爆炸性气体环境电气工程安装和检查.docx
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爆炸性气体环境电气工程安装和检查
编号:
AQ-Lw-08146
爆炸性气体环境电气工程安装和检查
Installationandinspectionofelectricalengineeringinexplosivegasenvironment
(安全论文)
单位:
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审批:
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日期:
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爆炸性气体环境电气工程安装和检查
备注:
加强安全教育培训,是确保企业生产安全的重要举措,也是培育安全生产文化之路。
安全事故的发生,除了员工安全意识淡薄是其根源外,还有一个重要的原因是员工的自觉安全行为规范缺失、自我防范能力不强。
[摘要]文章就爆炸性气体环境电气工程、安装和检查以及验收人员必须掌握的知识和具体要求进行了详细阐述,具有实用性和可操作性。
[关键词]爆炸性气体环境;电气安装;检查
1概述
众所周知,在大气条件下,可燃性气体或液体的蒸气在空气中的量达到一定程度时,遇到火花、电弧或危险高温就可能被点燃,造成爆炸或火灾事故。
煤炭、石油或天然气等行业,或以此为原料进行深加工的石油化工工业,爆炸和火灾事故屡有发生,根据调查显示,现场60%~80%的爆炸和火灾事故是由电气设备安装使用不当造成的。
为了防止爆炸和火灾事故的发生,全国防爆电气设备标准化技术委员会,制订了有关爆炸危险场所分类和爆炸危险场所电气设备安装等国家标准,这些标准等同或等效地采用了IEC有关标准。
从爆炸危险场所防爆工程的安全性和经济合理性统一的原则出发,运用统计学原理,根据现场出现可燃性气体或液体蒸气的频率和存在的时间所决定的危险程度,把现场分为0区、1区和2区,并规定了各类危险场所所适宜选用的防爆电气设备类型及其安装要求。
为了使有关人员更明确、方便地使用这些标准,我们将爆炸性气体环境用电气设备的安装检验和竣工验收等要求综合介绍如下,供有关行业工程建设、改造、扩建等项目的设计、技术、安装施工和工程监理、检查验收以及劳动安全部门等人员参考。
2爆炸性环境电气安装工程
爆炸性环境电气安装工程,无论是永久性的还是临时性的,无论是陆地地下或海上的,均应严格按标准规定进行设计、安装、检查和验收,不能自行其事。
否则必将造成违规或失误,甚至形成潜在的危险。
2.1爆炸性气体环境电气安装工程须遵循的专业标准
GB3836.15—2000《爆炸性气体环境用电气设备第15部分:
危险场所电气安装(煤矿除外)》(等同采用IEC60079—14:
1996)
GB3836.14—2000《爆炸性气体环境用电气设备第14部分:
危险场所分类》(等同采用IEC60079—10:
1995)
GB50527—96《电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范》
GB50058—92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》
除此之外还有“爆炸危险场所电气安全规程”(试行)一1983,简称“八部标准”,以及其他各部、委编写的有关规范、规定等都是作好工程和工程质量检查的依据。
2.2防爆电气设备结构要点
(1)关于防爆电气设备类别、级别和组别的基本概念
1)爆炸性气体环境用电气设备按照适用环境分为两大类:
I类和Ⅱ类。
I类泛指煤矿井下使用的防爆电气设备;Ⅱ类泛指除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。
2)Ⅱ类电气设备对于隔爆型“d”和本安型“I”按照能适应爆炸性气体混合物的能力又分为ⅡA、ⅡB和ⅡC级。
ⅡB级设备可适用于ⅡA级设备的使用条件;ⅡC级设备可适用于ⅡA和ⅡB级设备的使用条件。
3)本质安全型设备和关联设备的本安部分按照安全程度又分为“ia"级和“ib”级。
“ia"级为正常工作和施加两个计数故障及任意组合的条件下,都不会点燃周围爆炸性气体混合物的本安设备;“ib”级为正常工作和施加一个计数故障条件下,不致点燃周围爆炸性气体混合物的本安设备。
4)设备在标准认可的电压波动、过载等最不利条件下运行时,可能点燃周围爆炸性气体混合物的任何部件最高表面温度的规定:
I类设备可能堆积煤尘的不得超过150℃;不会堆积或采取措施防止堆积煤尘时可不超过450℃。
Ⅱ类设备的最高表面温度,分为T1~T6六组,每组允许的最高表面温度见表1。
表1
温度组别
电气设备的最高表面温度
T1
450℃
T2
300℃
T3
200℃
T4
135℃
T5
100℃
T6
85℃
(2)外壳
防爆电气设备的外壳零件,应理解为保证防爆型式或防护等级要求的所有壁、门、盖、体、电缆引入装置,操纵杆转轴、心轴等。
“外壳”则是这些外壳零件所构成的整体。
外壳零件允许金属材料或非金属材料制成,但必须具备足够的机械强度,能承受规定的冲击试验、静态强度试验和动态强度试验不致损坏。
隔爆型“d”,外壳零件与外壳零件的配合须达到隔爆接合面规定的参数要求。
增安型“e”,外壳零件与外壳零件配合须达到规定的防护等级要求。
(3)外壳紧固件
1)外壳紧固件是维护防爆型式或防止触及裸露带电零件的重要零件之一。
只允许用工具才能松开或解除。
2)紧固螺栓孔应留有螺纹裕量(通螺孔时,紧固后螺栓端头一般不应凸出螺孔)。
3)外壳紧固件一般宜设防松措施,如弹簧垫圈等(工作中不可能松动时除外)。
4)隔爆型“d”,紧固螺孔不得穿透外壳壁。
螺孔底部和周围壁厚不小于孔径的1/3(至少3mm)。
5)只要紧固材料与外壳零件材料相适应,紧固件材料允许使用金属、轻金属或塑料。
(4)电缆或导管引入装置
1)引入装置是构成外壳的一部分,无论是电缆引入装置还是导管引入装置,它们与电气设备的安装与配合都不得改变设备本身的防爆性能,且非工具不能拆除。
2)引入装置的密封允许采用:
(d)弹性密封圈(橡胶密封圈);
(b)金属或复合密封圈;
(c)填料。
3)国内产品一般电缆引入装置采用橡胶密封圈;导管引入装置采用填料。
橡胶密封圈材料须经老化试验合格,填料须经热稳定性试验合格(填料的允许最高使用温度,至少超过设备最高运行温度20K)。
4)隔爆型引入装置的特殊要求
(a)电缆引入装置
橡胶密封圈的内径应与引入电缆的公称外径一致。
橡胶密封圈的非压缩轴向长度L,原则上应不小于标准规定的隔爆接合面宽度。
对能适用不同电缆外径的橡胶密封圈结构尺寸见表2。
(b)导管引入装置
导管引入装置不采用橡胶密封圈结构,只允许填料密封。
填料密封最小轴向长度L≥20mm,横剖面至少应有20%的填料(为此,制造厂应提供引入装置适应通过的绝缘导线直径和数量以及填料等)
表2
圆形电缆直径D
(mm)
非圆形电缆周长p
(mm)
橡胶密封圈
非压缩轴向长度L
(mm)
D≤20
P≤60
L≥20
D>20
P>60
L≥25
(c)采用螺纹结构时,不得少于6扣,螺纹配合轴向长度L≥8mm。
5)设备上备用的引入装置通孔封堵件须满足隔爆结构要求。
6)在额定工作状态下,引入装置部位的温度,不得高于70℃,或电缆芯分支处不高于80℃。
(5)接地连接件
1)防爆电气设备一般设有两个接地连接件:
内接地和外接地。
在接线空腔内设置的内接地,作为主要接地连接件。
在金属外壳外部设置的外接地,作为辅助接地连接件。
2)接地连接件要求至少能与4mm2的导线有效连接。
3)接地连接件应有防腐措施,并能持久地保护接触压力。
4)对不必要接地的设备(如双重绝缘、加强绝缘的产品),对于不必要设外接地的设备(如导管引入的设备)允许不设内外接地连接件。
(6)标牌与标志
1)设备明显部位应设置清晰、耐久的防爆标志(或标志牌或铭牌)。
2)标志牌(包括铭牌)应能与设备同寿命。
要求采用耐腐蚀材料制成,并固定牢固。
(7)本质安全型设备要点
1)本质安全设备和关联设备的本安部分原则上不需要外壳,当电路本安性能可能受到损害时,则需外壳防护,其防护等级不低于IP20,对于I类设备则不低于IP54。
2)导线和小元件温度设备内导线和印制板导线符合标准中表1值时,可不对导线进行温度试验。
3)连接装置本安电路端子和关联设备端子应符合隔离规定,防止导线混触产生危险。
本安端子与非本安端子之间的安全距离至少为50mm。
4)接头和插座用于连接外部本安电路与非本安电路插头和插座应分开布置,并且不能互换或有鉴别错误接的措施。
本安电路与非本安电路不得接人同一插头和插座。
5)间距本安电路与非本安电路、不同本安电路、电路与接地或绝缘的金属件之间的距离,应满足标准中表4规定值。
6)接地屏蔽隔离电路和电路部件之间采用金属屏蔽隔离时,应能承受计数故障的非计数故障条件下连续出现的最大允许电流。
7)与本安性能有关的元件额定值所有可能影响本安性能的元件,在正常和故障条件下,最大电流、电压或功率应不大于其额定值的1/3。
内部用连接装置、插接板和元件。
连接装置、插接板及插接式元件应能防止错误插接,且不能互换。
熔断器当熔断器用于保护其他元件时,应能连续通过1.7倍额定电流,当熔断器用在危险场所时,应按规定浇封,熔断器用于保护其他元件时,只允许打开设备外壳进行更换。
单体电池和电池组在本安设备或关联设备中使用的电池和电池组,应保证不能对本安性能产生影响,电池和电池组的电解液不能溢出,当用限流器件保护电池组输出安全时,且在危险场所更换时,电池与限流器件应构成一个可以成套更换的单元。
可靠元件、可靠组件和可靠连接可靠元件、可靠组件和可靠连接使用或贮存中出现故障的概率很低,故在分析和试验时不考虑发生故障。
8)安全栅安全栅为本安电路与非本安电路之间的接口设备,是一个独立装置,它应承受例行试验和型式试验。
安全栅结构上应防止错误安装,应设至少一个以上接地端子,本安端子与非本安端子应保持50mm距离,构成安全栅的电路组件,应浇封在一个独立的外壳内。
9)标志本质安全设备标志为Exia或Exib,并联设备为[Exia]或[Exib]。
本安设备应标出Ui、Ii、Li、Ci参数标志,关联设备应标出Uo、Io、Lo、Co参数标志。
2.3关于危险场所分区的概念
(1)非危险场所
爆炸性气体环境预期不会大量出现,以致不要求对电气设备的结构、安装和使用采取专门预防措施的区域。
(2)0区
爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。
属于0区的场所在工程上是很少的,例如,具有排气口的油罐的顶部与油面之间的空间属于0区。
(3)1区
在正常运行时,可能出现爆炸性气体环境的场所。
例如,生产车间中工艺装置上可燃性气体或液体的取样阀门周围属于1区。
(4)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且仅是短时间存在的场所。
对于2区中可燃性气体环境出现的频次和持续时间,据资料介绍或然率约为10-4,即每年累计约1h。
2.4防爆电气设备安装使用基本环境条件
(1)环境温度:
防爆电气设备适用的环境温度是-20~+40℃。
(2)环境空气相对湿度:
一般不应大于90%。
(3)海拔高度:
不超过2000m。
(4)环境中存在或可能存在爆炸性气体混合物的0区、1区或2区(按防爆类型选用)。
(5)有轻微腐蚀性气体存在(但不能适用于中腐蚀和重腐蚀环境)。
(6)无剧烈的冲击或振动。
(7)陆地(包括煤矿井下)环境(不适用于海上、船用等)。
(8)户内条件(不适于户外露天安装使用)。
(9)特殊环境
超出上述基本环境条件,均视为特殊环境。
一般防爆电气设备不适用,必须现场采取措施或特殊订货,制造厂会按要求生产适应特殊环境条件下使用的防爆电气设备。
如防腐防爆产品、船用防爆产品等。
2.5关于防爆电气设备选型
(1)根据安全和经济、合理的原则,设备选型按表3考虑。
(2)根据场所可能出现爆炸性气体或蒸气的级别应与防爆电气设备的级别相适应的原则,对于“d”型和“i”型设备,按表4选用。
表3
爆炸性环境
区域划分
适用防爆电气设备的类型
0区
“ia”型①
1区
“d”型、“p”型、“i”型、“q”型、“o”型、“m”型、“e”型②
2区
1区中可适用的所有类型及“n”型
注①0区原则不安装使用电气设备。
必须使用时须采用“ia”型。
②增安型“e”在1区要求慎用。
慎用的意思是用于危险性小的地方(如远离释放源等),选用危险性小的“e”型产品(如:
接线盒、接线箱、单脚荧光灯等)。
表4场所中气体或蒸气分类/分级与允许使用设备类别/级别的关系表
场所中气体/蒸气分类/分级
允许使用的设备类别/级别
ⅡA(例如:
丙烷、戊烷、苯、汽油、乙醇、乙醛、丙酮、甲胺等)
ⅡA,ⅡB或ⅡC
ⅡB(例如:
乙烯、二甲醚、焦炉煤气等)
ⅡB或ⅡC
ⅡC(例如:
氢气、乙炔和二硫化碳)
ⅡC
(3)根据电气设备最高表面温度不得高于场所可能出现的爆炸性气体或蒸气的引燃温度的原则,产品的温度组别按表5选用。
表5
温度组别
电气设备的最高表面温度
气体或蒸气的引燃温度
T1
450℃
>450℃
T2
300℃
>300℃
T3
200℃
>200℃
T4
135℃
>135℃
T5
100℃
>100℃
T6
85℃
>85℃
2.6关于电气设备的安装
(1)在爆炸性环境应尽量减少电气设备的使用量,不可避免时应尽量安装在危险程度最小的地方。
(2)有措施防止电气设备由于静电、雷电、电磁辐射等而产生电火花,并符合国家有关标准的规定。
(3)对电气设备及系统的漏电、过载、短路、断相、超温等异常情况应采取保护措施。
原则上1区应有异常情况报警装置,并自动切断电源,且不能自动复位;2区允许异常情况发出声、光报警信号,人工采取措施。
(4)在紧急断电和电气隔离的情况下,为便于处理紧急情况,在危险场所以外适当的地方设置有一种或几种措施,能紧急切断危险场所电气设备的电源,确实不能停电的设备应另有专线供电。
为了危险场所作业的安全,应有电气隔离装置,并有防止恢复供电的标签或警示牌。
(5)对设备与标准或设计任务书是否相符应进行确认,如设备名称、型号、额定参数、防护等级、防爆型式、防爆标志、引入方式、冷却介质.....。
(6)安装位置应方便于使用、维修和管理,并避免直接受到振动、滴水、潮湿或腐蚀性气体的影响。
(7)安装用结构件、紧固件应有足够的机械强度和防腐性能。
照明灯具的底脚螺钉不能少于2个,采用吊环时,吊环也须有防松措施。
(8)设备进出线孔,多余的备用进出线孔均应按标准规定处理妥当。
2.7对于隔爆型设备的补充要求
(1)隔爆接合面与固体障碍物(如墙壁、钢架、安装板、管道、相邻设备等)之间的最小距离L:
根据场所气体
ⅡA时L≥10mm
ⅡB时L≥30mm
ⅡC时L≥40mm
(2)所有隔爆接合面应进行防腐防锈处理(特殊材料外壳不致生锈的除外),如涂非凝固性润滑脂、防锈油脂等,但不得涂漆和凝固性物质。
(3)对电缆或导管引入装置,在电缆引入时,电缆应是致密的橡胶护套或塑胶护套电缆(不吸水填料),外径尺寸误差小,并应与相应的橡胶密封圈孔径一致,并能可靠地压紧密封,也可以采用具有防爆合格证的Ex电缆引入装置。
在导管引入时,应选用重规螺纹钢管、无缝钢管、隔爆型挠性连接管等,螺纹啮合扣数、隔离密封件及各处隔离密封,应符合导管配线要求。
2.8对增安型设备的补充要求
(1)具有裸露带电零件的外壳防护等级不低于GB/T4942.1和GB4208规定的IP54,仅具有绝缘带电零件的外壳不低于GB/T4942.1和GB4208规定的IP44。
安装在干净环境下并有专人管理的电动机允许外壳为IP20。
(2)电动机过载及时限延时保护装置不仅监控电机的电流,而且能使电机在堵转时在铭牌上规定的tE时间内断电。
按照用户提供的延时继电器或断路器的过载延时时间起动电流比曲线,表示的20℃情况下,冷态起动电流比(IA/IN)3~8倍时的延时值。
检查保护装置的动作时间应不超过该时间土20%。
“Δ”形连接绕组,电机在断相故障堵转时,断开时间应按照电机起动电流的0.87倍检查。
(3)电机绕组的温度传感器及保护装置,达到即使在电机堵转时也能使电机具有足够的热保护。
(4)如果电动机是通过变频器变频调压,则应和变频器一起检验。
(5)电缆或导管引入装置达到有关规定,满足IP54防护要求。
(6)导线连接可靠,不得承受机械拉力和过热,特别是多股导线的压接。
保证“e”型规定的电气间隙和爬电距离及温度组别要求。
(7)电阻加热装置及类似设备应设温度保护装置,直接或间接切断电源且不得自动复位,以控制最高表面温度。
如果为了限制故障接地和漏电电流的热效应,除了过流保护外,还要附加安装以下保护装置(如果电阻器是安装在电气设备内进行保护时除外)。
1)在TT型或TN型接地系统中,优先选用额定漏电电流30mA的装置,最大不得大于300mA,断开时间不超过5s,在5倍电流时断开时间不超过0.15s。
2)在TT接地系统中,绝缘电阻在额定电压下每伏若不超过50Ω,绝缘电阻监控装置将切断电源。
2.9对于正压型设备的补充要求
(1)设备及所有管道和连接件,能承受正常运行最高压力的1.5倍(至少200Pa)不致损坏。
(2)用作冲洗和正压的气体应为干燥清洁、不燃、无毒、无杂质的新鲜空气或惰性气体。
(3)用作冲洗和正压的保护气体入口处温度不得大于+40℃。
(4)排气口应设在非危险区,否则应设阻止火花和炽热颗粒的装置。
(5)管道中可能接触危险气体的设备,应选用相应的防爆产品。
(6)保护气体故障时,对于内部无释放源的设备在1区使用,应能报警并切断电源;对于内部有释放源的设备,应按使用说明书要求处理。
(7)冲洗。
设备铭牌规定的空腔容积和冲洗时间为设备本身的容积和冲洗时间,安装后应增加管道的容积和应冲洗的时间。
2.10本质安全型的附加要求
(1)本安电路电气安装的目的,要使本安电路和其他电路隔离。
安装在1区和2区的本安电路、本安设备和关联设备的本安部分,应符合GB3836.4至少为“ib”类。
关联设备尽量安装在危险区域外,如果安装在危险场所内,应有其他相应防爆措施。
(2)电缆:
本安电路用电缆的绝缘,应能承受导体对地、导体对屏蔽和屏蔽对地至少交流500V的试验电压。
使用在危险场所的每根导线应不小于0.1mm,电缆的安装应使本安电路安全性能不受外界电磁场的干扰,本安电路导线的电缆(如护套)用颜色标志,应为淡兰色。
(3)本安电路终端:
本安电路端子应与非本安端子可靠隔离,至少50mm距离。
(4)本安电路接地应满足设备使用说明书中的规定:
——与地绝缘(不允许接地);或者
——通过等电位导线上一点接地;
——对于没有电流隔离的安全栅(例如齐纳安全栅),其接地电阻应不大于1Ω,至少有两根接地线,每根截面积至少为1.5mm2。
(5)如果多个本质安全电路系统有电气连接,应该进行综合系统本安性能评价。
(6)在0区安装的本安电路、本安设备和关联设备的本安部分,应符合GB3836.4“ia”类要求,应优先采用本安电路与非本安电路电流隔离的关联设备。
如果部分本安电路安装在0区,其关联设备可能在0区产生危险的电位差。
因此,应在距进入0区场所1m内构件之间安装浪涌电流保护设施。
浪涌电流保护装置应能转移最小10kA峰值放电电流,保护装置和场地建筑连接至少为相当于4mm2的铜导体截面连接。
0区本质安全电路和浪涌电流保护装置间安装的电缆应有防雷措施。
2.11电气配线
(1)隔爆性环境电气配线的原则
1)电气线路原则上应在危险性较小的环境或离释放源较远的地方敷设。
当爆炸性气体比空气重时,电气线路应在较高处敷设或直接埋地;架空敷设时宜用电缆桥架;电缆沟敷设时沟内应充砂,并宜设置有效的排水措施。
当爆炸性气体比空气轻时,电气线路宜在较低处敷设或电缆沟敷设。
2)电气线路宜在爆炸危险建、构筑物的墙外敷设。
3)敷设电气线路的沟道、电缆或钢管,在穿过不同区域之间墙或楼板处的孔洞,应采用非燃性材料严密堵塞。
4)当电气线路沿输送易燃气体或液体的管道栈桥敷设时,尽量沿危险程度较低的管道一侧敷设;当易燃气体或蒸气比空气重时,敷设在管道上方;当易燃气体或蒸气比空气轻时,敷设在管道下方。
5)敷设电气线路时,宜避开可能受到机械损伤、震动、腐蚀以及可能受热的地方,如不可能时,应采取预防措施。
6)在爆炸危险环境内,低压电力、照明线路用的绝缘导线和电缆的额定电压,必须不低于工作电压,且不应低于500V,工作零线的绝缘的额定电压应与相线的相等,并应在同一护套或管子内敷设。
高压配线应采用交联聚乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或合成橡胶绝缘及护套的电缆。
在1区内应采用铜芯电缆,2区内应尽量采用铜芯电缆。
当采用铝芯电缆时,必须有可靠的铜、铝过渡接头等措施。
7)0区只允许id类本安电缆系统配线,而且须设置浪涌电流保护装置和防雷电措施。
1区和2区允许电缆配线和导管配线。
(2)电缆配线
1区和2区固定式设备允许使用塑料护套电缆、橡胶护套电缆或矿物绝缘护套电缆配线;移动式设备必须使用加厚的坚韧橡胶护套电缆配线。
电缆芯线的截面积应按其通过的电流密度考虑有一定的裕度。
其最小截面按表6。
表6
爆炸危险
区域
电缆明设或在沟内敷设时的最小截面技术要求
电力
照明
控制
1区
铜芯2.5mm2
及以上
铜芯2.5mm2
及以上
铜芯2.5mm2
及以上
2区
铜芯1.5mm2
及以上
或铝芯4mm2
及以上
铜芯1.5mm2
及以上
或铝芯2.5mm2
及以上
铜芯1.5mm2
及以上
注1.原则上不采用铝芯电缆,必须采用时应采取措施防止电腐蚀和接触不良现象发生。
2.电缆线路中间不得有接头或分支连接,必须中间连接或分支连接时,应在防爆类型符合要求的接线盒内进行。
3.电缆应采用内部结构密实、气体不易通过的中型和重型橡胶护套电缆或塑料胶护套电缆,并考虑耐油性和耐热性。
4.电缆敷设应防止尖锐棱角和机械损伤,并设有保护措施(如电缆托盘、桥架、埋地等)。
(3)导管配线
1区和2区固定式设备或可移动式设备的导管配线,采用绝缘导线,截面积应按其通过的电流密度,考虑一定的裕量,其最小截面积按表7。
(4)导管配线施工
导管采用哪3091-82规定的“低压流体输送用镀锌钢管”,导管敷设时弯曲半径应不小于导管外径的4~6倍(包括挠性连接管)。
导管与导管、导管与设备(包括附
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