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1、!设计计算#钻机司钻房电气柜正压防爆系统的分析与设计樊春明1张文英1孙江锋1李西涛2王建军1范亚民1(11宝鸡石油机械有限责任公司21国家防爆电气产品质量监督检验中心)摘要分析了钻机司钻房电气柜的几种防爆形式,认为正压防爆形式最适合司钻房多个电气柜的防爆设计要求。阐述了司钻房正压防爆系统的设计原则及设计方法,并对组装完成的正压防爆系统进行了调试和试验。试验结果表明,司钻房电气柜正压防爆系统设计理论计算满足GB383615的要求,即司钻房符合用电设备在一级二区的防爆要求。最后指出了司钻房电气柜正压防爆系统设计制造过程中应注意的问题。关键词司钻房电气柜正压防爆设计原则燃气体要发生爆炸
2、或燃烧必须同时满足以下3个条件:①可燃气体达到一定的浓度;②有足够的氧气;③有足够高的温度。为确保司钻房内电气设备的运行安全,必须采取防爆措施避免危险环境同时满足这3个条件。根据GB383611～GB383619[1]可知,满足司钻房防爆要求的防爆形式有以下几种。(1)隔爆型防爆形式。这种防爆形式采用强度较高的隔爆壳体,同时要求隔爆壳体有足够宽的防爆面和足够小的防爆间隙,这样的隔爆壳体加工难度大,造价高,且外形尺寸大,不适合司钻房室内空间小、生产批量小的现状。(2)充砂型、胶封型、油浸型防爆形式。这几种形式采用填充物隔离电火花源或冷却炙热颗粒,阻止危险气体达到燃点的方法避免发生爆
3、炸,主要应用在单个小型设备中,如司钻房中用到的电加热板为油浸型,部分触摸屏为充砂型。但这几种防爆形式不适合用于防爆柜的设计。(3)本安型防爆形式。该防爆形式通过限制用电设备的电流,使其产生的电火花能量不足以引燃危险气体。司钻房配电盘的设计容量为60A,所以本安防爆型式也不适用于司钻房防爆设计。(4)增安型防爆形式。该防爆形式是通过对在正常工作时会产生电火花的电气设备进一步采取措施,从而提高设备安全程度的一种防爆形式。但其在国际或行业间的认可度略有不同,原则上在正常工作时会产生电火花的电气设备,一般不设计为增安防爆型。引言司钻房是石油钻机的控制中心,内部集成了钻井仪表、电传动控制系
4、统、盘刹控制系统、气动控制系统、工业监视系统、数显防碰装置、自动送钻控制系统以及室内电气系统等,以实现钻机的操作控制和报警显示,完成钻机的各个钻井工艺功能。为了司钻操作方便和司钻的视野开阔,司钻房一般布置在钻台距离井口较近的位置。根据APIRP500《石油设施电气设备安装一级一类和二类区域划分的推荐作法》的规定,司钻房所处的位置属于一级二类危险区域。由于司钻房内集中安装了大量的电气设备,必须对司钻房用电设备电气柜采取防爆措施。目前司钻房内只有部分电气设备和元件符合防爆要求。而像钻机电气传动的速度手柄、控制开关以及PLC等元件的多个电气控制柜的电气元件不防爆,虽然每个制造厂家都采取
5、了正压处理以及其它型式的防爆措施,但这些厂家并没有相关的企业标准,防爆只是一个经验设计,多不符合国家防爆标准的要求,认证机构的防爆试验。鉴于此,这些电气控制柜大不能通过国家防爆设计一种合理、可靠的司钻房电气柜防爆系统非常重要。防爆形式分析尽管司钻房布置在危险区域,但井口逸出的可—39—2008年第36卷第4期樊春明等:钻机司钻房电气柜正压防爆系统的分析与设计(5)正压型防爆形式。该防爆形式是通过保持防爆壳体内部保护气体的压力高于周围爆炸性环境的压力,阻止外部混合物进入外壳,达到防爆目的。正压壳体容易加工,根据GB383615第5部分的要求,正压外壳可以承受不低于200Pa的正压力
6、,防护等级不低于IP40就可以认为符合正压外壳的强度和防护要求。钻机空气系统的气源来自于安全区域,经过了干燥和净化,可以用作正压防爆系统的保护气体。正压防爆系统对功率的限制较小,满足司钻房的功率需要。另外还可以通过调试来适应壳体设计变化引起的容积变化,防爆设计容易通用化。通过对以上几种防爆形式的分析对比,认为正压型防爆形式最适合司钻房多个电气柜的防爆设计需要。的位置,启动正压防爆系统,系统会自动打开吹扫用电磁换气阀和电磁排气阀,同时由电磁排气阀控制大排量气控排气阀打开。电磁换气阀打开后,保护气体通过梭阀进入正压电气柜,危险气体从气控排气阀排出,稀释正压电气柜内可能存在的危险气体。
7、到预设的时间后,电磁换气阀和电磁排气阀关闭,气控排气阀关闭,正压电气柜自动通电运行。如果正压电气柜内的压力较低,可通过单向节流阀向正压电气柜充气,补偿泄漏的保护气体。司钻房正压防爆系统的设计[2]11设计原则(1)在正压电气柜通电以前,必须向柜内通入经过干燥和净化的保护气体,吹扫正压电气柜,使危险气体能快速地排出,并稀释柜体内危险气体,把危险气体的浓度降低到安全程度,这期间要保证保护气体的压力、流量和吹扫时间。图1正压防爆气动控制系统流程图1—过滤减压阀;2—电磁换气阀;3—梭阀
