摘要：地埋式污水處理廠(chǎng)的防爆區是全廠(chǎng)的重要安全區域，確保該區域電氣自控設備的安全運行對全廠(chǎng)的生產(chǎn)運轉起著(zhù)至關(guān)重要的作用。本文重點(diǎn)闡述了在防爆區電氣自控設計中遇到的相關(guān)問(wèn)題及解決方法，特別是針對防爆區對設備選型、電纜敷設的特殊要求進(jìn)行了詳細介紹。

    關(guān)鍵詞：可燃氣體；有毒氣體；釋放源；檢測器；防爆設計

    Abstract: The explosion-proof area is an important security zone in buriedsewage treatment plant. The automatic electrical control equipment of this areaplays an important role to ensure the safe operation of the production operationof the plant. This article focuses on the problems and solutions encountered inelectricity automation control designing for hazardous areas, particularly onequipment selection and special requirements of cable laying.

    Key words: Combustible gas; Toxic gas; Release source; Detector; Explosionproof 

    1 引言

    深圳某污水處理及回用工程建設規模為9000立方米/天，本工程采用A2O與膜技術(shù)結合的MBR處理工藝。該處理廠(chǎng)位于宿舍區的中心地帶，為滿(mǎn)足園區的整體規劃要求，保證周?chē)用衩馐芪鬯畯S(chǎng)臭氣的干擾，處理廠(chǎng)的相關(guān)建筑物均采用地埋式結構，如表1所示。
       
                                    表1  地理式結構對照參數   
                

    2 地埋式污水廠(chǎng)特點(diǎn)

    由于地埋式建筑物本身的特點(diǎn)導致了運行人員不可能經(jīng)常到現場(chǎng)操作控制電氣設備，因此要求地下設備的運轉必須采用自動(dòng)控制運行。為此地埋式建筑物內的所有電氣設備均采用PLC控制，并實(shí)現遠程控制。

    在廢水處理過(guò)程中，有機物經(jīng)大量微生物的共同作用，最終轉化為甲烷、二氧化碳、硫化氫和氨氣等，根據可燃氣體特性（如表2所示）、有毒氣體特性（如表3所示）可知，甲烷、硫化氫的火災類(lèi)別均為甲級。由于該廠(chǎng)的格柵間、調節池及生化池均為地下封閉式建筑物，且在污水處理過(guò)程中會(huì )不斷產(chǎn)生甲烷等易燃物質(zhì)，根據<爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規范>GB50058-92的要求，此區域應劃分為環(huán)境危險區域1區，即該區域應按爆炸性氣體環(huán)境進(jìn)行電氣自控設計。

                                 表2  可燃氣體特性
           

                               表3  毒性氣體特性  
             

    3 防爆區的電氣設計

    防爆區電氣設計主要包括：電氣設備選型、安裝、電纜敷設、接地及等電位等設計。在爆炸性氣體環(huán)境中，電力設計應符合的基本規定是：宜將正常運行時(shí)發(fā)生火花的電氣設備，布置在爆炸性危險性較小的或者沒(méi)有爆炸性危險的環(huán)境內。因此設計在考慮防爆區的電氣設計時(shí)，將廠(chǎng)區配電室、中央控制室設置在位于非防爆區內的膜池及綜合車(chē)間構筑物二層，并將防爆區內的用電設備如：攪拌器、潛污泵、回流泵的電氣控制元件斷路器、接觸器和熱繼電器等均放置在非防爆區的MCC柜內，現場(chǎng)僅采用隔爆型按鈕箱。對于防爆區內設備配套的格柵電控柜，設計將其安裝于毗鄰非防爆區的膜池綜合車(chē)間內，避免了在爆炸性環(huán)境下放置電氣控制柜。

    格柵及調節池為封閉式建筑物。依據規范，對該封閉式單體設置獨立的機械通風(fēng)系統和地下維護檢修通道。依據計算，設計通風(fēng)次數為30次/小時(shí)，風(fēng)壓為95Pa，其空氣流量能使易燃物質(zhì)很快稀釋到爆炸下限值的25%以下，從而達到通風(fēng)良好的效果。另外，將軸流風(fēng)機的控制通過(guò)PLC與氣體檢測報警儀聯(lián)動(dòng)，以達到實(shí)現自動(dòng)控制排風(fēng)的要求。

    電力電纜的設計中，防爆區的電纜均采用阻燃電纜，電纜線(xiàn)芯為銅芯。且防爆區電纜和非防爆區電纜均分層或分橋架敷設。防爆區內的動(dòng)力電纜、按鈕箱信號電纜截面均不低于2.5平方米，中性線(xiàn)和相線(xiàn)的截面均一致。電纜線(xiàn)路的敷設過(guò)程中，電纜一般穿鋼管敷設，在危險區域敷設的電纜嚴禁有中間接頭。當施工不可避免時(shí)候，應安裝隔爆型的接線(xiàn)盒或者接線(xiàn)箱。

    防爆區中出現甲烷的概率較大，且甲烷比空氣輕。電氣線(xiàn)路敷設應遠離爆炸性氣體的釋放源，故將電氣線(xiàn)路敷設在電纜溝中。為防止電纜溝內積水，應在電纜溝底做0.5%的縱坡，將溝內積水就近排放。電纜溝應在電纜敷設完成后填充石英砂，且電纜溝在穿越不同危險區域的時(shí)候，采用不燃性材料嚴密包封，如圖1所示。

                
                            圖1 電纜溝進(jìn)入危險場(chǎng)所穿墻密封結構示意圖

    因防爆區內各單體均為地埋式構筑物，其接地系統應利用池壁及底板內的鋼筋網(wǎng)作為接地體，利用側壁內2根不小于集合16的鋼筋作為自然引下線(xiàn)，池壁及底板內鋼筋與鋼筋之間可靠焊接，形成一個(gè)整體的網(wǎng)狀電氣通路，電氣接地、自控接地共用一組接地系統，接地電阻不大于1.0歐姆。構筑物內PE干線(xiàn)、電氣裝置接地極的接地干線(xiàn)、電氣設備的非帶電金屬外殼、電纜的金屬外皮、金屬欄桿、各種金屬工藝管線(xiàn)及電纜支架等所有金屬構件做總等電位聯(lián)結。對于屏蔽電纜的屏蔽層和鎧裝電纜的鎧裝帶要求可靠接地，接地點(diǎn)設置在非危險區域，如圖2所示。

             
                              

    4 防爆區的自控設計

    防爆區的自控設計主要包括現場(chǎng)儀表選型、安裝及纜線(xiàn)敷設。根據工藝要求，格柵間、調節池及生化池主要配置的儀表為現場(chǎng)檢測儀表和在線(xiàn)分析儀表，具體配置如表4所示。

                             表4 現場(chǎng)檢測儀表配置
               

    以上所列儀表均位于防爆區，其選型應滿(mǎn)足GB3836.1 83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求》和GB3836.2 83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備隔爆型電氣設備“d”》國家通用的爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備技術(shù)要求的防爆型產(chǎn)品。其中現場(chǎng)檢測儀表選用本安防爆型儀表，二線(xiàn)制，4~20mA輸出；在線(xiàn)分析儀表選用美國哈希公司的防爆型儀表，防爆等級為ClassⅠ、DivissionⅡ，四線(xiàn)制，4~20mA輸出。
  
              
                                 圖3 防爆區電氣系統示意圖

    如圖3所示，至防爆區的電氣系統是由現場(chǎng)設備、連接電纜及關(guān)聯(lián)設備組成。該電氣系統應具有高度的安全可靠性。上面已對現場(chǎng)設備進(jìn)行了介紹，下面就連接電纜和關(guān)聯(lián)設備具體說(shuō)明。

    5 連接電纜

    用于連接現場(chǎng)設備和關(guān)聯(lián)設備的連接電纜既要避免受到諸如外界電磁場(chǎng)的干擾及與其他回路混觸等因素的影響，又要在長(cháng)度及纜芯結構上限制自身分布電容及電感所帶來(lái)的附加能量，因此電源電纜選用阻燃型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜；控制電纜選用阻燃型銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅網(wǎng)編織屏蔽電纜；模擬信號電纜選用阻燃型銅芯、鍍錫銅芯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅絲編織總屏電子計算機電纜。另外，在電纜敷設中值得注意的問(wèn)題是：至防爆區的纜線(xiàn)與非防爆區的纜線(xiàn)應分層或分線(xiàn)槽敷設。

    6 關(guān)聯(lián)設備（安全柵）

    所謂關(guān)聯(lián)設備即安全柵是介于現場(chǎng)設備與控制室設備之間的一個(gè)限制能量的電氣設備，是用來(lái)限制控制室供給現場(chǎng)設備的電氣能量，使出現在現場(chǎng)設備輸入端子上的能量不能產(chǎn)生足以產(chǎn)生引爆危險氣體的火花。本設計將安全柵放置在非危險場(chǎng)所的控制柜內，柜內所有至防爆區的纜線(xiàn)出口均配置安全柵。

    為確保運行人員及時(shí)了解地埋式格柵間可燃及有毒氣體的濃度情況，在格柵間內安裝了氣體檢測報警儀。氣體檢測報警儀采用一拖三形式，即一臺報警儀帶三個(gè)探頭（甲烷、硫化氫、氨氣）。為提高報警系統的可靠性，采用不間斷電源為氣體檢測報警儀供電；氣體檢測報警儀的信號與構筑物的通風(fēng)機聯(lián)動(dòng)并將報警信號發(fā)送至中央控制室。

    氣體探頭的安裝位置應根據氣體比重及場(chǎng)地情況確定。根據表5，甲烷、氨氣的比重小于空氣，故將其探頭安裝在距釋放源2.5米處，硫化氫氣體比重比空氣重，其探頭安裝在距釋放源0.5米處。探頭貼墻安裝，并與周?chē)芫€(xiàn)、設備之間留有1米的凈空和出入通道。

                                      表5 氣體比重表
   
                 

    7 結論

    隨著(zhù)城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，土地資源愈來(lái)愈寶貴，提高土地利用率已成必然。但污水處理廠(chǎng)占地面積較大且散發(fā)臭氣，若將其設置在居民區，不但影響市容市貌，而且給周邊居民帶來(lái)極大困擾，因此建設地埋式污水處理廠(chǎng)已成為一種發(fā)展趨勢。若要保證地埋式污水廠(chǎng)安全可靠的運行，特別是保證電氣設備在防爆區的安全運行，提高地埋式污水處理廠(chǎng)的防爆電氣自控設計水平顯得尤為關(guān)鍵。

    參考文獻：

    [1] 張顯力. 防爆電器概論[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2008.

    [2] 馬勇, 彭永瑧. 城市污水處理系統運行及過(guò)程控制[M]. 科學(xué)出版社, 2007.

    [3] GB50058-92, 爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規范[S].

    [4] GB50493-2009, 石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范[S].

    肖亮（1981-）

    男，湖北安陸人，工程師，本科，畢業(yè)于湖南大學(xué)電氣科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)，現就職于天津市市政工程設計研究院給排水分院，主要從事污水處理廠(chǎng)、泵站的電氣自動(dòng)化設計方面的研究。

    趙穎然（1964-）

    女，天津人，高級工程師，本科，畢業(yè)天津大學(xué)電力系統自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現就職于天津市市政工程設計研究院給排水分院，主要從事污水處理廠(chǎng)、泵站的電氣自動(dòng)化設計方面的研究。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第八期