燃氣鍋爐電氣設(shè)備防爆設(shè)計原則探析
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摘要:爆炸危險區(qū)的劃分是為了選擇合適的防爆電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)中，爆炸危險區(qū)的劃分不夠規(guī)范，本文對燃油燃氣鍋爐的爆炸危險區(qū)劃分進行了探討，明確釋放源、爆炸危險區(qū)的級別，詳細闡述了防爆設(shè)備的性能指標、選型要求和步驟，為設(shè)計人員的工作提供參考和依據(jù)。
關(guān)鍵詞:爆炸危險區(qū);釋放源;防爆設(shè)計;設(shè)備選型
0引言
燃油燃氣鍋爐是電站鍋爐、工業(yè)鍋爐的重要組成部分，在工業(yè)生產(chǎn)中扮演重要角色。同時，為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策號召，原設(shè)計為燃煤的鍋爐大量進行摻燒燃油、燃氣的改造，即使未進行改造的鍋爐也通常設(shè)置燃油系統(tǒng)。在過去的設(shè)計中，對于鍋爐房內(nèi)的爆炸危險區(qū)劃分沒有明確的結(jié)論，并且由于防爆相關(guān)標準均為化工行業(yè)編寫，電力行業(yè)從業(yè)人員普遍對標準并不熟悉，甚至認為相關(guān)規(guī)范不適用于電力行業(yè)，導(dǎo)致國家規(guī)范未能發(fā)揮應(yīng)有的指導(dǎo)作用，為設(shè)備的安全運行埋下了隱患。本文以國家規(guī)范為依據(jù)，對燃油燃氣鍋爐爆炸危險區(qū)的劃分進行探討。
1爆炸危險區(qū)的劃分
根據(jù)爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范(GB50058－2014)要求，該規(guī)范適用于在生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運或貯存過程中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)爆炸危險環(huán)境的新建、擴建和改建工程。因此，燃用、摻燒燃油、燃氣的鍋爐在該規(guī)范的適用范圍內(nèi)。本文所指的燃油燃氣鍋爐，包括以燃油(氣)為主燃料、點火燃料、摻燒燃料的各參數(shù)等級鍋爐。爆炸危險區(qū)的劃分有明確規(guī)定的原則，在危險區(qū)內(nèi)應(yīng)存在釋放源，同時釋放出的氣體能夠形成爆炸性混合氣，或者釋放出的液體能夠形成爆炸性薄霧。釋放源的定義是可釋放出能形成爆炸性混合物的物質(zhì)所在的部位或地點。焊接良好的管道不被定義為釋放源，鍋爐范圍內(nèi)的釋放源僅有各管路上的閥門。釋放源根據(jù)其釋放可燃物的時間長短分為三類，其中連續(xù)釋放源將長期、連續(xù)釋放可燃物;一級釋放源為正常運行時偶爾釋放可燃物;二級釋放源為正常運行時不釋放，或者短時間釋放。與釋放源分級類似，爆炸危險區(qū)也分為三個等級。連續(xù)或長期存在爆炸性氣體混合物的區(qū)域為0區(qū);正常運行時可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的為1區(qū);正常運行時不太可能出現(xiàn)，即使出現(xiàn)也為短時出現(xiàn)的為2區(qū)。在劃分危險區(qū)時，除了考慮釋放因素，還需要考慮通風(fēng)因素、距離因素等［1］。露天、敞開式建筑物、有永久性開口的非敞開式建筑物、設(shè)置強制通風(fēng)的封閉式建筑物可認定為通風(fēng)良好，其危險區(qū)等級可下調(diào)1級，最低為2級。根據(jù)分類原則，各管路閥門在正常運行時不可能釋放可燃物，僅在故障、泄漏時存在短時間釋放可能，因此屬于二級釋放源。鍋爐房內(nèi)設(shè)置永久性開口、同時也配置了強制通風(fēng)，可認定為通風(fēng)良好，可下調(diào)危險區(qū)等級，但是最低為2級。因此，鍋爐房內(nèi)釋放源區(qū)域部分空間應(yīng)劃分為2區(qū)。針對燃油鍋爐是否應(yīng)劃分危險區(qū)，必須考慮其燃用的燃油性質(zhì)。作為鍋爐燃料的燃油通常采用輕質(zhì)柴油或重質(zhì)柴油，根據(jù)其各組分所占百分比的不同，性能也存在差異。燃油性質(zhì)中閃點、引燃溫度這兩點與防爆要求高度相關(guān)。燃油本身不具備爆炸的可能，其在一定溫度下會形成薄霧，與空氣混合會發(fā)生爆炸，該溫度即為燃油的閃點。柴油的閃點通常在43℃～87℃，通常情況下，燃油系統(tǒng)閥門所在部位溫度為常溫，溫度在43℃以下，即便發(fā)生燃油泄露，由于溫度在閃點之下，燃油無法形成爆炸性薄霧，根據(jù)釋放源定義，該部位并非釋放源，所在區(qū)域也不是爆炸危險區(qū)。事實上石油庫設(shè)計規(guī)范明確指出，柴油場所的電氣設(shè)計按火災(zāi)危險區(qū)進行，不作防爆要求［2］。若所處空間由于位置特殊導(dǎo)致溫度高于燃油閃點，則劃分為爆炸危險區(qū)2區(qū)。危險區(qū)水平方向半徑15m，垂直方向半徑7．5m。具體工程中，應(yīng)根據(jù)本工程的油質(zhì)分析和管路布置區(qū)域溫度進行詳細的劃分。燃氣鍋爐相關(guān)管路閥門布置部位屬于二級釋放源，其所在空間為2區(qū)，水平方向半徑15m，垂直方向7．5m。
在爆炸危險區(qū)內(nèi)，所有電氣設(shè)備均必須采用防爆型。針對不同等級的爆炸危險區(qū)，電氣設(shè)備保護級別也不同，其設(shè)備保護級別如表1所示。保護級別由高到低分為Ga、Gb、Gc三級，每種保護級別對應(yīng)多種防爆結(jié)構(gòu)。僅有本質(zhì)安全型和澆封型能夠達到Ga等級，在電力行業(yè)中最常用的隔爆型可以達到Gb等級，最高可適用于1區(qū)，用于2區(qū)滿足規(guī)范要求。另外需要注意的是，本質(zhì)安全型設(shè)備對應(yīng)不同的保護級別也分為ia、ib、ic三級，在設(shè)計中應(yīng)注意區(qū)別對待。設(shè)備保護級別決定了電氣設(shè)備的防爆形式，級別和組別是衡量電氣設(shè)備防爆能力的參數(shù)。在規(guī)范中對各種爆炸性氣體混合物進行分級和分組，電氣設(shè)備的防爆級別和組別必須滿足其所處環(huán)境中級別、組別要求最高的爆炸性氣體要求。防爆電氣設(shè)備根據(jù)使用環(huán)境不同分為礦用、廠用以及粉塵防爆三類，分別用I類、II類、III類表示［3］。在電力行業(yè)中，針對燃油燃氣環(huán)境，適用II類防爆設(shè)備。按照爆炸性氣體混合物的最大試驗安全間隙或者最小點燃電流比，規(guī)范對可燃氣體(液體薄霧)進行了分級。共分為IIA、IIB、IIC三級，其中IIA級防爆要求最低，IIC級要求最高。按照爆炸性氣體混合物的引燃溫度，對其進行分組。電氣設(shè)備外殼與釋放氣體接觸，因此其外殼溫度禁止高于釋放氣體的引燃溫度。具體分組如表2所示。表中T6為最易燃易爆氣體，其引燃溫度小于100℃，要求電氣設(shè)備外殼最高溫度上限最低，防爆性能要求最高。在實際設(shè)計中，必須清楚了解工藝介質(zhì)的成分，通過查表明確其中所含可燃氣體(液體)的級別和組別，最終選擇防爆電氣設(shè)備。在這個過程中，安全是第一要素。
3結(jié)語
在電力行業(yè)中，爆炸危險區(qū)的劃分一直沒有在行業(yè)內(nèi)形成成熟意見。為了確保安全，不加區(qū)分將燃油區(qū)域劃分為危險區(qū)的有之;超過爆炸性氣體級別、組別選型的有之;忽略爆炸危險性的有之。本文通過對國家規(guī)范的分析，結(jié)合電力行業(yè)工程特點，對燃油燃氣鍋爐內(nèi)部爆炸危險區(qū)的劃分進行了初步探討;明確了爆炸危險環(huán)境防爆電氣設(shè)備的選型步驟，對于在電力行業(yè)規(guī)范進行防爆設(shè)計有積極的意義。
參考文獻
［1］鈕英建，文華，哈蘭，等．爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域劃分方法改善探討［J］．中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5(06):110－113．
［2］李玉軍．淺議商業(yè)油庫火災(zāi)危險區(qū)域電氣設(shè)備的選用［J］．儲運安全，2010，10(10):47－48．
［3］靳江紅，佟淑嬌，謝鵬．防爆電氣設(shè)備分類及其選型［J］．安全，2017(07):12－15．
作者:朱亞波 馬孝純 單位:哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司 高效清潔燃煤電站國家重點實驗室 哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司