油田钻井井场防爆电气设备应用现状浅析

由于油田钻井作业是对油气层的勘探开采过程，作业过程中容易产生可燃易爆性伴生气体，钻井井场按照危险环境区域划分属于1区(井口位置)、2区危险区域。所以，钻井井场范围内使用的电气设备，应是能防止由于在使用中产生火花、电弧或危险温度成为安装地点爆炸性混合物的引燃源的电气设备，从而钻井井场的人身及设备。
电气设备可分为隔爆型d、增安型e、充油型o、充砂型q、本质型、正压型p、n型、型s(组合型)等。由于电气设备的性，其性能不仅取决于产品质量，而且取决于设备的正确选型、安装、使用、维护以及环境(化学腐蚀、盐雾、高温高湿、粉尘雨水)的影响，否则，即使产品质量再好，选型、安装、使用和维护不当同样会失去性能。
经连续现场检测与分析发现，钻井井场电气应用过程中存在一些不规范之处，对现场整体性能造成影响。
一、部分电气设备选型不当
钻井井场的设备应按照危险区域划分配备相应型号、相应等级的产品，它的标志不应低于环境中危险物的级别与组别。如旋转电机应为隔爆型、正压型、增安型；变压器、电抗线圈、仪表用的互感器为隔爆型、正压型、增安型；低压开关和控制器类为隔爆型；灯具类多为固定式，指示灯、镇流器为隔爆型、本安型、正压型和增安型，移动式只能为隔爆型、增安型；信号、报警装置为隔爆型、本安型、正压型和增安型；插接装置为隔爆型；接线盒为隔爆型、增安型；电气测量表(计)应为隔爆型、增安型、正压型。通过调现部分钻井井场存在选型不合理或者存在选用非电气设备的现象存在。例如：在干燥房和坐岗房中存在许多非产品，如多用插座、监视仪、低压控制箱、断路器、灯具、风扇等。
二、部分电气设备安装敷设不规范
(1)导线或电缆的连接采用直接连接接头较多：在危险爆炸性环境中，电缆间不应直接连接，在相应的接线盒内连接或分路，电缆线路不应有中间接头，绝缘导线连接敷设于钢管内，但部分钻井井场现场采用直接连接且接头较多。
(2)弹性密封圈的密封不规范：电气设备引入装置内的弹性密封圈应密封一根电缆；密封的电缆断面，应近似圆形，能将电缆沿圆周均匀地挤紧，密封圈内径与电缆外径允许差值为±1mm；部分钻井井场的电缆采用扁型电缆，有的密封两根及以上电缆或导线，这样很难做到将电缆沿圆周挤紧；有的甚至没有密封圈。
(3)金属密封圈缺失或安装不到位：标准要求应将电缆表面清理干净，再采用金属密封环式引入。GB50257中规定，采用金属环引入时，贯通整个电缆，应清洁干燥。但现场金属环未旋紧和生锈老化现象普遍存在。
(4)中性线的敷设不规范：电气设备中性线绝缘层的额定电压，应与相线电压相同，并应在同一护套或钢管内敷设，部分钻井井场采用的相线与中性线截面相差很大，例如：某钻井井场接线盒内相线为6mrti，额定电压为750/450V，而中性线为2.5mrri，额定电压为500/300V，且无护套和无钢管保护。
(5)电动机的配线达不到要求：引入电动机电缆配线需挠性连接管，它与电动机接线盒之间应按要求加以配合，不同的使用环境条件应采用不同材质的挠性连接管。部分钻井井场循环罐电动机、离心泵、振动筛电动机和柴油罐电泵均采用直接配线，达不到配线要求。
(6)电气设备、接线盒和端子箱多余的孔无密封和封堵：电气设备、接线盒和端子箱上多余的孔，应采用丝堵密封。在室外和易进水的地方，与设备引入装置连接的电缆保护管的管口，应严密封堵；当孔内垫有弹性密封圈时，则密封圈的外侧应设钢质堵板，其厚度不应小于2mm，钢质丝堵应经压盘或螺母压紧。
(7)引入装置夹紧部分损坏和不配套：电缆的引入装置应能夹紧电缆，这种夹紧作用是通过夹紧装置、密封圈和填料来实现的。夹紧装置是防止电缆从引入装置中拔脱或扭转，引入装置要与不同的电缆相配套。电缆与电气设备连接时，应选用与电缆外径相适应的引入装置，如不适应时，应采用过渡接线方式，电缆与过渡线在相应的接线盒连接。
(8)电缆易受损伤的地方无保护，保护管和电缆老化现象存在较多：线路敷设时宜避开可能受到机械损伤、振动、腐蚀以及可能受热的地方；当不能避开时，应采取保护和预防措施，部分钻井井场发现电缆局部有露铜和无护套现象，保护管有老化进水现象。
(9)钢管敷设不规范：配线钢管应采用镀锌焊接钢管，应采用螺纹连接，不得采用套管焊接；不得在螺纹上缠布或绝缘胶带；管径为25~及以下的钢管不应少于5扣；管径为32~及以下的钢管不应少于6扣；螺纹连接处应有锁紧螺母，外露丝扣不应过长。
三、部分电气设备本身存在缺陷
(1)灯管与透明罩之间距离较小：标准要求灯管(泡)与透明罩之间应有距离，100W以下不应小于s~，以便降低灯具的温升及热破损。
(2)采用的移动式灯具不符合使用环境：GB7000.1规定恶劣条件下使用的灯具，其防尘、防固体异物和等级应至少达到IP54。
(3)灯具的接地电阻超标：照明灯具是利用有电器连接的金属管线系统作为接地线，所以灯具的支架管线应与罐体或野营房的墙体采用焊接或其他方法进行固定，灯具接地的性。
(4)隔爆型接合面锈蚀现象、紧固螺钉缺失状况严重：隔爆型电气设备是通过接合面的间隙达到电气控制元件与可燃易爆气体的隔离，紧固螺钉是隔爆电气隔爆低的，现场部分隔爆面锈蚀、紧固螺钉缺失情况严重，使得隔爆型电气设备失去性能。部分增安型的接合面密封衬垫老化严重。
(5)正压型电气设备不规范：正压型电气设备有一个或几个与通风系统相连的进、排气口。微压继电器应装设在风压、气压低点的出口处；铭牌上应明确标明小风量、风压、换气时间、正压容积。部分井场变频调速电机铭牌上没有标明小风量、大容积，排气和取气也是通过通风机在现场排气和取气，并非区域，空气也不是纯净空气，并且没有装设微压继电器(风压不小于50Pa)，不符合GB3836.5规定。现场取气反而增加了爆炸危险性。
四、接地线或接零保护线不符合标准
(1)接地线尺寸选取不符合要求：宜采用多股软绞线，其铜线小截面积不得小于4mrri，易受机械损伤的部位应装设保护管。现场有的钻井井队采用三根芯线的护套软线和铝芯橡皮线作为接地连接线。
(2)隔爆型电机无单独接地线：部分井场由于电机底座与循环罐焊接为一体，故认为不采用单独接地，但是GB3836.2标准中明确规定，隔爆型的电气设备有单独的接地，间接连接容易导致接地不牢固，接触电阻较大等。
(3)隔爆型控制箱无单独接地线：GB50085规定，在不良导电地面处，交流额定电压380V及以下和直流额定电压440V及以下的电气设备正常不带电的金属外壳；在干燥环境，交流额定电压为127V及以下，直流电压为110V及以下的电气设备正常不带电的金属外壳，在爆炸性环境内应进行接地。
(4)井场接地系统比较混乱：井场配电系统有TN-C(即干线部分保护零线与工作零线共用的系统)和IT系统，也有的普遍采用TT系统(即三相四线配电网)。电工作业要求不允许一部分电气设备采用保护接地而另一部分采用保护接零(即一般不允许同时采用TN系统和TT系统的混合运行方式)。要求在爆炸危险性场所应采用TN-S系统，即保护零线与工作零线分开的系统，也就是三相五线制。
五、建议
(1)整改建议
①隔爆接合面的维修：对隔爆接合面密封性能不达标的设备应重新检修，注意接合面的间隙并涂润滑脂等措施加以保护。②不常使用的线路和设备：对停止使用的设备，与之相关的所有供电电源的导线均应断开、拆除，或者接到适当外壳的端子上。③多余的进线孔的处理：对电气设备、接线盒和端子箱上多余孔未封堵的应尽快用丝堵塞严密，孔内有弹性密封圈的用2mm钢质堵板柱经压盘或螺母压紧。④接地线的安装：对没有装设接地的设备，尽快按要求装设接地线。⑤易老化件的处理：对老化的电缆和保护管、衬垫尽快换。⑥非产品的改造：非产品不允许使用在爆炸危险场所，应尽快换为产品。
(2)维护建议
①易损件的维护：对如软电缆、挠性管及其终端连接容易损坏的部分，应按规定的时间间隔进行检查，出现损坏或缺损时应及时换。②易松动部位的维护：对振动部位的设备应特别注意设备的螺栓和电缆引入装置的紧固性。③易腐蚀设备的维护：设备的金属外壳应采用适当的保护涂层进行处理。
(3)管理建议
①源头的把关：没有生产资质和安装资质的生产厂家应尽快取得相应的资质，并且设备安装前应由机构进行检查。②人员的培训：对电气装置的检查与维护应由有经验的人员进行，这些人员应接受适当的继续教育或定期培训，并具备相关经验和获得相应的资质证书。③设备的初始检查：在整套设备投入运行前应对其型式和安装要求适应性进行初始检查。④设备的抽样检查：为了将故障早期检测出来，应对运行后和任何换、修理、修改或调整后的设备进行抽样检查和连续监督。