汽车加油站危险场所区域划分的探讨

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  汽车加油站危险场所区域划分的探讨
福建省特种设备监督检验所   柳秉康
一、概述
近几年我所对汽车加油站的防爆电气安全性能监督检查过程中，发现了许多加油站对站内防爆电气装置配置上存在误区。如在危险区域外的站房（用于加油站管理和经营的建筑物）内、罩栅上安装了防爆型照明装置等，而在同一区域内却设置了无防爆措施的加热器、空调机和电视机等；而在危险区域内，如设置在2区内的开票亭反而使用非防爆型的电话机等。并且在危险区域内，如加油机箱内（1区）的电缆进线等安装不符合防爆技术要求,失去了防爆性能。这不但增加了加油站的成本，而且还达不到防爆安全的要求。诸多现象说明了人们缺少对防爆知识的掌握和对危险区域的合理、科学的划分。为了在确保加油站安全经营的前提下，降低加油站的投入成本，正确实现对加油站内的防爆电气设备的选型和布置，科学、合理地确定危险场所区域的划分是确保加油站防爆电气装置选型和配置的关键。
二、加油站危险区域划分的基本原则
1、危险区域的分类基本原则
爆炸危险区域的等级定义应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058的规定。危险区域的划分应遵守“辨清危险源，全局细分析，合理来划分”的原则确实把那些具有爆炸隐患或具有潜在危险的场所划分为危险区，并尽量把那些可以采取措施减轻危险程度的场所划分低度危险区或安全区。因为汽油是易燃液体，其蒸气与空气混合后极易产生爆炸性气体混合物，属于Ⅱ类爆炸性混合物，所以汽车加油站场所应按爆炸性气体环境危险区域划分。根据GB50058-92，加油站的爆炸性气体环境应根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，进行分区：0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境。如目前绝大多数加油站使用的固定式贮罐，在罐体内部未充隋性气体的液体表面以上的空间划为0区；1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境。如在正常工作中因需要取出产品或开闭盖子等而可能导致可燃物质泄漏的场所，如油罐排气口以放空口为中心，半径为1.5m的空间；2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。如因腐蚀、老化等原因而可能导致可燃物质泄漏的场所。
2、释放源的分级及通风类型划分原则：
释放源应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间长短和数量分为三个等级：即连续释放源、1级释放源和2级释放源。连续释放源：预计长期释放或短时频繁释放的释放源。没有用惰性气体覆盖的固定顶盖贮罐中的易燃液体的表面与罐顶间的空间；油、水分离器等直接与空间接触的易燃液体的表面；经常或长期间向空间释放易燃液体的蒸气的自由排气孔和其它口。
第一级释放源：预计正常运行时周期或偶尔释放的释放源。（在正常运行时会释放易燃物质的泵、压缩机和阀门等的密封处；在正常运行时，会向空间释放易燃物质安装在贮有易燃液体的容器上的排水系统；在正常运行时会向空间释放易燃物质的取样点。
第二级释放源：预计在正常运行下不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源。（正常运行时不能出现释放易燃物质的泵、压缩机和阀门的密封处）；正常运行时不能出现释放物质的法兰、连接件和管道接头；正常运行时不能向空间释放物质的安全阀、排气孔和 其它孔口处；正常运行时不能向空间释放易燃物质的取样点。
现场实际情况可能同时具有连续级、1级和2级三个基本等级中的两个或三个释放特性的释放源，也就是多级释放源。确定危险区域类型的根本因素就是鉴别释放源和确定释放源的等级。爆炸性气体环境危险区域划分应按释放源级别和通风条件确定，并应符合下列规定：
1) 首先应按释放源级别划分区域：
（1）存在连续级释放源的区域可划为0区；
（2）存在第一级释放源的区域可划为1区；
（3）存在第二级释放源的区域可划为2区。
2) 其次应根据通风条件调整区域划分：
（1）当通风良好时，应降低爆炸性危险区域等级；当通风不良时应提高爆炸危险区域等级。
（2）局部机械通风在降低爆炸性气体混合物浓度方面比自然通风和一般机械通风更为有效时，可采用局部通风降低爆炸危险区域等级。
（3）在障碍物、凹坑和死角处，应局部提高爆炸危险区域等级。
（4）利用堤或墙等障碍物，限制比空气重的爆炸性气体混合物的扩散，可缩小爆炸危险区域的范围。
三、加油站内可能的释放源（可释放出能形成爆炸性混合物的物质所在的场所或地点称为释放源）
1、加油站可能释放源的分析
分析之前，我们应初步对加油站的整体布置有所了解，即首先要测绘出加油站站房及设施的平面图以及周边的设施。目前，大多数加油站主要由地下卧式储油罐、加油岛（加油机）、卸油场及站房（配电室、办公室等）组成。燃油加油系统由贮油罐、加油机和输油管道组成，见图1。所以加油站产生释放源的主要有三个设施，加油罐(含注油口)、加油机和输油管道（含闸阀等）
（1）加油罐可能释放源
目前，大多数加油站使用的是地下卧式固定式储油罐，其可能的释放源有：人孔密封处、排气口（用钢管引至高度大于4m的大气中、进油口（用钢管引至卸油场）和出油口（用钢管引至加油机的进油口）。由于汽油蒸气与空气的相对比重在大于2.5，易沉积于地面，并且能在较低处扩散到相当远的地方，所以对易燃物质重于空气的贮罐，埋地式汽油储罐危险区域划分应符合下列规定：（见图2）
① 罐内部油品表面以上空间划分为0区。
② 人孔（阀）井内部空间，以通气管管口为中心，半径为1.5m（0.75m）的球形空间和以密闭卸油口为中心，半径为0.5m的球形空间划分为1区。
③ 距人孔（阀）井外边缘1.5m以内，自地面算起1m高的圆柱形空间、以通气管管口为中心，半
径为3m（2m）的球形空间和以密闭卸油口为中心，半径为1.5m的球形并延深至地面的空间划分为2区。（注：采用卸油油气回收系统的汽油罐通气管口爆炸危区域用括号内数字）

图1 燃油加油系统
④当贮罐周围设围堤时，贮罐外壁至围堤，其高度为堤顶高度的范围内为2区。
⑤卸油场处：贮油罐的注油口（槽车的卸油口）半径为1.5m的空间划为1区。

图2  埋地臣式汽油储罐爆炸危险区域划分
（2）加油机可能的释放源
在分析加油机可能的释放源前，先介绍一下燃油加油的结构及工作原理
a、燃油加油机的基本结构
燃油加油机的种类较多，但其基本功能都是相同的，即具有输油和计量两大功能，其结构功能件大都大同小异。加油机一般主要由防爆电气（防爆电动机、防爆接线盒、防爆控制盒等）、油泵、油气分离器、流量计、电子计数器（机械计数器）、油枪等几个部分组成，其液压系统图见图3。

              
图3  加油机液压系统图
b、燃油加油机的工作原理
以电子加油机为例，当加油机的启动件被操作时（如取下加油枪或按启动键），电子计数器在收到提枪开机信号后即启动电动机和电磁阀。电动机驱动油泵将燃油从油罐经输油管、波纹管和过滤器吸入，泵将燃油增压后输入油气分离器，油气分离器把燃油中的气体分离出来并排出机外。测量变换器对净化后的燃油进行计量，燃油推动四个活塞往复运动，通过传动轴带动传感器发出电脉冲信号送给电子计数器，电子计数器将燃油计数并同时显示计量数据。在收到第一个计数脉冲信号后，电子计数器会打开电磁阀。经过计量的燃油通过电磁阀、视油器、油枪向受油容器输油。如果是定量加油，当输油量达到预置量时，电子计数器会先关断电磁阀主阀，达到预置量时再关断电磁阀副阀和电动机。如果是非定量加油，电子计数器在收到挂枪停机信号后即关阀停机。
c、加油机可能的释放源
加油机在正常工作状态（包括等待加油状态）和故障状态下都会产生或可能产生燃油泄漏。其可能泄漏的主要部位及其原因如下：
（1）正常工作下
从加油机工作原理可知，加油状态时，油气分离器连续排气而导致燃油蒸气释放。虽然油气分离器中的油液积累到一定量后，可通过常压腔内疏油阀浮子浮起而回至低压腔，但就是在这段时间内，常压腔内的油液也将会因自然蒸发而向外排气。加油状态时由于油枪加油而从受油器内释放油气；加油完成后，油枪残余燃油自然蒸发或软管内剩余燃油经枪嘴泄漏。
（2）故障状态
吸油管与下法兰连接密封不严；泵或油气分离器密封部件老化；油泵或流量计轴承套磨损或骨架油封磨损等；机内输油管路因受腐蚀或受振动而破裂；油气分离器故障排气管溢油；机械部件连接处漏油；油枪不能自封造成泄漏等。
根据以上分析，确定加油机内部释放源为：
连续释放级释放源：无
1级释放源：加油状态下，长期开放的油气分离器排气口和油枪注油口；
2级释放源：非加油状态下，预计不会释放燃油的加油机泵，油气分离器、流量计、电磁阀、视油器、波纹管进油口等部件的密封处、连接处和管路配接处。
所对汽油加油机爆炸危险区域划分应符合下列规定：
① 加油机壳体内部空间划分为1区。
② 以加油机中心线为中心线，以半径为4.5m(3m)的地面区域为底面和以加油机顶部以上0.15m半径为3m（1.5m）平面为顶面的圆台形空间划为2区。
（注：采用加油油气回收系统的加油机爆炸危区域用括号内数字）
（3）输油管管道可能的释放源
加油机的整个液压系统，从油罐吸油到注入受油容器中的任一管道、部件或接口处渗漏，甚至发生故障破裂时，都必然有燃油排出，进而蒸发为气体，也就是第二级释放源，所以输油管道以管道轴线为轴线的周围1.5m圆柱空间可划为2区。
四、加油站危险场所区域的划分
综上所述，对加油站危险场所区域划分时，先根据油罐（包括卸油场）、加油机、输油管道（包括闸阀）站房和配电房（包括柴油机房）所处的位置，测绘出平面图和立面图，并测量出各相对的位置，然后根据上述所说的各释放源的位置画出的1区和2区平面图和立面图。并应注意：汽油设施的爆炸危险区域内地坪以下的坑或沟应划为1区。最后根据各危险区域选择与该区相适应的防爆电气设备。站内爆炸危险区域以外的站房、配电房和罩棚，只要不处在下风口或死角并且自然通风条件较好时，可选用非防爆型的电气设备，但罩棚下的灯具应选用防护等级不低于IP44级的节能型照明灯具。并应注意的是：敷设电气线路的沟道、电缆或钢管，所穿过的不同区域之间墙或楼板处的孔洞，应采用非燃性材料严密堵塞。危险区域内的沟道应用黄沙充填，否则与此沟道相连的区域也视同危险区域。