燃氣鍋爐電氣設備防爆設計原則探析
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摘要:爆炸危險區的劃分是為了選擇合適的防爆電氣設備，在電力系統中，爆炸危險區的劃分不夠規范，本文對燃油燃氣鍋爐的爆炸危險區劃分進行了探討，明確釋放源、爆炸危險區的級別，詳細闡述了防爆設備的性能指標、選型要求和步驟，為設計人員的工作提供參考和依據。
關鍵詞:爆炸危險區;釋放源;防爆設計;設備選型
0引言
燃油燃氣鍋爐是電站鍋爐、工業鍋爐的重要組成部分，在工業生產中扮演重要角色。同時，為了響應國家節能減排的政策號召，原設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置燃油系統。在過去的設計中，對于鍋爐房內的爆炸危險區劃分沒有明確的結論，并且由于防爆相關標準均為化工行業編寫，電力行業從業人員普遍對標準并不熟悉，甚至認為相關規范不適用于電力行業，導致國家規范未能發揮應有的指導作用，為設備的安全運行埋下了隱患。本文以國家規范為依據，對燃油燃氣鍋爐爆炸危險區的劃分進行探討。
1爆炸危險區的劃分
根據爆炸危險環境電力裝置設計規范(GB50058－2014)要求，該規范適用于在生產、加工、處理、轉運或貯存過程中出現或可能出現爆炸危險環境的新建、擴建和改建工程。因此，燃用、摻燒燃油、燃氣的鍋爐在該規范的適用范圍內。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、摻燒燃料的各參數等級鍋爐。爆炸危險區的劃分有明確規定的原則，在危險區內應存在釋放源，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，鍋爐范圍內的釋放源僅有各管路上的閥門。釋放源根據其釋放可燃物的時間長短分為三類，其中連續釋放源將長期、連續釋放可燃物;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，爆炸危險區也分為三個等級。連續或長期存在爆炸性氣體混合物的區域為0區;正常運行時可能出現爆炸性氣體混合物的為1區;正常運行時不太可能出現，即使出現也為短時出現的為2區。在劃分危險區時，除了考慮釋放因素，還需要考慮通風因素、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、設置強制通風的封閉式建筑物可認定為通風良好，其危險區等級可下調1級，最低為2級。根據分類原則，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。鍋爐房內設置永久性開口、同時也配置了強制通風，可認定為通風良好，可下調危險區等級，但是最低為2級。因此，鍋爐房內釋放源區域部分空間應劃分為2區。針對燃油鍋爐是否應劃分危險區，必須考慮其燃用的燃油性質。作為鍋爐燃料的燃油通常采用輕質柴油或重質柴油，根據其各組分所占百分比的不同，性能也存在差異。燃油性質中閃點、引燃溫度這兩點與防爆要求高度相關。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，燃油系統閥門所在部位溫度為常溫，溫度在43℃以下，即便發生燃油泄露，由于溫度在閃點之下，燃油無法形成爆炸性薄霧，根據釋放源定義，該部位并非釋放源，所在區域也不是爆炸危險區。事實上石油庫設計規范明確指出，柴油場所的電氣設計按火災危險區進行，不作防爆要求［2］。若所處空間由于位置特殊導致溫度高于燃油閃點，則劃分為爆炸危險區2區。危險區水平方向半徑15m，垂直方向半徑7．5m。具體工程中，應根據本工程的油質分析和管路布置區域溫度進行詳細的劃分。燃氣鍋爐相關管路閥門布置部位屬于二級釋放源，其所在空間為2區，水平方向半徑15m，垂直方向7．5m。
在爆炸危險區內，所有電氣設備均必須采用防爆型。針對不同等級的爆炸危險區，電氣設備保護級別也不同，其設備保護級別如表1所示。保護級別由高到低分為Ga、Gb、Gc三級，每種保護級別對應多種防爆結構。僅有本質安全型和澆封型能夠達到Ga等級，在電力行業中最常用的隔爆型可以達到Gb等級，最高可適用于1區，用于2區滿足規范要求。另外需要注意的是，本質安全型設備對應不同的保護級別也分為ia、ib、ic三級，在設計中應注意區別對待。設備保護級別決定了電氣設備的防爆形式，級別和組別是衡量電氣設備防爆能力的參數。在規范中對各種爆炸性氣體混合物進行分級和分組，電氣設備的防爆級別和組別必須滿足其所處環境中級別、組別要求最高的爆炸性氣體要求。防爆電氣設備根據使用環境不同分為礦用、廠用以及粉塵防爆三類，分別用I類、II類、III類表示［3］。在電力行業中，針對燃油燃氣環境，適用II類防爆設備。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℃，要求電氣設備外殼最高溫度上限最低，防爆性能要求最高。在實際設計中，必須清楚了解工藝介質的成分，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備。在這個過程中，安全是第一要素。
3結語
在電力行業中，爆炸危險區的劃分一直沒有在行業內形成成熟意見。為了確保安全，不加區分將燃油區域劃分為危險區的有之;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。本文通過對國家規范的分析，結合電力行業工程特點，對燃油燃氣鍋爐內部爆炸危險區的劃分進行了初步探討;明確了爆炸危險環境防爆電氣設備的選型步驟，對于在電力行業規范進行防爆設計有積極的意義。
參考文獻
［1］鈕英建，文華，哈蘭，等．爆炸性氣體環境危險區域劃分方法改善探討［J］．中國安全生產科學技術，2009，5(06):110－113．
［2］李玉軍．淺議商業油庫火災危險區域電氣設備的選用［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任公司