程 微，肖晓凌，李宗伟，徐 进，金信岑

（深圳市杉叶实业有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

油气田设施对于布置在危险区Ⅱ类区域的设备均有严格要求，海上设施通常选择ExdIIBT4 级别对电气防爆进行规范，能够达到IP56 的防护等级，海上设施危险区II 类区域的潜水系统必须满足A60 防火要求。海上油气开采设施的固有特点，使得设施水下部分的检测要以潜水作业方式完成。在海上设施潜水作业工程项目中，由于受场地限制，潜水系统常常需要布置在危险区II类区域。潜水系统布放在危险区II 类区域，在既符合各相关潜水标准和规范要求的同时，又能够满足防爆、防火安全要求，是实现潜水系统满足危险区II 类区域作业安全要求的根本。

1 防爆电气设备选型

在具备可燃物、助燃的氧气等物质，以及高温、电弧、火花等引燃源的情况下，爆炸才有可能发生。因此，为了实现对爆炸事故的有效控制，海油单位需要针对上述结构条件制定相应的控制措施，避免同时具备3 个条件。在实际操作时，相关单位针对防爆工作研发了多种技术，能够对爆炸危险环境进行遏制以规避其形成，同时对爆炸进行阻止。

（1）隔爆型（d）。隔爆型防爆是把设备可能成为点燃源的部件全部封闭在一个外壳内，其外壳能够承受内部的可燃性气体在内部爆炸而不损坏，同时也不会导致可燃性气体于壳体外部出现爆炸情况。

（2）增安型（e）。此类防爆设备的原理：通过一定的附加措施避免正常运行期间无法变成点燃源的元器件成为点燃源，通过对其安全可靠性的提升来规避电火花等问题的出现。

（3）本质安全型（i）。此类防爆设备用于规避可燃气体的点燃情况，设备内部电路无论是故障、正常运行，都不会因产生的电火花导致可燃气体燃烧。相对而言，这类防爆设备更加安全，在仪表检测元件中应用较为广泛。

（4）正压型（p）。此类防爆设备能够依靠对设备内外气压的控制来规避可燃气体进入设备内部，其正常运行时的壳内气压比外界气压高。

现阶段海洋石油平台均要求具备ExdIIBT4 级别的电气防爆能力，具有IP56 的防护等级。ExdIIBT4 中的英文数字符号解释：Ex 代表防爆电气标识，d 代表隔爆型设备，IIB 代表气体组别，而T4 指电气设备不会具有超过135 ℃的表面温度，而防水防尘等外壳性能要求则用IP56 来规范。电池间的标准也在海洋石油平台中进行了规范，电池在充放电过程中并不会导致天然气等危险气体的出现，但是会形成IIC 类气体中的氢气，这也导致平台会针对电池间使用ExdIICT4 级别的电气防爆能力。

按照以上技术要求，确定用于危险区II 类区域潜水系统的防爆设计使用范围为ExdIIAT3。针对潜水系统中不同的设备，如机械动力设备、电控元器件、空压机组、电接插件、低压电气控制以及监控系统电器柜等，确定采用本安型（i）、增安型（e）、隔爆型（d）、正压外壳型（Expz）等不同的防爆技术单独或组合使用的方式，并采用IP56 防护等级的技术路线。

2 空气潜水系统电气设备防爆措施

2.1 强电设备防爆措施

空气潜水系统使用的电气设备在防爆功能方面具有更高要求，需要具备规避外壳高温、器械表面高温、电火花、摩擦冲击火花等方面的防护能力。同时，设备能够对摩擦机械部件产生的高温和火花进行防护。通过设置强电设备防爆控件柜，控制柜采用的电气设备为隔爆型（d），防爆控制柜本质为动力箱，同时也是配电箱，能够对照明电源进行控制；一般而言，防爆控制柜通过组合式的结构搭建二次，能够对12 个回路进行控制，同时采取绝缘外壳包装，绝缘等级可达A60；控制柜中的元件组成为转换开关、继电器、接触器、按钮、断路器、信号灯等，这些元器件采用增安型（e）电气设备。机柜需要遵循设计标准，按要求设计断路器、辅助、保护相关设备以及测量仪表，使系统具备低压控制功能。控制工作依靠正压系统开展时，压力数值达到机柜规定数值的情况下，报警将会自动发出，无论是低压还是高压，系统都能够自动发出报警。此外，该控制柜还具备自动开门以及手动紧急操作停机等联锁保护功能，具有较强的保护能力，电气防爆等级达到ExdIIBT4。

所有的隔爆型或增安型部件及元器件均按照相应的温度组别T3 进行选型，从而确保最高表面温度符合相关要求。设备允许温度组别、引燃温度以及温度组别等参数见表1。

表1 Ⅱ类防爆电气设备最高允许温度和引燃温度对照

2.2 弱电设备防爆措施

弱电电路以及设备通常外置于空气潜水系统，应用的防爆电气设备多数情况下为本安型（ia 或ib），涉及的弱电设备主要为气源集装箱、安全联锁装置、潜水控制室、信号传感装置、DDC操控室的各外置控制开关、通信装置等。通信、音视频录音录像监控、环境参数监控设备和备用应急电源等数量和组合较多，难以采用隔爆型的防爆技术，只能采用正压通风型。在防爆原理方面，正压型设备以外壳包裹电气设备，通过将保护线气体将壳内空间填满，避免内部存在可燃气体，同时也使得内部气压比周边爆炸性的环境更低，进而避免壳内混入外界爆炸物，满足设备防爆需求。“p”标志即代表正压型防爆设备。

正压型电气装置在防爆性能方面具有较高的要求，设备内部应用增加测量仪表、继电器等起保护作用的装置。而且，在爆炸危险环境内应用的正压型电气设备需要对相关保障装置进行改进，确保其防爆能力满足设备工作环境中的实际需求。装设补偿外壳的正压型设备则需要配置专用的保护元器件，主要类型为电力参数监测仪器、时间继电器等，确保设备始终将换气量维持在正常水平，避免电源接通于存在爆炸风险的时候，确保启动时，设备外壳内部不会具有超出浓度要求的爆炸物。此外，最小换气量需要按照一定标准进行控制，一般为5 倍的连接管道及外壳容量。

2.3 导线布线模式防爆电气设备的设置

海油平台通常针对防爆设备选用电缆传输相应的信号并满足供电需求，GB 3836.15—2000 和AQ 3009—2007 指出：第一，低压电缆选型过程中需要确保线路工作电压不超过其额定电压，同时需要具有至少500 V 的额定电压；第二，针对经过多个区域的电缆，需要通过防火隔墙或阻火堵料做好区域间隔离工作；第三，如果导线用于爆炸危险区，则其需要具备致密、阻燃等重要性能，现阶段常用的电缆多为YZW、RVVP、YCW 以及BVV 等；第四，电缆中间头不能在危险区域出现，特殊情况下可以通过防爆盒收纳中间头，这类问题在平台现场较为普遍，建议针对相关电缆使用增安型或隔爆型接线箱重新连接；第五，不同的区域需要对导线进行相应的调整，如一区可以对本质安全除外的线路用铜芯导线敷设，而且除了铜芯导线也可以使用铝芯导线，但需要避免导线直径小于16 mm；第六，针对电气设备电源，应该加装保护装置，避免因短路、过负荷、接地等问题引发次生故障。如果电气设备在爆炸危险区装设，则需要做好外壳接地工作。一般而言，电缆布设过程中，引入口更容易出现堵漏问题，需要通过填料和弹性密封圈提升电缆密封效果。

防爆电气设备通常选择填料函式法密封导线，具体操作时需要提前引入导线的铠装层至铠装构件内，通过专业工具分开电缆，同时利用刮勺按照顺序在电线周边填充防爆胶泥，并在填料固化的情况下安置构件。

3 空气潜水系统电气设备防爆注意事项

3.1 正确选择防爆型号

老旧平台的设施更容易出现选型不合理的情况，新建平台更容易在成套设备中出现问题，大多数为电气设备无防爆能力，将n 型防爆设备用于I 类区域，IIB 类设备用于IIC 类电池间等环境等。为此，海油单位需要在合同以及技术文件中列明工作要求，严禁厂家采购能效指标、安全性能等不符合国家标准的防爆电器设备，同时也需要设备厂家提供相关的生产许可证、合格证、说明书、检测报告等相关文件；在验收阶段，海油单位也需要对照合格证中的内容与现场设备的铭牌说明等是否一致，避免存在防爆设备选型不符合要求的情况。

3.2 防爆标识齐全清晰

老旧设备中更容易出现防爆标识等方面的问题，如铭牌内容不清晰（油污覆盖）、因铭牌脱落而影响防爆信息确认的情况，也存在防爆标准、防爆合格编号等在铭牌中未体现的情况。部分设备铭牌中指出该设备具有隔爆能力，然而现场设备却将橡胶衬垫布置于隔爆接合面部位；部分铭牌虽然标明设备为隔爆型，然而其结构形式却不符合相关保障。可以对设备防爆能力方面的问题进行再次确认，若结果表明该防爆设备无异常情况，则需要对设备的防爆信息进行再次标识，对于防爆标志存在缺陷、防爆合格证编号不存在等情况，需要从防爆性能方面进行设备核查，对于不合格的防爆设备，必须根据危险区划分图，参照AQ 3009—2007第5 条相关规定重新选型并更换。

3.3 引入装置

GB 3836—2010 指出，防爆电器设备在安装引入装置（导管、电缆）的情况下，需要确保防爆特性依然可靠。电缆封堵异常情况多为引入的外部电缆未能按标准封堵到位，复合型防爆产品未能封堵各腔间的线缆孔洞。海油设施的电缆引入装置主要为密封圈式以及填料式两种类型。在新建项目中，需要自验收所采购的防爆设备开始，才能基于标准对设备相关附件进行仔细核对，确认存在两个及以上腔体的设备所封堵的穿腔孔是否符合要求，现场安装阶段，则需要提前对安装人员的技能水平进行确认，同时也需要确保监理人员掌握相关专业知识，对安装情况就那些细致核查。对于在役设备，海油单位可以组织专业机构专门核对防爆电气设备状态，在停产检修的过程中对无引入装置、绕性管直连引入口等问题及时整改，确保引入装置能够严格匹配引入口形状以及设备防爆类型。在日常检查工作中，工作人员也需要基于本质安全的工作目标按风险等级解决发现的问题。

4 结语

综上所述，本文通过对强电设备、弱电设备及连接电缆的防爆措施的研究，来满足空气潜水系统中电气防爆的有关规定。为保障海上油气设施的完整性提供了强有力支持，同时提升我国潜水装备的研发、制造能力和行业潜水作业水准，对保障国家能源安全具有重要意义。