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防爆电气设备的防腐之道
发布时间:2018/7/25     点击次数:146次  返回

石化场所由于使用环境及工艺装置的特点,在电气设备防爆的同时,防腐问题不容轻视。本文分析了腐蚀对防爆安全性的影响,并介绍了相关的设计和选型要求。

石油工业、石油化学工业及化学工业企业(以下简称:石化企业)生产中使用的原料(含中间产品)和产品绝大多数不仅具有易燃、易爆性,而且具有较强的腐蚀性。

自上世纪90年代后,我国石化行业为拓展市场,逐渐开始加工国外原油,为降低原油采购成本,追求利润最大化,使用以中东、南美等地区含硫和高酸值的外来原油的比例逐年上升。例如国内某炼化厂2016年原油总加工量中含硫和高含硫油的比例竟高达80%以上。

中东原油的含硫量远远高于国内原油的含硫量,其中,沙特重质原油的含硫量竟高达3.09%。中东原油中主要的腐蚀性介质有硫及硫化物、氯盐、环烷酸、酸性水、H2、氰化物,最突出的是含硫量高,这些物质会对石化设备造成强烈腐蚀。

此外,石化企业生产场所中环境温度和湿度变化较大,生产场所的户外露天和半露天化环境较多。加之一些石化企业的工艺装置的跑、冒、滴、漏现象较多,这些因素综合在一起增加了腐蚀问题的严重性。

 

腐蚀成电气设备安全的巨大隐患

虽然腐蚀是一种司空见惯的现象,但稍加关注就可发现腐蚀对设备正常、安全、可靠运行有巨大危害。据统计,由于腐蚀造成的经济损失竟占国民生产总值3%左右,全世界每年因腐蚀带来的经济损失高达7000亿美元,我国这方面的损失也高达几百亿之巨。我国石化企业因腐蚀造成装置的停车事故,其直接、间接损失十分惊人。如某石化厂因高低压开关防腐、防凝露性能差,短短几年内烧毁高低压断路器有数十台之多。一些石油炼化厂的开关电器腐蚀造成爬电、漏电现象十分严重,致使有的按钮只好用木棒操作,许多电器外壳被腐蚀得壁厚变薄、强度和防护性能降低,许多电器外壳锈迹斑斑,连铭牌型号和数据都无法辨认。腐蚀使绝缘老化加快,严重损害电器线圈的绝缘性能,致使线圈短路、断路事故增多。

许多石化企业选购的灯具不防腐,使用一段时间后,因灯头锈死无法更换灯泡,电工只好用剪断灯头线的办法来更换灯泡。

石化企业电缆线路、配管线路和架空明设线路遭腐蚀也很严重,致使电缆线路短路,高压架空线污闪事故时有发生,避雷设施和接地系统的完好率低下。

 

选用防爆防腐型的电气设备

石化企业使用的电气设备首要考虑的是防爆安全性,因为石化企业燃烧爆炸事故是突发性和灾难性的,而腐蚀往往是一种渐变的积累过程。因此,容易使管理人员造成侥幸心理和拖延处理的惰性,从而忽视了腐蚀的危害性。因此,石化企业生产现场许多电气设备的腐蚀问题成为降低和损害防爆安全性的严重隐患,决不可掉以轻心。

防爆型电气设备使用在腐蚀性比较严重的石化场所,其防爆性能受影响的情况表现在以下几方面:

一是隔爆型电气设备的隔爆面可能丧失隔爆性能。隔爆型电气设备主要的防爆措施是隔爆面,产品出厂时隔爆面上虽涂有防锈油脂,但防锈油脂时间长了,造成老化失效,或者用户检修后未涂防锈油脂。因此,隔爆面受腐蚀的现象比较常见,腐蚀严重时隔爆面的配合间隙及表面粗糙度均不能满足防爆标准的要求。隔爆面的腐蚀情况从设备外面不能察觉,生产管理人员认为它还是一台防爆型电气设备,其实它的隔爆面可能已被腐蚀成千疮百孔而丧失了防爆性能,这种潜在的隐患往往危害性更大。

二是防爆电气设备的金属外壳腐蚀后壁厚减薄、强度降低,影响设备的防爆安全性。防爆电机外壳散热片腐蚀烂掉,影响散热性能。

三是防爆电气设备紧固件腐蚀后强度降低,设备部件的紧固性降低,设备的防护性能、防爆性能均会受影响。

四是电气设备绝缘材料受腐蚀后,绝缘性能降低,可能出现击穿短路、爬电、漏电等不利因素;电气连接受腐蚀后连接的完好性、可靠性降低,这些也都会直接影响设备的防爆安全性。

五是电气设备防护用的密封件、接线盒的电缆密封圈等受腐蚀后,橡胶、塑料材质会逐渐溶胀,高分子有机材料会发生分解反应。这些材料的老化和分解影响设备的防护性能和防爆安全性。

六是防爆灯具和一些防爆开关电器的触头部件,因腐蚀影响正常的接触和动作功能;灯具的灯座因腐蚀可能导致无法更换灯泡。

七是防爆电气设备因腐蚀而难以实施正常的维护和检修,影响设备正常运行的防爆安全性。例如,在石化场所看到,有的防爆电动机风罩螺钉因腐蚀严重,维护检修时螺钉头被拧断,现场难以更换,致使风罩无法正常紧固,而与风扇发生摩擦,如出现摩擦火花是极其危险的。

八是还有些事情看似微不足道,但其安全隐患的危害确实不可等闲视之。如防爆电气设备的铭牌和接地要求在防爆标准上都有明确的规定,但石化现场使用的防爆电气设备,有的制造厂未按要求使用规定的材质和尺寸。使用一段时间后,铭牌因腐蚀已无法辨认其防爆型式、产品型号和产品的技术数据,致使日常维护和设备检修时难以确认其是否适合使用场所和装置的要求,因此,保护防爆安全性能无从谈起。至于接地螺钉腐蚀后,其接地的完好率的降低也将直接影响防爆安全性。

腐蚀对防爆电气设备的材质、结构、功能和使用维护的影响都直接关系着设备的防爆安全性,并且由于腐蚀的渐变和作用的累积性,其对防爆安全的潜在危害性更严重。因此,防爆电气设备不仅必须具备与场所要求相适应的防爆性能,而且还必须具备与场所要求相适应的防腐性能。石化企业生产场所使用的防爆电气设备如果防腐性能不适应要求,不仅造成对设备的腐蚀危害,而且会对设备的防爆安全性产生严重影响。因此,在石化场所电气设备选型时,选择防爆防腐型才是适宜的。

防爆电气设备选型的防腐间题

石化企业的大部分场所都应该按户外环境来考虑设备的选型。一般户内环境是指不会受到风吹雨打或直接受到日光长时间辐射的建筑物内部环境,石化企业的生产场所大多是有顶无墙或是在框架内的环境,这类场所仍可能被雨雪侵袭,被太阳曝晒,冬天气温与室外一样,这样的环境内的电气设备还是按户外型选择为宜。户外型按0类防轻腐蚀要求来设计制造。

石化场所只选用基本系列防爆电气产品不能满足防腐的需要。通常基本系列的防爆电气产品,如基本系列隔爆型三相异步电动机,按其本身技术条件的要求,只具备防轻腐蚀的性能,产品试验时,按400℃、12周期交变湿热试验来考虑其隔爆面是否锈蚀及绝缘介电强度是否能达到标准要求。因此,这类产品使用于较重腐蚀的石化场所时,其防腐性能就远远不够用了。但是,一些石化企业在订购防爆电气产品时,往往不注重提出防腐要求,一般只选购基本系列防爆电气产品。

防爆标准增加了用户对防爆电气产品防腐工作的要求。GB 3836.1-83“防爆性环境用电气设备通用要求”中曾明确规定:I类(即煤矿用)和Ⅱ类(即工厂用)有耐轻微腐蚀要求的防爆电气设备,均须按标准第28章的要求进行湿热试验。2000年修订的新版防爆电气设备标准采用IEC标准的规定的同时,考虑到我国国情,保留了I类防爆电气设备进行湿热试验的要求,但Ⅱ类防爆电气设备则没有这项要求。这里需要指出的是,Ⅱ类防爆电气设备没有湿热试验要求,并不等于Ⅱ类设备就不需要进行湿热试验,而是由用户和制造厂根据产品的实际使用环境的腐蚀要求,协商确定是否需要,这样就更增加了用户对设备防腐要求的责任,更有利于石化场所防爆电气产品防腐状况的改善。

防腐电气产品的主要技术措施

合理设计密封结构对电工产品采用密封结构是有效的防腐手段。外壳的接合面间隙采用填充和密封措施;户内型旋转电机轴承部位采用内部曲路结构;户外型旋转电机采用甩水环曲路结构;静止设备采用止口结构加密封填料的措施应用较多,或采用高分子液体密封材料(液体垫圈);电气设备安装使用过程式中需注意保证外壳结构的防护要求,如电缆与电动机接线盒连接孔处,应采用橡胶密封圈或橡胶泥密封。

正确选择外壳的防护等级为防止人体触及或接近外壳内的带电部分和触及运动部件,并防止固体异物进入外壳内部,以及防止水进入外壳内部,国家标准“G B/T4942.1旋转电机外壳防爆分级(IP)、G B/T4942.2低压电器外壳防护等级”对电气设备外壳的防护等级作了具体规定。防腐电气产品应选择合适的外壳防护等级。

小型电气产品常选用较高的防护等级,一般不低于于IP53,常用的有IP54、IP55、IP65。

对于大型开关柜(箱)之类的产品,要考虑多种因素,如设备的散热、便于维护、密封工艺、经济性等。故目前防腐电气产品仍以IP54、IP55为主。

正确选择防腐材料。选择防腐材料是重要的防护技术措施。腐蚀介质各类繁多,材料的品种性能又是千差万别,因此必须认真选择。例如,电机外壳采用铸件还是钢板结构;电器和成套装置外壳采用金属还是工程塑料;载流导体采用铜材还是铝材;连接零部件采用低碳不锈钢,还是碳钢被覆尼龙塑料;两种金属连接时,如何避免形成电偶而不使阳极金属腐蚀等等。必须注意兼顾设备本身的性能和结构要求、环境中腐蚀性介质对材质的要求,以及场所中电气产品的防爆要求。如在氨气或盐酸气体的环境中铝是稳定的,铝合金作为防腐灯具和防爆防腐控制箱的外壳材料,运行效果良好。近年来国内许多防爆电气生产企业开始普遍采用工程塑料制作防爆电器外壳,以满足防腐要求。

合理设计产品外形。防腐电气产品的外形设计要求考虑不易积灰和积水,产品接线盒内要适当放大爬电距离和电气间隙。外壳的顶部最好设计为稍微上凸的形式,接缝及连接处也不得设置在外壳顶部,户外电气产品需加装遮阳的防水罩,以提高其防护性能。

合理选择金属表面涂镀工艺。为了保护电气产品金属构件表面免遭腐蚀,一般采用表面涂漆和金属涂层来控制腐蚀。漆膜和镀层的边角不均匀覆盖和疵点裂缝等工艺缺陷是引起腐蚀的主要原因。目前,国内广泛采用的环氧粉末静电喷涂热因工艺和合金电镀工艺是有效的防腐措施,如果在各类户内使用的电气产品的金属外壳表面喷涂环氧粉末防护层,由于环氧粉末涂层具有优良的机械强度和耐化学腐蚀性能,且涂层较厚,在强腐蚀环境下使用效果极佳。试验表明,电机外风罩若采用油漆涂层,在强腐蚀环境使用,一般几个月或一年就需更换,而使用环氧粉末涂敷的外风罩在相同环境下使用10年也没有问题。

增设防凝露措施。空气中的水蒸气含量与气温有密切关系,在密封的电气设备外壳内,特别是在密封的高压电气设备和密封的空间内,由于内部温度骤然低于外部环境温度,而容易使内部的水蒸气冷凝成水珠,并粘附在外壳内壁和绝缘上,使绝缘水平下降,产生电气短路。因此,对中、大型电工产品应在封闭的空间内装加热器,以防停机时受潮。

电气设备腐蚀在石化企业普遍存在,给我国石化企业安全生产带来巨大威胁,造成非常严重直接、间接损失。因此,企业要高度重视电气设备的防腐问题,采取合理设计密封结构、正确选择外壳的防护等级、正确选择防腐材料、合理选择金属表面涂镀工艺等诸方面入手,提高防腐的效果,降低因防腐措施不到位引起设备运行状态劣化,减少各类事故隐患,进而保障企业的安全生产。

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