煉化裝置爆炸危險區(qū)域劃分若干問題探討
摘要：文中提出了煉油化工裝置爆炸危險區(qū)域劃分及防爆電氣設(shè)備選型設(shè)計中的幾個瓶頸問題，對比了國內(nèi)和國外不同體系標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，指出國標(biāo)中由于相關(guān)內(nèi)容的籠統(tǒng)規(guī)定及由此帶來在工程設(shè)計中執(zhí)行的不明確性及設(shè)備選型時的困擾，進(jìn)而對比北美標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)相關(guān)內(nèi)容的規(guī)定，由其設(shè)備工藝參數(shù)數(shù)值上的明確界定著手，分析了這些規(guī)定在理論上的相容相通性。并調(diào)研國內(nèi)已運行多年的裝置的做法及實際運行情況，得出設(shè)計中可參考 ＡＰＩ 或ＮＦＰＡ 系列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來明確是否劃分危險區(qū)域、危險區(qū)域范圍及防爆設(shè)備選型等相關(guān)結(jié)論，可用于指導(dǎo)實際工程設(shè)計。
關(guān)鍵詞：煉化裝置 爆炸危險區(qū)域 附加 ２ 區(qū) 熱油單元 ⅢＢ 類液體 閃點 最高允許表面溫度 粉塵厚度
煉化裝置爆炸危險區(qū)域的劃分及設(shè)備防爆選型，通常依據(jù) ＧＢ ５００５８—２０１４《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)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(shè)備》系列規(guī)范。這些規(guī)范在多年來的升版更新中，大部分內(nèi)容是修改采用或等同采用 ＩＥＣ 規(guī)范。這使工程設(shè)計及產(chǎn)品制造的通用性和國際化有了方便可靠的準(zhǔn)則和依據(jù)。但國標(biāo)也有一些不盡完善之處，比如有關(guān)附加 ２ 區(qū)劃分，國標(biāo)中對此相關(guān)內(nèi)容的規(guī)定只是很籠統(tǒng)的一句話，并未針對介質(zhì)的壓力、流量、容積等工藝參數(shù)做明確的分區(qū)進(jìn)而確定劃多大范圍。因此在工程設(shè)計中還會參考ＮＦＰＡ和 ＡＰＩ 的相關(guān)規(guī)定。
１ 煉化裝置爆炸危險區(qū)域劃分
石化行業(yè)的各類生產(chǎn)裝置，在多年來的工程設(shè)計中，爆炸危險區(qū)域劃分遇到一些因國標(biāo)規(guī)范規(guī)定不明確、難執(zhí)行、工藝裝置專利商要求不同而按不同規(guī)則執(zhí)行等問題，給工程設(shè)計帶來一定的困擾。
１． １ 爆炸性氣體環(huán)境劃分附加 ２ 區(qū)的問題 ＧＢ ５００５８—２０１４ 中有關(guān)附加 ２ 區(qū)劃分的規(guī)定為 ３． ３． １ 條第 ３ 款，原條文規(guī)定：當(dāng)高揮發(fā)性液體可能大量釋放并擴(kuò)散到 １５ ｍ以外時，爆炸危險區(qū)域的范圍應(yīng)劃分為附加２ 區(qū)［１］ 。里只是這么一句簡單的規(guī)定，并沒有從工藝參數(shù)的上給出明確的界定，多年來，就是否劃分附加 ２ 區(qū)一直存在分歧，工程設(shè)計中很不方便執(zhí)行。對此問題，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(shù)可參考，根據(jù) ＡＰＩ ５０５—２０１８ 規(guī)范中 Ｆｉｇｕｒｅ． Ｄ． ２ 的溫度?壓力關(guān)系曲線圖［２］ ，將物料按其揮發(fā)性強(qiáng)弱分 為 ４ 類。根 據(jù) 數(shù) 值 對 應(yīng) 關(guān) 系， 第 １ 類 對 應(yīng) 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)性液體會按３０ｍ的半徑劃分危險區(qū)域，具體還需根據(jù)具體工藝設(shè)備的壓力和容積參數(shù)共同確定。表 １ 為 ＡＰＩ ５０５—２０１８ 中規(guī)定的非封閉場所、有良好通風(fēng)、處理比空氣重氣體的標(biāo)準(zhǔn)泵為釋放源設(shè)備時危險區(qū)域劃分半徑［２］１５３ ，對標(biāo)準(zhǔn)泵類設(shè)備，揮發(fā)性為 １ 類的介質(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，需要按 ３０． ５ ｍ 的半徑劃２ 區(qū)。確定了 ３０.５ ｍ 的半徑，具體劃分圖參考規(guī)范后面的圖Ｄ． ３ 確定其空間高度。依此畫出來的圖形就是ＡＰＩ ５０５—２０１８的圖２１。這些工藝參在ＮＦＰＡ ４９７—２０２１ 中也有明確界定，當(dāng)滿足大容積和高流量時，在中壓力或高壓力情況下，都需按半徑 ３０． ４８ ｍ 劃分危險區(qū)［３］ 。
因此，對是否劃分附加 ２ 區(qū)，ＡＰＩ ５０５—２０１８和 ＮＦＰＡ ４９７—２０２１ 用于界定的工藝參數(shù)及其畫出的圖例都是相同的。
１.２ 聚烯烴裝置擠壓機(jī)熱油單元是否劃分氣體爆炸危險區(qū)的問題
聚烯烴裝置中用來加熱的熱油，其閃點一般為 １６０ ～ ２００ ℃ ，引燃溫度一般為 ３００ ～ ４５０ ℃ ［４］，工作溫度比引燃溫度低幾十?dāng)z氏度。熱油系統(tǒng)中的法蘭 和 閥 門 作 為 可 能 泄 漏 的 釋 放 點， 依 據(jù)ＧＢ ５００５８—２０１４ 第 ３． ３． １ 條第 ４ 款規(guī)定.需劃為氣體爆炸危險區(qū)。原文規(guī)定：當(dāng)可燃液體閃點高于或等于 ６０ ℃時，在物料操作溫度高于可燃液體閃點的情況下，可燃液體可能泄漏時，其爆炸危險區(qū)域的范圍宜適當(dāng)縮小，但不宜小于 ４． ５ ｍ［１］１２ 。國內(nèi)工程項目的設(shè)計需遵從國標(biāo)規(guī)范規(guī)定，何況是有關(guān)安全的爆炸危險區(qū)域劃分問題。當(dāng)確定劃分危險區(qū)域時，對處在此危險區(qū)域內(nèi)的熱油加熱器，要求必須為防爆設(shè)備，其防爆等級和溫度組別須滿足所在區(qū)域介質(zhì)的危險級別。但是當(dāng)采用歐洲生產(chǎn)的熱油單元時，其成套的電加熱器通常采用 ＡＴＥＸ 防爆認(rèn)證，ＡＴＥＸ 認(rèn)證時對電加熱器溫度組別是按電加熱器的工作溫度認(rèn)證，而并不是按其暴露在空氣中的設(shè)備表面溫度認(rèn)證。這就導(dǎo)致其設(shè)備溫度組別認(rèn)證為 Ｔ１。防爆認(rèn)證溫度組別為 Ｔ１ 的設(shè)備，說明其允許最高表面溫度可以達(dá)到 ４５０ ℃ ，高于熱油的引燃溫度。為了使設(shè)計和設(shè)備選型合理，熱油單元成套廠商又要求用戶使用引燃溫度高于 ４５０ ℃ 的熱油。但有的用戶不同意使用引燃溫度太高的熱油，項目實施中經(jīng)常會因此問題多次討論確認(rèn)，耗費很多時間精力。
另外通過分析熱油加熱器實際制造及設(shè)計圖紙，可以分析其實際表面溫度。圖 ２ 為某工程項目熱油加熱器的設(shè)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（圖中法蘭盤右邊的部分） 是泡在熱油里的，包裹著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左邊的部分，主要是電源接線盒，還有一段過渡段?，F(xiàn)場情況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這部分表面溫度，只有幾十?dāng)z氏度。因此把電加熱器的溫度組別按其工作溫度認(rèn)證為 Ｔ１ 是不準(zhǔn)確的。
１.３ 粉塵場所防爆電氣設(shè)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(qū)域，其物料引燃溫度比較高，５ ｍｍ 厚粉塵層的狀態(tài)下就會熔融。 確定電氣設(shè)備表面溫度組別時， 按國標(biāo) ＧＢ ／ Ｔ３８３６． １５—２０１７《爆炸性環(huán)境 第 １５ 部分：電氣裝置的設(shè)計、選型和安裝》規(guī)定，用粉塵云的引燃溫度乘 ２ ／ ３ 的值確定設(shè)備表面溫度就行。 對于添加劑粉塵，按 ＧＢ ５００５８—２０１４ 規(guī)定以廠房為區(qū)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)系曲線圖［６］ ，如圖３ 所示，對照出來粉塵層的引燃溫度，兩者取較低值來要求設(shè)備的溫度組別。綜合工程設(shè)計經(jīng)驗及添加劑物料性，第二種方法即曲線對照取值法通常是更嚴(yán)格的確定方法。該方法考慮比較嚴(yán)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，其在１０ ｍｍ 粉塵層的引燃溫度為 １４５ ℃左右。因此一般對設(shè)備溫度組別按 １３５ ℃要求。實際生產(chǎn)中，各企業(yè)都有嚴(yán)格的粉塵清掃管規(guī)定，以防止粉塵積聚， 粉塵層都不會積聚到 １０ ｍｍ 的厚度，因此根據(jù)此方法得到的設(shè)備表面最高溫度是一個足夠安全的值。 結(jié)論 （１）國標(biāo)里對劃分爆炸性氣體危險區(qū)只有一句定性的說明，對于工程項目中是否劃分，可參考ＮＦＰＡ４９７ 或 ＡＰＩ ５０５ 中根據(jù)介質(zhì)的工藝參數(shù)判斷確定。 （２）多年來的設(shè)計經(jīng)驗及對國內(nèi)外已建成裝置幾十年的運行情況跟蹤確認(rèn)，熱油單元可不劃分爆炸危險區(qū)。 （３）爆炸性粉塵場所電氣設(shè)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(shè)備最高允許表面溫度。 （４）不管國標(biāo)、ＩＥＣ，ＮＦＰＡ 還是 ＡＰＩ 的相關(guān)規(guī)定，都不能做到全面，設(shè)計時對規(guī)范的有些規(guī)定不宜生搬硬套，可根據(jù)實際情況及工程經(jīng)驗做適當(dāng)調(diào)整。
