煉化裝置爆炸危險區域劃分若干問(wèn)題探討
摘要：文中提出了煉油化工裝置爆炸危險區域劃分及防爆電氣設備選型設計中的幾個(gè)瓶頸問(wèn)題，對比了國內和國外不同體系標準的規定，指出國標中由于相關(guān)內容的籠統規定及由此帶來(lái)在工程設計中執行的不明確性及設備選型時(shí)的困擾，進(jìn)而對比北美標準中對應相關(guān)內容的規定，由其設備工藝參數數值上的明確界定著(zhù)手，分析了這些規定在理論上的相容相通性。并調研國內已運行多年的裝置的做法及實(shí)際運行情況，得出設計中可參考 ＡＰＩ 或ＮＦＰＡ 系列標準的規定來(lái)明確是否劃分危險區域、危險區域范圍及防爆設備選型等相關(guān)結論，可用于指導實(shí)際工程設計。
關(guān)鍵詞：煉化裝置 爆炸危險區域 附加 ２ 區 熱油單元 ⅢＢ 類(lèi)液體 閃點(diǎn) 最高允許表面溫度 粉塵厚度
煉化裝置爆炸危險區域的劃分及設備防爆選型，通常依據 ＧＢ ５００５８—２０１４《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規范》，ＧＢ ／ Ｔ ３８３６《爆炸性氣體環(huán)境》系列和 ＧＢ １２４７６《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備》系列規范。這些規范在多年來(lái)的升版更新中，大部分內容是修改采用或等同采用 ＩＥＣ 規范。這使工程設計及產(chǎn)品制造的通用性和國際化有了方便可靠的準則和依據。但國標也有一些不盡完善之處，比如有關(guān)附加 ２ 區劃分，國標中對此相關(guān)內容的規定只是很籠統的一句話(huà)，并未針對介質(zhì)的壓力、流量、容積等工藝參數做明確的分區進(jìn)而確定劃多大范圍。因此在工程設計中還會(huì )參考ＮＦＰＡ和 ＡＰＩ 的相關(guān)規定。
１ 煉化裝置爆炸危險區域劃分
石化行業(yè)的各類(lèi)生產(chǎn)裝置，在多年來(lái)的工程設計中，爆炸危險區域劃分遇到一些因國標規范規定不明確、難執行、工藝裝置專(zhuān)利商要求不同而按不同規則執行等問(wèn)題，給工程設計帶來(lái)一定的困擾。
１． １ 爆炸性氣體環(huán)境劃分附加 ２ 區的問(wèn)題 ＧＢ ５００５８—２０１４ 中有關(guān)附加 ２ 區劃分的規定為 ３． ３． １ 條第 ３ 款，原條文規定：當高揮發(fā)性液體可能大量釋放并擴散到 １５ ｍ以外時(shí)，爆炸危險區域的范圍應劃分為附加２ 區［１］ 。里只是這么一句簡(jiǎn)單的規定，并沒(méi)有從工藝參數的上給出明確的界定，多年來(lái)，就是否劃分附加 ２ 區一直存在分歧，工程設計中很不方便執行。對此問(wèn)題，ＧＢ ５００５８—２０１４ 有可參考圖例如圖１ 所示，此圖和ＡＰＩ ５０５—２０１８ 的圖 ２１ 完全相同。 Ｆｉｇ． １ Ｌｅｇｅｎｄ ｆｏｒ ｄｉｖｉｄｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｚｏｎｅ ２ ｍＡＰＩ ５０５—２０１８ 中對此有一些工藝參數可參考，根據 ＡＰＩ ５０５—２０１８ 規范中 Ｆｉｇｕｒｅ． Ｄ． ２ 的溫度?壓力關(guān)系曲線(xiàn)圖［２］ ，將物料按其揮發(fā)性強弱分 為 ４ 類(lèi)。根 據 數 值 對 應 關(guān) 系， 第 １ 類(lèi) 對 應 于ＧＢ５００５８—２０１４中的高揮發(fā)性液體［１］３。按該圖，在大量釋放（釋放速率為０.１９～ ０.３８ｍ３ ／ ｍｉｎ）的情況下，高揮發(fā)性液體會(huì )按３０ｍ的半徑劃分危險區域，具體還需根據具體工藝設備的壓力和容積參數共同確定。表 １ 為 ＡＰＩ ５０５—２０１８ 中規定的非封閉場(chǎng)所、有良好通風(fēng)、處理比空氣重氣體的標準泵為釋放源設備時(shí)危險區域劃分半徑［２］１５３ ，對標準泵類(lèi)設備，揮發(fā)性為 １ 類(lèi)的介質(zhì)在高壓力（大于 ３.４ ＭＰａ ）的情況下，其流 量為中流量（０.３８ ～ １.９０ ｍ３／ｍｉｎ ）或高流量（ 大于１． ９０ｍ３ ／ ｍｉｎ）時(shí)，需要按 ３０． ５ ｍ 的半徑劃２ 區。確定了 ３０.５ ｍ 的半徑，具體劃分圖參考規范后面的圖Ｄ． ３ 確定其空間高度。依此畫(huà)出來(lái)的圖形就是ＡＰＩ ５０５—２０１８的圖２１。這些工藝參在ＮＦＰＡ ４９７—２０２１ 中也有明確界定，當滿(mǎn)足大容積和高流量時(shí)，在中壓力或高壓力情況下，都需按半徑 ３０． ４８ ｍ 劃分危險區［３］ 。
因此，對是否劃分附加 ２ 區，ＡＰＩ ５０５—２０１８和 ＮＦＰＡ ４９７—２０２１ 用于界定的工藝參數及其畫(huà)出的圖例都是相同的。
１.２ 聚烯烴裝置擠壓機熱油單元是否劃分氣體爆炸危險區的問(wèn)題
聚烯烴裝置中用來(lái)加熱的熱油，其閃點(diǎn)一般為 １６０ ～ ２００ ℃ ，引燃溫度一般為 ３００ ～ ４５０ ℃ ［４］，工作溫度比引燃溫度低幾十攝氏度。熱油系統中的法蘭 和 閥 門(mén) 作 為 可 能 泄 漏 的 釋 放 點(diǎn)， 依 據ＧＢ ５００５８—２０１４ 第 ３． ３． １ 條第 ４ 款規定.需劃為氣體爆炸危險區。原文規定：當可燃液體閃點(diǎn)高于或等于 ６０ ℃時(shí)，在物料操作溫度高于可燃液體閃點(diǎn)的情況下，可燃液體可能泄漏時(shí)，其爆炸危險區域的范圍宜適當縮小，但不宜小于 ４． ５ ｍ［１］１２ 。國內工程項目的設計需遵從國標規范規定，何況是有關(guān)安全的爆炸危險區域劃分問(wèn)題。當確定劃分危險區域時(shí)，對處在此危險區域內的熱油加熱器，要求必須為防爆設備，其防爆等級和溫度組別須滿(mǎn)足所在區域介質(zhì)的危險級別。但是當采用歐洲生產(chǎn)的熱油單元時(shí)，其成套的電加熱器通常采用 ＡＴＥＸ 防爆認證，ＡＴＥＸ 認證時(shí)對電加熱器溫度組別是按電加熱器的工作溫度認證，而并不是按其暴露在空氣中的設備表面溫度認證。這就導致其設備溫度組別認證為 Ｔ１。防爆認證溫度組別為 Ｔ１ 的設備，說(shuō)明其允許最高表面溫度可以達到 ４５０ ℃ ，高于熱油的引燃溫度。為了使設計和設備選型合理，熱油單元成套廠(chǎng)商又要求用戶(hù)使用引燃溫度高于 ４５０ ℃ 的熱油。但有的用戶(hù)不同意使用引燃溫度太高的熱油，項目實(shí)施中經(jīng)常會(huì )因此問(wèn)題多次討論確認，耗費很多時(shí)間精力。
另外通過(guò)分析熱油加熱器實(shí)際制造及設計圖紙，可以分析其實(shí)際表面溫度。圖 ２ 為某工程項目熱油加熱器的設計圖紙的一小部分，從圖 ２ 可以看出，電加熱器的主要加熱元件（圖中法蘭盤(pán)右邊的部分） 是泡在熱油里的，包裹著(zhù)熱油的還有很厚的爐體外殼及外面的絕緣保溫層。因此熱油加熱器暴露在空氣中的只有圖中法蘭盤(pán)左邊的部分，主要是電源接線(xiàn)盒，還有一段過(guò)渡段?，F場(chǎng)情況調研發(fā)現，這部分表面溫度，只有幾十攝氏度。因此把電加熱器的溫度組別按其工作溫度認證為 Ｔ１ 是不準確的。
１.３ 粉塵場(chǎng)所防爆電氣設備的表面最高溫度確定 煉化行業(yè)聚烯烴裝置中的爆炸性粉塵通常為聚乙烯或聚丙烯粉塵及添加劑粉塵，添加劑粉塵通常為硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、抗氧化劑等。這些粉塵都是可燃性粉塵。其各種粉塵的引燃溫度如表 ２所示。 對于聚乙烯或聚丙烯粉塵區域，其物料引燃溫度比較高，５ ｍｍ 厚粉塵層的狀態(tài)下就會(huì )熔融。 確定電氣設備表面溫度組別時(shí)， 按國標 ＧＢ ／ Ｔ３８３６． １５—２０１７《爆炸性環(huán)境 第 １５ 部分：電氣裝置的設計、選型和安裝》規定，用粉塵云的引燃溫度乘 ２ ／ ３ 的值確定設備表面溫度就行。 對于添加劑粉塵，按 ＧＢ ５００５８—２０１４ 規定以廠(chǎng)房為區域做粉塵劃分，主要添加劑粉塵介質(zhì)的引燃溫度如表 ２ 所示，考慮到粉塵積聚為粉塵層后引燃溫度會(huì )下降，因此需要用介質(zhì)中 ５ ｍｍ 厚粉塵層最低引燃溫度減去 ７５ ℃ 后的值，或用ＧＢ ／ Ｔ ３８３６． １５—２０１７ 中的圖例所示粉塵層厚度與引燃溫度關(guān)系曲線(xiàn)圖［６］ ，如圖３ 所示，對照出來(lái)粉塵層的引燃溫度，兩者取較低值來(lái)要求設備的溫度組別。綜合工程設計經(jīng)驗及添加劑物料性，第二種方法即曲線(xiàn)對照取值法通常是更嚴格的確定方法。該方法考慮比較嚴重的積聚情況，在圖中取 １０ ｍｍ 厚度處，物料最低引燃溫度按在２５０ ～ ３２０ ℃ 之間，為圖中最下面的曲線(xiàn)，其在１０ ｍｍ 粉塵層的引燃溫度為 １４５ ℃左右。因此一般對設備溫度組別按 １３５ ℃要求。實(shí)際生產(chǎn)中，各企業(yè)都有嚴格的粉塵清掃管規定，以防止粉塵積聚， 粉塵層都不會(huì )積聚到 １０ ｍｍ 的厚度，因此根據此方法得到的設備表面最高溫度是一個(gè)足夠安全的值。 結論 （１）國標里對劃分爆炸性氣體危險區只有一句定性的說(shuō)明，對于工程項目中是否劃分，可參考ＮＦＰＡ４９７ 或 ＡＰＩ ５０５ 中根據介質(zhì)的工藝參數判斷確定。 （２）多年來(lái)的設計經(jīng)驗及對國內外已建成裝置幾十年的運行情況跟蹤確認，熱油單元可不劃分爆炸危險區。 （３）爆炸性粉塵場(chǎng)所電氣設備的溫度組別，在混合性粉塵介質(zhì)情況下，須按其中介質(zhì)最低引燃溫度和是否可能積聚粉塵層的可能性，要求設備最高允許表面溫度。 （４）不管?chē)鴺?、ＩＥＣ，ＮＦＰ?還是 ＡＰＩ 的相關(guān)規定，都不能做到全面，設計時(shí)對規范的有些規定不宜生搬硬套，可根據實(shí)際情況及工程經(jīng)驗做適當調整。
