防爆厂房电气设计探讨

防爆厂房电气设计探讨

[摘要] 针对防爆厂房的危险环境，介绍了爆炸危险环境危险区域的划分，重点阐述了从变配电室位置的选择、设备正确选型、电缆敷设以及防雷接地设计时，电气设计时应注意的事项。在满足安全要求、经济实用的前提下，各专业应合理确定设计方案。

[关键词] 医药化工企业；爆炸危险环境；电气安全；防爆措施

引言

当前在医药化工企业的生产过程中，许多物料介质是具有爆炸、火灾性危险的，另外在加工、处理以及储运过程中，也会存在爆炸危险性环境，因此，严格、细致地划分爆炸危险场所区域，明确爆炸危险场所的等级和危险介质的级别，采取正确的防爆措施，防止爆炸条件的形成和减轻爆炸危险的严重程度是电气设计的重点，也是事关企业安全生产和工程建设的重要问题。

1 爆炸危险环境中产生爆炸的基本条件

首先了解燃烧和爆炸是怎样产生的？当易燃物质（例如甲烷、氢气、玉米粉尘等）和氧化剂（例如氧气，空气等）混合在一起，达到一定浓度，遇到点燃源（例如明火，火花，电弧，高温表面等），以致达到可燃性混合物引燃温度，从而产生燃烧和爆炸。

通过对以上基础知识的了解，可以得出易燃物质、氧化剂及点燃源形成了燃烧和爆炸的三个基本条件，为了防止出现火灾和爆炸危险的产生，在工程设计时，设计人员就可以有针对性地采取相应措施，防止以上三个基本条件同时存在，包括如何确定释放源位置、如何根据混合气体浓度确定和划分不同爆炸危险区域、如何限制及消除点燃源、如何控制易燃物质和氧化剂的混合浓度等等一系列措施。

2 爆炸危险环境危险区域的划分

根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92规定，按照易燃物质种类的不同，将爆炸危险环境分为爆炸性气体环境和爆炸性粉尘环境。

根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，将爆炸性气体环境分为：0区、1区、2区。

0区—连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境；

1区—在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境；

2区—在正常运行时不可能出现爆炸性气体环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。

根据爆炸性粉尘混合物出现的频繁程度和持续时间，将爆炸性粉尘环境分为：10区、11区。

10区—连续出现或长期出现爆炸性粉尘混合物的环境；

11区—有时会将积留下的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境。

在我院设计的医药化工厂房中，多数为2区爆炸性气体环境，因此，下文笔者将重点介绍在2区爆炸性气体环境中电气设计时应注意的几个要点。

3 防爆电气设计需考虑的几个要点

3.1 变配电所的布置

防爆设计是一个集工艺、电气、自控、建筑结构、暖通等专业协作进行的综合性设计，电气防爆设计是其中一个非常重要的组成部分，因此在设计初始，电气设计人员就应参与到方案设计中，协助工艺人员，确保变配电室既能接近负荷中心又能远离爆炸危险环境，《建筑设计防火规范》（GB50016 2006）第3.3.14规定“变、配电所不应设置在甲、乙类厂房内或贴邻建造，且不应设置在爆炸性气体、粉尘环境的危险区域内。供甲、乙类厂房专用的10kV及以下的变、配电所，当采用无门窗洞口的防火墙隔开时，可一面贴邻建造，并应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92等规范的有关规定”，由此可见，防爆厂房变、配电所的布置受到很多条件的约束和限制。如何既能保证符合规范要求，减少因电气原因发生爆炸危险的概率，又能不破坏整体建筑的美观呢？

由于有“一面贴邻建造”的要求，笔者根据平时工作中遇到几种情况，将不同建筑类型防爆厂房的布置方案，总结如下：

一、对于面积较小的防爆厂房，根据防爆厂房的特点，将配电装置集中设置在低压配电室内，可以把变、配电室布置在厂房的端头，变、配电室与防爆厂房之间用非燃烧体的防爆墙隔开，配电方式采用放射式配电（如下图1）。

图1 防爆厂房变配电室布置示意图一

笔者设计的某甲类厂房，厂房长约85米，宽约24米，高约19米，共三层，为2区爆炸危险环境，爆炸性介质比重大于空气。经过负荷计算，本厂房需设一车间变电所，内设2台1000kVA干式变压器。通过比较，最终决定将车间变电所设置在厂房一层端头。另外，根据《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94规定，变电所上方须为正常环境，因此可以将变电所上方二、三层设置为低压配电室，为二、三层防爆用电设备配电。在满足规范要求的同时，达到管理方便，运行安全的目的。

二、对于面积较大的防爆厂房，考虑到远端用电设备在输电线路上的电压降和损耗，如果依然把变、配电室设置在厂房端头，既不经济的，也不合理的，并且对设备的启动运行不利。针对此种情况,根据建设单位工程的要求以及工艺专业设备的布局，通常采用以下两种方案：

方案一，变配电所布置在厂房端头，另外，在厂房内正常环境处设一分配电室（如下图2），由此分配电室继续向远端用电设备供电，采用配电干线树干式配电和由分配电室放射式配电至用电设备相结合的配电方式；

图2 防爆厂房变配电室布置示意图二

方案二，在厂房外靠近负荷中心的正常环境设置一变配电所，与厂房毗邻，并用非燃烧体的防爆墙隔开，配电方式采用放射式配电（如下图3）。为了不破坏厂房的整体造型，变配电所可以与厂房同高，每层作为分配电室，并单独设置疏散楼梯。

图3 防爆厂房变配电室布置示意图三

另外，规范中有“采用无门窗洞口的防火墙隔开”的要求，因此如果防爆厂房变配电室与防爆区仅有一墙之隔，那么，按照规范规定这堵墙上不允许有任何洞口。笔者遇到这种情况，解决的方法是将由变配电室配出的电缆，采用沿电缆桥架先经过一段正常环境区域或一间正常环境的房间，然后再由此配出至防爆区，利用这个区域作为缓冲区域，保护变配电室的安全。

另外在布置变配电室时还需要注意的是，对于易燃物质比空气重的爆炸性气体环境中的变、配电所和控制室，其室内地面应高出室外地面0.6米，避免爆炸性混合气体侵入。

3.2 防爆厂房电气设备的选型

如何正确选用防爆电气设备对防爆厂房的安全是至关重要的。首先，根据危险场所划分的危险区域来选用相应的电气设备；其次，选用的防爆电气设备的级别和组别不应低于该爆炸性气体环境内爆炸性气体混合物的级别和组别；再次，爆炸危险区域内的电气设备应符合周围环境内化学的、机械的、热的、霉菌以及风沙等不同环境条件对电气设备的要求。

3.2.1防爆电气设备型式

根据爆炸性危险环境区域的不同，设备制造工艺结构以及安装维护的要求，将目前主要应用的电气防爆型式以及各种防爆型式的应用范围和允许使用区域归纳总结，详见表1。