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长文详解爆炸性环境电气设计知识点大全

  • 产品概述

  我国目前防爆技术标准分为,基础类标准,产品制造类标准,应用标准。以下基于应用标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058-2014,(以下简称“爆规”),归纳总结爆炸性环境电气设计。

  爆炸性环境设备分类(GB 3836.2010):用于煤矿瓦斯气体环境的I类设备(爆规不适用);用于煤矿瓦斯气体以外的其他爆炸性气体环境的II类设备;用于粉尘环境的(含煤尘的爆炸性粉尘环境及工业用其他爆炸性粉尘和纤维环境)为III类设备。

  EPL是指根据设备成为点燃源的可能性高低和爆炸性气体环境、爆炸性粉尘环境及煤矿甲烷爆炸性环境所具有的不同特殊性,而对设备规定的保护级别。

  爆炸性气体环境:在大气条件下,气体或蒸气可燃物质与空气的混合物引燃后,能够保持燃烧自行传播的环境。

  爆炸性粉尘环境:在大气环境条件下,可燃性粉尘与空气形成的混合物被点燃后,能够保持燃烧自行传播的环境。

  厂房、仓库,建规对其生产的火灾危险性及储存物品的火灾危险性分为甲,乙、丙、丁、戊类,对应于其爆炸危险性基本如下:

  是否需要防爆,主要看其闪点是否低于或等于环境和温度,环境和温度可选用最热月平均最高温度,亦可利用采暖通风专业的“工作地带温度”或根据相似地区同类型的生产环境的实测数据加以确定。除特殊情况外,一般可取45℃。

  1、柴油发电机房,国产16种规格的柴油闪点除-35号是50度外,其它都是是60度及以上,只有火灾风险没有爆炸风险,不属于爆炸危险区。

  (GB 50058-2014出台之后,取消了火灾危险性场所章节,目前仍未见新规范补充此部分内容,所以,对此类火灾危险性场所,国家规范目前为空白,设计时可酌情参照92版爆规设计)

  2、燃气锅炉房,当有工艺专业介入,由其确定,大多数情况,需设计院自行判定,此时,一般划分为2区(由于明火设备附近按非危险区考虑,而管道和接头处还是按防爆区域考虑,严格来说应为部分2区),(正常的情况下,明火设备如锅炉采用平衡通风,即引风机抽吸烟气的量略大于送风机的风和煤燃烧所产生的烟气量,这样就能保持锅炉炉膛负压,可燃性物质不能扩散至设备附近与空气形成爆炸性混合物。因此明火设备附近按照非危险区考虑,包括锅炉本身所含有的仪表等设施。);燃气锅炉间装设防爆照明灯(GB50028-2006(2020年版)《城镇燃气设计规范》第10.2.21条第4款),并应装设可燃气体探测器,并与事故排风机以及进气阀门连锁。(GB 50028-2006(2020年版)《城镇燃气设计规范》第10.8.2条4款)

  4、调漆间/储漆间,由于油漆溶剂中多数是汽油、等极易挥发的物质,是否防爆要看挥发溶剂的闪点,一般可划分为1/2区,同时应设有毒气体检测装置(二甲苯),及气体灭火系统等。

  5、一些非可燃性气体,如氯气,为密度比空气大的有毒气体,易液化能溶于水,是活泼的非金属单质,为强氧化剂气体,虽然危险,但它们非GB50058范围,没有爆炸分区,执行专门的项目规范,如GB 11984-2008 《氯气安全规程》等。

  6、甲类固体,比如金属钠,为常温下受到水或空气中水蒸汽的作用能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质,同样虽然都很危险,也是没有爆炸分区的。

  7、建筑专业对锅炉房采取对应的防爆措施(比如泄压方向和泄压面积),不意味着锅炉房就属于电气爆炸危险环境,如电锅炉、燃煤锅炉等等。

  9、汽车加油加气加氢站设计,详《汽车加油加气加氢站技术标准》GB 50156-2021,站内的典型设备的防爆区域划分详其附录C。

  1、 首先确定车间、仓库里面危险物料种类。(主要是确定该气体的密度是否大于空气,绝大多数是比空气重的。)

  △ 对炼油装置、石油化工厂,在工艺流程中,化工设备连续处理高速、高温、高压的液体或蒸气,以释放源起15m划分范围。

  △ 对高挥发性物质(具有低沸点,当散发到大气后,它们迅速地吸收热量,从而形成在正常的情况下密度高于空气的大量冷气体,尤其是在地坪或地坪附近释放时,如果空气流动无助于扩散,这种较重的气体会沿地坪传播很远的距离)如乙烯、丙烯、乙烷、丙烷、丁烷等有可能大量释放处时,爆炸危险区域范围应划分附加2区,即在2区外再划出15m,附加2区距离地面标高0.6m。

  △ 在物料操作温度高于可以燃烧的液体闪点(≥60℃)的情况下,可以燃烧的液体可能泄漏时,其爆炸危险区域的范围可适当缩小,但不宜小于4.5m。

  △ 对符合国标《GB3836.14》(等同IEC60079-10)附录C条件的内容,可按附录C危险场所划分举例进行划分。

  4、 多数情况是,无工艺专业介入,需设计院自行判定,无法确定释放源,此时常规做法是从建筑的门窗洞口开始往外扩15m,高度范围是地坪至建筑上方3m的高度,比如建筑高度是5m,那么爆炸分区的高度就是8m。

  1) 除了封闭的空间,如密闭的容器、储油罐等内部气体空间,很少存在0区。在生产中0区是极个别的,大多数情况属于2区。在设计时应采取合理措施最好能够降低1区。

  2) 结合规范3.2.5.1当通风良好时,可降低爆炸危险区域等级。即:室内当通风良好时(要求通风专业把本建筑做成“通风良好”),划为2区。

  5) 附录B 第21条“对工艺设备容积不大于95m3、压力不大于3.5MPa、流量不大于38L/s的生产装置,且为第二级释放源,按照生产的实践经验,爆炸危险区域的范围划分以释放源为中心,半径为4.5m 的范围内可划为2区。对于新建项目,建议仍然按“可燃物质重于空气、通风良好且为第二级释放源的主要生产装置区,以释放源为中心,半径为15m,高度为7.5m的范围内可划为2区”,如对总平面布置影响很大,又满足上述条款,可按4.5米。

  6) 不可开启的密闭固定窗加警示标志时,可以视作实体墙(GB50074石油库设计规范, 14.1.4)

  6、 当可燃物质轻于空气时,常见的如甲烷、氢气,从门窗口往外扩4.5m,高度范围同上,也是从地坪至建筑顶部3m。

  7、 如果气体分子质量跟空气差不多,如一氧化碳、甲醇等,按比空气重来处理,从门窗往外扩15m来画。

  注1:爆炸危险区域划分应由懂得生产的基本工艺加工介质性能、设备和工艺性能的专业技术人员和安全、电气等工程技术人员共同商议完成。工艺专业技术人员负责提出介质性能、操作和环境条件、释放源等级和位置等内容,由电气专业技术人员负责绘制危险区域划分图。

  原《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058-92规定,相对密度小于等于0.75的爆炸性气体定为轻于空气,大于0.75的爆炸性气体定为重于空气。

  《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058-2014中调整为,相对密度小于0.8的气体或蒸气为轻于空气。相对密度大于1.2的气体或蒸气为重于空气。

  ——条文解释中,对于相对密度在0.8~1.2之间的气体或蒸气应酌情考虑。如何考虑没有说,无法确定时,建议往上靠,按大的范围设计。

  例如:一氧化碳、乙烯、甲醇、甲胺、乙烷、乙炔等在工程设计中相对密度视为比空气重的物质。

  爆炸性环境用电设备及其应用详细技术方面的要求,可参阅GB/T 3836 系列,以下简述两种爆炸性环境常规设计。

  另:电气设备很少有本质安全型,主要为仪表和弱电设备,其设备和线路按厂商要求来安装即可。

  1、电气设备保护级别(EPL):依前文所述,一般为Gb(适用于1区、2区)

  2、防爆结构:Gb对应有隔爆型d、增安型e、本安型ib。一般电机、开关选择隔爆型,仪表选择隔爆型或者本安型。(本安型就是本质就是安全的,它的能量不足以点燃可燃气体;隔爆型是用隔爆箱把元器件直接隔开,如果气体渗透到里面,即使发生爆炸也会只在外壳内部爆炸,不可能影响到外面; 增安型只是元器件采取一定的措施防止产生点火源。隔爆型比增安型更安全,当然也更贵,考虑供货周期、价格等因素,隔爆型相对使用广泛,实际中两者都在用,设计时可按需选用)

  3、防爆等级:爆炸性气体混合物的级别按照最大试验安全间隙或最小点燃电流分为ⅡA、ⅡB、ⅡC;按引燃温度由高到低分组为:T1、T2、T3、T4、T5、T6。

  绝大多数的气体采用ⅡBT4即可,是最常规的防爆电机。只有少数气体,高于这个等级。高于ⅡBT4气体有:氢气、乙炔、水煤气、二硫化碳、硝酸乙酯(附录C第151-155条)。如果涉及以上几种气体的,按照附录c的要求写,如二硫化碳,为ⅡCT5(该电机不易采购,价格高)。

  4、举例,一个乙醇环境的防爆选型,爆炸分区为2区,附录C第44条乙醇,防爆等级ⅡAT2,由于ⅡAT2市场上很少,且防爆要求低于ⅡBT4,所以你选择的设备防爆等级为ExdⅡBT4Gb。

  1、电气设备保护级别:根据爆炸性危险区域划分的20、21、22区,在表5.2.2-1找到对应的设备保护级别(EPL)。

  2、根据设备保护级别(EPL)在表5.2.2-2中找相应的防爆结构及形式。tD为外壳保护型;iaD 、ibD为本质安全型;maD、mbD为浇封型:pD为正压型。

  如20区,对应的设备保护级别(EPL)是Da,则选用的防爆结构及形式可以是本质安全型、浇封型、外壳保护型三种之一,但不能是正压型。21、22区则可以选本质安全型、外壳保护型、浇封型、正压保护型中的任一种。

  3、防爆等级:应用于爆炸性粉尘环境的电气设备,直接标出设备的最高表面温度,不再划分温度组别。例如,用于具有导电性粉尘的爆炸性粉尘环境ⅢC等级“ia”(EPLDa)电气设备,最高表面温度不高于120℃的表示方法为ExiaⅢCT120℃ Da或ExiaⅢCT120℃IP20。

  Ⅲ类电气设备的最高允许表面温度是由相关粉尘的最低点燃温度减去安全裕度确定。

  对粉尘云和厚度不大于5mm的粉尘层中的“tD”防爆形式做试验时,采用A型,对其他所有防爆形式和12.5mm厚度中的“tD”防爆形式采用B型。

  当装置的粉尘层厚度大于上述给出值时,根据粉尘层厚度和使用物料的所有特性确定其最高表面温度。

  2、粉尘环境中安装的插座开口的一面应朝下,且与垂直面的角度不应大于60°。

  4、在爆炸危险区内,除在配电盘、接线箱或采用金属导管配线系统内,无护套的电线不应作为供配电线、除本质安全型设备的线路的电路外,在爆炸性环境内的钢管配线时,钢管螺纹旋合不应少于5扣。

  6、为防腐蚀,钢管连接的螺纹部分应涂以铅油或磷化膏。在可能凝结冷凝水的地方,管线上应装设排除冷凝水的密封接头。

  8、敷设电气线路的沟道、电缆桥架或导管,所穿过的不一样的区域之间墙或楼板处的孔洞应采用非燃性材料严密堵塞。

  本文所述“钢管”均指符合现行国家标准《低压流体输送用焊接钢制管》GB/T 3091的产品,镀层为热镀锌;正常的情况下,爆炸性环境中均为明敷管线(除本质安全型设备的线路外)。

  1、爆炸性气体环境中应设置等电位联结,所有的装置外部可导电部件应进行等电位联结。

  2、在爆炸危险环境内,设备的外露可导电部分应可靠接地。爆炸性环境1区、20区、21区内的所有设备和爆炸性环境2区、22区内除灯具以外的别的设备应采取了专用的接地线。该接地线若与相线敷设在同一保护管内时,应具有与相线相等的绝缘。此时爆炸性环境的金属管线、电缆的金属包皮等,只能作为辅助接地线、在爆炸危险区域不同方向,接地干线应不少于两处与接地体连接。

  4、设备的接地装置与防止直接雷击的独立避雷针的接地装置应分开设置,与装设在建筑物上防止直接雷击的避雷针的接地装置可合并设置,与防雷电感应的接地装置亦可合并设置。接地电阻值取其最低值。

  5、爆炸性环境中为避免接触点处产生静电,引发电弧,加工、储存、运输可燃气体、易燃液体和粉体的金属工艺设备、容器和管道都应做防静电接地。防静电接地一般与其它接地系统共用接地。常规做法为采用40mm×4mm 热镀锌扁钢,对不能保持良好电气接触的法兰装置、管箍弯头和管道阀门等管道连接处采用跨接,跨接线采用能保证机械强度的钢绞线、热镀锌圆钢或铜编织线,当管道内的介质腐蚀性较强时,采取不锈钢材质。

  1、经常遇到的问题是过度设计,设计人依据《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010,第3章内容,判定具有爆炸危险场所的建筑物,均划分为一类或二类防雷建筑物。实则不然,我们的角度来看第4.5.1条,原文如下:

  4.5.1当一座防雷建筑物中兼有第一、二、三类防雷建筑物时,其防雷分类和防雷措施宜符合下列规定:

  1当第一类防雷建筑物部分的面积占建筑物总面积的30%及以上时,该建筑物宜确定为第一类防雷建筑物。

  2当第一类防雷建筑物部分的面积占建筑物总面积的30%以下,且第二类防雷建筑物部分的面积占建筑物总面积的30%及以上时,或当这两部分防雷建筑物的面积均小于建筑物总面积的30%,但其面积之和又大于30%时,该建筑物宜确定为第二类防雷建筑物。但对第一类防雷建筑物部分的防闪电感应和防闪电电涌侵入,应采取第一类防雷建筑物的保护的方法。

  3当第一、二类防雷建筑物部分的面积之和小于建筑物总面积的30%,且不可能遭直接雷击时,该建筑物可确定为第三类防雷建筑物;但对第一、二类防雷建筑物部分的防闪电感应和防闪电电涌侵入,应采取各自类别的保护措施;当可能遭直接雷击时,宜按各自类别采取防雷措施。

  2、对于突出屋面的排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、风管、烟囱等物体,确定防雷类别、排放物是不是达到爆炸浓度,是否点火燃烧,是否装设阻火器等,后依据《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010第4.2、4.3节确定是不是可利用其金属管壁(帽)作为接闪器。

  对于排放无爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、烟囱,1区、21区、2区和22区爆炸危险场所的自然通风管,可利用其金属管壁(帽)作为接闪器,但应与屋面防雷装置相连。

  注:“专用”,是指该变电站、配电站仅向与其贴邻的厂房供电,而不向其他厂房供电。

  对于乙类厂房的配电站,如氨压缩机房的配电站,为观察设备、仪表运转情况而需要设观察窗时,允许在配电站的防火墙上设置采用不燃材料制作并且不能开启的防火窗。不同建筑类型布置方案可参考如下:

  1、面积较小的防爆厂房,配电装置集中设置在低压配电室内,变配电室布置在厂房的端头,与防爆厂房间采用非燃烧体的防爆墙隔开,配电方式选用放射式配电。

  2、面积较大的防爆厂房,变配电室布置在厂房端头,在厂房内正常环境处设分配电室,采用配电干线树干式,分配电室放射式。

  3、厂房外,靠近负荷中心的正常环境设变配电室,与厂房毗邻,用非燃烧体的防爆墙隔开,放射式配电。

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