Конструктивное исполнение электрооборудования в НГП.
Классификация взрывоопасных смесей и зон.
Характеристика электрооборудования во взрывоопасных зонах в нефтяной и газовой промышленности (НГП).
Введение
Уфа 2006
Лопатин Виталий Прокопьевич
Учебное пособие
Часть 1. Электропривод и электроснабжение установок бурения и насосной добычи нефти
В нефтегазовой промышленности
Электрооборудование технологических установок
для студентов специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»
Составители: Шабанов Виталий Алексеевич
В нефтяной промышленности электрическая энергия была впервые применена в 1900 году на Бакинских нефтяных промыслах. В настоящее время электрифицированы глубиннонасосная добыча нефти, закачка воды в пласты для поддержания пластового давления, водоснабжение, перекачка нефти по внутрипромысловым и магистральным трубопроводам. Широко используется электроэнергия в электрифицированных буровых установках при разведочном и эксплуатационном бурении, в установках промысловой подготовки нефти (при электрообезвоживании и электрообессоливании), в электрических установках для тепловой обработки призабойной зоны и депарафинизации скважин и на других объектах.
Энергоемкость отдельных технологических процессов нефтяной промышленности составляет: добыча нефти – 42,7 %; транспорт нефти – 40,2 %; бурение скважин – 2,8 %; прочие потребители – 14,3 %.
Газовая промышленность также характеризуется большим потреблением электроэнергии, при этом на транспорт газа по магистральным газопроводам расходуется до 70 % электроэнергии. Сжатие газа осуществляется компрессорными станциями с поршневыми и центробежными компрессорами, укомплектованными синхронными двигателями большой мощности, достигающей нескольких десятков мегаватт.
В соответствии с энергетической стратегией России делается акцент на повышение эффективности энергопотребления и энергоснабжения. Потенциал экономии газа оценивается в 22-23 %, нефти – 20 %, электроэнергии – 23 %.
Значительная экономия электроэнергии может быть достигнута при оснащении технологических установок регулируемым электроприводом, например по системе ТП-Д (тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока); ПЧ-АД (преобразователь частоты – асинхронный двигатель); Г-Д (генератор – двигатель); при использовании вентильного привода; каскадных схем и электромагнитных муфт. Использование регулируемого электропривода обеспечит сокращение потребления электроэнергии на 25-35 %, повышение КПД и надежности работы технологических установок.
Технологические процессы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа связаны с опасностью образования взрывоопасных зон.
Взрывоопасной зоной называют помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установке, в которых имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси.
Во взрывоопасных зонах должно применяться специальное взрывозащищенное оборудование, а также специальные виды прокладки проводов и кабелей.
Взрывозащищенным называется электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению или затруднению возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды, прошедшее специальные испытания по взрывозащите.
Пары легковоспламеняющихся жидкостей относятся к взрывоопасным, если температура вспышки паров этих жидкостей не превышает 61 0С, а давление паров при температуре 20 0С составляет менее 100 кПа. Горючие газы относятся к взрывоопасным при любых температурах окружающей среды.
Взрывоопасные смеси горючих газов с воздухом или смеси легковоспламеняющихся жидкостей с воздухам согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ), классифицируются по категориям I, II, IIA, IIB, IIC и группам T1…T6.
Например ко II категории взрывоопасной смеси относятся промышленные газы и пары, к I категории – рудничный газ.
Безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) – это максимальный зазор между фланцами оболочки, через которые не проходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе.
Взрывоопасные паро – газовоздушные смеси классифицируют по группам, исходя из температуры их самовоспламенения на шесть групп Т1…Т6, для которых установлены предельно-допустимые температуры наружных и внутренних частей электрооборудования.
Группа взрывоопасной смеси | Т1 | Т2 | Т3 | Т4 | Т5 | Т6 |
Температура самовоспламенения смеси, С0, выше | 300-450 | 200-300 | 135-200 | 100-135 | 85-100 |
Температура самовоспламенения газов – это температура, до которой должна быть равномерно нагрета смесь, чтобы она воспламенялась без воздействия на него открытого пламени.
Согласно ПУЭ взрывоопасные зоны помещений делятся на 6 классов. Зоны нефтяной и газовой промышленности характеризуются 4 классами: В-1, В-1а, В-1б, В-1г. При определении взрывоопасных зон принимается во внимание то, что взрывоопасная зона занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси превышает 5% свободного объема помещения.
В зону класса В-1 входят помещения, в которых взрывоопасные смеси могут образовываться при нормальных недлительных режимах работы. Например, при загрузке или разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, находящихся в открытых сосудах.
К классу В-1а относятся помещения, в которых образование взрывоопасной смеси, возможно лишь при авариях или неисправностях. Например, к ним относятся компрессорные залы газовых компрессорных.
В класс В-1б входят те же зоны помещений, что и в класс В-1а. но имеющие следующие особенности:
· горючие газы обладают высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15 % и более) и резким запахом при предельно допустимых концентрациях;
· возможна лишь местная концентрация взрывоопасной смеси;
· горючие газы и легковоспламеняющиеся жидкости не создают общей взрывоопасной концентрации и во время работы с ними не применяется открытое пламя.
Например, к ним относятся лаборатории для анализа нефтепродуктов.
К зоне класса В-1г относятся пространства у наружных установок содержащих взрывоопасные газы, пары и легковоспламеняющиеся жидкости, где появление опасных смесей возможно лишь в результате аварии или неисправности, например, резервуарные парки сырой и товарной нефти и др.
Конструктивное исполнение электрооборудования в НГП должно соответствовать условиям его эксплуатации. Наличие в воздухе большого количества пыли приводит к быстрому загрязнению обмоток и ухудшению условий теплоотдачи в окружающую среду. Влага, газы, пары кислот разрушают электроизоляционные материалы. Появление искры может вызвать взрыв взрывоопасной смеси.
Для надежной и безопасной работы электрооборудования и электротехнических изделий их помещают в корпуса (оболочки), которые характеризуются определенной степенью защиты. Кроме того, эта защита предохраняет обслуживающий персонал от соприкосновения с движущимися частями, находящимися под напряжением.
Для обозначения степени защиты электрооборудования и электротехнических изделий по ГОСТ 14254-80 приняты буквы IP, за которыми следуют две цифры. Буквы IP (International Protection) обозначают соответствие нормам, рекомендуемым Международной электротехнической комиссией (МЭК).
Первая цифра (от 0 до 6) указывает на степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями электрооборудования, находящимися внутри оболочки, а также степень защиты встроенного в оболочку оборудования от попадания твердых тел. Вторая цифра (от 0 до 8) характеризует степень защиты электрооборудования, расположенного внутри оболочки, от проникновения жидкости.
Различают следующие виды исполнения электродвигателей: защищенное, каплезащищенное, брызгозащищенное, водозащищенное, пылезащищенное, закрытое, герметичное, взрывозащищенное.
Защищенное (IP21 – IP22 и др.) исполнение характеризуется тем, что электродвигатели имеют специальные приспособления (крышки, кожухи, сетки). При этом между крышками и щитами или станиной двигателя оставляются щели, необходимые для циркуляции охлаждающего воздуха. Такие двигатели могут устанавливаться только в закрытых помещениях.
Брызгозащищенное и каплезащищенное (IP23 - IP24 идр.) исполнения – двигатели имеют приспособления, защищающие их от проникновения к токоведущим и вращающимся частям капель воды и водяных брызг. Такие двигатели могут устанавливаться на открытом воздухе.
Водозащищенное (IP55 - IP56) исполнение - электродвигатели недоступны проникновению внутрь струй воды любого направления. В них предусмотрены уплотнения прокладками и сальниками. Такие электродвигатели применяют на морских объектах нефте- и газодобычи.
Пылезащищенное (IP65 - IP66) исполнение - электродвигатели защищены от попадания внутрь пыли в опасных для нормальной работы количествах.
Закрытое (IP44 - IP54) исполнение - внутреннее пространство электродвигателя изолировано от внешней среды.
Герметичное (IР67 - IP68) исполнение - электродвигатели выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды, препятствующей сообщению с их внутренним пространством при определенной разности давлений снаружи и внутри двигателя. Такие двигатели могут работать под водой (водонепроницаемые). В нефтяной промышленности получили распространение погружные двигатели, предназначенные для длительной работы в жидкости (нефть, нефтепродукты).
Взрывозащищенные электродвигатели, предназначенные для работы в особых условиях, могут работать во взрыво- и пожароопасной среде, так как их конструкция исключает возможность возникновения взрыва и воспламенения газов в окружающем пространстве. При взрыве газов, накопившихся внутри оболочки, пламя не может проникнуть в окружающую среду.