海洋石油平台防爆电气设计

海洋石油平台防爆电气设计

【摘要】海洋石油平台上电气设备的防爆防护工作是非常重要的，这关系着平台操作人员的自身安全，以及平台甚至整个油田的安全生产。中国海油提出并已执行的“五想五不干”，也都是基于安全的考虑，最大限度避免人员伤亡、财产损失。因此在平台设计、建造、投产以及后期改造过程中，都要注意电气设备的防爆与防护。基于此，本文对海洋石油平台防爆电气设计进行了研究。

【关键词】海洋石油平台防爆电气设计

海洋石油平台在开采、加工处理、贮存、输送过程或检修中可能出现挥发的可燃气体或油蒸汽从管道、罐体等工艺处理设备中逸出。与空气形成爆炸性混合气体达到爆炸浓度后，如遇引燃源，就可能会引起火灾或爆炸。石油平台一旦发生火灾或爆炸，由于其自身结构复杂、通道狭窄、回旋余地小，使抢救工作活动范围受到影响和限制。另外，由于海洋石油平台远离内陆，救援困难，将会使人员和财产遭受巨大损失。为此，在设计中应根据工艺安全有关专业划分的危险区域，合理地按危险区的类别选用防爆电气设备，严格按照相关标准规范执行。保证在发生可燃气泄漏时，避免火灾或爆炸事故发生。

爆炸危险区的划分

爆炸危险区的划分首先确定释放源，考虑在海洋平台的某一区域或相邻区域是否有易燃液体、气体、油蒸汽或可燃液体(环境温度高于其闪点)进行处理或储存，然后根据可燃性或易燃性气体出现的频繁程度和持续时间进行划分。由于海上平台空间有限，设备布置比较紧凑，因此还应结合释放源所在处所的通风条件调整危险区域的划分。危险场所区域的含义，是对该地区实际存在危险可能性的量度，由此规定其可适用的防爆型式。国际电工委员会／欧洲电工委员会划分的防爆区域为：

0区：爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所，每年累计约为1000h 以上且连续出现。在正常操作条件下，连续出现达到引燃或者爆炸浓度的可燃性气体或者蒸气的区域。

1区：在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所，每年累计约为10～1000h且间隙出现。在正常操作条件下，断续地或者周期性地出现达到引燃或者爆炸浓度的可燃性气体或者蒸气的区域。

2区：在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生并仅是短时间存在的场所，出现每年累计约为10h以内且间隙出现。在正常操作条件下，不可能出现达到引燃或者爆炸浓度的可燃性气体或者蒸气，但在不正常操作条件下，有可能出现达到引燃或者爆炸浓度的可燃性气体或者蒸气的区域。

对爆炸性危险区的划分，各主要工业国家基本上可以分为两种意见。以IEC 为代表的一批国家，包括德国、意大利、日本、英国、澳大利亚等国，以爆炸性

环境出现的频繁程度和持续时间划分为0区、1区、2区；另一种意见为美国、加拿大一些北美国家的分类，气体、蒸气爆炸性混合物危险场所分为1级1区(Class I，Div I)和1级2区(Class I，Div II)，是没有0级(区)场所的。

表1 各地区爆炸性危险区的划分

二、防爆电气设计需考虑的几个要点

1、增安型防爆电机时间保护设计

在爆炸危险场所运行的电动机不仅在正常运行中及启动期间不能成为点燃源，而且在堵转故障的情况下也应如此，对于常用的隔爆型和正压型电机，该类型电机表面温度测试位置局限在电机机座外表面及轴承外圈处，从防爆的观点来看，由于电机外壳的热惯性(由于电机内外导热和散热性能的差异，转子表面温度明显高于机座外表面温度)，任何绕组的短时发热超过温度极限，均不会对设备安全造成威胁，故对于隔爆型和正压型电机外壳的保护形式来说，只要符合标准的工作程序，就能满足过载保护的要求，而不会出现问题。其他防爆类型电机，如增安型电机外壳不具备隔爆外壳的保护特性，其最高表面温度测试位置还应增加电机转子表面的测试。

增安型防爆电机时间概念是在最高环境温度下达到额定运行最终稳定温度后的电机绕组，从开始通入最初启动电流时计起直至绕组温度上升到极限温度的时间，如图1所示。对于增安型电机，其极限温度值的确定除按绝缘温度等级外，还应考虑环境中爆炸混合物的引燃温度，取它们两者中的较小值，然后减去5℃～10℃的安全裕度即可。

图一确定的图例

2、爆炸危险场所的接地设计

一般环境下的接地设计主要考虑因素是保护人身安全，但在爆炸性气体环境接地设计中，还需考虑抑制危险电压及过电流形成引燃源。它是防爆设计非常重要的一环。在爆炸性气体环境中，当发生短路、泄漏电流增大、雷电感应过电压或产生静电时，为抑制危险电压及过电流，极为有效的最后措施就是接地。其类型主要包括：在低压电气回路中增加专用保护接地线、均压和屏蔽，设计中这些形式往往结合采用。GB 50058----92标准规定，爆炸性气体环境1区内的所有电气设备以及2区内除照明灯具以外的其他电气设备，应采用专用的接地线；爆炸性气体环境2区内的照明灯具可利用有可靠电气连接的金属管线系统作为接地线(而IEC一79标准规定在爆炸性气体环境内TN制只能使用’IN—S制，不能使用TN—C制)。

3、合理选择隔爆型、增安型、无火花型电器设备

根据我国防爆标准和IEC标准，防爆结构型式主要包括隔爆型“d”、增安型“e”、本质安全型“ia”或“ib”、正压型“P”、充油型“O”、无火花型“n”、充砂型“q”、特殊型“s”等。在满足规范要求的前提下，合理选择防爆结构型式可减少工程投资额，节约开支。本文将根据工程电气设计中最常用的隔爆型、增安型、“n”型电器设备的结构特点及设计中的合理选择作简要描述。

（1）隔爆型“d”：将能点燃爆炸性混合物的部件封闭于一个外壳内，该外壳能承受内部爆炸压力，且不致引燃外部爆炸性混合物，其外壳表面温度低于爆炸性混合物引燃温度。

（2）增安型“e”：对于正常运行不产生火花电弧和危险高温的电器设备，采取以下附加措施提高设备的安全可靠性：采用高质量绝缘材料、降低温升、增大电气间隙及爬电距离、增强导线连接质量等等，以避免正常和规定过载条件下出现点燃现象。

（3）无火花型“n”：正常运行时和标准规定的条件下不能点燃周围的爆炸性混合物环境的电器设备，类似于增安型，但与增安型相比，没有规定再增加一些附加措施来提高安全可靠性。有相关的引爆概率资料表明，在正常工作条件下安全性等级：隔爆型=增安型≥无火花型；在故障条件下安全性等级：隔爆型>增安型>无火花型。各类防爆结构型式均有其适合的应用场合，然而，在确定防爆结构型式的电气设计中，很多设计人员往往一成不变地选择隔爆型，且生产单位也大都广泛采用。诚然，隔爆型作为应用最成熟、适用范围最广及安全程度高的特点，可应用于1区或2区、适用于各类强弱电设备器件，但是，其具有体积大、重量大、设备成本高、安装和维修困难的不利因素。故在某些情况下，可积极考虑采用增安型与无火花型设备，上述两者皆适用于2区环境。同隔爆型比较，增安型具有体积小、重量轻、价格低、便于维修、安全性较高(防爆国标规定增安型设备适用于2区，不宜用于l区)的有利因素；而无火花型设备为专用于2区环境的设备，也具备增安型具有的体积小、重量轻、价格低、便于维修的特点。有资料表明，近年德国化工部门，增安型与无火花型设备约占防爆电气设备总数的80％，隔爆型约占15％，这与我国的情况有很大的区别，本人通过从事外资企业工程设计也体会到了这一点：即外方大量采用增安型与无火花型设备，尤其是电动机。

总结

海洋石油平台爆炸危险场所多，防爆电气设备使用多，应注意根据电气设备类别及环境的区域等级，选用合适的防爆电气设备，使防爆电气设备的安全性能满足爆炸危险环境要求。危险区划分是否合理以及防爆电气设备的选择是否合理事关平台设施和人员的生命安全。进行爆炸性危险场所电气设计时，应严格执行国家规范，使平台七发生起火、爆炸的概率减小到最低。