油田钻井井场危险区域的划分.pdf

2 0 1 2 年 第 4 1 卷 第 5 期第 8 O页 石 油 矿场 机械 OI L F I E LD E QUI P ME NT 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 O 1 2 0 5 0 0 8 0 0 4 油 田钻井井场危险区域的划分 张若诚 ， 王宇超 ， 王建华。 ， 尹后凤 1 ． 中美防爆电机电器有限公司， 山东 淄博 2 5 5 2 0 0 ； 2 ． 吉林油 田 扶余采油厂 ， 吉林 松原 1 3 8 0 0 0 ； 3 ． 西 部钻探青海钻井公 司 安全质量环保科 ， 青海 花土沟 8 1 6 4 0 0 ； 4 ． 华港燃气集 团有 限公 司， 河北 任丘 0 6 2 5 5 2 摘 要 分析 了油 田井场危 险 区域 的特 点 ， 介 绍 了国 内外 关 于爆 炸 性 危 险场 所 划分 涉及 到 的相 关标 准 、 法规 及 对危 险场所 划分 的相 同性 和 差异性 。根据 目前 实际情 况 列举 了石 油钻 井行 业 应 用最 广 泛 的 美国 AP I R5 O 0标 准对 井场防爆 危 险 区域具 体划 分的 图例 ， 以便 于相 关人 员设计 井场标 准化 防 爆电路和选择不同类型的防爆电气设备 时参考。 关键 词 油 田井场 ； 危 险 区域 ； 划分 中图分类 号 TE 9 2 7 文献标 识码 B Di v i s i o n o f Ha z a r d o u s Zo n e s f o r 0i l f i e l d Dr i l l i n g S i t e ZHANG Ru o c h e n g 。 W ANG Yu c h a o ， W ANG J i a n h u a 。 YI N Ho u f e n g 1 ． Zh o n g me i E xp l o s i o n p r o o f Mo t o r El e c t r i c a l Ap p a r a t u s Co ． ， Lt d ．， Zi b o 2 5 5 2 0 0， Ch i n a； 2 ． Fu yu 0i l Pr o du c t i o n Pl a n t 0 J i l i n Oi l f i e l d， S o n g y u a n 1 3 8 0 0 0， Ch i n a； 3 ． Qi n g h a i Dr i l l i n g C o mpa n y o f Xi b u Dr i l l i n g En gi n e e r i n g C o ．， Lt d． ， Hu a t u g o u 8 1 6 4 0 0， C h i n a； 4 ．Hu ang ang Nat ur al Gas 7 0．， Lt d．， Re nq i u 0 62 5 62， Chi n a Ab s t r a c t The c ha r a c t e r i s t i c s o f ha z a r d o us z on e s f or o i l f i e l d d r i l l i ng s i t e， r e l a t i v e s t a nd a r d s of e x pl o s i v e ga s a t mos p he r e s b o t h a t h o me a n d a br o a d we r e hi s a r t i c l e a na l y z e d， t he s a me a nd di f f e r e n c e o f a l l k i nd s of s t a nd a r ds a nd c od e s a s we l 1 ． A c c o r d i n g t o t h e r e a l i t y c o nd i t i o ns o f c u r r e n t oi l f i e l d dr i l l i n g， s o m e d i v i s i o n f i g ur e s o f ha z a r d o us a r e a i n oi l f i e l d d r i l l i ng s i t e o f API RS 0 0 s t a n da r d s we r e c i t e d． I t wa s c on v e ni e nt f o r s e l e c t i ng a n d d e s i g ni n g s t a n d a r di z e d e x p l os i o n pr oo f e l e c t r i c c o n t r o l s ys t e m a nd a l l ki nd s o f e xp l os i o n p r oo f e l e c t r i c a p pa r a t us ． Ke y wo r d s o i l f i e l d d r i l l i ng s i t e； ha z a r d ou s z o ne s； di vi s i on 随着 防爆 电气 设 备 在 石油 钻 井 中的应 用 ， 尤 其 是油 田钻井 标准 化 防爆 电路 的使 用 ， 充 分 保 证 了钻 井过程中设备和人身的安全 。油 田钻井标准化防爆 电路无 论 是设计 、 选 型 、 安装 还是操 作使 用都 涉及 到 一 个防爆 危险 区域 问题 。然 而在 石油设 备制 造业及 钻井技术行业大多都遵循北美体系标准 美 国 AP I 系列标准 。国内防爆 电气设备制造业采用 的是国 家标 准 ， 国家 防爆 标 准 大 都 等效 采 用 国 际 电工 委 员 会 I E C标准 。国家标 准 、 国际电工 委员会 I E C标 准 和北 美体 系标 准对 防爆危 险 区域 定义 和划分 既有 相 同性 又有 不 同性 ， 很 多人不 能正确 领会 。 因此 ， 正确 认 识油 田井场 爆炸危 险场所 的划 分是极 其 重要 的 。 1 钻 井井场爆炸性危险的特点 1 ． 1爆炸性 气体 释放源 多 油 田井场整个钻井区域大体可分为主机区、 固 控 区、 泵房 区 、 井 控 区 、 油 罐 区、 水 罐 区 、 S C R ／ MC C 房区等 。在钻井过程中， 原油 、 天燃气随时都可以产 生 ， 与 空气混 合 后很 容 易 发 生爆 炸 。尤 其 是钻 井 作 业 中 ， 钻井液 含有 大量油 气 ， 在 净化循 环过 程 中易形 收 稿 日期 2 0 1 1 - 1 1 1 9 作者简介 张若诚 1 9 6 5 ， 男 ， 山东淄博 人 ， 工程师 ， 主要从事防爆 电气设备技术研 究与开发工作 。 第 4 1卷第 5期 张若诚 ， 等 油田钻井 井场危险区域的划分 8 1 成 爆 炸危 险源 释放 集 中区 。在井 口、 钻 台 、 振 动筛 、 除气器 、 除砂 器 、 除 泥器 、 离 心 机 、 剪 切泵 等 处 ， 大 约 有 近百 个释放 源 。 1 ． 2 气 体 多样 性 且危 险性大 井场上出现的天燃气、 伴生气 、 蒸汽都是复合气 体 混合 气体 ， 主 要 成分 有 甲烷 、 乙烷 、 丙 烷 和 少量 氢气 、 硫 化氢 、 乙炔 等 不 同 的地方 气 体 的成 份 不一 样 。这些气体 的防爆 级别一 般不 高， 最高 为 l i B 级 ， 温度组 别最 多 为 T 2 ～T3 2 0 0℃ ， 所 选 用 的 防 爆产 品 防爆 标 志 E x d I I B T 3足 够 ， 但 在 实 际 中大 多 选用 E x d I I B T 4 。然 而爆 炸下 限 比较 低 易 爆 ， 石油 气爆 炸 下 限为 1 ． 1 ～ 6 ． 4 ， 天 燃 气 爆 炸 下 限 为 5 ～1 5 ， 燃烧 速度 快 ， 温度也 高口 ] 。 1 ． 3井场 点燃 源 多 1 静电火花 当某种液体 的电阻系数 1 1 0 Q c m 时就 比较 危 险 ， 应 考 虑 防静 电措 施 。石 油 及其 制 品的 电阻 率 约 为 1 1 0 Q c m， 因此 泵 送 、 罐装 、 运输等都容易产生静电火花 ， 引起火灾或 爆 炸事 故 。 2 机械 火 花 钻 井设施 及 其用具 几乎 全是 金 属 对金 属 ， 较 容易 产生撞 击火 花 引起爆 炸 。 3 电气 设备 火花 井 场上所 有危 险场 所均 安 装有大量防爆 电气设备 ， 产生的火花也会 引起爆炸。 1 ． 4露天作 业 露 天条件 直接 受外 界高 温 、 冷 冻 、 冰 雪 、 日晒 、 风 砂 、 雨淋 等大气 自然 条 件 的影 响 。防爆 电气 设 备 的 最高 适用 温度 为 4 O - C， 温 度 过 高会 使 爆 炸 性 气 体 的传播能力增强； 最低适用温度为一2 0 。 C， 温度过低 会造 成爆 炸性 气体 的分 子 密度 增 大 ， 爆 炸 压 力 也 升 高 ， 金属 或塑料 外壳 的脆性 增加 ， 强 度下 降 。由于 露 天条件要求电气产品有较好 的防护等级， 要达到防 尘 防水要 求 ， 否 则容 易进水 破坏 绝缘 ， 造成 短路 放 电 产生 火花 ， 发生 爆炸 。 1 ． 5经 常搬迁 钻井 工 作完 成 就 搬迁 ， 容 易 出现 安装 配 线不 认 真 、 不规 范 的 问题 。在 实 际 井场 ， 架 空 线 裸露 ， 杆 距 大 规 定≤ 5 0 m ， 杆 问有 “ T” 型 接 线 。大 多数 井 场 人 员 包括部 分 领导 ， 技术人 员 总认 为是 露天作 业 ， 钻井时间短 ， 爆炸性气体不容易积聚达到爆炸浓度。 1 ． 6井喷发 生 钻 井过 程 中 ， 随时 有 可 能 发生 井 喷 。一 旦 井 喷 失控 ， 油、 气和伴随而来 的砂 、 石与井架等金属 的撞 击 火 花随之 将 引起火 灾或爆 炸 。 2 划分爆 炸危 险场所 的相关标准和法规 2 ． 1 国 内情 况 2 0世纪 7 O年代 中期编写的 电力设计技术规 范 第 1 8部分 在爆炸和火灾危 险场所的设备中， 将 爆炸 危 险场所 分为 Q一 1 、 Q一 2 、 Q一 3级场 所 ， 对 不 同 的 场所 中允 许使 用 的电气设 备 防爆类 型作 了规定 。 爆 炸 危 险 场 所 电气 安 全 规 程 试 行 一 1 9 8 3 是原 劳动人 事 部组 织 8个 部 门 的专 家 起草 编 写 的 ， 它参照 I E C 6 0 0 7 9 1 0以及德 国电气规 范 VDE 0 1 6 5 的规定， 采用了 I E C 6 0 0 7 9 1 0中危 险场所 的分级定 义即 0区、 1区和 2区， 在各区域 中允许使用的防爆 电气设 备 的类 型方面也采 用 了 I E C标准 的规 定。 此标准至今还在石油 、 石化等建设工程 中在参考、 采 用 或 引用 。 GB 5 0 0 5 8 1 9 9 2 6 爆 炸 和 火 灾 危 险环 境 电 力 装 置 设计 规范 是 由 中 国寰球 工 程 公 司 联合 相 关 单 位 起 草 的 ， 该标 准把 危 险场所 分级 定 义 为 0区 、 1区 和 2区 。列举 危 险 场 所 实 例 时参 考 了 美 国 国家 电 气 法 规 和美 国 石 油协 会 AP I中 的 图例 ， 但 偏 重 于 石 化 工程 ， 同时也保 留了 我 国原 来 的 工程 安 装 和 验 收 规 范 的部分 内容 。 在石油行业 ， 陆上和海上固定式平台危险区域 的划分制定了 2项该方面的标准 S Y／ T0 0 2 5 --1 9 9 5 石 油 设 施 电气 装 置 场 所 分 类 及 S Y／ T1 4 1 2 0 0 2 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 。 这 2个 标 准 等 同 采 用 了 AP I R P 5 0 0石 油设 施 电力 装置 场所 分类 推荐作 法 。 目前， 新修 订 的 G B 3 8 3 6 ． 1 4 2 0 1 1 爆 炸性环 境 第 1 4部分 场所的分类爆炸性气体环境 ， 等 效采 用 了 I E C 6 0 0 7 9 -- 1 0 ． 1 2 O 0 8 爆 炸 性 环境 第 1 0 ． 1 部分 场所的分类爆炸性气体环境， 明确在 我 国爆炸性 气 体危 险场 所 的分类 ， 即 0区 、 1区和 2 区 。对每一 个 区域 给 出 了确 切 的定 义 ， 是 我 国各 行 各业 所遵循 的标 准规 范 。 2 ． 2 国 际情况 2 ． 2 ． 1 以 I EC 6 0 0 7 9 -- 1 0 ． 1为 代 表 的 国 际 标 准 模 式 国 际 电 工 委 员 会 标 准 I E C 6 0 0 7 9 1 0 ． 1 -- 2 0 0 8 爆炸 性环 境 第 1 0 ． 1部分 场所 的分 类 爆 炸性 气体环境 ， 将危险场所分类为 0区、 1区和 2区。标 准 中对 场所 分类 进行 了定 量 计 算 ， 并 且列 举 了具 体 的计算示例 。在附录中列举 了一些典型的石油化工 工 艺装 置 的释放 特性 和危 险场所 区域 划分示 例 。 I E C 6 0 0 7 9 1 0 ． 1在世 界上 的使 用 比较普 遍 ， 西 欧 国家大 多采 用 I E C标 准 中 的 危 险 场 所 区 域 划 分 8 2 石油 矿 场机 械 2 O 1 2年 5 月 模式， 但是某些国家在具体划分规定方面稍有区别 ， 因此也有人将 I E C 6 0 0 7 9 --1 0 ． 1 称为欧洲模式。 2 ． 2 ． 2 以美国电气法规为代表的美国模式 美国电气法规NE C 5 O 0 一 Ha z a r d 0 u s c l a s s i fl e d l o c a t i o n， c l a s s工， c l a s sⅡ， c l a s sⅢ ， Di v i s i o n 1 a n d 2。 美 国 国家 防火 协 会 规 范 NF P A4 9 5 1 9 9 6 ， E x pl o s i ve M a t e r i a l Cod e。 石 油 工 业 协 会 电 气 安 装 危 险 场 所 分 级 示 例 API RPS O O A 。 陆地 和 海 上 钻 井 平 台 危 险 场 所 分 级 示 例 API PRS 0 0 B。 石 油 和 气 体 管 线 运 输 险 场 所 分 级 实 例 API PRS O OC。 美 国 NF P I 和 AP I 中针 对 不 同 的工 业设 备 ， 例 如钻井 、 采油、 运输以及炼油设施等都列举 了详细的 场所划分示例 ， 并且标注 了具体尺寸 ， 实用性很好 。 AP I中的分级图例被世界上很多国家采用。 2 ． 2 ． 3日本模式 日本 劳动 省 产业 安 全 研 究所 技 术 指 南 工 厂防爆电气设备用户指南 ， 在爆炸性气体场所划分 中也等 效采 用 了 I E C 6 0 0 7 9 -- 1 0 ． 1中 0区 、 1区和 2 区的术 语 和定 义 ， 但 是该 标 准 对 区域 划 分 上 又采 用 了美国国家防火协会和美 国石油协会的标准中的图 例 ， 同时兼顾 了国际 电工 委 员 会 标准 和 以美 国为 代 表的北美体系标准 ， 形成了自己国家的特色。 3 爆炸气体环境危险场所 的分 类情况 3 ． 1 气体 环境 在大气条件下 ， 可燃性物质 以气体或蒸汽的形 式与空气形成的混合物被点燃后 ， 能够保持燃烧 白 行传 播 的环境 。 3 ． 2 危 险场 所 爆 炸性 气体环 境 出现或 预期可 能 出现的数 量达 到足以要求对电气设备 的结构 、 安装和使用采用专 门措施 的 区域 。 3 ． 3 区 域 根据爆 炸性 气体 环境 出现 的频 率 和持续 的时 间 把危 险场所 划分 的 区域 。 根据 上述定 义 ， 我 国的国家标 准 、 国际 电工委员 会 I E C及世界上大多数 国家的标 准都根据爆炸性 气体环境中危险气体出现 的频率和持续的时间， 把 危 险场所 划分 为 以下 区域 1 0区爆 炸性气 体环 境 连续 出现或 长 时 间 存在 的场 所 。 2 1区 在正常运行时 ， 可能出现爆炸性气 体环境的场所 。 3 2区 在正常运行时不可能 出现爆炸性气 体环境 ， 如果出现， 仅是短时间存在的场所l_ 2 ] 。 但 在实 际应用 过 程 中 ， 无 论 是 国 内客户 还 是 国 外客户， 尤其是国外客户与钻机 配套的防爆 电路往 往首先遵循 以美国为代表的北美体系标准所划分的 危险区域 。美 国的危险区域划分 的规定与 I E C及 国内标准不 同， 美 国电气法规 NE C 5 0 0将爆炸和火 灾 危险 区域划分 为 3级 C l a s s I 级 、 C l a s s 11级 C l a s s Ⅲ 级 和 6 类 每 级各分 为 D i v i s i o n 1区域 1和 D i v i s i o n 2区域 2 即 C l a s s I I 级 可燃 性 气体 或 蒸 汽形 成 的爆 炸性危险环境 。 C l a s s 1 I 11级 可燃 性 粉 尘形 成 的爆 炸 性 危 险环 境 。 C l a s sⅢ I I I 级 可燃 性 纤 维 和悬 浮物 引 起 的火灾危险环境 。 对于每一个级别又分为 D i v i s i o n 1 1 段 在正常条件下 ， 可燃性气 体、 蒸汽或液体的可燃性 聚集可始终或有时存在 的 地方 。 D i v i s i o n 2 2段 在 正 常 条 件 下 ， 可燃 性 气 体 、 蒸汽或 液体 的可 燃性 聚集 不太 可能存 在 的区 域段 。 例 如 ， 对 于某油 罐 区 ， 可划 分 为 I 级 1段 和 I 级 2段 。 由此可见 ， 在以上 2 个体系划分中， 最明显和最 重要 的差别是 对危 险 程 度 的分 级 不 同 。以 NE C为 代表的北美体系将危险程度分为 2级； 以国际电工 委员会为代表的世界大多数国家将其分为 3区。各 体系危险区域划分对应关系如表 1 。 表 1危险区域对应 关系 4 爆炸气体环境危险场所划分 示例 鉴 于 国内 G B 3 8 3 6 ． 1 4和 G B 5 0 0 5 8标准 中列举 的 危险场所划分示例大多都是石化类场所， 而在石油钻 井开采及石油装备制造业也都采用美国 A P I R P 5 O 0 I 级 1 段和 I 级 2段石油设施电气安装场所划分建议 标准 ， 为 了便于 相关人 员参 考应 用 ， 笔者 就 以上 标准 涉及到陆上油 田钻井设施危 险区域划 分 的基 础上 ， 结 合实际划分 了图例 ， 如图 1 ～4所示 。 第 4 1卷第 5 期 张若诚 ， 等 油田钻井井场危 险区域 的划 分 8 3 地 面 R3 m 圈 1 区 2 区 泥浆 图 1 露天泥浆池的危险 区域划分 豳 建筑物内界 l 区 2 区 地 面 图 2 具有合适通风 的泥浆池设在 封闭或半 封闭空间 采 a 下部通风 良好 b 下部通风不 良 图 3 旁有生产井的钻井平台 区 霸 1 区 2 区 a在开启空 间 5 结 论 b在封闭通风不 良的空间 图 4 泥浆 固控循环净化系统装置 1 石油 钻井 的危 险场所 与石 油化 工危 险场所 不同， 选择和使用防爆电气设备时 ， 应考虑该类危险 区域 所处 的环 境 因素 户 外 、 高 温 、 低 温 、 干燥 、 高湿 、 腐蚀 、 辐射、 盐雾、 振动等。 2 只有 正确 了解 不 同的标准 在危 险 区域 分类 上 的相 同性和 差异 性 ， 才 能 正 确设 计 油 田钻井 标 准 化防爆电路， 选择合适 的防爆电气设备类别， 保证产 品 的可靠性 ， 确 保财产 和人 身安 全 。 参考文献 [ 1 ] 常镇江 ， 李合德 ， 马经 刚． 陆上油 气 田井 场 的电气 防爆 技术[ J ] ． 电气 防爆 ， 2 0 0 1 1 3 4 4 0 ． ． E 2 3 I E C 6 0 0 7 9 1 0 1 -- 2 0 0 8 ， 爆炸 性 环境场 所 的分 类 爆炸性气体环境E s ] ．