电气防爆技术在化工危险区域的应用与优化

引言

化工生产过程中存在大量易燃易爆危险物质，电气设备可能成为潜在的引燃源。据统计，约 20% 的化工企业爆炸事故与电气设备有关。随着我国化工产业向大型化、集约化发展，电气防爆技术的可靠性和先进性直接关系到企业安全生产。本文基于国内外最新防爆标准和技术发展动态，系统分析了电气防爆技术的应用现状及存在问题，提出了针对性的优化方案，旨在为化工企业危险区域电气安全管理提供参考。

1 核心防爆技术原理

1.1 主动防护技术通过消除点火源实现防爆

增安型技术：通过限制温升（绕组温升 ⩽80K ）、强化绝缘等措施提升安全性，某石化企业在 1 区应用的增安型电机运行三年无故障；本质安全型电路：将能量限制在 1.2W 以下，确保电火花无法点燃爆炸性混合物，适用于仪表与通讯设备；惰性气体保护：向封闭电气箱充入氮气使氧含量降至 8% 以下，配合压力监测维持正压环境（p 型）。

1.2 被动防护技术侧重爆炸控制

泄放系统：采用防爆板在 0.1 秒内释放爆炸压力，面积按 0.2m²/m³ 容器容积计算；抑制系统：通过碳酸氢钠粉末喷射熄灭初始火焰，响应时间⩽50ms ，与压力传感器联动实现自动触发；隔离装置：机械隔离阀在爆炸发生后 0.3 秒内关闭，防止火焰传播至相邻设备。

2 当前应用中的主要问题

2.1 选型适配性不足

部分企业未按危险区域等级与物质特性科学选型，如在 IIC 类气体环境中使用ⅡB 级设备，导致防爆等级不足。某化工厂苯乙烯装置因选用 T3组别仪表（最高表面温度 200^∘C ），在环境温度 180^∘C 时接近引燃温度阈值，引发局部爆炸。统计显示， 38% 的防爆失效事故源于温度组别与环境温度不匹配。

2.2 维护管理体系滞后

传统定期检修模式难以发现隐性缺陷，如隔爆面锈蚀导致间隙超标。某石化企业加氢装置的隔爆型接线盒因未及时清理粉尘，间隙从 0.2mm 增至 0.5mm ，丧失防爆性能。此外，跨境企业面临多重认证要求，同一设备需同时满足 GB50058-2014 与 ATEX 标准，增加合规成本与管理复杂度。

2.3 智能监测能力薄弱

多数企业仍依赖人工巡检，无法实时监测设备温度振动等参数。当防爆设备出现异常时，平均发现时间超过 8 小时，错失最佳处置时机。在粉尘环境中，因缺乏积聚浓度监测，常导致防爆设备散热不良引发过热。

2.4 技术更新滞后

部分企业仍在使用淘汰或接近使用寿命的防爆设备。对新发布的防爆标准理解不深，技术改造进度缓慢。

2.5 人员专业素质不足

操作和维护人员防爆专业知识缺乏，对设备原理和操作规程掌握不全面。培训考核机制不健全，导致人为操作失误频发。某企业三年间发生的8 起电气相关事故中，6 起与人为因素有关。

2.6 维护管理体系不完善

许多企业缺乏专业的防爆设备维护团队，定期检测制度执行不到位。防爆结合面清洁、紧固件检查等关键维护项目常被忽视。统计显示，因维护不当导致的设备失爆率高达 15% 。

3 优化策略与建议

3.1 科学选型与合理配置

建立严格的防爆设备选型流程，根据危险区域等级、气体组别和温度组别进行设备匹配。建议组建由工艺、安全、电气专业人员组成的选型小组，引入风险评估方法。某大型化工企业实施科学选型后，设备故障率下降 40% 。

3.2 规范安装与施工管理

制定详细的防爆电气安装规范，强化施工过程质量控制。重点把控电

缆引入密封、隔爆面保护等关键环节。建议采用第三方监理机制，确保安装质量。实施安装质量终身责任制，提高施工方责任意识。

3.3 全生命周期维护优化

（1）智能监测系统集成。在隔爆型电机轴承安装振动传感器，在接线盒内置温度变送器，数据实时传输至中控室。当检测到表面温度超过阈值80% 时，自动触发预警。某化工厂应用该系统后，故障检出率提升至 92‰ 。（2）防爆性能退化预警。基于大数据分析设备运行年限与防爆参数的关联关系，建立剩余寿命预测模型。对使用超过 5 年的增安型灯具，提前进行绝缘电阻测试，预防绝缘老化导致的故障。（3）维护工艺标准化。制定隔爆面处理操作规程，采用专用工具确保粗糙度 Ra⩽6.3μm ，装配时涂抹防锈油脂。

3.4 技术优化路径

电气防爆技术的革新需从材料创新与智能化融合两方面突破。材料创新方面，传统隔爆外壳因导热性能不足导致散热效率低下，而氮化铝陶瓷的引入显著提升了防爆设备的热管理能力。实验表明，AlN 陶瓷导热系数达 320 W/（ m⋅K ），较传统材料提升近 3 倍，且抗压强度突破 450MPa 某氯碱化工厂将 AlN 陶瓷应用于 Exd 型电机外壳，外壳表面温度从 105℃降至 72% ，设备寿命延长 30% 。智能化改造则以物联网（IoT）与数字孪生为核心：（1）智能传感层：采用 MEMS 微机电压力传感器，实现爆炸压力波动实时监测（采样频率 1kHz），结合 LoRa 无线传输技术，将监测距离从 100m 扩展至 2km 某甲醇储罐区部署后，预警响应时间缩短至 3s（原为 15s），误报率下降至 0.5% 。（2）数字孪生系统：基于 ANSYS Fluent 构建三维爆炸传播模型，输入可燃气体浓度、设备布局等参数，动态模拟爆炸冲击波扩散路径。

3.5 加强人员培训与考核

建立分级培训体系，操作人员侧重设备使用，维护人员强化专业技能。采用虚拟现实(VR)技术开展实操培训。实施严格的资格认证制度，关键岗位持证上岗。某化工园区推行新培训体系后，人为失误事故减少 75% 。

3.6 动态选型体系构建

（1）危险区域分级精细化。采用气体检测与数值模拟结合的方法，绘制实时危险区域分布图。在氯乙烯装置中，通过计算流体力学模拟可燃气体扩散路径，将传统静态 1 区边界缩小 20% ，减少防爆设备配置量。（2）多参数匹配模型。建立气体组别温度组别与设备类型的三维选型矩阵。对于甲醇（ⅡA 级 T2）环境，优先选择ⅡBT3 及以上等级设备；对于乙炔（IIC 级 T1）环境，必须采用 IICT4 及以上设备。某煤化工企业应用该模型后，选型准确率从 65% 提升至 98% 。（3）标准协同机制。针对跨国项目，建立GB50058-2014 与 IECExATEX 的差异对照表，在接线端子防护等级等关键指标上采用更高标准。某跨国石化公司通过该机制，使设备认证周期缩短50% 。

结语

化工危险区域电气防爆技术的优化需要实现从经验选型到数据驱动从被动维护到主动预警从单一标准到协同适配的转变。实践表明，通过动态选型体系智能监测系统与标准化维护工艺的协同应用，可显著提升防爆可靠性降低安全风险。未来应重点发展三个方向一是开发本安型无线传感网络，解决防爆区域布线难题二是建立防爆性能数字证书，实现全生命周期可追溯三是推动防爆标准国际互认，降低跨国项目合规成本。通过持续技术创新与管理优化，为化工行业安全生产提供坚实保障。

参考文献

[1]于洪乾.浅析石油化工电气安全合规性管理[J].流程工业，2024（9）:22-26.

[2]张占伟.石油炼化企业电气防爆及电气安全管理[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43（14）:92-94.

[3]张志春，陈清光，袁智.工贸企业电气防爆安全管理[J].机电工程技术，2021，50（5）:245-248.