高压电机正压连续通风防爆改造技术的研究与应用

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摘  要：针对20世纪90年代建设的易燃易爆生产装置，其防爆区域未使用防爆高压电机的问题，采取正压连续通风的方式进行防爆技术改造。正压连续通风技术是实现设备外壳内部的气压高于外壳外部的气压的一种技术，其限制了周围爆炸性气体混合物进入电机外壳的内部，将电机可能产生火花、电弧和危险温度的部分全部放置在这种正压外壳保护之内，使其不可 能与周围含有爆炸性气体混合物接触，即使电机外壳内部产生火花、电弧和危险温度，也不可能引起爆炸事故的发生，从而达到防爆的目的，保证电机的安全运行。

关键词：高压电机、防爆、正压连续通风、密封、正压值

1 前言

红磷化工8万吨/年合成氨装置于1997年7月开工建设，初期建设规模为3万吨/年合成氨，装置于1999年9月投产，所生产合成氨作为生产磷复肥的中间原料。于2001年12月完成了合成氨装置“3改8”工程改造，即合成氨装置由年产3万吨能力提升到年产8万吨，截止2019年该装置已经运行20年。由于历史原因，该装置使用的4台高压同步电机（TK型）均为敞开式，不符合国家防爆要求。2019年红磷化工经过前期的研究分析，对4台高压同步电机进行正压连续通风防爆改造，并取得了国家防爆认证证书。

2正压连续通风技术原理

在设备的外壳内通入一定压力的新鲜空气，使周围的可燃性气体不能进入外壳内部，从而阻止点燃源与爆炸性气体接触，达到防止爆炸的目的。在电动机起车前，保护气体（新鲜的空气）通过正压保护系统控制单元进入电机内腔，对电机内腔原有气体进行有效的置换，将内腔的气体由电机顶部泄压阀排出，吹扫完成后泄压阀自动关闭，保护系统发出电机允许起车信号，此时电机进入泄漏补偿状态。在电机运行过程中电机内腔压力始终高于外界压力（至少 50 Pa），防止爆炸性气体进入壳体内部。当出现压力偏低或失压状态时，正压保护系统会给出信号，切断系统电源。

3改造范围

4正压连续通风防爆改造达到的要求

进行正压连续通风防爆改造后的高压电机符合国家防爆技术标准（《爆炸性气体环境用电气设备》GB3836-2000、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92等）的要求，取得国家防爆认证，防爆标志为 ExdepzⅡCT3 Gc;改造后的电机不降低原设备的性能，各项指标能满足使用要求。保证能安全、连续和有效地运行，不至于在上述的改造条件下出现任何影响正常运行的问题。

5连续正压通风防爆技术改造思路、关键控制点分析及对策

5.1新增气源设备及注意事项

根据现场条件，选择安全区域取风，取风区域要求干燥清洁，并将空压站设置在合理的位置，保证满足现场环境要求。根据現场改造电机用气量进行设计空压站的大小。 取风口需设置火花阻塞网及挡板，以保证取风安全，防止风机吸入杂物。并加装防雨搭，防止风机吸入雨水进入电机内部，造成绝缘损坏。

通风管道采用钢板钣金结构，表面光滑美观，整体密封良好。管道布置由取风区域布置到电机现场，由风机布置到电机进风口，布线按路程规划，同时需要用户工艺配合，使通风管路布置符合现场要求，不影响工厂布局。不影响现场电机设备等吊装。

通过气量的计算完成对风机和风管的选型，保证高压电机防爆改造后的运行温升不超过5℃。

取风口处应设置危险气体检测器，危险气体检测器是防爆保护的第一道屏障，检测器应在取风口进风口处设置，以保证对可能出现的危险气体进行全面的检测。危险气体检测器带有就地声光报警装置。当危险气体检测器报警时应能联锁风机电机停机，以免风机将危险气体吹入通风系统。

5.2高压电机本体连续正压通风防爆改造的主体思路

5.2.1在外部气源进入高压电机前，必须对电机进行全面检查，对电机内部进行除尘清理，必要时进行风道整修，降低温升，提高电机运行安全性。

5.2.2须更换电机原有的接线盒，改为增安防爆型接线盒。

5.2.3 提高电机本体的防护等级。集电环处盖板须重新更换密封，对电机两端端罩板的轴贯通处增加盖板，使这部分防护等级达到 IP54 以上，如下图所示。并在盖板上增加气体进气孔。

5.2.4在电机两端增加的盖板上进风口连接进风管道，进风管道通过防爆风机向电机内部送风，将电机内部可能存在的危险气体排出。根据电机吹扫通风风量以及进出气口位置，布置吹扫通风管路，并设置固定位置、阀门等，以有效的控制吹扫。

5.2.5安装正压控制装置，保证设备平稳安全的运行。对电机内腔气压进行监测，保证电机起动及运行时电机内腔不存在爆炸性气体。运行时内部压力高于外界压力至少 50Pa。当电机启动前和运行过程中出现正压降到最小设定值时、或风机故障时，正压控制装置能够联锁跳停高压电机，达到防爆要求。

5.2.6电机密封效果直接影响电机的泄漏量，泄漏量大会大大增加电机运行成本，还会因泄漏量过大而导致电机吹扫无法完成不能起车和运行时紧急停车的严重后果，故对泄漏点的密封技术是防爆改造的关键之一。密封材料包括密封垫、密封胶、生料带、棉纱、玻璃胶密封材料等进行有效密封;密封处理时，需保证密封垫平整，重点连接螺栓需用生料带处理，密封胶填涂均匀。

5.3关键点分析及对策

5.3.1 连续通风量计算

风机风量必须从两方面考虑，一方面考虑形成正压需要，另一方面要满足电机散热需求，而正常情况下后者远大于前者，因此风量以满足电机散热所需风量为准。计算方法如下：

1）根据电机效率确定换热容量

N=（1-η）*P

式中：

N—冷却器额定换热容量，单位为千瓦（kW）

P一电机的额定功率，单位为千瓦（kW）.

η一电机的计算效率

根据换热容量按电机外风路设计方法计算所需风量。

2）压力损失确定

压力损失△P=Py+Pj

式中：

Py一管道沿程损失（Pa）

Pj一管道局部损失（Pa

Py、Pj计算见《供暖通风设计手册》

3）按上款确定风量，依据《供暖通风设计手册》确定风管直径。示例：一台3200kW的同步电机、取风点距离电机本体为100米、三个管道弯头，为保证其改造前后的运行温升不升高，经过计算所需风量为48195 m3/h，全压2185Pa，则需选择通风管道直径约0.9米;转速n=1000rpm 、电机功率45KW的通风电机即满足运行要求。

5.3.2户外通风管道的密封

为保证通户外风管道的密封稳定性，一般的密封胶难以保证常年的雨水和气体腐蚀。经多次考察和亲自实践，户外通风管道采用密封胶的方式均在使用3个月左右便出现渗雨、漏气的情况，特别在湿度或照射度高的区域在一个月左右便会出现漏点。故连续正压通风改造的通风管道法兰铆接处应采取满焊的形式，焊接完成后应进行不低于“一底两面”的防腐。通风固管道使用铆钉应选择不锈钢系列。为了防止取风时将雨水吸入，取风点必须安装遮雨措施，遮雨棚的外延与风机的距离建议不低于1.5米（45kW、6级通风电机风机），取风口处设置过滤网，以保证取风安全，防止吸入杂物而损坏电机绝缘。

5.3.3管道内正压值的升级控制

针对长周期稳定运行要求较高的生产装置，可进一步补充安全联锁措施

补充措施一：每个系统电机配置两台正压通风电机，且互为备用，且由不同的电源供给。电机断电后，由于失去正压，再次接通电源之前或开始起动之前，采用联锁或手动操作方式进行换气。电机运行时，当正压值降到最小规定值以下或主正压通风电机故障时，正压保护装置要首先（声光）报警，以便操作人员通过报警信号知道正压值消失的情况，备机启动。所配的每台正压保护装置内的总开关能够满足两台风机同时启动不跳闸。

补充措施二：在高壓电机本体内加装高性能的压力变送器，并将压力值引入安全仪表SIS系统中进行联锁控制，实现高压电机紧急跳停。

5.3.4电机本体的密封措施

把电机前后两端原防护网更换成不低于2mm厚的镀锌罩板，并在前后罩板上开进风口，防护等级达到 IP54及以上。更换后的罩板与电机转子轴之间采取密封措施。将电机主体与集电环之间的轴贯通增加密封结构，将此部分与电机主体连接，达到整体吹扫换气要求。对电机机座上的出风口防护网增加阻火网，阻火网建议为32目不锈钢网。当电机运行过程中出现正压降到最小设定值时，或风机故障时，正压控制装置的翻转球会变为红色，提醒操作人员进行控制。

6 结语

红磷化工实施正压连续通风防爆技术改造后，没有降低原设备的性能，各项指标都能满足使用要求，已经安全、连续和有效地运行4个多月。2019年7月通过国家起重冶金及防爆电机质量监督检验中心的防爆检测，并取得该验收机构颁发的防爆合格证，防爆标志为Exdepz IICT3 Gcb，符合国家标准，满足合成氨现场环境防爆要求。电机内腔通入洁净、干燥的空气换气，既达到防爆的目的，又对电机起到了冷却的作用，改造前后相比，电机内部运行温度降低了6-10℃。

【参考文献】

[1] 吴长康.浅析正压型防爆电气设备.电气防爆， 2012，（4）：25-28.

作者简介

1. 杨红军（1984-05），男，云南大理人，本科，云南云天化红磷化工有限公司生产维保中心设备管理部部长，电气工程师，研究方向：电气工程及其自动化、化工仪表自动化控制.

2. 田龙（1975.03），男，湖北荆州人，本科，云南云天化红磷化工有限公司生产维保中心副经理，研究方向：化工仪表自动化控制。

3. 刘忠元（1981-09），男，云南红河人，专科，云南云天化红磷化工有限公司生产维保中心电气技术员，电气工程师，研究方向：电气工程及其自动化。

4. 苏红生（1969-10），男，云南曲靖人，专科，云南云天化红磷化工有限公司生产维保中心电仪部部长，电气副高级工程师，研究方向：电气工程及其自动化。

5. 刘勇（1974-09），男，云南红河人，专科，云南云天化红磷化工有限公司生产维保中心电气技术员，技术员，研究方向：电气工程及其自动化。