爆炸性气体混合物时，应按危险程度较高的级别和组别来选用相关的防爆电气设备。

（3） 爆炸危险区域内的电气设备， 还应符合周围环境内化学的、机械的、温度的（高温或严寒）、微生物 （如霉菌） 以及尘埃、风沙等不同环境条件对电气设备的要求。

（4） 爆炸性粉尘环境防爆电气设备的选择原则同上。

（5） 火灾危险环境不用防爆电气设备， 但要用防护等级较高的电气设备。一般常用的防护等级不低于IP44或 IP54等。

根据以上原则，结合设计实践，个人认为防爆电气设备的选用归纳起来应注意以下两点：

（1） 0区场所，只允许选 ia 级本质安全型（0区尽量不安或少安电气设备， 一般主要是检测仪表可能安在0区）；1区、2区常选隔爆型或增安型， 即dⅡA、dⅡB、dⅡC、eⅡ （有些 1 区不允许选用增安型）等。

（2） 一般只要防爆分区正确，据此所选的电气设备能够满足爆炸性气体混合物级别、组别的要求和环境的要求即可。不可盲目地为提高安全可靠性而选用更高一级或两级的电气设备。例如， 汽油在2区环境中的防爆电器， 选dⅡA T3即可，没有必要选用dⅡBT3 或 dⅡB T5、dⅡC T6 等。否则， 技术经济指标不合理， 而且增加了工程造价。

4 防雷与接地设计

雷电是大气中的一种剧烈放电现象， 其具有极大的综合性破坏力。因此需进行安全的电气设计及接地装置。

电气设计。按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》划定爆炸和火灾危险区域，选择防爆电气设备的级别。对电缆及电缆沟采用阻燃性材料填实封堵，防止气体和液体进入配电室和控制室内；按照《建筑物防雷设计规范》站内气体Ⅰ区爆炸危险区划分为第二类，防止直击雷、感应雷，防止雷电波侵入等安全措施。

接地装置。除独立避雷针外，加气站内所有接地系统如防雷接地、电气系统工作接地、保护接地、防静电接地、信息系统接地等共用接地装置，接地电阻要求不大于 4 欧姆。全场站接地网由建筑基础加人工环形接地网组成。其中水平接地体采用-40×4mm 热镀锌扁钢， 埋深 0.8m 敷设， 过门口处埋深1m。 垂直接地极采用∠50×50mm，L=2500mm 热镀锌角钢，间距为 5m。施工完毕后应测量接地电阻，如不满足要求应增加接地极根数。加气机、加气柱、LNG 储罐橇、高压泵橇、高压气化器、高压储气瓶组、放空管（带阻火器）、输气管道、充装和卸气口等均需可靠接地，接地点不少于 2 处，两接地点的距离不大于 30m，接地电阻值不大于10 欧姆。

站内所有电气设备金属外壳均应接地。除照明灯具以外的电气设备，应采用专门的接地线，该接地线如与相线敷设在同一保护管内时，应具有与相线相同的绝缘，其他金属管线、电缆的金属外皮等，只能作为辅助接地线。

5 防静电电气设计要点

天然气管道压气站静电的危害，一是引起闪爆和火灾；二是对操作人员的身体健康有一定的影响，也可能造成其触电；三是损坏仪器仪表。天然气管道压气站的防静电设计应象消防工作一样， 贯彻 “预防为主、防消结合”的方针； 遵循系统防静电的设计原则。因为天然气场站里的管道、设备都是导体， 因而最直接最有效的防静电措施就是直接将静电通过导线连接泄放到大地。天然气场站通常采用的防静电措施是：

（1） 为管道、分离器、过滤器及机械设备等容易产生静电的设备设置良好的接地装置， 以保证其所产生的静电能迅速导入地下。

（2） 为防止设备与设备之间、设备与管道之间， 管道与容器之间产生电位差， 在其连接处特别是在静电放电可能引起燃爆的部位， 用金属导体将其连接在一起并接地以消除电位差。按照规范要求， 接地装置的接地电阻应不大于 10Ω。

（3） 在爆炸危险区域内的天然气管道上的法兰等连接处应用金属线跨接。当法兰的连接螺栓不少于 5 根时， 在非腐蚀环境下可不跨接。

（4） 防静电接地与防雷接地、电气设备的工作接地、保护接地及信息系统的接地等， 宜共用接地装置， 其接地电阻不应大于 4Ω。

6.天然气场站安全防护措施

一个完善的天然气站场电气安全需要包括以下几方面的内容：

首先外部防雷装置（接闪器、引下线和接地装置）承接50%以下的雷电流并将其泄入大地；

其次是采用等电位连结、屏蔽、防闪络技术和装置，阻塞雷电波沿金属导线和空间电磁场入侵的途径；

再次是电涌保护，利用某些元件的非线性特性，组成电涌保护器（SPD）并将其连结在配电和信号线路中，将累计产生的过电压和过电流通过SPD泄人大地。

其四是按规定设置防雷电、静电装置，并对其进行定期检测检修，保证接地完好有效，接地电阻符合要求；保证阀门、法兰用金属线跨接且可靠接地；法兰连接间电阻应小于0.03Ω，对地电阻不得大于100Ω；检修拆除的跨接线一定要恢复。

最后是提高设备的本质安全程度，保证设备完好。要严把设备的采购、安装、验收关，确保设备本质安全。工艺设备要常维护保养、勤检查，消除跑、冒、滴、漏；电气设备要选用相应的安全等级和防爆等级，在运行检修过程中严禁对其进行改装、拆除或降低等级；漏电保护、短路保护、绝缘、屏护等要随时完好有效；检测报警装置要定期标定校验。

7 结语

综上所述，本文在天然气管道压气站电气安全设计方面仅对其关键环节进行了总结、分析。天然气管道压气站进行电气设计时，设计人员应首先考虑生产的安全性。进行设计时应判断和确定环境性质，并对环境进行危险区域划分掌握电气设备的选择原则和电气设备的产品性能，严格细致地进行电气设计，从而有效防止爆炸条件的形成，并减轻爆炸、火灾的等的危险程度，实现安全生产的目的。

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