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石化装置仪表防爆检查常见问题讨论

2024-05-09 来源:防爆云平台--防爆产业链一站式O2O综合服务平台【官网】 浏览 106 次

安全检查是近来为工厂安全生产、防止危险事故、消除事故隐患的措施之一,仪表防爆检查是安全检查的内容之一。检查的依据是安全生产的标准规范和规定文件,同时也要考虑到现场的实际情况,采取科学的理论和工程实践判定是否为隐患、怎样处理和改正。

石油化工装置在生产过程中存在泄漏爆炸混合物的可能性,为保障人身和生产安全,应合理选择防爆仪表设备,并进行符合要求的工程安装和使用。安监总管三〔2017〕121号《化工和危险化学品生产经营单位重大生产安全事故隐患判定标准(试行)》将“爆炸危险场所未按国家标准安装使用防爆电气设备”列为重大事故隐患判定项,在安全检查过程中也存在一些不确定的判断和争议。

1.仪表外壳接地


仪表金属外壳是否需要接地是大家经常争论的问题,也是安全检查中经常遇到的问题,不同标准要求也存在一些差异。以下是几个具有代表性的标准要求,本文分析标准规范的条文背景及用意,进行讨论并给出工程建议。

(1)SH/T 3081-2019

SH/T 3081-2019《石油化工仪表接地设计规范》正文:

a) 与己经接地的金属盘、台、箱、柜、架等电气接触良好,或与其实施了导电连接的仪表和控制系统的外露导电部分可不另外实施保护接地。

b) 非爆炸危险环境中,供电电压低于36V 的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱,可不实施保护接地,但对于可能与高于36V 电压设备接触的应实施保护接地

c) 爆炸危险环境中,非本质安全系统的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱应实施保护接地,本质安全系统的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱可不实施保护接地。

从规范的条文可以看出:a)认可自然接地;b)是从人身安全电压考虑作出的规定;c)是从爆炸性环境考虑,36V是人身安全电压,并非爆炸性环境的安全电压,爆炸性环境的接地实施可以本安和非本安进行区分。该条文规定应更细致为好。

(2)GB 50257-2014

GB 50257-2014《爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范》正文中要求:在爆炸危险环境的电气设备的金属外壳、金属构架、安装在已接地的金属结构上的设备、金属配线管及其配件、电缆保护管、电缆的金属护套等非带电的裸露金属部分,均应接地。

条文说明中进一步说明了正文要求的依据:根据现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058的有关规定进行修订,在爆炸危险环境内的所有电气设备的金属外壳,无论是否安装在已接地的金属结构上都应接地。为保证人民生命财产安全,将此条列为强制性条文。

从以上要求看出,GB 50257-2014不认可自然接地,而大多数的仪表标准认可自然接地。同时,GB 50257-2014上述要求没有区分电压等级,也就是说对于所有电压等级,在爆炸危险环境的电气设备的金属外壳均需接地。无论是从防爆原理和工程实际,该规范的此项规定都偏严格,有过度防范之嫌。

(3)GB/T 3836.15-2017

GB/T 3836.15-2017《爆炸性环境第15部分:电气装置的设计、选型和安装》在第6章节“防止危险(易燃)火花”中对安全特低电压系统(SELV)有如下要求:

安全特低电压系统(SELV)应符合GB/T16895.21第414章规定的要求。任何裸露导电部件可不接地,也可接地。SELV用安全隔离变压器应符合GB/T19212.7的要求。

安全特低电压(SELV)的定义是,在下列条件下,电力系统的电压不超过特低电压的值:

──在正常条件下,和在单一故障条件下,包括其他电路中的接地故障。

GB/T 16895.21-2020《低压电气装置第4-41部分:安全防护电击防护》中定义SELV通常要求电压不超过交流50V或直流120V(见IEC 61140)。

从以上要求看出,如果仪表属于安全特低电压系统(SELV),针对防爆要求,不论爆炸性环境分区如何以及不论仪表防爆型式如何,仪表金属外壳可不接地,也可接地。该标准的规定更科学、准确,也给工程实施留有余地,但叙述略复杂,并有关联标准。

(4)GB/T 16895.21-2020

GB/T 16895.21-2020《低压电气装置第4-41部分:安全防护电击防护》是以GB/T 17045-2020为依据编制的人和家畜的基本电气安全标准,规定了电击防护的基本要求,包括对人体和家畜的基本防护和故障防护。

(5)GB/T 17045-2020

GB/T 17045-2020《点击防护装置和设备的通用部分》规定:电击防护的基本原则是在正常情况下和在单一故障的情况下危险的带电部分是不可触及的,而可触及的可导电部分是不可以带危险电位的。

低压(LV)用基本防护和一般的故障防护来确保电击防护。当使用特低电压(ELV)时,不需要故障防护,在某些条件下,基本防护是由限制电压来提供的。这些条件包括特殊应用定义的接触面积、湿度、电压、电流及其他。

根据GB/T 16895.21-2020和GB/T 17045-2020,安全特低电压系统(SELV)不以电气设备金属外壳接地作为保护措施,电气设备金属外壳可不接地,也可接地。该规定比较科学、细致,并没有“一刀切”,便于灵活运用,但不符合某些“统归划一”的习惯。

(6)总结和工程建议

从防止信号干扰的角度,仪表金属外壳不需要接地。从防爆型式有效性的角度,仪表金属外壳接地并非防爆型式有效性的前提条件。从人身电击防护的角度,仪表金属外壳可不接地,也可接地。

仪表供电及电路和仪表金属外壳之间是绝缘的,绝缘强度和可靠性足够好时,仪表金属外壳不需要接地。GB/T 3836.15-2017规定安全特低电压系统(SELV)的电气设备金属外壳可不接地,也可接地,保护措施之一就是良好的绝缘。

具体工程实施中可以采用以下两种方式之一:

a) 根据工程实际情况和标准适用范围选择适用的标准,严格执行标准要求,不苛求道理。

b) 安全特低电压系统(SELV)的仪表金属外壳可不接地,也可接地。非安全特低电压系统(SELV)时,仪表金属外壳应接地。工程实际中也可以对重点管控并且危险性大的场所实施更为严格的要求,比如爆炸性环境0区和1区内的仪表金属外壳接地。

由于标准要求并不一致,通常应遵循某一适用标准,不宜简单行事,刻意符合所有标准,某些标准之间由于针对的行业和适用对象不同而有相悖的条款,不能兼顾。具体工程实施中宜和监管部门及检查者协商沟通。

2.隔爆空外壳和整体防爆


仪表放入取得防爆合格证的隔爆空外壳,是否需要对整体仪表进行防爆认证,是工程实际中经常遇到的问题。

GB/T 3836.15-2017《爆炸性环境第15部分:电气装置的设计、选型和安装》的10.1条款对隔爆外壳“d”提出了补充要求:仅有Ex元件防爆合格证(带有符号“U”)的隔爆外壳不得安装,它们应与设备组装在一起取得设备防爆合格证。设备不经重新评定不能改变设备的内部元件,因为忽视条件变化会导致压力重叠、温度组别变化或其他类似的可能使防爆合格证失效的情况。

从以上要求可以看出,不论仪表是否有防爆合格证,将其放入取得防爆合格证的隔爆空外壳,都需要对整体仪表进行防爆认证。采用实验验证法,而不采用实物或资料检查法是科学、合理、简便的方法,并且符合验证科学体系,比某些仪表特性的资料检查法好得多。

其他防爆型式有类似的考虑和要求,比如,改变设备的内部元件可能导致温度组别的变化,适用于各种防爆型式,因此Ex元件防爆合格证,可以简化整体取证程序,但不能替代整体取证。

3.排水三通


电缆采用保护管敷设时,保护管与检测元件或现场仪表之间,采用防护软管连接时,保护管口应低于仪表进线口约250mm,保护管从上向下敷设至仪表时,在管末端应加排水三通,如图1所示。排水三通是否需要封堵,是工程安装和安全检查中常见的问题,有观点认为从防爆角度排水三通应封堵,也有观点认为排水三通是排水用的,不应封堵。

图1 排水三通示意

排水三通是否需要封堵应根据电气线路布线形式确定,如果是电缆布线,图1中所示的排水三通不应封堵,如果是钢管布线,钢管布线系统内的排水三通应有密封措施。

GB 50257-2014《爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范》对钢管布线的密封要求作出了规定,爆炸性环境1区、2区、20区、21区和22区的钢管配线,应做好隔离密封,并应符合下列规定:

a) 电气设备无密封装置的进线口应装设隔离密封件。

b) 在正常运行时,所有点燃源外壳的450mm范围内应做隔离密封。

c) 管径为50mm及以上的管路在距引入的接线箱450mm以内及每距15m处应设隔离密封件。

d) 易积结冷凝水的管路,应在其垂直段的下方装设排水式隔离密封件,排水口应置于下方。

钢管布线中排水型隔离密封盒示意如图2所示。

图2 钢管布线中排水型隔离密封盒

仪表电气接口处采用电缆接头作为电缆引入装置时,属于电缆布线,不属于钢管布线,图1所示的排水三通不应封堵,应敞开用于排水。

现场仪表的防水、防潮是南方多雨地区的大问题,应当采取封堵和流通两种方式相结合的方法解决。GB 50257-2014的规定可能没有、或者不全是根据实验做出的。可能是在无妨大局的前提下,为便于统一施工验收。

4.金属管道法兰等电位连接


4.1 等电位连接的目的

金属管道法兰等电位连接虽然不属于仪表防爆,由于工程实际中相关要求和实施方案存在较多争论,本文也讨论一下。

金属管道法兰连接处的导电连接实现了等电位,目的是静电防护和雷电防护。

导电连接不同于静电接地,静电接地是为了借助于大地释放静电,取得物体的静电平衡,避免物体的静电积聚。金属管道法兰连接处的等电位连接是为了避免金属管道法兰面间的电荷不均衡形成电位差,避免因电位差产生静电间隙放电或雷电间隙放电。金属管道法兰连接处的等电位连接应关注两个方面:连接方式和电荷导通载流能力。

4.2 等电位连接的几个标准条文

对于配对金属管道法兰之间的等电位连接,不同标准要求不尽相同,以下是几个具有代表性的标准要求。

(1)GB50057-2010

GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中4.2.2条款规定:对于第一类防雷建筑物防闪电感应,当长金属物的阀门、法兰盘、弯头等连接处的连接电阻值大于0.03Ω时,应采用金属导线跨接。连接螺栓不少于5根的法兰在非腐蚀环境下可以不跨接。第二类和第三类防雷建筑物防闪电感应没有以上要求。

(2)SH/T3097-2017

SH/T3097-2017《石油化工静电接地设计规范》[2]中5.3.4条款规定:当金属法兰采用金属螺栓紧固时,通常可不另设静电跨接连接线,但应保证至少有两个金属螺栓具有良好的导电接触面。

(3)GB50516-2010(2021年版)

GB50516-2010《加氢站技术规范(2021年版)》中10.3.3A条款规定:氢气、液氢等可燃物管道上的法兰连接处应采用金属线跨接。跨接电阻应小于0.03Ω。在正常环境无锈的情况下,管道法兰等处的接触电阻在0.03Ω以下,如果腐蚀生锈,由于接触电阻增大,将有可能发生静电或雷电火花,发生火灾和爆炸事故,为防止管道上法兰两端由于连接不良或金属锈蚀,使接触电阻增大,作本条规定。

4.3 讨论和工程建议

工程上可以采用下述几种导电跨接方式:

(1)通过螺栓或垫片导电跨接

法兰配套的金属螺栓及垫片是良好的导体,可实现导电连接。此方式需要考虑环境对法兰、螺栓材质的腐蚀影响。对于很多现场环境都会采取防腐措施,例如:涂刷防锈漆、镀锌、表面处理等。应评估防腐措施对于导电的影响。不可采用去除防腐措施的方法提高导电性能。可以采用通过螺栓实现导电连接的场合如下:

a) 非腐蚀环境。例如:干旱地区、非盐卤环境地区。

b) 耐腐蚀材料的法兰、螺栓。例如:耐工艺介质腐蚀的不锈钢。

c) 导电的防腐措施。例如:导电的防腐涂层或镀层。

(2)通过螺母压接接地片实现等电位连接

通过法兰配套的螺栓螺母压接金属连接片,连接片压接跨接导线实现导电连接。应采用防腐蚀的金属配伍或与法兰螺栓材质相同的连接片。

(3)设置“接地附件”实现导电跨接

在腐蚀环境采取防腐措施的法兰螺栓连接不能实现导电连接时,建议采用设置专用“接地附件”或过渡连接件的方式。

(4)使用螺栓防腐胶

对法兰导电跨接需要关注法兰螺栓本身的导电,不是所有的法兰都需要另加导电连接。法兰连接还应当注意腐蚀问题,需要采取相应的防腐措施。有些标准规范规定的0.03Ω连接电阻不是静电防护、雷电防护导电跨接的必然需要。静电电荷流通的电阻是103~106量级,雷电流是数kA量级的。非腐蚀环境,法兰螺栓连接具有良好导电性时,优先采用螺栓连接实现等电位连接。在某些场合可以采用接地附件的方法进行导电跨接。

5.粉尘防爆和气体防爆


粉尘防爆级别高还是气体防爆级别高以及气体防爆能不能替代粉尘防爆,是工程设计和安全检查中经常遇到的问题。

粉尘防爆电气设备和气体防爆电气设备的防爆标志不一样,试验、型式检验等都不一样,两者之间不能互相替代,也没有哪个更高之说。

如果电气设备所处环境即是爆炸危险气体环境,也是爆炸危险粉尘环境,电气设备必须选择满足双重防爆的电气设备,即需要同时具有爆炸危险气体环境防爆合格证和爆炸性粉尘防爆合格证。

GB 50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》条文说明5.2.3条款明确指出:对于爆炸性气体和粉尘同时存在的区域,其防爆电气设备的选择应该即满足爆炸性气体的防爆要求,又要满足爆炸性粉尘的防爆要求,其防爆标志同时包括气体和粉尘的防爆标识。

6.关于防爆强制认证


按照《市场监管总局关于防爆电气等产品由生产许可转为强制性产品认证管理实施要求的公告》〔2019年第34号〕要求,“由生产许可转为强制性认证产品范围”里的防爆电气等产品应取得国家授权的防爆认证机构颁发的防爆电气类产品国家强制性产品认证(CCC认证)证书,且证书在有效期内。证书不再称为防爆合格证书。“由生产许可转为强制性认证产品范围”包含17个类别的防爆电气设备,详见上述公告附件。17个类别以外的防爆电气设备,在爆炸危险场所使用时,应取得国家授权防爆认证机构颁发的产品防爆合格证。

自2020年10月1日起,纳入CCC认证管理的产品未获得强制性产品认证证书和未标注强制性认证标志,不得出厂、销售、进口或在其他经营活动中使用。

目前防爆电气CCC认证证书取得国家授权的发证机构有6家,分别是:

1. 中国质量认证中心(CQC)

2. 方圆标志认证集团有限公司(CQM)

3. 南阳防爆电气研究所有限公司(CNEx)

4. 上海仪器仪表自控系统检验测试所有限公司(SITIIAS)

5. 中创新海(天津)认证服务有限公司(PCEC)

6. 佳木斯防爆电机研究所有限公司(JEXM)


7.总结


按照法律、法规、标准、规范等要求,对爆炸危险场所内的防爆电气设备进行正确的选型和安装使用,是保障人身和生产安全的重要内容。应从防爆原理、法律法规标准规范要求、现场环境、产品情况、工程实际等方面全面考虑,科学合理的进行工程设计和工程实施,防爆检查也应特别注意法律、法规、标准、规范要求的前提条件和适用范围,即要避免过度设计,也要避免欠缺或不足设计。

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