17钻井平台防爆电气装置.docx
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17钻井平台防爆电气装置
钻井平台防爆电气装置
1培训对象:
入职新员工;
2培训内容:
钻井平台防爆电气装置
3教学目标:
掌握防爆电器防爆等级分类,掌握dIIBT4的含义,掌握防爆电器的保养要点。
4重点
4.1掌握防爆电器防爆等级分类,掌握dIIBT4的含义。
4.2掌握防爆电器的保养要点。
5培训课时:
5.1理论培训:
5课时
5.2实操训练:
2课时
6掌握内容
1)最小点燃能量、最大实验安全间隙(MESG)的概念。
2)爆炸界限----可燃性气体或蒸汽与空气的混合物只有在某个浓度范围内才能爆炸(燃烧),超出此范围就不会被点燃,这一范围的最高点和最低点分别称为爆炸上限和爆炸下限。
3)爆炸性气体危险场所划分为三个区域(Zone),即0区、1区和2区。
4)防爆电气设备的种类。
5)危险区域中的电缆的类型及其敷设
6)防爆区域对电器及其安装规范
7掌握内容(重点):
1)防爆电气设备的种类。
2)危险区域中的电缆的类型及其敷设
3)防爆区域对电器及其安装规范
4)隔爆面保养要求。
8实操训练:
1)隔爆面的保养。
2)防爆填料函的使用安装
9案例
10考核:
笔试:
防爆电气设备的种类、危险区域中的电缆的类型及其敷设 、防爆区域对电器及其安装规范
实操考试:
隔爆面保养要求。
讲义
1概述
在爆炸性环境中必须使用防爆电气设备,这是我国劳动安全法规的要求。
目前我国对防爆电气设备的制造实行两证制度,一是防爆合格证,二是生产许可证。
防爆合格证是对防爆电气产品符合性的定性检验,由国家授权的防爆电气产品质量监督检验中心对制造商制造的防爆电气产品,依据现行的强制性国家标准对产品进行型式试验,合格后发给防爆合格证。
生产许可证是依据现行的法律、法规和强制性国家标准对制造商的生产条件进行审查,其中包括制造商的质量基础管理、设备工装和检验器具、技术文件管理、采购、过程检验、防爆专业特殊要求以及安全生产和文明生产等。
以上两证是目前我国对防爆电气产品的管理模式,防爆合格证是针对产品的检验,生产许可证是对工厂条件的审查,将这两者结合起来其实就是国际上通行的认证(certification),国际上的认证(certification)其实也包括对产品符合性的检验和对制造商工厂条件的审查。
防爆电气产品有了两证就具备了市场准入的条件,证明制造商制造的产品是合格的,制造商对其产品质量负有安全责任。
但对于运行在爆炸危险场所的防爆电气设备来说,仅有制造商的合格证是远远不够的,因为防爆电气产品的安全性不仅与产品的制造质量有关,而且与使用单位对防爆电气产品的正确选型和正确安装有直接关系。
例如,某些安装工人在将电缆接入隔爆型电气设备后,未按要求将电缆引入装置的橡胶密封圈装入或未将其压紧,这种错误安装就破坏了隔爆型电气产品的完整性,防爆电气产品变成了非防爆产品。
因此,对于防爆安全来说,除了制造商做出合格的产品外,在相应的国家标准中对爆炸危险场所的电气安装及选型又做了明确规定,我们在现场安装和使用时应该遵守这些规定,从而在使用环节上消除安全隐患,保证爆炸危险场所中电气设备的防爆安全。
3.1.可燃性气体和蒸汽的爆炸特性及危险区域的划分
1)燃烧和爆炸产生的条件
形成燃烧和爆炸必须具备一定条件。
下述条件在时间和空间上相遇,才会产生燃烧或爆炸:
燃烧剂,例如氢气,汽油等;
氧化剂,例如氧气,空气等;
点燃源,例如明火,火花,电弧,高温表面等。
上述条件被称为形成燃烧和爆炸的三要素。
工程上采取措施,防止三要素同时存在,防止出现火灾和爆炸危险。
2)可燃性气体和蒸汽的安全参数
爆炸界限----可燃性气体或蒸汽与空气的混合物只有在某个浓度范围内才能爆炸(燃烧),超出此范围就不会被点燃,这一范围的最高点和最低点分别称为爆炸上限和爆炸下限。
爆炸界限常用可燃性物质在可燃性混合物中的体积百分比(浓度)表示,例如,甲烷的爆炸下限是5。
0%(体积比),爆炸上限是15%(体积比)。
可燃性物质的浓度低于爆炸下限的混合物可以称作“过稀”,浓度高于爆炸上限可以称作“过浓”,过浓或过稀的混合物不能形成爆炸或燃烧。
引燃温度----按照标准方法实验时,引燃爆炸性混合物的最低温度。
在没有明火等点火源的情况下,可燃性混合物的温度达到某一温度时,由于内部氧化放热加剧而自动着火,也称作自燃,有时候也把引燃温度称作自燃温度。
国际标准IEC60079—4:
1975<<爆炸性气体环境用电气设备第4部分:
引燃温度实验方法》规定了引燃温度的实验设备和实验方法,见图1
闪点----在标准条件下,使可燃性液体变成蒸汽的数量能够形成可燃性气体/空气混合物的最低液体温度。
可燃性气体与空气的混合物遇到点火源能形成爆炸,但是可燃性液体必须先形成蒸汽,蒸汽与空气混合才能形成爆炸性混合物。
可燃性液体的汽化速率与液体的温度有关,能使可燃性液体释放(汽化)出足够的蒸汽而在液体表面上形成能发生闪燃的爆炸性气体混合物的需要一定的液体温度,此最低温度称作闪点。
由于液体的汽化的速度不仅受液体温度的影响,而且与液体本身的性质有关系,因此不同的可燃性液体的闪点有很大差异。
例如,汽油的闪点不低于55℃,柴油为零下20℃,乙醇的闪点为11℃,乙酸的闪点为40℃,而润滑油的闪点都高于100℃。
可燃性液体的闪点低,表示可燃性液体在低温下可以形成爆炸性混合物,其危险程度高。
反之,可燃性液体的闪点高,则在常温下不能形成爆炸性混合物,其危险程度也相对低一些
最小点燃能量----在最易点燃浓度混合物中,一个电路的一次放电正好足够点燃混合物,这个电路总能量的最小值,表示为相应的物质与空气混合物的最小点燃能量。
如果一次点燃是由于一个电容放电引起的,电容的电容量为C,电容两端的电压为V,则相应的放电能量Q为:
Q=1/2CV2
由于可燃性气体或蒸汽的物质性质差异,它们被点燃时需要的活化能不同,当它们被电火花点燃时,需要的电能量也不相同。
例如,甲烷的最小点燃能量是0。
28mJ,正丁烷是0。
25mJ,异丁烷是0。
52mJ,乙烯是0。
096mJ,氢气是0。
019mJ。
在工程上可以采取限制电路中能量的方法来避免电路断开或闭合时产生的火花点燃周围的爆炸性混合物,根据这种原理可以设计成本质安全电路和n型设备中的限能电路。
在实际电路设计中,常常用电压和电流来表征电路中的能量,因此,在工程上常常利用最小点燃电压和最小点燃电流来判断电路的安全性能
最大实验安全间隙(MESG)----在标准规定的实验条件下,一个外壳内最易点燃浓度的爆炸性混合物被点燃后产生的爆炸火焰穿越25mm长的接合面,不能点燃外壳外部环境的爆炸性混合物时,接合面两部分之间最大间隙。
国标GB3836.11—1991<<爆炸性气体环境用电气设备第11部分:
最大试验安全间隙测定方法》和国际标准IEC60079—1A:
1975规定了最大试验安全间隙的试验设备和测量方法,见图2
最大爆炸压力
爆炸性混合物被点燃爆炸后,释放的热量使气体剧烈膨胀,因而产生很高的爆炸压力。
由于可燃性气体的性质差异,最大爆炸压力也不相同。
多数气体的最大爆炸压力在0。
6Mpa----0.8Mpa之间,但乙炔的最大爆炸压力可以达到1。
0Mpa。
上述最大爆炸压力值是以在容积为8升的球形容器中测得的,如果容器的形状复杂,容易产生压力重叠现象,则最大爆炸压力可以达到2~3Mpa。
爆炸压力能对设备和建筑物造成破坏,人们在设计电气设备外壳和设计厂房时应考虑爆炸压力的作用。
爆炸性危险场所的区域划分
由于爆炸性气体的物理性质、出现的方式、涉及的范围、存在的机率和持续的时间的不同,发生爆炸的可能性及危害程度是不一样的。
因此,除了需对爆炸性环境中存在的气体进行分级、分组外,还应根据爆炸性气体的频繁程度和持续时间,对爆炸性气体危险场所进行区域划分。
危险场所就是由于存在着易燃易爆性气体、蒸气、液体、可燃性粉尘或者可燃性纤维而具有引起火灾或者爆炸危险的场所。
典型的危险场所,如石油化工行业中爆炸性物质的生产、加工和贮存过程中所形成的环境、煤矿井下(由于煤层中不断渗透出的甲烷气体而形成的工作环境)等等。
跟IEC标准的规定一样,我国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》、GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》和《中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程》均规定了爆炸性气体危险场所划分为三个区域(Zone),即0区、1区和2区。
它们对应的定义如下:
0区(Zone0):
在正常情况下,爆炸性气体混合物连接的或长时期的存在的场所。
1区(Zone1):
在正常情况下,爆炸性气体混合物有可能出现在场所。
2区(Zone2):
在正常情况下,爆炸性气体混合物不可能出现,即使出现也只是短时间存在的场所。
这里的正常工作是指正常的开车、运转、停车、易燃物质产品的装卸、密闭容器盖的开闭安全阀、排放阀以及所在工厂设备在涉及要求规定范围内的工作状态。
表6场所划分
危险物质
长期存在(大于1000h/年)
正常运行时存在(10-1000h/年)
仅在不正常时存在(少于10h/年)
气体
0区
1区
2区
从上述定义可知,三个区域中,0区是最危险的场所,而2区相对来说比较安全。
这是一种传统的定性判断的概念。
通常对于一个具有潜在爆炸危险气体的工厂,可基于区域的定义和相关的要素划分区域。
划分时,需要考虑下列主要因素:
a存在危险气体的可能性;
b危险气体的释放量;
c危险气体的特性(如:
气体的密度等)
d环境条件(如:
气压、温度、湿度以及通风情况等);
e远离释放源的距离。
此外,在具体的划分实践中,通常还必须同时考虑由爆炸产生的后果的严重性。
如果爆炸可能会导致大量人身伤亡,则危险区域的划分应提高一级。
但是,对于装有自动控制的检测仪器,当场所内任意地点的混合物浓度接近爆炸下限的25%时,能可靠地发出报警并同时起动有效通风设施的场所可降低一级。
当符合下列条件时,可划分为非爆炸危险区域。
a没有释放源而易燃物质又不可能侵入区域;
b易燃物质可能出现的最高体积浓度不超过爆炸下限(LEL)的10%。
c在生产过程中,使用明火的设备附近或炽热部件表面温度超过区域内易燃物质引燃温度的设备附近;
d在生产装置区外,露天或开敞设置的输送易燃物质的架空管道地带(但其阀门等的密封处除外)。
2防爆电气设备的种类
(1)隔爆型“d”
隔爆型式是把设备可能点燃爆炸性气体混合物的部件全部封闭在一个外壳内,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爆炸而不损坏,并且不会引起外部由一种或多种气体或蒸气形成的爆炸性环境的点燃(参见GB38362标准)。
把可能产生火花、电弧和危险温度的零部件均放入隔爆外壳内,隔爆外壳使设备内部空间与周围的环境隔开。
隔爆外壳存在间隙,因电气设备呼吸作用和气体渗透作用,使内部可能存在爆炸性气体混合物,当其发生爆炸时,外壳可以承受产生的爆炸压力而不损坏,同时外壳结构间隙可冷却火焰、降低火焰传播速度或终止加速链,使火焰或危险的火焰生成物不能穿越隔爆间隙而点燃外部爆炸性环境,从而达到隔爆目的。
隔爆型“d”按其允许使用爆炸性气体环境的种类分为I类和IIA、IIB、IIC类。
该防爆型式设备适用于1、2区场所。
隔爆外壳基本要求:
a.接合面光洁度须不低于▽5,隔爆面须有防锈措施。
如电镀、磷化等,但不准涂漆和加密封条
b.紧固螺栓要有足够强度,一般不透螺孔至外壳底部的最小厚度应不小于被穿外壳厚度的1/3,但最少不得小于3毫米。
.
c.不透螺孔要留有足够的拧入深度。
一般情况下,剩余拧入深度应大于2.5倍弹簧垫圈厚度,即△h≥2.5S,其中△h-螺孔的剩余拧入深度,S-弹簧垫圈厚度。
d.间隔板,独立的隔爆空腔的关键是贯通部分的导线连接与贯通。
它起两个关键作用。
一是保证引线贯通后隔爆,二是支撑带电导体后保证良好的绝缘性能(如耐电性能、护弧、抗漏电等)
(2)增安型“e”
增安型防爆型式是一种对在正常运行条件下不会产生电弧、火花的电气设备采取一些附加措施以提高其安全程度,防止其内部和外部部件可能出现危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。
它不包括在正常运行情况下产生火花或电弧的设备(参见GB38363标准)。
在正常运行时不会产生火花、电弧和危险温度的电气设备结构上,通过采取措施来降低或控制工作温度、保证电气连接的可靠性、增加绝缘效果以及提高外壳防护等级,以减少由于污垢引起污染的可能性和潮气进入等情况的发生,减少出现可能引起点燃故障的可能性,提高设备正常运行和规定故障(例如:
电动机转子堵转)条件下的安全可靠性。
〖JP〗该类型设备主要用于2区危险场所,部分种类可以用于1区,例如具有合适保护装置的增安型低压异步电动机、接线盒等。
(3)本质安全型“i”
本质安全型防爆型式是在设备内部的所有电路都是由在标准规定条件(包括正常工作和规定的故障条件)下,产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的本质安全电路。
〖HTH〗“iɑ”等级电气设备〖HT〗是正常工作和施加一个故障和任意组合的两个故障条件下,均不能引起点燃的本质安全型电气设备;〖HTH〗“ib”等级电气设备〖HT〗是正常工作和施加一个故障条件下,不能引起点燃的本质安全型电气设备(参见GB38364标准)。
本质安全型是从限制电路中的能量入手,通过可靠的控制电路参数将潜在的火花能量降低到可点燃规定的气体混合物能量以下,导线及元件表面发热温度限制在规定的气体混合物的点燃温度之下。
该防爆型式只能应用于弱电设备中,该类型设备适用于0、1、2区。
(4)正压型“p”
电气设备的一种防爆型式。
它是一种通过保持设备外壳内部保护气体的压力高于周围爆炸性环境压力的措施来达到安全的电气设备(参见GB38365标准)。
正压设备保护型式可利用不同方法。
一种方法是在系统内部保持静态正压,而另一种方法是保持持续的空气或惰性气体流动,以限制可燃性混合物进入外壳内部。
两种方法都需要在设备起动前用保护气体对外壳进行冲洗,带走设备内部非正压状态时进入外壳内的可燃性气体,防止在外壳内形成可燃性混合物。
这些方法的要点是监测系统,并且进行定时换气,以保证系统的可靠性。
该类设备按照保护方法可以用于1区或2区危险场所。
(5)油浸型“o”
油浸型防爆型式是将整个设备或设备的部件浸在油内(保护液),使之不能点燃油面以上或外壳外面的爆炸性气体环境(参见GB38366标准)。
这是一个主要用于开关设备的老的防爆技术方法。
形成的电弧、火花浸在油下。
该类型设备适用于1区或2区危险场所。
(6)充砂型“q”
充砂型防爆型式是一种在外壳内充填砂粒或其他规定特性的粉末材料,使之在规定的使用条件下,壳内产生的电弧或高温均不能点燃周围爆炸性气体环境的电气设备保护型式(参见GB38367标准)。
该防爆型式将可点燃爆炸性气体环境的导电部件固定并且完全埋入充砂材料中,从而阻止了火花、电弧和危险温度的传播,使之不能点燃外部爆炸性气体环境。
通常它用于EX“e”或EX“n”设备内的元件和重载牵引电池组。
该类型设备适用于1区或2区危险场所。
(7)“n”型防爆电气设备
该类型电气设备在正常运行时,不能够点燃周围的爆炸性气体环境,也不大可能发生引起点燃的故障(参见GB38368标准)。
“n”型电气设备正常运行时,即指设备在电气和机械上符合设计规范并在制造厂规定的范围内使用,不可能产生火花、电弧和危险温度。
该类型电气设备仅适用于2区危险场所。
(8)浇封型“m”
浇封型防爆型式是将可能产生引起爆炸性混合物爆炸的火花、电弧或危险温度部分的电气部件,浇封在浇封剂(复合物)中,使它不能点燃周围爆炸性混合物(参见GB38369标准)。
采用浇封措施,可防止电气元件短路、固化电气绝缘,避免了电路上的火花以及电弧和危险温度等引燃源的产生,防止了爆炸性混合物的侵入,控制正常和故障状况下的表面温度。
该类设备适用于1、2区危险场所。
(9)气密型“h”
该类防爆设备型式采用气密外壳。
即环境中的爆炸性气体混合物不能进入设备外壳内部。
气密外壳采用熔化、挤压或胶粘的方法进行密封,这种外壳多半是不可拆卸的,以保证永久气密性(参见GB383611标准)。
该防爆措施属于“n”型防爆措施范畴,GB383611已被GB38368—2003代替。
(10)特殊型防爆电气设备“s”
指国家标准未包括的防爆类型式,该型式可暂由主管部门制定暂行规定,并经指定的防爆检验单位检验认可能够具有防爆性能的电气设备。
该类设备是根据实际使用开发研制,可适用于相应的危险场所。
在平常实际使用中可能很容易的看到,许多防爆电气产品在一个产品中就采用了多种防爆保护方法。
例如,照明装置可能采用了增安型保护(外壳和接线端盒)、隔爆型保护(开关)和浇封型保护(镇流器)。
这样能够使制造商采用最适用的复合防爆保护方法。
有一点要注意的是,产品铭牌上列出采取的防爆方法的顺序将告诉用户产品的结构,如一个产品被标识为EXde,则极可能为隔爆型而其中带有增安型部件。
另一个产品被标识为EXed,则极可能不是隔爆型外壳(例如不锈钢或强化聚脂玻璃),而带有隔爆开关或部件安装其中。
两种产品可能均适用于1区,但他们是使用不同的防爆保护措施达到同样的目的。
用户可根据自己的实际需要和所了解信息,来选择可提供在费用、性能和安全方面达到最佳平衡的防爆型式的产品。
表7防爆基本类型
防爆型式
防爆型式标志
防爆型式
防爆型式标志
隔爆型
EX d
充砂型
Exq
增安型
EX e
浇封型
Exm
正压型
EX p
n型
Exn
本安型
EX ia
EX ib
特殊型
Exs
油浸型
EX o
粉尘防爆型
DIPA
DIPB
3危险区域中的电缆的类型及其敷设
除了本安型电路中的电缆外,敷设在危险区域中的电缆,至少应具有下列之一的保护层:
1、非金属不透性护套,加上金属编织层或其他金属覆盖层;
2、矿物绝缘电缆应具有铜或不锈钢护套。
对于特殊用途,可以考虑采用具有铝护套的矿物绝缘电缆。
本质安全型电路的电缆应具有金属屏蔽,并至少加上非金属不透性护套。
在0类危险区只准使用与“ia”设备有关的电缆。
1)、如果电缆被油长期浸没,则电缆的结构应能经受这些物质的浸泡,或者将电缆密封在能经受这些物质的封闭罩壳(例如金属管)中。
2)、每个本质安全电路应具有各自专用电缆,并应与非本质安全电路的电缆分开敷设(例如:
不应束聚在一起,不应放在同一罩壳或管道内,也不应用同一夹线板固定)。
3)、电缆或电缆管穿越分隔危险与非危险区域或处所的气密舱壁或甲板时,其布置不应破坏舱壁或甲板的气密完整性。
4)、电缆敷设时应与甲板、舱壁、油柜以及各种管子离开足够的距离。
电缆穿过舱壁时与蒸汽管道法兰的距离,当蒸汽管直径大于75mm时,应不小于450mm,当蒸汽管直径小于或等于75mm时,应不小于300mm。
5)、敷设在甲板上或步桥上的电缆应作保护,避免发生应变和擦伤;且应考虑到装置钢结构的膨胀变形,而留有一定余量;当采用膨胀弯时,膨胀弯的设置地点应便于接近维护,但不应设在离任何油柜开口或气体、蒸汽出口3m范围以内的区域。
6)、连接可携电气器具的移动式软电缆或电线,不应通过危险区域或处所。
7)、应对敷设在原油泵间里的电缆做适当防护,以防机械损伤。
8)、除原油泵间照明电缆外,只允许在原油泵间入口处路径敷设电缆,但应敷设在接头为气密的厚壁钢质管子或管道内。
可能经受腐蚀的所有电缆,应在金属纺织层、铠装或金属护套外加上非金属不透性外护套。
4掌握内容(重点):
1、在任何危险区域或处所,原则上不应敷设电缆和安装电气设备。
若确属需要,则应用符合要求的合格防爆电气设备。
1)在有爆炸危险的区域或处所中一般不应安装插座。
必须安装时,其选用的插座应符合有关要求。
2)安装在露天甲板危险区域或处所以外的插座应使用带开关的组合插座,且应与其开关联锁,使开关在接通位置时,插头不能插入和拔出。
该开关应能分断电路的所有极或相。
3)在危险区域或处所内允许安装的合格防爆电器设备,其电源开关和保护装置应能分断全部的极或相。
设备、开关和保护装置应有清晰而耐久的标志,以便于识别。
4)发射天线和所属索具的位置均应远离易燃或易爆的蒸汽或气体的出口。
5)在必须有照明的危险处所内应安装防爆型灯具,至少应分成两个独立分路供电;两分路的灯点应相互交错布置,以便当其中一个分路检修时,另一个分路仍可保持足够的照明。
这些处所内的照明应由安装在非危险区域或处所内的单独控制箱控制,每个分路均应设有接通指示灯。
为了便于识别,灯具开关和保护电器均应适当标明。
6)应设有连续监测绝缘电阻,并于绝缘电阻异常低时发出报警的装置。
此项装置的监测范围特别应包括接往安装在危险处所的电气设备或路过危险处所的所有电路,但本质安全电路除外。
7)电缆不得在l类、2类危险区进行连接,不得已时电缆必须在防爆的接线箱内进行连接。
8)危险区舱壁上穿电缆的孔应以填料分隔,严加密封,以防爆炸性混合物进入其他区域。
9)电缆的金属护套或金属外护层应于两端作有效接地,但在最后分路允许只在电源端接地。
5常见故障及排除
1)防爆接线盒锈蚀严重,原因是由于海上环境恶劣,加之接线盒安装位置不当是造成接线盒锈蚀的主要原因。
2)泥浆池防爆灯具灯丝经常烧断,原因是甲板上摆放钻具振动较大造成灯具使用寿命缩短,应该更换成防震型灯具
3)防爆接线箱长时间使用检修时螺丝锈死无法打开,应该在安装时将螺丝涂抹适量黄油,以方便以后拆卸。
6安全注意事项
1)防爆区不允许带电开启电气设备端盖
2)防爆区所有的设备应使用防爆设备,设备上应标有EX标志
3)防爆区不能有电缆接头,如需增加接头应使用防爆填料函。
7实操训练:
1)防爆填料函的使用安装
2)隔爆面的保养
9考核:
1)笔试:
2)实操考试:
按实操训练科目考核
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