防爆电气设备在油气平台中的应用

摘要：

海洋油气平台长期处于爆炸性气体混合物环境中，如果发生爆炸造成的危害及破坏极其严重，会很大程度影响平台的正常运转和生产，因此采用防爆电气设备是实现油气平台安全生产的必要手段。本文针对爆炸性气体混合物环境，对爆炸危险环境因素、防爆措施、电气设备选型原则等方面进行分析，并列出了油气平台常用电气设备的防爆型式，同时明确了防爆电气设备在油气平台的安装要求。关键词： 爆炸危险区；防爆；IEC标准；NEC标准中图分类号：TD684

文献标识码： A引言：可燃性气体或蒸汽与空气的混合物遇到火花、电弧或危险高温就会被点燃，会形成燃烧或爆炸。海洋石油油气平台经常加工和处理可燃性气体或蒸汽，这些可燃性物质在被加工、运输、储存的过程中不可避免的会从管道、反应釜、储罐中溢出或漏出，与空气中的氧气混合形成爆炸混合物，这时候如果现场有点燃源就会形成工业爆炸，爆炸产生高温和冲击波，会造成人员伤亡和财产的巨大损失。由于油气平台的上述特点，防爆安全就成为企业的头等大事，即所谓“安全第一”。工程上经常通过选用电气防爆产品来保障生产的安全性。1.爆炸性危险区域的划分1.1 欧标划分欧标中规定爆炸性气体危险场所划分为三个区域（Zone），即0区、1区和2区[1]。它们对应的定义如下：（1）0区（Zone 0）：在正常情况下，爆炸性气体混合物连续或长时期存在的场所（1000h/y）；（2）1区（Zone 1）：在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所（10h～1000h/y）；（3）2区（Zone 2）：在正常情况下，爆炸性气体混合物不可能出现，或即使出现也是短时间存在的场所（10h/y以下）。这里的“正常情况”是指正常的开车、运转、停车、易燃易爆产品的装卸、密闭容器盖的开闭，安全阀、排放阀以及工厂其它设备在规定要求范围内的工作状态。从上述定义可知，三个区域中，0区是最危险的场所，而2区相对来说比较安全。1.2 美标划分北美国家将爆炸性危险场所分为三个级别[2]ClassⅠ、ClassⅡ、ClassⅢ，对应每个级别进一步划分为两个区域（Division），即Division 1和Division 2。它们的定义如下：（1）Division 1（1区）：在正常工作条件下，可能存在爆炸性或可燃性混合物的场所（包括气体、粉尘和纤维场所）。（2）Division 2（2区）：仅仅在故障条件下或其它异常情况下，偶尔地或短时间地存在爆炸性或可燃性混合物的场所（包括气体、粉尘和纤维场所）。2 设备保护级别EPL是依据设备成为点燃源的可能性及区别爆炸性气体环境、爆炸性粉尘环境和有甲烷的煤矿爆炸性环境的差别而规定的保护等级。设备保护级别如下（气体II类）：表1 设备保护级别划分3.主要电气防爆技术[3]爆炸危险场所中，应不设置或尽可能少设置电气设备，以减少因电气设备或电气线路发生故障而成为引爆源引起爆炸事故。必须设置电气设备时，应选用适用于该危险区中的防爆电气设备。在海洋油气平台上，主要采用三种防爆技术，即隔爆型、本安型、增安型和新型的隔爆增安型。下面主要对这几种防爆型式进行原理介绍。4.1 本质安全型 Ex i 电气设备原理本质安全型电气设备是一种以抑制点火源能量为防爆手段的“安全设计”技术，其内部的所有电路都是本质安全电路，即要求设备在正常工作和规定的故障条件下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。本安技术实际上是一种低功率设计技术，因此它很好地适应于工业过程自动化仪表。4.2 隔爆型 Ex d 电气设备原理隔爆型电气设备是具有隔爆外壳的电气设备，其隔爆外壳应能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并阻止内部的爆炸向外部周围爆炸性混合物传播，属于1区防爆技术。其原理是允许危险气体进入隔爆外壳，外壳内可能产生爆炸。但要求外壳必需具有足够的强度；且各外壳结合面必须具有足够长的啮合长度和足够小的间隙，以确保内部爆炸不会穿过隔爆结合面而导致外部环境爆炸，是一种间隙防爆技术，依靠间隙、啮合长度来达到降温、熄火的效果。

4.3 增安型 Ex e 电气设备原理

增安型技术是一种1区防爆技术，原则上可适用于1区场所，但国际间或行业间认可程度略有不同。增安型外壳不要求具有承受内部爆炸的强度，但至少应能承受规定的机械冲击，且具有IP54的外壳防护等级[8]。其次还要采取接线端子防松、可靠的结构连接、载流限制、绕组绝缘、温度保护、电气间隙、爬电距离等技术措施。隔爆增安型电气设备，其设计上结合了隔爆型和增安型两种技术，通常情况下在电弧位置具有“d”保护，起到防火的作用，而在接线端具有“e”保护，使安全性增加。该种设备通常用于开关、灯具、电源出口等经常产生电弧的地方，即满足防爆等级要求又可以大大降低设备成本。但由于目前尚没有明确的标准参考，在使用的认可度上尚有一定的差异。4.4 防爆电气设备应用实例危险区域划分后，下一步工作便是如何选择电气设备。电气设备的选择应视具体情况而定，虽然上面介绍了很多防爆类型，但要特别注意绝不能认为凡是防爆电气设备就可以用于危险区域，要按照一定的原则选择电气设备。

在海洋石油工程的油气平台上，有许多设备不可避免地工作在爆炸性危险区中，所以必须采取一定的防爆措施来提高设备的安全性能。目前，国内项目主要采用的是以美国电气法规NEC为代表的美国模式对海上钻井平台进行危险区划分。例如BZ28-2S CEP平台MIDDLE DECK，危险区集中分布在井口区域，即为Class Ⅰ devision 1，在此区域内除少量现场控制设备及灯具、管线外，基本不设置电气设备，所选用的电气设备也必须符合其防爆要求。各个电气设备间除电池间、实验室等，处于非危险区。HZ25-1项目同样也采用NEC标准，1类区Class Ⅰ devision 1选用隔爆型灯具Ex d，2类区Class Ⅰ devision 2选用增安隔爆型灯具Ex ed。厂家供货防爆荧光灯技术等级为：1类区Ex d ⅡB T4 IP56和2类区Ex edm ⅡC T5 IP56。防爆接线盒技术等级为：Ex d ⅡB T4 IP56。而巴西MODEC项目、澳大利亚MODEC项目，在Zone 1区域都选用了增安隔爆型灯具Ex ed。厂家供货灯具的技术等级为：巴西MODEC：EEx-edm Class Ⅰ，Zone 1，Gas Group ⅡC，Temp class T5澳大利亚MODEC：EEx-edm ⅡC T4/ T5 Zone1。接线箱则使用了增安型防爆。5 防爆电气设备安装要求5.1隔爆型电气设备安装要求（1）隔爆面应涂防锈油不允许涂油漆或胶；（2）隔爆型电气设备电缆引入装置的橡胶密封圈的内径应与引入电缆外径相适应，并用原配压紧螺母或压盘充分压紧；不能直接用钢管或扰性管压紧密封圈；（3）冗余电缆引入口应用符合标准规定的盲垫进行堵封；（4）隔爆面紧固件应设弹垫，并充分拧紧；（5）用于外部导线或电缆接线的接线盒的电气间隙和爬电距离应满足标准规

定要求；（6）特别注意北美进口的防爆电气设备电缆引入口的处理。5.2增安型电气设备安装要求（1）增安型设备引入电缆或导线应与连接件可靠连接，并满足电气间隙和爬 电距离要求；（2）电缆引入装置内的橡胶密封圈应用压紧螺母或压盘充分压紧；（3）冗余电缆引入口应用符合标准规定的盲垫进行封堵；（4）增安型电动机应配用过载反时限保护装置，保证电动机堵转时在电动机 铭牌规定的时间内断开电源；（5）完成安装后的增安型电气设备的外壳防护等级应满足IP54要求。5.3本安型电气设备安装要求（1）没有特别保护措施的关联电气设备必须安装在安全场所；（2）关联设备的供电电源不应超过铭牌规定的最高允许电压Um；（3）关联设备与本安设备间连接电缆的分布电容和电感应应满足产品说明书规定的要求；（4）关联设备应按规定要求接地（如齐纳安全栅接地应设两根接地线，且接地连接阻抗≤1欧姆）；（5）本安电路的电缆应与其他电路分开走线；（6）连接电缆或导线截面应满足规定要求，并满足500V绝缘要求；（7）不同本安回路的连接电缆或导线应采取屏蔽隔离措施，屏蔽层应在安全场所接地（现场侧的屏蔽层一般应做绝缘处理）。结论：海洋油气平台上各种电气设备正常或非正常工作中产生的电火花或过高表面温度均会引燃周围可能存在的易燃易爆气体引起爆炸。因此，只有正确理解和掌握了电气设备防爆与防护的基本知识，才能在各种不同的使用环境下，正确选择和安全使用电气设备，并且需要进行正确的安装。在电气设备的选用中，一定要清楚防爆与防护的基础知识，并且特别注意以下几点：（1）首先根据危险区域划分图，分清适用的标准是欧标还是美标，以便开展设计工作；（2）根据电气设备的工作环境确定属于哪个危险区，从而选择适合的防爆等级；（3）根据危险气体类别确定防爆设备的类别；（4）根据危险气体的点燃温度确定设备的温度组别；（5）综合分析设备的工作环境，合理采办相应的防爆和防护等级的材料，节约成本，避免浪费。希望通过本文的介绍，大家能对海上油气平台电气设备的防爆技术有个基本的了解，掌握电气设备的选型和安装，对今后工作有所帮助。参考文献：[1] IEC60079 国际电工委员会标准[s][2] NEC500 美国国家电气标准[s][3] 徐建平。电气防爆技术及其应用。中国石油和化工协会培训中心，2007年6月[j]