CNG加气站的防爆区域防爆措施及防爆电机的选用.docx

1、CNG加气站的防爆区域防爆措施及防爆电机的选用CNG加气站的防爆区域、防爆措施及防爆电机的选用刘锡麟 原发表于城市燃气杂志2002年第7期新浪博客秋林红似火摘 要：本文就各国CNG加气站的防爆区域划分和防爆电机的选用标准进行了分析对比，指出了不同标准执行的异同点，以及加气站设备进口和防爆电机选用中值得注意的事项，并依据多年的实践，介绍了加气站应采取的防爆措施，为CNG加气站的安全运行提供了可供参考的经验。关 键 词：CNG 加气站 电机 防爆众所周知，可燃性气体或蒸汽与空气混合物遇到火花、电弧或高温就会被点燃，形成燃烧或爆炸。CNG加气站就是一个含有天然气这种可燃气体的爆炸危险场所。因此在加气

2、站中使用电气设备，尤其是大功率的压缩机电机时，必须选用防爆电机，同时采取相应的防爆措施。近年来，各地都先后进口了不少橇装式CNG加气站设备，由于各国的防爆标准以及所采取的防爆措施与我国不尽相同，在设备的验收和使用中出现了一些争议，造成诸多不便，或多或少的影响了设备的安全使用。本文试图依据多年的一些实践经验，对各国所执行的相关标准和防爆措施进行分析对比，以便为正确选用防爆电机，确保加气站运行安全提供参考。防爆区域的划分标准1.1国外爆炸性气体场所和爆炸危险区域的划分1.1.1欧洲标准以国际电工委员会标准IEC6007910 1995爆炸性气体环境用电气设备 第10部分：危险场所分类为代表。它将危

3、险场所分为0区、1区和2区。0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的场所；1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的场所；2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的场所，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的场所。IEC6007910在世界上应用比较普遍，尤其西欧国家大多数采用IEC标准中的危险场所区域划分方式。1.1.2美国标准主要以NEC500 美国电气法规、NFPA4951996美国国家消防协会规范和API美国石油协会规范标准为代表。美国的危险场所分类规定与IEC6007910不同，它依据危险物质的物理特性，将爆炸和火灾危险区域分为三类：即，Class (类) 可燃性气体或

4、蒸汽形成的爆炸危险环境Class （类）可燃性粉尘形成的爆炸危险环境Class （类）可燃性纤维和悬浮物引起的火灾危险环境对于每类环境，又按照形成可燃混合物的危险物质存在的可能性和危险程度进一步划分成两个区域，即Division 1 （1区）正常运行时可能出现可燃气体，形成爆炸性气体混合物。Division 2 (2区) 正常运行时不可能出现可燃气体，即使出现也是短时间的。除了“类”和“区”以外，美国标准中的“组”和“点燃温度”两个概念也是非常重要的。所谓“组”（Group），是依据近似的爆炸危险特性有选择性的将物质进行分组。例如，汽油和氢气与空气混合并点燃时都具有爆炸性，但是爆炸的效果和猛烈

5、程度却大不相同,所以属于不同的“组”。“组”由字母A到G表示。其中A、B、C和D组属于类，即可燃性气体或蒸汽形成的爆炸危险环境，E、F和G组属于类，即可燃性粉尘形成的爆炸危险环境。所谓“点燃温度”，就是指物质开始燃烧或爆炸的最低温度。有些物质可以具有相同的物理特性（类）和相似的爆炸特性(组)，但却有着完全不同的点燃温度。在爆炸特性和点燃温度之间没有恒定的关系。例如： 通常属于 I类D组的溶剂丙酮的点燃温度大约465。同样属于I类D组的汽油，它的点燃温度大约在280。因此，表面温度为350的I类D组的设备可以在丙酮的环境中使用，但是同样的设备用在有汽油蒸汽的环境里就可能因为设备的温度高于汽油28

6、0的点燃温度而被点燃或发生爆炸。有些C组气体的点燃温度高于D组的气体，有些却低于。而不同组的气体的点燃温度却可能是相同的。1.2国内爆炸性气体场所和爆炸危险区域的划分国内涉及爆炸性气体环境和危险区域划分的主要标准是，GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范和GB3836.142000爆炸气体环境用电气设备 第14部分：危险场所分类。GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范，按照国际电工委员会标准IEC6007910的定义进行爆炸危险场所分类，在列举的危险区域划分示例中主要参考NEC美国电气法规和API美国石油协会规范中的图例，同时也保留了我国原来的工程安

7、装和验收规范的部分内容。对于场所中允许使用的电气设备防爆类型方面较多的采用了日本防爆指南的内容。GB3836.142000爆炸气体环境用电气设备 第14部分：危险场所分类是全国防爆电气设备标准化委员会1998年开始制定，2000年1月批准发布，并于2001年6月正式实施。该标准等同采用IEC6007910标准。爆炸性气体场所根据GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定，爆炸性气体环境应根据爆炸性气体混合物出现的频率程度和持续时间分区。0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境；1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境；2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体

8、混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。爆炸危险区域爆炸危险区域的划分应按易燃物质释放源的级别和通风条件确定，并应符合下列规定。首先按释放源的级别划分；0区：存在连续级释放源的区域；1区：存在第一级释放源的区域；2区：存在第二级释放源的区域。其中，连续级释放源是指预计长期释放或短时频繁释放的释放源。第一级释放源是预计正常运行时周期或偶尔释放的释放源。第二级释放源是指预计正常运行时不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源。其次，应根据通风条件调整区域划分。当通风条件良好时，应降低爆炸危险区域等级；当通风不良时应提高爆炸危险区域等级；当局部机械通风在降低爆炸性气体混合物

9、浓度方面比自然通风和一般机械通风更为有效时，可采用局部机械通风降低爆炸危险区域等级。从上述内容可以看出，我国的爆炸危险场所分类标准与欧洲标准等同，与美国则不完全相同。主要表现在：美国将所有可燃物质按其状态首先分成三大类，其中的类属于可燃气体/蒸汽环境，而我国则将可燃气体环境编制为一个专门的标准；美国在某特定的场所，按照形成可燃混合物的危险物质存在的可能性，划分为1区和2区，这一点和我国基本类似，只是美国的类1区范围较大，相当于我国的危险场所的0区和1区。而类2区则相当于我国的2区。美国按照爆炸危险程度将可燃物质划分为组，其中的A、B、C和D组皆为气体或蒸汽，属于类区域，我国标准也将可燃气体发生

10、爆炸的危险程度分级为A、B、C三个爆炸等级，这一点和美国标准基本类似。CNG加气站所处的爆炸危险区域CNG加气站的危险介质天然气处在一个完全封闭的条件下，无论是压缩机房（包括橇装式压缩机站）还是储气瓶库，在正常运行过程中都不可能出现爆炸性气体混合物，因此按照美国标准应属于1类2区（Class Divition 2）的危险场所；按照欧洲和我国标准，则应属于危险场所2区。由于天然气比空气轻，所以当设备运行不正常时可能从安全阀、管接头和阀兰等处泄漏出天然气。如果压缩机房或气瓶库上部通风不良，就容易聚集在设备上方与空气形成可爆炸性混合气体，其危险性就比设备周围要大，所以为危险区域的1区（如图1所示）；

11、如果压缩机房或气瓶库上部通风良好，就不会形成爆炸性混合气体，其危险区域应和设备周围一样，同为2区（如图2所示）。对于橇装式压缩机站，由于一般采用风冷式冷却器，其强劲的风力使压缩机在运行中不可能产生危险气体的聚集，所以也应属于危险区域的2区（相当于美国标准的1类2区）。国内外防爆电机的种类3.1美国的防爆电机3.1.1一般要求部件之间的连结形式和密封结构能有效的阻止可燃性气体的进入。 风扇等部件及其保护装置的选材要确保不会因撞击或静电产生火花。电机外壳的厚度和强度具有承受内部爆炸的能力。爆炸压力是通过爆炸试验确定的。这个爆炸试验应使用具有代表性的样机，并应在电机名牌上的组别标记所代表的气体/蒸汽

12、与空气的混合物中进行。确保电机运行时的表面温度不会点燃弥漫着的可燃气体。用于危险场所的设备必须经权威机构（例如保险实验室U.L.）鉴定批准。有 UL标记的危险场所用电机，应由保险实验室（UL）依据设计准则和规定的试验结果予以登记并列入产品目录。电机上必须有经保险实验室（U.L.）鉴定并制作的标牌。根据NEC标准的要求，有UL标牌的危险场所用电机必须标记类别、区别、组别和表面温度。只要可燃物质的点燃温度不低于电机表面温度标记所指定的温度值，那么电机就可以在包含这些物质的大气中使用。这些物质只能是电机名牌上标记的类和组所代表的物质。保险实验室（U.L.）列入产品目录的危险场所用所有电机都带有一个类

13、似图1所示的标牌。标牌中指明电机使用的危险场所类别、1或2区、组别以及电机外表面的最高运行温度。 图1 危险场所用电机标牌有关标牌中的运行温度代码，NEC标准规定，核准用于1区危险场所的设备上，必须标记运行温度或温度范围。对于电机，保险实验室（U.L.）进一步阐明了这个温度标记表明了包括过载，锁死的和单相运行等情况在内，电机所产生的最高温度。 T-代码 标识的表面温度值 Tl 450 T2 300 T2A 280 T2B 260 T2C 230 T2D 215 T3 200 T3A 180 T3B 165 T3C 160 T4 135 T4A 120 T5 100 T6 85 用户一定要确保被

14、核准的电机温度标记所指示的温度值，不大于使用场所的危险气体或蒸汽的点燃温度，即使标记的类和组与场所要求的情况相符合。3.1.2用于危险场所1区的美国电机电机标牌上的类、组和表面温度代码的确定，取决于电机的结构、类型和额定值，通常取下述中的一种： 类1区D组，T2B(260) 类1区D组；类E、F、G组； T3B(165) 类1区C，D组；类F，G组；T3C(160)电机表面温度代码如前所述，T2B对应的最高温度为260，有时要求带自动调温器；T3B和T3C分别对应最高温度为165和160，也都要求带自动调温器。自动调温器为了限制电机表面温度，不超过运行温度代码所指定的温度值，设计要求在电机的内

15、部，加装一个线绕式自动调温器。比如，温度代码为T2B一类电机有时就要求加线绕自动调温器；而温度代码为T3B和T3C的一类电机都必须加装有线绕式自动调温器。一般电机上还提供一个自动调温器内部接线图的标牌和温度警告标记牌。如果自动调温器由于超温而断开时，电机停止并不能重新启动，直到电机温度降低后，才可重新启动，调温器自动复位。内部调温器的复位是自动进行的，但是电机只有等到启动开关合上以后才能运转。下面的电机供应时都带有自动温控器，并都接上连线。结构型号为5000到5800的任何危险场所电机：标牌上注明类C组或者类的任何电机以及标注为类D组T2B的一些产品。由USME公司制造，标牌上带有温度代码且温

16、度低于260(T2B)的任何电机。3.1.3用于危险场所2区的美国电机根据美国电气制造业协会（USEM）的安全标准MC2-3.05,美国USEM公司推荐使用危险场所类l区所用的电机。使用适合在类2区危险场所用的电机。3.2加拿大的防爆电机防爆电机（Explosion-proof），外壳必须能够承受内部爆炸压力。随机带名牌和质量证明书。类似我国的隔爆型电机。全封闭的冷却风扇式电机（TEFCTotally Enclosed Fan Cooled），这种电机的结构设计上采用了特殊的端面轴承密封结构和接线盒，不允许有任何火源进入它的壳体内，随机带名牌和质量证明书。类似我国的增安型电机。开启式防滴漏电机

17、（ODPOpen Drip Proof），在正常运行状态下，这种电机不会产生火花。适合用在类2区危险场所，但没有指明用标牌和证明文件予以确认。类似我国的无火花型电机。3.3我国的防爆电机防爆电机的适用场所类别依据GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电器设备第一部分，通用要求和GB157031995隔爆型电机基本技术要求可知，爆炸性气体环境用电机分为两类：类：煤矿用电机；类：除煤矿外的其它爆炸性气体环境和工厂用电机。防爆电机的结构类别国内防爆电机主要有四种：隔爆型d、正压型p、增安型e和无火花型n。所谓隔爆型，是指其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部

18、爆炸而不损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。所谓正压型，是指将保护气体（不可燃）连续通过设备外壳，使外壳保持内部保护气体的压力高于周围爆炸性环境的压力，阻止外部混合物进入的电机。所谓增安型，是指在正常运行条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温设备的结构上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下出现这些现象的电机。所谓无火花型，是指在正常运行条件下，不会点燃周围爆炸性混合物，且一般不会发生点燃故障的电机。防爆电机的级别类电机可以按爆炸性气体的特性进一步分类。隔爆电机按其适用于爆炸气体混合物最大试验安全间隙（MESG）分为A、B、C三级，

19、C级最严，所以标志B的电机可适用于A电机的使用条件，标志C的电机可适用于A及B电机的使用条件。对于本质安全型电机则是按最小引燃电流（MIC）划分的。防爆电机的最高表面温度所有防爆型式的类电机，依据最高表面温度分为T1T6组，如表1所示：表1 类电机的最高表面温度分组温度组别 电机最高表面温度tj 气体或蒸汽的引燃温度tqT1 450 tq450T2 300 450 tq300T3 200 300 tq200T4 135 200 tq135T5 100 135 tq100T6 85 100 tq85电机的最高表面温度应低于场所中爆炸性混合气体的引燃温度。加气站应采取的防爆措施为了保证 CNG加气

20、站的运行安全，无论是进口橇装式压缩机站，或者选购国产的加气站设备，都必须严格执行有关国家标准，所有电气设备，尤其是压缩机电机都要具有一定的防爆功能。同时还要采取相应的防爆措施。4.1加气站发生爆炸的条件常识告诉我们，在加气站这个爆炸性气体场所中，产生爆炸必须同时具备下列两个条件：1 空气中存在着天然气这个易燃气体，其浓度在爆炸极限以内；2 存在着足以点燃爆炸性气体混合物的火花、电弧或高温。也就是说，如果不存在上述任何条件，或者只有一个条件存在时，就不可能产生爆炸。因此要采取的防爆措施，就应当立足于防止上述一个或两个条件的产生。4.2加气站的防爆措施首先应使产生爆炸的条件同时出现的可能性减到最小

21、程度。工艺流程设计中应采取消除或减少天然气的泄漏及积聚的措施。使天然气始终处于严格密封的系统管路和设备中，需要排放的（如安全阀等）也应用容器收集起来，通过管道回收或排入高空；采用连锁机构，保证系统在出现事故苗头时能自动切断电源，关闭气阀，使天然气局限在有限的范围内；工艺布置应限制和缩小爆炸危险区域的范围，并宜将不同等级的爆炸危险区（如压缩机房和储气瓶库），或爆炸危险区与非爆炸危险区分隔在各自的厂房或界区内；防止爆炸性气体混合物的形成，或缩短爆炸性气体混合物滞留的时间，宜采取以下措施：工艺装置最好采取露天或开敞式布置；在压缩机房上部安装机械排风系统，保证空气流通。在橇装式压缩机站中采用强劲的风冷

22、系统，即使有少量天然气泄漏，也可及时排到大气中去；在压缩机房、气瓶库等处容易形成和积聚爆炸性气体混合物的地点设置天然气自动检测报警仪，当天然气的浓度接近爆炸下限值的20%时，应能可靠的发出信号或切断电源。在加气站内应采取消除或控制电气设备线路产生火花、电弧或高温的措施。采用防爆电气设备和电机；采取措施降低压缩机和电机的运行温度。防爆电机的选用由于各国的防爆标准不同，采用的防爆措施不一样，所选用的防爆电机的类型也可能不一样。因此在国外适用的电机，进口到我国后可能就不适用，不符合我国的相关法规。这一点必须引起注意。5.1一般的选型原则根据加气站的爆炸危险区域类型选择电机从上可知，CNG加气站属于危

23、险场所2区，因此适合于2区的电机都可选用，但常用的是隔爆型鼠笼式感应电动机。如表3所示。表 3 旋转电机防爆结构的选型电气设备爆 炸 危 险 区 域1 区2 区隔爆型正压型增安型隔爆型正压型增安型无火花型dpedpen鼠笼型感应电动机绕线型感应电动机同步电动机直流电动机电磁滑差离合器（无电刷）注：表中符号：为适用；为慎用；为不适用绕线型感应电动机及同步电动机采用增安型时，其主体是增安型防爆结构，发生电火花的部分是隔爆或正压型防爆结构。无火花型电动机在通风不良及户内具有比空气重的易燃物质区域内慎用。表 4 CNG加气站所用电机选型对照表允 许 的 电 机 类 型区域类型欧洲标准IEC60079-

24、15美国标准NEC500加拿大标准CSA国标GB50058国标GB3836.10区d1区类1区D组，T2B(260)1区Explosion-proofdd1区d.p.e.型A,B级dA,B,pA,BdA,B,pA,B2区d.p.e.n.型A,B级2区1区用电机2区C，D组无火花电机2区1区用电机TEFC电机ODP电机1区用电机，e、n型电机1区用电机，e、n型电机如表4所示，不同国家的标准对防爆电机的选型基本相同，仅仅在对于增安型的安全性以及2区用电机是否需要强制性认证方面略有区别，比如加拿大允许用于危险2区的ODP电机就不要求进行强制性认证。根据场所中爆炸性气体或蒸汽的引燃温度选择电机的温度

25、组别如表1所示，电机在正常运行时其表面最高温度不许高于天然气的引燃温度（约650），所以可选择T1组的防爆电机。如果采用工厂通常生产的T4组（最高表面温度135），则更安全。另外，还应注意电机上标志的允许使用的环境温度，如果电机名牌上未标注，则允许在20+40的环境中使用。根据场所中可能出现的爆炸性气体或蒸汽的爆炸等级选择电机从表5可以看出，CNG加气站（天然气的95%以上是甲烷）允许使用的电机类别和级别应为A、B、C。也就是说，电机的爆炸等级应该与加气站中的天然气的爆炸等级相适应，才能保证防爆安全。表 5 场所中气体或蒸汽分类/分级与允许使用的电机类别/级别场所中气体或蒸汽分类/分级允许使用

26、的电机类别/级别A（如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、汽油、乙醇）A、B、CB（如乙烯、二甲醚、焦炉煤气）B、CC（如氢气、乙炔、二硫化碳）C外部环境因素的影响防爆电机的选型和安装还应考虑外部环境的影响，例如：露天安装、潮湿、雨水和风沙等的影响。5.2各国厂商的具体选法美国厂商的选法由于在CNG加气站或橇装式压缩机站这个危险场所2区（相当于美国标准的类2区D组），美国标准不要求设置天然气自动检测报警议，因此相应提高了电机的防爆级别。一般推荐采用类1区危险场所适用的电机；当然也可采用类2区使用的电机（如类2区D组T2B电机）。这些电机都必须经过权威机构保险实验室（U.L.）鉴定，并发给相应的UL标牌。加

27、拿大厂商的选法依据加拿大标准协会（CSACanadian Standards Association）有关规定，在类2区的CNG危险环境中可有三种不同的电机能够使用：一般情况下，母站和大部分常规站都采用了标准的开启式防滴漏电机（ODP）。因为所采用的加拿大标准，允许将ODP电机用在类2区危险场所。在正常运行状态下，这种电机不会产生火花。但为了确保设备运行安全，采取了进一步的措施，在压缩机站中安装了高质量的可燃气体泄漏报警器（美国标准并不要求），用它可在可燃混合气体出现在压缩机站室内时立即切断所有电机和设备电源。也可采用全封闭的冷却风扇式电机（TEFC Totally Enclosed Fan

28、Cooled），常用于类2区危险环境，其价格约为ODP电机的两倍。注意，加拿大还有一种TEFC（Total Electrical Fan Cool）电机，也被一些厂商认为是防爆电机，但实际上不是。这种TEFC电机对气体没有密封作用，没有设计象类1区电机那样可抑制内部爆炸的结构。如果电机内部产生故障（火花），并存在有一定浓度的燃气混合物，那么内部的爆炸将不能被抑制，相当大的冲击力可能象一颗炸弹一样将电机炸开。防爆电机（Explosion-proof），通常用于类1区危险场所，用于类2区危险场所当然没有问题，只是其价格约是ODP电机的4倍，经济上得不偿失。欧洲国家的选法欧洲的防爆电机分类方法与我国

29、基本一样，所以选法也类似。如德国在CNG加气站常用的防爆电机为EExdeCT4，英国则常用dAT4，dBT4，dCT4中任一种。我国的选用方法根据标准CJJ842000汽车用燃气加气站技术规范中规定，加气站内压缩机间必须设置天然气泄漏报警仪，并与供电系统连锁，一旦出现天然气泄漏可立即关闭电源和气源。在的前提条件下，依据GB5005892爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范和经验，一般都选常用的隔爆型电机，即dBT4类电机。其中B电机比A（适用于甲烷）更安全，T4比T1（适用于甲烷）温度更低，电机最高表面温度仅为135。电机的进线应当采用钢管配线，螺纹连接。电缆引入后，按规定在进线口应用密封胶泥填塞，以防泄漏的天然气进入电机内部。电机的启动电路中，应设置过电流保护装置，以防电机堵转时引起温度的升高，因为国产电机内部都没有象美国电机那样的自动调温器。在CNG加气站这样的爆炸危险场所，选用了合适的防爆电器设备和电机，采取了一系列的防爆措施，又严格执行各种安全操作技术规范，就一定能够保证加气站的安全运行。