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加氫站防爆電氣安全設(shè)計(jì)探討

文檔作者：劉哲李冬文檔來(lái)源：中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月11日
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Evaluation Only. Created with Aspose電氣防爆2-20198月第4期
加氫站防爆電氣安全設(shè)計(jì)探討
劉哲,李冬
(中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司,天津300131)
[關(guān)鍵詞]加氫站;防爆電氣;危險(xiǎn)區(qū)域;設(shè)計(jì)
[摘要]依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,探討論述了加氫站的危險(xiǎn)區(qū)域劃分和電力裝置設(shè)計(jì)。
[中圖分類(lèi)號(hào)]U469.7[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A文章編號(hào)]1004-9118(2019)04-0014-04
do:10.14023/j.cnki.dqfb.2019.04.005
 Safety Design of Explosion Protected Electrical Equipment for Hydrogen Fuelling Station
 Liu Zhe, Li Dong
 (CNOOC Tianjin Chemical Research Design Institute, Tianjin 300131)
 Key words: hydrogen fuelling station explosion protected electrical equipment; hazardous area;
 design
 Abstract: It discusses the hazardous area classification of hydrogen fuelling station and the de-
 sign of electrie power device based on national laws and regulation.
0概述
氫氣三種方式。
加氫站的主要工藝流程如圖1所示:包含氣
氫能具有無(wú)污染、可持續(xù)、零排放、效率高的源、純化壓縮、計(jì)量、混合、輸送、儲(chǔ)存和加注工
優(yōu)點(diǎn),必然成為能源發(fā)展的重要方向,氫能源的發(fā)藝氣源通過(guò)上述三種方式取得,氫氣通過(guò)純化
展國(guó)外起步比較早,尤其是日本,我國(guó)在2010年系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、計(jì)量混合、輸送儲(chǔ)存到儲(chǔ)罐或者
后才相繼出臺(tái)了一些政策支持氫能源汽車(chē)及加氫氣瓶,最后進(jìn)行加注。
站的建設(shè)。
氣源純化系統(tǒng)壓縮系統(tǒng)計(jì)量系統(tǒng)
加氫站的建設(shè)是發(fā)展氫能汽車(chē)不可缺少的基
礎(chǔ)設(shè)施,也是城鎮(zhèn)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)容。加注系統(tǒng)儲(chǔ)存系統(tǒng)輸送工藝混合工藝
2019年6月5日,全球規(guī)模最大、等級(jí)最高的氫
燃料電池汽車(chē)加氫站在上?；^(qū)正式落成。該
圖1加氫站工藝流程
加氫站的建設(shè)標(biāo)志著我國(guó)加氫站的建設(shè)進(jìn)入快速
加氫站主要設(shè)備有質(zhì)量、計(jì)量裝置,壓縮機(jī),
發(fā)展期。
氫氣儲(chǔ)存設(shè)備,加氫機(jī),氫氣管道及附件。
1加氫站工藝及設(shè)施
質(zhì)量、計(jì)量裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)站氫氣符合國(guó)家
標(biāo)準(zhǔn)和汽車(chē)燃料電池氫源標(biāo)準(zhǔn)的要求。氫氣壓縮
目前國(guó)內(nèi)外已建成的加氫站氣源主要有長(zhǎng)管機(jī)用來(lái)實(shí)現(xiàn)氫氣存儲(chǔ)及加注參數(shù)的要求。氫氣儲(chǔ)
拖車(chē)運(yùn)輸提供高壓氣態(tài)氫,加氫站自備水電解制存設(shè)備用來(lái)儲(chǔ)存氫氣,宜選用專(zhuān)用固定式儲(chǔ)氫罐
氫2或變壓吸附法提純氫氣3和氫氣管道輸送或氫氣儲(chǔ)氣瓶組。加氫機(jī)用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)加注。
[收稿日期]2019-04-28
基金項(xiàng)目]天津市科技重大專(zhuān)項(xiàng)與工程計(jì)劃項(xiàng)目:編號(hào):17 7ZXFWGX0030
[作者簡(jiǎn)介]劉哲(1987),女,注冊(cè)電氣工程師,程師,主要從事電氣設(shè)計(jì)工作。
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 Evaluation Only Created with Aspo研發(fā)與設(shè)200防爆電氣婆全設(shè)計(jì)探討
2加氫站危險(xiǎn)區(qū)域劃分
圖4所示:
爆炸性氣體環(huán)境根據(jù)爆炸性氣體/蒸氣混合
物出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間把危險(xiǎn)區(qū)域分為0區(qū)、1
區(qū)、2區(qū)。根據(jù)氣體/蒸氣的最大試驗(yàn)安全間隙
MESG和最小點(diǎn)燃電流比MICR把爆炸性氣體的
□區(qū)
級(jí)別分為ⅡA、ⅡB、ⅡC。加氫站爆炸性氣體主要
區(qū)
4500
為氫氣,氫氣的主要特性如表1所示。
加氫機(jī)
圖2加氫機(jī)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分
表氣特性參數(shù)
分子式
 H2
級(jí)別
C
4500
4500
組別
 TI
密度
0.0898kg/m3
儲(chǔ)氣瓶組
2區(qū)
最小點(diǎn)火能
0.19mJ
區(qū)
熄火距離
0.60mm
著火溫度
574℃
KG值
590(105Pa·m/s)
50050
爆炸極限(體積比)
4.0%~77.0%
燃燒溫度
2483K
儲(chǔ)氣瓶組
氫氣極易擴(kuò)散,宜泄露,由于密度比空氣小,
圖3儲(chǔ)氣瓶組爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分
一旦發(fā)生泄露,會(huì)往上擴(kuò)散。加氫站危險(xiǎn)區(qū)域劃
分主要依據(jù)GB50058《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)
計(jì)規(guī)范》和《)GB505I620I0《)《加氫站技術(shù)規(guī)范》相
氫氣放散管
關(guān)規(guī)定進(jìn)行劃分。
2.1加氫機(jī)危險(xiǎn)區(qū)域劃分
45004500
加氫機(jī)內(nèi)氫氣管道接口的地方可能發(fā)生泄
露,以此作為釋放源進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域劃分,考慮到加
口2區(qū)
區(qū)
氫機(jī)內(nèi)部空間相對(duì)密閉,故將加氫機(jī)內(nèi)部劃分為
1區(qū),氫氣較宜向上擴(kuò)散,故將加氫機(jī)外輪廓以
4.5m為半徑的區(qū)域以及頂部以上4.5m為頂面
的圓臺(tái)形空間化為2區(qū)。如圖2所示。
2.2儲(chǔ)氫裝置危險(xiǎn)區(qū)域劃分
4500
儲(chǔ)氫裝置內(nèi)部氫氣一直存在,接口部分氫氣
泄露的可能性較大,故將裝置輪廓線以?xún)?nèi)劃分為
圖4儲(chǔ)氫罐爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分
1區(qū),管路接頭作為釋放源,以設(shè)備外輪廓線為界2.3壓縮機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)域劃分
面,以4.5m為半徑的地面區(qū)域劃分為2區(qū),以放
壓縮機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)備集中,管道較多,空間相對(duì)
空管管口為釋放源,以半徑為4.5m的范圍為2密封,內(nèi)部區(qū)域劃分為1區(qū),以壓縮機(jī)房的門(mén)窗邊
區(qū),管口向上7.5m的空間區(qū)域?yàn)?區(qū)。如圖3沿作為氫氣擴(kuò)散的區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)4.5m半徑范圍
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 Evaluation Only Created with AsposeP電氣爆2-20198月第4期
劃分為2區(qū),壓縮機(jī)房實(shí)體墻部分由于氫氣無(wú)法
擴(kuò)散故外側(cè)為安全區(qū)。放空管部分以放空管管口
表2加氫站爆炸危險(xiǎn)區(qū)域防爆電氣設(shè)備選擇表
為釋放源,以半徑為4.5m的范圍為2區(qū),管口向區(qū)域險(xiǎn)區(qū)域電氣設(shè)備防爆型式防爆標(biāo)志
爆炸危
上7.5m的空間區(qū)域?yàn)?區(qū)。如圖5所示:
號(hào)
本質(zhì)安全型(ia級(jí))Exia
氫氣壓縮機(jī)房門(mén)
澆封型(ma級(jí))Exma
為0區(qū)、1區(qū)設(shè)計(jì)的特殊型Ex
氫氣壓縮機(jī)房
4
本質(zhì)安全型(ib級(jí))Exib
加氫機(jī)內(nèi)部
口2區(qū)
□區(qū)
儲(chǔ)氫裝置內(nèi)部
澆封型(mb級(jí))Exmb
壓縮機(jī)房?jī)?nèi)部1區(qū)
撬裝壓縮機(jī)
隔爆型
 Exd
內(nèi)部
增安型
 Exe
氫氣壓縮機(jī)窗戶(hù)
正壓外殼型Expx、Expy
圖5壓縮機(jī)房爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分
油浸型
 Exo
2.4撬裝式氫氣壓縮機(jī)組爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分
充砂型
 Exq
撬裝式氫氣壓縮機(jī)參照壓縮機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)域劃
適用于1區(qū)的防爆型式
分,空間內(nèi)部劃分為1區(qū),以壓縮機(jī)機(jī)組外輪廓線
作為氫氣擴(kuò)散的區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn),4.5m半徑范圍
n型
 Ex nA.Ex nC.
Exn、exnl
劃分為2區(qū),如圖6所示:
2裝置外圍區(qū)域2區(qū)
正壓外殼型Expz
本質(zhì)安全型(ic級(jí))Exic
撬裝式壓縮機(jī)組
澆封型(mc級(jí))Exm
為2區(qū)設(shè)計(jì)的特殊型Exs*
在加氫站防爆電氣設(shè)備選擇中,隔爆型是最
口2區(qū)
常見(jiàn)的防爆型式,站內(nèi)使用的防爆接線箱、防爆接
區(qū)
4500
4500
線盒、防爆配電箱均為隔爆型。需要特別說(shuō)明的
圖6撬裝式壓縮機(jī)組爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分
是隔爆型ⅡC級(jí)設(shè)備在采購(gòu)驗(yàn)收過(guò)程中要關(guān)注設(shè)
備的結(jié)構(gòu),在氫氣環(huán)境中隔爆型設(shè)備不允許用平
3加氫站防爆電力裝置設(shè)計(jì)
面結(jié)構(gòu)。
3.2防爆電氣設(shè)備的安裝
加氫站內(nèi)主要用電設(shè)備為壓縮機(jī)、加氫機(jī)、計(jì)
防爆電氣設(shè)備在正確的設(shè)計(jì)選型后,正確的
量設(shè)備、安全檢測(cè)設(shè)備等。由于加氫站內(nèi)主要用安裝是保障設(shè)備性能發(fā)揮的基礎(chǔ)。防爆電氣設(shè)備
電設(shè)備均安裝在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所,供電系統(tǒng)須采用的安裝可依據(jù)GB/T3836.152017《爆炸性環(huán)境
TN-S型41?？紤]到加氫站與加油站、加氣站一第15部分:電氣裝置的設(shè)計(jì)選型和安裝》進(jìn)行,
樣均采用自動(dòng)控制,數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)量系統(tǒng)需加裝不需要特別注意以下幾點(diǎn):
間斷電源。
(1)加氫機(jī)不得安裝在室內(nèi)。
3.1防爆電氣設(shè)備的選擇
(2)加氫島頂部防爆燈具的線路需采用電纜
加氫站爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)防爆設(shè)備不得低于Ⅱ配線方式。
C級(jí)別T1溫度組別。加氫機(jī)內(nèi)部、儲(chǔ)存裝置內(nèi)
(3)壓縮機(jī)房?jī)?nèi)安裝的防爆燈具應(yīng)安裝在較
部、壓縮機(jī)內(nèi)部均為爆炸性氣體環(huán)境1區(qū),其他區(qū)低處,不得安裝在可燃?xì)怏w釋放源的正前方。
域?yàn)?區(qū)。設(shè)備的選擇可參照表2。
(4)鎧裝電纜引入防爆設(shè)備時(shí)須采用帶鎧裝
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 Evaluation Only Created with Asp與設(shè)200防爆電氣全設(shè)計(jì)探討
的電纜密封接頭。
(4)當(dāng)采用電力電纜溝敷設(shè)電纜時(shí),溝內(nèi)應(yīng)
(5)防爆設(shè)備引入口結(jié)構(gòu)如設(shè)計(jì)為密封結(jié)充沙填實(shí)。
構(gòu),則須用設(shè)備自帶的密封裝置進(jìn)行安裝,如引入
(5)電纜不得與油品管道、氫氣管道、天然氣
口處設(shè)計(jì)為防爆結(jié)構(gòu),則可配接適用規(guī)格的引入管道熱力管道敷設(shè)在同一地溝內(nèi)。
裝置。
(6)1區(qū)內(nèi)電纜線路嚴(yán)禁有中間接頭。
(6)加氫站防爆設(shè)備引入口的安裝需符合圖
8所示要求。若電纜引入裝置符合GB3836.2-4小結(jié)
2010的要求,并且用特定電纜試樣進(jìn)行試驗(yàn),在
隨著氫能的發(fā)展,加氫站的建設(shè)必將迎來(lái)高
外殼內(nèi)多次點(diǎn)燃可燃性氣體,在外殼外部沒(méi)有出峰期,氫氣作為爆炸危險(xiǎn)性最高的氣體,加氫站的
現(xiàn)點(diǎn)燃,則不必符合圖7要求。
防爆設(shè)計(jì)至關(guān)重要,應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)法律法
開(kāi)始
規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
使用合
該外殼內(nèi)是否適的
參考文獻(xiàn)
否有內(nèi)部點(diǎn)
[1]張志蕓,張國(guó)強(qiáng),劉艷秋,等我國(guó)加氫站建設(shè)現(xiàn)狀與
燃源?
封圈式
隔爆型
引裝
前景[J].節(jié)能,2018,429(6):16-19.
引入裝
置
[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)
置應(yīng)裝
填料密
家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).水電解制氫系統(tǒng)技術(shù)要求:
封各根是危險(xiǎn)區(qū)域是香
芯線或
要求IIC設(shè)備?
GB/T197742005[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,
其他等
2015:11
效密封
措施
[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)
家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),變壓吸附提純氫系統(tǒng)技術(shù)要
圖7防爆設(shè)備電纜引入口安裝圖
求:GB/T197732005[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,
3.3電氣線路設(shè)計(jì)
2005:11
(1)加氫站防爆設(shè)備用可選用熱塑護(hù)套電[4]國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備
纜、熱固護(hù)套電纜、合成橡膠護(hù)套電纜或礦物絕緣
第15部分:危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣安裝(煤礦除外):GB3836.
152000[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001:6
金屬護(hù)套電纜6-71,點(diǎn)燃的阻燃性能應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)
[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)
規(guī)范的要求。
家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)爆炸性環(huán)境第2部分:由隔爆
(2)1區(qū)內(nèi)單相網(wǎng)絡(luò)中的相線及中性線均應(yīng)
外殼“d”保護(hù)的設(shè)備:GB3836.2—2010[S].北京:中
裝設(shè)短路保護(hù),并采取適當(dāng)開(kāi)關(guān)同時(shí)斷開(kāi)相線和
國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011:8.
中性線,對(duì)3~10KV電纜線路宜裝設(shè)零序電流保[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中華人
護(hù),在1區(qū)保護(hù)裝置宜動(dòng)作于跳閘。
民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局爆炸和火災(zāi)危
(3)加氫站電纜布線宜采用電纜直埋敷設(shè),
險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范:GB500582014[S]北
當(dāng)電纜穿越行車(chē)道等場(chǎng)所時(shí),應(yīng)穿鋼管保護(hù),在爆
京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014:10.
炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)敷設(shè)的電纜應(yīng)做好隔離密封措施。[7]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣防爆安全
尤其是壓縮機(jī)房與控制室之間的電纜需按照規(guī)范
規(guī)范:AQ30092007[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,
2008:1.
要求進(jìn)行隔離。
17

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