沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系下危險(xiǎn)區(qū)域劃分體系變遷研究

孫偉俊，胡月雙，寧會(huì)朋，劉思，劉鎮(zhèn)東

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島，266520)

0 引 言

沙特阿拉伯國(guó)家石油公司(以下稱(chēng)沙特阿美)是一個(gè)有多年歷史的綜合國(guó)際石油公司，隨著“一帶一路”倡議的持續(xù)推進(jìn)，越來(lái)越多的中國(guó)企業(yè)進(jìn)入沙特高端市場(chǎng)，成為沙特阿美的承包商。沙特阿美擁有龐大而完備的標(biāo)準(zhǔn)體系，在其項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中具有充分的嚴(yán)肅性和權(quán)威性，筆者在參與沙特阿美某海洋工程項(xiàng)目過(guò)程中，對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)體系中與危險(xiǎn)區(qū)域劃分相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了了解與研究，有了一些認(rèn)識(shí)，希望與國(guó)內(nèi)讀者分享，以期對(duì)更好地理解其防爆區(qū)域設(shè)計(jì)及施工要求有所裨益。

1 沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系介紹

1.1 沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與角色

沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系是由材料規(guī)范、工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)圖紙等組成的一系列文件規(guī)定。根據(jù)沙特阿美公司規(guī)定，這些標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性的，適用于所有沙特阿美工程項(xiàng)目。對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)的任何偏離，都必須直接提交至其工程主管部門(mén)，并得到設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)部門(mén)的正式批準(zhǔn)方可實(shí)施。

沙特阿美工程標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)上是基于北美標(biāo)準(zhǔn)制定的，其中NEC標(biāo)準(zhǔn)(美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)程)是其重要組成部分，對(duì)沙特阿美工程項(xiàng)目的電氣安裝有重大影響。除NEC外，其他用于電氣設(shè)備安裝的參考標(biāo)準(zhǔn)包括ANSI、 IEEE、 NEMA、 ICEA、 AEIC、 UL、 ISA等。在這些參考標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，沙特阿美制定了龐大的公司標(biāo)準(zhǔn)體系，并補(bǔ)充了這些標(biāo)準(zhǔn)中未詳細(xì)說(shuō)明的一些具體要求，在某些情況下，沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)會(huì)刪除或修改這些參考標(biāo)準(zhǔn)中的具體要求。

1.2 沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系變遷背景

供應(yīng)給沙特阿美的大多數(shù)電氣設(shè)備是根據(jù)IEC而非NEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)制造的。過(guò)去沙特阿美曾使用兩種方法來(lái)接受根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)制造的設(shè)備和材料，第一種方法是由沙特阿美工程部的工程師在個(gè)案基礎(chǔ)上對(duì)提議的設(shè)備或材料進(jìn)行評(píng)估，看看它是否為特定的應(yīng)用提供了與北美標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相同的功能和安全性。第二種方法即修改公司標(biāo)準(zhǔn)，以確定使用設(shè)備和材料的條件和要求按IEC標(biāo)準(zhǔn)制造。后者通過(guò)納入“Zone(區(qū))”爆炸危險(xiǎn)區(qū)域分類(lèi)體系幾乎消除了逐案評(píng)價(jià)的需要。

2 Zone(區(qū))和Division(類(lèi))體系對(duì)比

2.1 分類(lèi)方法

按照NEC和IEC對(duì)不同危險(xiǎn)區(qū)域的定義，Division 1大致對(duì)應(yīng)Zone 0，Division 2大致對(duì)應(yīng)Zone 1和Zone 2，但它們并不完全等同。對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 Division(類(lèi))體系與Zone(區(qū))體系對(duì)比

2.2 爆炸性氣體組別

不同環(huán)境中氣體的物理、化學(xué)性質(zhì)不同，其點(diǎn)燃、爆炸的特性也各不相同，根據(jù)氣體的最大試驗(yàn)安全間隙和最小點(diǎn)燃能量的大小，IEC將不同氣體環(huán)境劃分為不同的組別，即ⅡA、 ⅡB、 ⅡC，NEC中也對(duì)氣體環(huán)境進(jìn)行了類(lèi)似分組，兩者大致對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 氣體組別轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)表

2.3 溫度組別

通常，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于危險(xiǎn)場(chǎng)所的電氣設(shè)備都要在規(guī)定的環(huán)境溫度下確定其最高運(yùn)行溫度，并且要求在設(shè)備上標(biāo)明該值。NEC和IEC體系都采用標(biāo)志數(shù)字來(lái)代替實(shí)際上的測(cè)量溫度值。這些表明最高溫度范圍的標(biāo)志數(shù)字通常稱(chēng)為“T”值。Division(類(lèi))方法下的溫度級(jí)別分類(lèi)比較詳細(xì)，Zone(區(qū))方法簡(jiǎn)化了溫度級(jí)別的分類(lèi)，更具有實(shí)際操作性。

2.4 防爆設(shè)備的保護(hù)形式

可燃?xì)怏w燃燒爆炸需要3個(gè)條件： 可燃物、助燃物及點(diǎn)火源，只有3個(gè)條件同時(shí)存在，才有可能發(fā)生爆炸。因此，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，?個(gè)條件不同時(shí)具備即可達(dá)到防止爆炸的目的。根據(jù)電氣設(shè)備所處的區(qū)域等級(jí)、所在環(huán)境的氣體組別、溫度組別，選取對(duì)應(yīng)的設(shè)備保護(hù)形式，即可防止爆炸危險(xiǎn)性環(huán)境形成及爆炸，NEC與IEC體系中均提出了電氣設(shè)備防爆形式的劃分。

NEC體系有保護(hù)方式(protection techniques)的概念，實(shí)際上就是IEC中的防爆形式(type of protection)。NEC第500章提出了與IEC不同的防爆形式。

NEC第505章是以IEC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)制定的，其等效采用了部分IEC防爆形式，如隔爆形“d”、充油形“o”、增安形“e”、澆封形“m”、充砂形“q”等。

現(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)IEC60079-14還引入了設(shè)備保護(hù)級(jí)別(equipment protection levels，EPL)的新概念。

2.5 設(shè)備標(biāo)識(shí)

NEC和IEC體系下都要求對(duì)防爆設(shè)備的銘牌進(jìn)行標(biāo)識(shí)，但NEC體系中防爆設(shè)備的防爆標(biāo)志是將此設(shè)備能適用的危險(xiǎn)場(chǎng)所的Class/Division或是Class/Zone一同列出。示例如下：

(1) IEC體系： Exd ia IIC T4。

(2) NEC體系： IS Class I, Division 1，Group A，B，C&D T4。

除本安防爆結(jié)構(gòu)用“IS”做前置標(biāo)識(shí)外，其余防爆形式無(wú)前置標(biāo)識(shí)。

3 沙特阿美由Division(類(lèi))轉(zhuǎn)為Zone(區(qū))體系的考慮

從歷史上來(lái)看，沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系一直嚴(yán)重依賴(lài)NEC。在過(guò)去的幾十年里，沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)逐漸演變，接受了越來(lái)越多對(duì)NEC的安裝技術(shù)和設(shè)備的偏離，主要出于如下原因：

(1) 從與國(guó)際承包商和供應(yīng)商合作建造設(shè)施中獲得的經(jīng)驗(yàn)。

(2) 需要更多的耐腐蝕產(chǎn)品用于海上/近海環(huán)境。

(3) 增加本地制造的IEC產(chǎn)品的可用性。

隨著時(shí)間的推移，沙特阿美開(kāi)始對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，允許IEC和北美標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的有限混合使用。此外，該公司的材料要求，如儀表設(shè)備、開(kāi)關(guān)設(shè)備、控制設(shè)備等逐漸演變?yōu)閷?duì)基于NEC或IEC標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)均可接受。

隨著沙特阿美內(nèi)部對(duì)于Zone(區(qū))體系的應(yīng)用越來(lái)越多，越來(lái)越傾向于使用Zone(區(qū))體系進(jìn)行分區(qū)，但考慮到沙特阿美標(biāo)準(zhǔn)體系過(guò)于依賴(lài)NEC和其他北美標(biāo)準(zhǔn)，完全由Division(類(lèi))轉(zhuǎn)為Zone(區(qū))體系一度被認(rèn)為是難以實(shí)現(xiàn)的。1997年，API RP 505的發(fā)布移除了轉(zhuǎn)換過(guò)程中的大部分障礙，此后，加拿大發(fā)布的加拿大電氣規(guī)程(CEC)也納入了Zone(區(qū))體系，這與沙特阿美的想法不謀而合。1999年后期，沙特阿美公司開(kāi)始起草修訂標(biāo)準(zhǔn)，將Division(類(lèi))體系完全遷移到Zone(區(qū))體系。

4 Division(類(lèi))體系向Zone(區(qū))體系的轉(zhuǎn)換完成過(guò)程

實(shí)施這一轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)沙特阿美對(duì)其公司設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)SAES-B-068(爆炸危險(xiǎn)區(qū)域分級(jí))的修訂。該標(biāo)準(zhǔn)修訂要求如下：

(1) 所有新建或擴(kuò)建的設(shè)施均按API RP 505的要求按照Z(yǔ)one(區(qū))體系進(jìn)行分區(qū)。

(2) 現(xiàn)有基于Division(類(lèi))體系的設(shè)施如需進(jìn)行擴(kuò)建，強(qiáng)烈建議將整個(gè)設(shè)施重新按Zone(區(qū))體系進(jìn)行分區(qū)。

該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)具體的轉(zhuǎn)換細(xì)則要求如下：

(1) 將Group A和Group B對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為Group ⅡC。

(2) 將Group C對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為Group ⅡB。

(3) 將Group D對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為Group ⅡA。

(4) 將Division 2對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為Zone 2。

(5) 對(duì)于環(huán)繞在危險(xiǎn)源周?chē)拈_(kāi)放區(qū)域，由Division 1轉(zhuǎn)換為Zone 1。

(6) 對(duì)于封閉的Division 1區(qū)域，需要咨詢(xún)消防工程師來(lái)指導(dǎo)轉(zhuǎn)換為Zone 1或者Zone 0區(qū)域。

爆炸危險(xiǎn)區(qū)域轉(zhuǎn)換如圖1所示。

圖1 爆炸危險(xiǎn)區(qū)域轉(zhuǎn)換示意

轉(zhuǎn)換為Zone(區(qū))體系后Zone 0區(qū)域的范圍將非常有限，由于0區(qū)通常存在于密閉系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)一般會(huì)設(shè)置排放口至大氣環(huán)境中。Zone 1區(qū)域則更為常見(jiàn)，甚至比對(duì)應(yīng)的Division 1區(qū)域更大，在大多數(shù)情況下會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較小的Zone 1區(qū)域被較大的Zone 2區(qū)域環(huán)繞的情況。

5 結(jié) 語(yǔ)

沙特阿美從Division(類(lèi))體系轉(zhuǎn)為Zone(區(qū))體系，可以有效利用更廣泛的電氣設(shè)備、安裝技術(shù)，并消除對(duì)設(shè)備誤用的安全擔(dān)憂(yōu)。兩種體系都各有優(yōu)勢(shì)，它們都有可靠的記錄，但Zone(區(qū))體系顯然更為靈活，它簡(jiǎn)化了世界各地供應(yīng)商對(duì)電儀設(shè)備的應(yīng)用，并逐漸成為世界上主流的危險(xiǎn)區(qū)域分級(jí)體系。