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加氫站防爆電氣安全設計探討

文檔作者：劉哲李冬文檔來源：中海油天津化工研究設計院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 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計探討
劉哲,李冬
(中海油天津化工研究設計院有限公司,天津300131)
[關(guān)鍵詞]加氫站;防爆電氣;危險區(qū)域;設計
[摘要]依據(jù)國家相關(guān)標準規(guī)定,探討論述了加氫站的危險區(qū)域劃分和電力裝置設計。
[中圖分類號]U469.7[文獻標識碼]A文章編號]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
氫能具有無污染、可持續(xù)、零排放、效率高的源、純化壓縮、計量、混合、輸送、儲存和加注工
優(yōu)點,必然成為能源發(fā)展的重要方向,氫能源的發(fā)藝氣源通過上述三種方式取得,氫氣通過純化
展國外起步比較早,尤其是日本,我國在2010年系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、計量混合、輸送儲存到儲罐或者
后才相繼出臺了一些政策支持氫能源汽車及加氫氣瓶,最后進行加注。
站的建設。
氣源純化系統(tǒng)壓縮系統(tǒng)計量系統(tǒng)
加氫站的建設是發(fā)展氫能汽車不可缺少的基
礎(chǔ)設施,也是城鎮(zhèn)建設的重要基礎(chǔ)設施內(nèi)容。加注系統(tǒng)儲存系統(tǒng)輸送工藝混合工藝
2019年6月5日,全球規(guī)模最大、等級最高的氫
燃料電池汽車加氫站在上?；^(qū)正式落成。該
圖1加氫站工藝流程
加氫站的建設標志著我國加氫站的建設進入快速
加氫站主要設備有質(zhì)量、計量裝置,壓縮機,
發(fā)展期。
氫氣儲存設備,加氫機,氫氣管道及附件。
1加氫站工藝及設施
質(zhì)量、計量裝置用來實現(xiàn)進站氫氣符合國家
標準和汽車燃料電池氫源標準的要求。氫氣壓縮
目前國內(nèi)外已建成的加氫站氣源主要有長管機用來實現(xiàn)氫氣存儲及加注參數(shù)的要求。氫氣儲
拖車運輸提供高壓氣態(tài)氫,加氫站自備水電解制存設備用來儲存氫氣,宜選用專用固定式儲氫罐
氫2或變壓吸附法提純氫氣3和氫氣管道輸送或氫氣儲氣瓶組。加氫機用來實現(xiàn)對汽車加注。
[收稿日期]2019-04-28
基金項目]天津市科技重大專項與工程計劃項目:編號:17 7ZXFWGX0030
[作者簡介]劉哲(1987),女,注冊電氣工程師,程師,主要從事電氣設計工作。
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 Evaluation Only Created with Aspo研發(fā)與設200防爆電氣婆全設計探討
2加氫站危險區(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)時間把危險區(qū)域分為0區(qū)、1
區(qū)、2區(qū)。根據(jù)氣體/蒸氣的最大試驗安全間隙
MESG和最小點燃電流比MICR把爆炸性氣體的
□區(qū)
級別分為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
圖2加氫機爆炸危險區(qū)域劃分
表氣特性參數(shù)
分子式
 H2
級別
C
4500
4500
組別
 TI
密度
0.0898kg/m3
儲氣瓶組
2區(qū)
最小點火能
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
儲氣瓶組
氫氣極易擴散,宜泄露,由于密度比空氣小,
圖3儲氣瓶組爆炸危險區(qū)域劃分
一旦發(fā)生泄露,會往上擴散。加氫站危險區(qū)域劃
分主要依據(jù)GB50058《爆炸危險環(huán)境電力裝置設
計規(guī)范》和《)GB505I620I0《)《加氫站技術(shù)規(guī)范》相
氫氣放散管
關(guān)規(guī)定進行劃分。
2.1加氫機危險區(qū)域劃分
45004500
加氫機內(nèi)氫氣管道接口的地方可能發(fā)生泄
露,以此作為釋放源進行危險區(qū)域劃分,考慮到加
口2區(qū)
區(qū)
氫機內(nèi)部空間相對密閉,故將加氫機內(nèi)部劃分為
1區(qū),氫氣較宜向上擴散,故將加氫機外輪廓以
4.5m為半徑的區(qū)域以及頂部以上4.5m為頂面
的圓臺形空間化為2區(qū)。如圖2所示。
2.2儲氫裝置危險區(qū)域劃分
4500
儲氫裝置內(nèi)部氫氣一直存在,接口部分氫氣
泄露的可能性較大,故將裝置輪廓線以內(nèi)劃分為
圖4儲氫罐爆炸危險區(qū)域劃分
1區(qū),管路接頭作為釋放源,以設備外輪廓線為界2.3壓縮機房危險區(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
壓縮機房內(nèi)部設備集中,管道較多,空間相對
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),以壓縮機房的門窗邊
區(qū),管口向上7.5m的空間區(qū)域為2區(qū)。如圖3沿作為氫氣擴散的區(qū)域為基準點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),壓縮機房實體墻部分由于氫氣無法
擴散故外側(cè)為安全區(qū)。放空管部分以放空管管口
表2加氫站爆炸危險區(qū)域防爆電氣設備選擇表
為釋放源,以半徑為4.5m的范圍為2區(qū),管口向區(qū)域險區(qū)域電氣設備防爆型式防爆標志
爆炸危
上7.5m的空間區(qū)域為2區(qū)。如圖5所示:
號
本質(zhì)安全型(ia級)Exia
氫氣壓縮機房門
澆封型(ma級)Exma
為0區(qū)、1區(qū)設計的特殊型Ex
氫氣壓縮機房
4
本質(zhì)安全型(ib級)Exib
加氫機內(nèi)部
口2區(qū)
□區(qū)
儲氫裝置內(nèi)部
澆封型(mb級)Exmb
壓縮機房內(nèi)部1區(qū)
撬裝壓縮機
隔爆型
 Exd
內(nèi)部
增安型
 Exe
氫氣壓縮機窗戶
正壓外殼型Expx、Expy
圖5壓縮機房爆炸危險區(qū)域劃分
油浸型
 Exo
2.4撬裝式氫氣壓縮機組爆炸危險區(qū)域劃分
充砂型
 Exq
撬裝式氫氣壓縮機參照壓縮機房危險區(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),以壓縮機機組外輪廓線
作為氫氣擴散的區(qū)域為基準點,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)Exic
撬裝式壓縮機組
澆封型(mc級)Exm
為2區(qū)設計的特殊型Exs*
在加氫站防爆電氣設備選擇中,隔爆型是最
口2區(qū)
常見的防爆型式,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。需要特別說明的
圖6撬裝式壓縮機組爆炸危險區(qū)域劃分
是隔爆型ⅡC級設備在采購驗收過程中要關(guān)注設
備的結(jié)構(gòu),在氫氣環(huán)境中隔爆型設備不允許用平
3加氫站防爆電力裝置設計
面結(jié)構(gòu)。
3.2防爆電氣設備的安裝
加氫站內(nèi)主要用電設備為壓縮機、加氫機、計
防爆電氣設備在正確的設計選型后,正確的
量設備、安全檢測設備等。由于加氫站內(nèi)主要用安裝是保障設備性能發(fā)揮的基礎(chǔ)。防爆電氣設備
電設備均安裝在爆炸危險場所,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:電氣裝置的設計選型和安裝》進行,
樣均采用自動控制,數(shù)據(jù)傳輸、計量系統(tǒng)需加裝不需要特別注意以下幾點:
間斷電源。
(1)加氫機不得安裝在室內(nèi)。
3.1防爆電氣設備的選擇
(2)加氫島頂部防爆燈具的線路需采用電纜
加氫站爆炸危險區(qū)域內(nèi)防爆設備不得低于Ⅱ配線方式。
C級別T1溫度組別。加氫機內(nèi)部、儲存裝置內(nèi)
(3)壓縮機房內(nèi)安裝的防爆燈具應安裝在較
部、壓縮機內(nèi)部均為爆炸性氣體環(huán)境1區(qū),其他區(qū)低處,不得安裝在可燃氣體釋放源的正前方。
域為2區(qū)。設備的選擇可參照表2。
(4)鎧裝電纜引入防爆設備時須采用帶鎧裝
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 Evaluation Only Created with Asp與設200防爆電氣全設計探討
的電纜密封接頭。
(4)當采用電力電纜溝敷設電纜時,溝內(nèi)應
(5)防爆設備引入口結(jié)構(gòu)如設計為密封結(jié)充沙填實。
構(gòu),則須用設備自帶的密封裝置進行安裝,如引入
(5)電纜不得與油品管道、氫氣管道、天然氣
口處設計為防爆結(jié)構(gòu),則可配接適用規(guī)格的引入管道熱力管道敷設在同一地溝內(nèi)。
裝置。
(6)1區(qū)內(nèi)電纜線路嚴禁有中間接頭。
(6)加氫站防爆設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行試驗,在
隨著氫能的發(fā)展,加氫站的建設必將迎來高
外殼內(nèi)多次點燃可燃性氣體,在外殼外部沒有出峰期,氫氣作為爆炸危險性最高的氣體,加氫站的
現(xiàn)點燃,則不必符合圖7要求。
防爆設計至關(guān)重要,應嚴格按照國家相關(guān)法律法
開始
規(guī)進行設計。
使用合
該外殼內(nèi)是否適的
參考文獻
否有內(nèi)部點
[1]張志蕓,張國強,劉艷秋,等我國加氫站建設現(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]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國
置應裝
填料密
家標準化管理委員會.水電解制氫系統(tǒng)技術(shù)要求:
封各根是危險區(qū)域是香
芯線或
要求IIC設備?
GB/T197742005[S].北京:中國標準出版社,
其他等
2015:11
效密封
措施
[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國
家標準化管理委員會,變壓吸附提純氫系統(tǒng)技術(shù)要
圖7防爆設備電纜引入口安裝圖
求:GB/T197732005[S].北京:中國標準出版社,
3.3電氣線路設計
2005:11
(1)加氫站防爆設備用可選用熱塑護套電[4]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備
纜、熱固護套電纜、合成橡膠護套電纜或礦物絕緣
第15部分:危險場所電氣安裝(煤礦除外):GB3836.
152000[S].北京:中國標準出版社,2001:6
金屬護套電纜6-71,點燃的阻燃性能應符合標準
[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國
規(guī)范的要求。
家標準化管理委員會爆炸性環(huán)境第2部分:由隔爆
(2)1區(qū)內(nèi)單相網(wǎng)絡中的相線及中性線均應
外殼“d”保護的設備:GB3836.2—2010[S].北京:中
裝設短路保護,并采取適當開關(guān)同時斷開相線和
國標準出版社,2011:8.
中性線,對3~10KV電纜線路宜裝設零序電流保[6]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中華人
護,在1區(qū)保護裝置宜動作于跳閘。
民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局爆炸和火災危
(3)加氫站電纜布線宜采用電纜直埋敷設,
險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范:GB500582014[S]北
當電纜穿越行車道等場所時,應穿鋼管保護,在爆
京:中國標準出版社,2014:10.
炸危險區(qū)域內(nèi)敷設的電纜應做好隔離密封措施。[7]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局危險場所電氣防爆安全
尤其是壓縮機房與控制室之間的電纜需按照規(guī)范
規(guī)范:AQ30092007[S].北京:中國標準出版社,
2008:1.
要求進行隔離。
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