楊玉冰，梁偉（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司渤海工程技術(shù)服務(wù)中心，天津，300452）

?

海洋石油平臺電氣設(shè)備和儀表的防爆問題分析

楊玉冰，梁偉
（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司渤海工程技術(shù)服務(wù)中心，天津，300452）

在海洋石油平臺中，電氣設(shè)備和儀表的正常穩(wěn)定運(yùn)行對于整個石油開采工作運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。本文介紹了海洋石油平臺的電力網(wǎng)絡(luò)，針對發(fā)電機(jī)、電力變壓器、主配電盤、不同等級的配電盤和用電設(shè)備等裝備，分析了保證各項(xiàng)設(shè)備和儀表安全性且防爆的理論基礎(chǔ)；結(jié)合區(qū)域劃分，區(qū)別性的研究了海洋石油平臺電氣設(shè)備和儀表的防爆問題。希望本文可以為海洋石油電氣網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和完善提供一些借鑒。

海洋石油平臺；電氣設(shè)備和儀表；防爆

引言

海洋石油的開發(fā)是高危行業(yè)，主要工作人員不僅面臨海水和潮濕，還需要經(jīng)常與石油蒸汽、天然氣等易燃易爆的氣體打交道，這些氣體與空氣混合后，一旦不慎被點(diǎn)燃引起爆炸，對海洋平臺設(shè)施、工作人員生命健康都會造成嚴(yán)重的損害，這也是我們進(jìn)行海洋石油平臺電氣設(shè)備和儀表防爆研究的主要原因。

海洋平臺上電氣設(shè)備和儀表的防爆安全技術(shù)在世界范圍內(nèi)已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注和重視，防爆科技的發(fā)展在一定程度上也促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

1　海洋石油平臺電氣設(shè)備和儀表的影響因素分析

與一般的陸地石油開采相比，海洋環(huán)境的變化性更強(qiáng)，環(huán)境的復(fù)雜性也更高，因而需要面對更多不安全的因素。海洋石油平臺建設(shè)所面臨的環(huán)境千差萬別，有些空氣中腐蝕性氣體的濃度較高，還有些環(huán)境會十分易于細(xì)菌和霉菌的生長，還有些需要一直處在高濃度的鹽霧以及油霧中，導(dǎo)致電氣設(shè)備和儀表極易受到侵蝕［1］。以下筆者對此進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1.1主要影響因素

鹽霧因素——電氣設(shè)備在這種高濃度高濕度的鹽霧下外表的絕緣組織容易受到侵蝕，導(dǎo)致漏電等情況的出現(xiàn)，如果設(shè)備維護(hù)人員不能及時發(fā)現(xiàn)很可能導(dǎo)致人員的觸電，造成經(jīng)濟(jì)和人員上的雙重?fù)p失。如果不能做好相應(yīng)的安全防護(hù)工作，人員將處于不安之中工作的效率也很難得到保證。

油霧因素——海洋石油平臺工程建設(shè)的地區(qū)油氣含量一定是較為豐富這就導(dǎo)致空氣中的油霧含量也會比較高，這些油氣一般具有可燃性，平臺內(nèi)部如果溫度超過界限或者是有明火的出現(xiàn)將極其容易導(dǎo)致失火以及爆炸等安全事故。電氣系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地以及設(shè)備的安全接地也是保證系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵所在，但是如果同路的定位出現(xiàn)差錯將極有可能出現(xiàn)報警設(shè)備失靈或者是故障排除系統(tǒng)的反應(yīng)錯誤，導(dǎo)致安全事故的出現(xiàn)。

人為因素——人是海洋石油開采的主體，也是各種電氣設(shè)備和儀表的直接操控者，而在實(shí)際的開采過程中極易出現(xiàn)技術(shù)人員不按既定的流程和標(biāo)準(zhǔn)操作儀表和設(shè)備的情況，電氣設(shè)備的故障由此產(chǎn)生。除此之外安全事故是由于設(shè)計和安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)了差別，設(shè)備的本身就存在安全漏洞或者是未能選擇最為恰當(dāng)?shù)陌踩辣姎庠O(shè)備也是安全事故出現(xiàn)的主要原因。

1.2先進(jìn)的防衛(wèi)及防護(hù)措施

海洋石油平臺所用電器設(shè)備和儀表由于環(huán)境的復(fù)雜性和惡劣性更容易出現(xiàn)短路、爆炸等問題。對設(shè)備和儀表的防護(hù)主要從短路保護(hù)、漏電保護(hù)、接地和接零保護(hù)幾個方面來進(jìn)行。熔斷器是防短路的重要保護(hù)手段，當(dāng)被保護(hù)的電路出現(xiàn)短路等異常時熔體過熱熔化，電路切斷，起到保護(hù)設(shè)備的作用。此外海洋石油平臺還要注重帶漏電保護(hù)的空氣開關(guān)的選擇。零線具有保護(hù)電壓系統(tǒng)穩(wěn)定的作用，因而保護(hù)零線也是對電氣設(shè)備進(jìn)行防護(hù)的有效措施。

通過對外界環(huán)境的控制也可以來達(dá)到設(shè)備和儀表的防護(hù)目的，包括火源的控制和消除、危險物料的控制、工藝參數(shù)的控制以及自動控制和安全保護(hù)裝置的應(yīng)用等方面。設(shè)備和儀表應(yīng)盡可能避免油霧和鹽霧等的侵蝕，當(dāng)必須置于惡劣環(huán)境下是要注意做好隔離措施，即隔絕外部的易燃易爆或者腐蝕性氣體。此外要嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝參數(shù)，包括溫度、濕度、氣體含量等等。隨著數(shù)字和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展目前也出現(xiàn)高清視頻設(shè)備防護(hù)設(shè)備等自動控制的保護(hù)裝置［2］。

2　海洋石油鉆井平臺防爆設(shè)備管理目標(biāo)及危險區(qū)域的劃分

2.1海洋石油鉆井平臺防爆設(shè)備管理目標(biāo)

首先，做到及時、全面的維護(hù)保養(yǎng)。由于受到海洋石油鉆井工作特殊性質(zhì)的要求，必須確保所有的電氣設(shè)備和儀表都能正常使用，所以要求在使用過程中必須及時填寫記錄，同時還要定期對其進(jìn)行檢修，確保所有的設(shè)備和儀表都處于正常狀態(tài)下；其次，快速追查事故原因。必須制定出健全的管理體系，能夠及時有效的查找設(shè)備和儀表出現(xiàn)的故障原因。例如，位置和參數(shù)、維護(hù)保養(yǎng)記錄等相關(guān)資料，以便快速地分析故障原因，并為制定預(yù)防措施提供依據(jù)。

2.2危險區(qū)域劃分

在海洋石油平臺的不同的區(qū)域爆炸性氣體的含量以及存在的時間是存在差別的，按IEC觀點(diǎn)可以將其分為零類、一類和二類三個區(qū)域，其中零類區(qū)域的危險性最高，爆炸性氣體的濃度較高且存在的時間較長。一類區(qū)域與零類區(qū)域相比爆炸性氣體和空氣混合氣體存在的可能性較低，在正常工作狀態(tài)下比較容易出現(xiàn)和產(chǎn)生。而二類區(qū)域則不太可能有爆炸性以及空氣混合氣體的出現(xiàn)，安全性也最高［3］。（1）二類危險區(qū)域。一般來說二類危險區(qū)域已經(jīng)較為安全。井口油氣源為中心的周圍5m以外的區(qū)域、油氣處理存儲設(shè)備運(yùn)輸和存儲的場所、可能有油氣泄漏的無通風(fēng)口的場所、儲油罐分離器等3m以內(nèi)的空間等等，以及與上述環(huán)境類似的場所均可歸屬為二類危險區(qū)域。（2）一類危險區(qū)域。該類區(qū)域爆炸出現(xiàn)的可能性較之零類區(qū)域有所降低。主要包括一些采油裝置或者是儲油裝置所在的封閉區(qū)域、與這些封閉區(qū)域相連的其他的場所、封閉區(qū)域的通風(fēng)口以及接近的區(qū)域、與零類危險區(qū)域想鄰近的半封閉區(qū)域或者是完全封閉區(qū)域等，以及與上述相似的區(qū)域均可以歸屬為一類危險區(qū)域。（3）零類危險區(qū)域。包括石油、天然氣開采區(qū)域和存儲區(qū)域兩大部分。石油鉆井的整個區(qū)域以及石油天然氣的存儲封閉貨艙、爆炸性氣體易于長期存在的管道、儲油罐和儲氣罐、分離器等爆炸性氣體易于長期存在的環(huán)境或者是上述相似的區(qū)域都可以歸類為零類危險區(qū)域。

3　合理選擇爆炸性氣體環(huán)境下的電氣設(shè)備和儀表的有效措施

3.1針對不同情況，科學(xué)選擇安裝方式

首先在有爆炸危險發(fā)生可能性的區(qū)域必須要按照相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防爆電氣設(shè)備的安裝和使用，這些區(qū)域的電纜、電氣設(shè)備、插座的安全性應(yīng)當(dāng)給予提高。對于一些功能性較強(qiáng)影響較大的電氣設(shè)備即使是安裝在安全區(qū)域也應(yīng)當(dāng)選用具有防爆性質(zhì)的產(chǎn)品，提高整個海洋石油平臺的安全性。此外就是插座等的設(shè)計和安裝，要盡可能選取安全系數(shù)較高的帶開關(guān)的組合插座，且應(yīng)做到開關(guān)連鎖，插座接通后一旦插入的插頭拔出后，可以及時地將電路所有極或相進(jìn)行分?jǐn)?。如果插座安裝的區(qū)域的危險性較高則電器設(shè)備的防爆性能和安全性也應(yīng)相應(yīng)提高，極或相在電源開關(guān)和保護(hù)裝置的作用下可以全部切斷。一些對環(huán)境要求較高的電氣設(shè)備例如發(fā)射天線等的安裝應(yīng)遠(yuǎn)離易爆易燃?xì)怏w濃度較高的區(qū)域。防爆燈具的安裝極為關(guān)鍵，因?yàn)闊艟弑旧肀ǖ目赡苄暂^之其他設(shè)備就比較高，因而不需要照明的區(qū)域應(yīng)盡可能避免燈具的安裝，必須進(jìn)行照明的區(qū)域要選擇分路供電的防爆燈具，也就是當(dāng)一個路線出現(xiàn)故障或者是進(jìn)行檢修時另一個分路仍可正常報警。

3.2根據(jù)區(qū)域不同，合理選擇防爆儀器和設(shè)備

氣體點(diǎn)燃能量是本質(zhì)安全電路分組的主要依據(jù)。海洋石油平臺需要應(yīng)用大量的電氣設(shè)備和儀表，這些儀表所采用的本質(zhì)電路也千差萬別，而一些安全性較高的本質(zhì)電路則可以直接用于零類危險區(qū)域，本質(zhì)安全電路儀表系統(tǒng)在陸地油氣開采中也有應(yīng)用。還有些海洋石油平臺的儀表是通過外部防爆外殼的加護(hù)提高其防爆性能的，此外還有些將儀表浸入石油中的防爆方式，對于儀表的指示器和記錄器等則可以通過充氣的形式進(jìn)行防爆?；蛘呖梢灾苯硬捎梅辣阅茌^高的液壓式或者是氣動式的儀表［4］。目前海洋石油平臺應(yīng)用最多的是隔爆型儀表，也有一些危險系數(shù)較低的區(qū)域選用正壓防爆型或者是增安防爆型儀表。在進(jìn)行儀表設(shè)備等的選擇時安全是第一要義，但是同時需要兼具經(jīng)濟(jì)性，一般來說需要選擇成本較低且安全性較高的方案，報警、應(yīng)急等室外的裝置要盡可能選用防爆型較高的。生活區(qū)與工作區(qū)相比其安全性較高，但是在通風(fēng)口以及空調(diào)的進(jìn)出口和動力供風(fēng)裝置等處仍然需要充分考慮到易燃易爆氣體的影響，需要安裝相應(yīng)的氣體成分監(jiān)測儀器和報警裝置。

3.3防爆電器設(shè)備選型匹配

防爆電氣設(shè)備主要有隔爆型、增安型、正壓防爆型、本質(zhì)安全型、防爆充油型、防爆充砂型、防爆安全型以及組合型集中形式［5］，這些電氣設(shè)備在海洋石油平臺中或多或少都有應(yīng)用，從而大大提高海洋石油開采的安全性。表1為海洋石油平臺常用防爆電器設(shè)備和標(biāo)志。

隔爆型也就是將爆炸性氣體以及其爆炸封閉在一個區(qū)域內(nèi)，并在這個區(qū)域外部加以隔絕，起到對外部隔爆的效果。增安型從其字面來了解就是增加其安全性，也就是通過一些措施的采取避免明火或者是高溫的出現(xiàn)，爆炸的必要條件無法形成，爆炸也就無法產(chǎn)生。正壓型也就是通過充氣、通風(fēng)等所示將外殼內(nèi)部保持在一個壓力范圍內(nèi)，避免爆炸性氣體的涌入。本質(zhì)安全型是針對電路而言的，即無論是在正常還是故障條件下爆炸所需要的明火以及高溫條件都不會出現(xiàn)。防爆充油以及防爆充砂都是將設(shè)備埋在其他物質(zhì)中，從而避免爆炸影響到設(shè)備。防爆安全型也就是說設(shè)備在運(yùn)行中殼內(nèi)殼外的設(shè)備及零件的溫度都不超過界限值且不產(chǎn)生火花，對殼外防爆條件的控制是其區(qū)別于隔爆型的主要特征。組合型也就是將上述的防爆方式進(jìn)行不同的組合從而得到防爆的效果。

表1　防爆電器設(shè)備和標(biāo)志

4　結(jié)束語

綜上所述，石油開采對于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展具有至關(guān)重要的影響，保證開采的效率和開采的安全性也是目前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。海洋石油平臺系統(tǒng)較為復(fù)雜，需要用到大量的電氣設(shè)備和儀表，而其中存在的爆炸安全隱患也較多，因而技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的設(shè)備和儀表特點(diǎn)選擇恰當(dāng)?shù)姆辣姎庠O(shè)備和防爆措施。在海洋石油平臺電力系統(tǒng)設(shè)計時就應(yīng)當(dāng)充分考慮到其可能出現(xiàn)的爆炸情況，嚴(yán)格按照國家相關(guān)行業(yè)規(guī)范進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計和防爆電氣設(shè)備的選擇，降低爆炸發(fā)生的概率，保證平臺本身的安全性和工作人員的生命健康安全。

［1］黃樹寶.海洋石油平臺管線支架典型問題分析［J］ - 石油化工設(shè)備，2014（03）.

［2］梁羽.海洋石油平臺腐蝕特點(diǎn)分析及涂料涂裝工藝應(yīng)用［J］ - 化學(xué)工程師，2013（05）.

［3］劉欣.海洋石油平臺火炬輻射及水幕隔熱特征分析［J］ - 天津大學(xué)學(xué)報，2014（09）.

［4］王興宇.關(guān)于海洋石油平臺防爆電氣設(shè)計的若干思考［期刊論文］-化工管理，2013（14）.

［5］李長偉.海洋石油平臺防爆電氣設(shè)備設(shè)計淺析［期刊論文］-城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（28）.

Explosion Protection of Electrical Equipments and Instruments on Offshore Oil Platform

Yubing Yang， Wei Liang
（CNOOC energy development equipment Technology Co.， Ltd.，Bohai Engineering and Technical Service Center，Tianjin， 300452， China）

In the development of offshore oil platform， normal and stable operation of electrical equipment and instruments are very important. Offshore oil platform power network has been introduced in this paper， specially generator， power transformer， the main switchboard， different grades of board and equipment， such as electric equipment.This paper analyzed theoretical basis of ensureing all equipment and instrument and the explosion-proof， in other to explosion-proof problems，combining with the different zoning， distinctived electrical equipment was studied. Hopeing this article can provide some reference for the development of offshore oil electric network.

Offshore Oil Platform； Electrical Equipment and Instrument； Explosion Proof

楊玉冰（1984-），男，漢族本科，中級職稱，現(xiàn)任電氣工程師。研究方向：電氣工程及其自動化 。

TE951

A

2095-8412 （2016） 03-363-04