儀表本質(zhì)安全防爆技術(shù)及其在化工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

2019年11月18日來源：防爆云平臺(tái)--防爆產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)平臺(tái) 防爆電氣防爆電機(jī) 防爆空調(diào) 防爆風(fēng)機(jī) 防爆通訊瀏覽 2660 次評(píng)論 0 次

1、本文導(dǎo)語

在許多化工工業(yè)過程中，需要處理一些易燃易爆的工藝介質(zhì)。為確保人員生命和生產(chǎn)裝置的財(cái)產(chǎn)安全，防爆技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)及相關(guān)專業(yè)，形成一系列的行業(yè)、國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并隨著工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。對(duì)于自動(dòng)化儀表，常用的防爆形式是本安型、隔爆型和增安型。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展和低功耗電子器件的不斷誕生，本安防爆技術(shù)的得到了更為廣闊的推廣和應(yīng)用。特別是由于本質(zhì)安全型(簡(jiǎn)稱本安型)防爆形式與其他防爆形式相比，不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣，而且還具有易操作和維護(hù)方便等特點(diǎn)，因此這種通過抑制點(diǎn)火源能量為防爆手段的本安型防爆儀表已被制造商和用戶接受。

2 本質(zhì)安全防爆技術(shù)的原理與特點(diǎn)

2.1本質(zhì)安全防爆技術(shù)的原理

本安防爆技術(shù)實(shí)際上是一種低功率設(shè)計(jì)技術(shù)。例如對(duì)于氫氣(ⅡC)環(huán)境，必須將電路功率限制在1.3W左右。由此可見，本安技術(shù)能很好的適用于工業(yè)自動(dòng)化儀表。

針對(duì)電火花和熱效應(yīng)是引起爆炸性危險(xiǎn)氣體爆炸的主要引爆源，本質(zhì)安全技術(shù)通過限制電火花和熱效應(yīng)這兩個(gè)可能的引爆源來實(shí)現(xiàn)防爆。在正常工作和故障狀態(tài)下，當(dāng)儀表產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)的能量小于一定程度時(shí)，低度表不可能點(diǎn)燃爆炸性危險(xiǎn)氣體而產(chǎn)生爆炸。

它實(shí)際上是一種低功率設(shè)計(jì)技術(shù)。原理是從限制能量入手，可靠地將電路中的電壓和電流限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，以保證儀表在正常工作或發(fā)生短接和元器件損壞等故障情況下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不致于引起其周圍可能存在的危險(xiǎn)氣體的爆炸。通常對(duì)于氫氣環(huán)境，也就是危險(xiǎn)程度、易爆的環(huán)境，必須將功率限制在1.3W以下。

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)規(guī)定，在危險(xiǎn)程度的危險(xiǎn)場(chǎng)所0區(qū)，只能采用Exia等級(jí)的本安防爆技術(shù)。因此，本質(zhì)安全防爆技術(shù)是一種安全、可靠、適用范圍廣的防爆技術(shù)。本質(zhì)安全型儀表設(shè)備按安全程度和使用場(chǎng)所不同，可分為Exia和Exib。Exia的防爆級(jí)別高于Exib。

Exia級(jí)本質(zhì)安全儀表在正常工作狀態(tài)下以及電路中存在兩起故障時(shí)，電路元件不會(huì)發(fā)生燃爆。在ia型電路中，工作電流被限制在100mA以下，適用于0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。

Exib級(jí)本質(zhì)安全儀表在正常工作狀態(tài)下以及電路中存在一起故障時(shí)，電路元件不發(fā)生燃爆炸。在ib型電路中，工作電流被限制在150mA以下，適用于1區(qū)和2區(qū)。

2.2本質(zhì)安全防爆技術(shù)的特點(diǎn)

(1)不需要設(shè)計(jì)制造工藝復(fù)雜、體積龐大且又笨重的隔爆外殼，因此，本安儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕和造價(jià)低等特點(diǎn)。據(jù)資料，建立一個(gè)本安型和隔爆型開關(guān)傳輸回路的費(fèi)用之比約為1:4。

(2)可在帶電情況下進(jìn)行維護(hù)、標(biāo)定和更換儀表的部分零件等。

(3)安全可靠性高。本安儀表不會(huì)因?yàn)榫o固螺栓的丟失或外殼結(jié)合面銹蝕、劃傷等人為原因而降低儀表的安全可靠性。

(4)由于本安防爆技術(shù)是一種“弱電”技術(shù)，因此，本安儀表的使用可以避免現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的觸電傷亡事故的發(fā)生。

(5)適用范圍廣。本安技術(shù)是可適用于0區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所的防爆系統(tǒng)。

(6)對(duì)于像熱電偶等簡(jiǎn)單設(shè)備，不需特別認(rèn)證即可接入本安防爆系統(tǒng)。

可見，與其他任何防爆型式相比，采用本安防爆技術(shù)可給工業(yè)自動(dòng)化儀表帶來技術(shù)上的突出特點(diǎn)。

3 本安防爆技術(shù)在過程自動(dòng)化工程中的應(yīng)用

本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)由三部分組成:現(xiàn)場(chǎng)本質(zhì)安全儀表、本質(zhì)安全電纜及本質(zhì)安全關(guān)聯(lián)設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)儀表包括各種安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所的一次檢測(cè)儀表，以兩線制變送器為代表的本質(zhì)安全點(diǎn)電纜帶有專用接地線，以耐久性的純藍(lán)色與其它電纜相區(qū)別;關(guān)聯(lián)設(shè)備包括齊納式安全柵、隔離式安全柵、其他形式的具有限流、限壓功能的保護(hù)裝置。能將竄入到現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備的能量限制在安全值內(nèi)，從而確?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、人員和生產(chǎn)的安全。

系統(tǒng)回路以安全柵為界分為本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路。從安全柵通過本質(zhì)安全電纜連接到現(xiàn)場(chǎng)儀表所構(gòu)成的電路為本質(zhì)安全電路;從安全柵到DCS以及到供電電源的電路為非本質(zhì)安全電路。

4本質(zhì)安全的防爆認(rèn)證

4.1本安防爆是整體防爆的概念

對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、安全柵必須經(jīng)過國(guó)家授權(quán)認(rèn)證機(jī)構(gòu)防爆認(rèn)證，同時(shí)需要認(rèn)證機(jī)構(gòu)簽發(fā)的本安儀表和安全柵的聯(lián)合取證確認(rèn)該本安回路的安全性。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為簡(jiǎn)單設(shè)備時(shí)無需本安認(rèn)證，即可與已取得本安認(rèn)證的安全柵配合構(gòu)成本安防爆回路。簡(jiǎn)單設(shè)備是指觸點(diǎn)開關(guān)、熱電偶、熱電阻、發(fā)光二極管以及橋路等，設(shè)備中不含儲(chǔ)能元件。

4.2本質(zhì)安全回路防爆認(rèn)證的原則

現(xiàn)場(chǎng)本安設(shè)備，安全柵認(rèn)證參數(shù)要匹配，匹配參數(shù)如表1所示。

其中:

Uoc:開路電壓在允許電壓范圍內(nèi)本安端開路時(shí)電壓值;

Isc:短路電流在允許電壓范圍內(nèi)本安端短路時(shí)電流值;

Ca:允許分布電容保證本質(zhì)安全性能情況下本安端允許外接電容;

La:允許分布電感保證本質(zhì)安全性能情況下本安端允許外接電感;

Ui:輸入電壓施加到本質(zhì)安全現(xiàn)場(chǎng)儀表上，不會(huì)使本質(zhì)安全性能失效的電壓;

Ii:輸入電流施加到本質(zhì)安全現(xiàn)場(chǎng)儀表上，不會(huì)使本質(zhì)安全性能失效的電流;

C:內(nèi)部電容現(xiàn)場(chǎng)本安儀表內(nèi)總等效電容;

Li:內(nèi)部電感現(xiàn)場(chǎng)本安儀表內(nèi)總等效電感;

Cc:本安電纜的分布電容;

Lc:本安電纜的分布電感。

5 本質(zhì)安全儀表及回路的特殊要求

5.1對(duì)接地的要求

本質(zhì)安全型儀表系統(tǒng)必須具有可靠的獨(dú)立接地。整個(gè)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)有四種類型的接地:本質(zhì)安全型儀表系統(tǒng)接地、信號(hào)回路接地、屏蔽接地和保護(hù)接地。信號(hào)回路接地與屏蔽接地可共用一個(gè)單獨(dú)的接地極，本質(zhì)安全儀表系統(tǒng)需獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)，與其它接地網(wǎng)相距5m以上，一般要求本質(zhì)安全地的接地電阻小于1Q。其它兩種接地電阻按設(shè)計(jì)或規(guī)范要求一般在4Q以下。保護(hù)接地可接到電氣工程低壓電氣設(shè)備的保護(hù)接地網(wǎng)上。

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