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近幾年來，隨著中國煉化一體化進(jìn)程的推進(jìn)，石油煉化廠、化工廠越來越多。由于石油及其相關(guān)產(chǎn)品大多具有易燃易爆特性，所以一定要使用安全、有利的防爆方法，以確保安全。安全柵作為本安電氣設(shè)備與非本安電氣設(shè)備之間連接的電氣設(shè)備，能夠有效地提高石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中的安全性。

安全柵的定義及主要功能

安全柵又稱安全保持器。本安回路的安全接口，它能在安全區(qū)（本質(zhì)安全）和危險區(qū)（非本質(zhì)安全）之間雙向傳遞電信號，并可限制因故障引起的安全區(qū)向危險區(qū)的能量轉(zhuǎn)遞。

本質(zhì)安全（IS）是儀表系統(tǒng)采用的防爆技術(shù)，安全柵設(shè)置在安全區(qū)域的控制室設(shè)備與危險區(qū)域的本安設(shè)備之間，傳輸信號或能量。安全柵利用電路限流限壓，從而約束安全區(qū)域傳遞能量給危險區(qū)域設(shè)備。處于危險場所的本安設(shè)備在這樣的能量下能夠正常工作，但這樣的能量不足以引燃爆炸環(huán)境，即使本安設(shè)備自身發(fā)生故障，也不會產(chǎn)生任何足以引燃的電火花或發(fā)熱表面。因此，無論是安全場所的控制室設(shè)備還是危險場所的本安設(shè)備發(fā)生故障，只要安全柵的限流限壓電路正常工作，整個系統(tǒng)都會處于安全狀態(tài)，不會產(chǎn)生爆炸。

儀表安全原理與本質(zhì)安全技術(shù)

儀表安全原理（Instrument Safety Principle）

當(dāng)易爆物質(zhì)、氧氣、引爆源這三種情況同時出現(xiàn)時，就會引起爆炸。如果我們能消除任意一個爆炸形成的條件，就能保障現(xiàn)場儀表設(shè)備的安全?？諝庵械难鯕鉄o法控制，因此控制易爆物質(zhì)和控制引爆源是目前較為常用的安全原理。在儀表行業(yè)，控制爆炸范圍也被列為常用的安全原理。 安全柵能夠限制現(xiàn)場儀表的電能量，使其無法產(chǎn)生能夠引爆的火花和引爆的儀表表面溫度。本質(zhì)安全技術(shù)能夠消除隱患，保證現(xiàn)場的安全。

危險區(qū)域危險性的分類、分級、分組（TITLE CONTENT）

爆炸性氣體分類見下表：

危險氣體場所劃分為3個不同的區(qū)域，見下表：

爆炸性氣體的溫度組別見下表：

安全柵的分類

1

齊納式安全柵

齊納式安全柵是最早出現(xiàn)的安全柵。齊納式安全柵的核心元件為齊納二極管，限流電阻及快速熔斷絲。

它的原理簡單、電路實(shí)現(xiàn)容易，價格低廉，但因由于其自身原理的缺陷使其應(yīng)用中的可靠性受到很大影響，并限制了其應(yīng)用范圍，具體的安裝要求有：

1、必須安裝于完善的接地系統(tǒng)內(nèi)，且為了安全保護(hù)，該齊納式安全柵的接地電阻應(yīng)小于1Ω。但這樣的要求在實(shí)際工程應(yīng)用中很難達(dá)到。

2、齊納式安全柵的電路原理需要吸收輸入回路的能量，易造成輸出不穩(wěn)定。

3、齊納式安全柵對電源有較大影響，同時，也非常容易因電源的波動而損壞。

4、危險區(qū)域的儀器儀表必須屬于隔離型，否則通過齊納式安全柵的接地端子與大地相接后無法保證信號傳送的準(zhǔn)確無誤。又由于信號接地直接降低了信號的抗干擾能力，大大影響了系統(tǒng)本身的穩(wěn)定程度。

相比之下，隔離式安全柵不但有限能功能，并且還有隔離功能，它主要由回路限能單元、信號和電源隔離單元、信號處理單元組成。

2

隔離式安全柵

隔離式安全柵主要由回路限能單元，信號和電源隔離單元、信號處理單元組成。它不但有限能的功能，還有隔離功能，隔離式安全柵，基本有檢測端安全柵和操作端安全柵兩種類型。

檢測端安全柵與兩線制變送器配套使用；由于隔離式安全柵采用了限壓、限流、隔離等措施，不僅能防止危險能量從本安端子進(jìn)入危險現(xiàn)場，提高系統(tǒng)的本安防爆性能，而且還增加了系統(tǒng)的抗干擾能力，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。24VDC 電源經(jīng)DC-AC-DC變換后，輸出模塊電路所需要的多種電壓。

隔離式安全柵采用了將輸入、輸出以及電源三方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，完全符合本安型限制能量的要求。盡管價格稍高，但其較為突出的優(yōu)點(diǎn)能夠?yàn)橛脩魩砀嘁嫣帲唧w表現(xiàn)在：

1、采用了三方隔離方式，無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工帶來極大方便。

2、其信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性以及抗干擾能力大幅增強(qiáng)，且提高了整個系統(tǒng)的可靠性。

3、具備較好的輸入信號處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號。

4、對危險區(qū)域的儀表無太多要求，無需采用隔離式儀器儀表。

5、可輸出兩組相互隔離的信號，以提供給使用同一信號源的兩臺設(shè)備，并保證該兩設(shè)備信號互不干擾，同時又可以提高所連接設(shè)備相互之間的電氣安全絕緣性能。

6、隔離式安全柵有較強(qiáng)的信號處理能力。如開關(guān)量輸入狀態(tài)控制、mV、Pt100變?yōu)?～20mA等等。這樣給現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)的應(yīng)用提供了更大的方便、合理和有效。

7、當(dāng)用戶同時應(yīng)用DCS和ESD時，選用一進(jìn)二出的安全柵，可以有效地將兩個系統(tǒng)隔離開來，避免系統(tǒng)之間互相影響。

8、回路供電隔離式安全柵既保持有源隔離式安全柵的優(yōu)點(diǎn)，又有齊納式安全柵一樣的接線方便，不需要另外24V電源供電，特別適合配I/O卡直接供電的DCS系統(tǒng)。

如今，隔離式安全柵被廣泛應(yīng)用于射頻導(dǎo)納料位開關(guān)、阻旋料位開關(guān)、浮球液位計(jì)等物位儀表中?？偟膩碚f，齊納式安全柵和隔離式安全柵的特點(diǎn)和性能差異很大，隔離式安全柵有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，且被廣泛應(yīng)用，其價格雖然高于齊納式安全柵，但是無論從設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試及維護(hù)成本來說，其綜合成本與帶來的便捷程度要遠(yuǎn)比齊納式安全柵更具優(yōu)勢。如今，在要求較高的工況中，幾乎都采用了隔離式安全柵作為主要本安型防爆儀表，換句話說，齊納式安全柵現(xiàn)已逐漸被隔離式安全柵所取代。

安全柵在石油化工生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用中的注意要點(diǎn)

從目前來看，本安系統(tǒng)已被當(dāng)作設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為各個領(lǐng)域所應(yīng)用。在生產(chǎn)中，安全柵選型要符合現(xiàn)場需求，在使用過程中還要注意以下問題，這樣才能達(dá)到預(yù)期效果。

01關(guān)于防爆

安全柵需要滿足現(xiàn)場所需的防爆等級要求，確保電纜及現(xiàn)場設(shè)備的蓄能，以保障電纜和現(xiàn)場設(shè)備的容抗和感抗功能。

02關(guān)于接地

齊納安全柵安裝時，需要有非?？煽康慕拥叵到y(tǒng)，并且其接地電阻必須小于1歐姆。

03關(guān)于儀表

根據(jù)現(xiàn)場儀表信號類型選擇適合的安全柵。

04關(guān)于電纜

本安系統(tǒng)設(shè)備需要使用本安電纜，在電纜敷設(shè)時本安電纜應(yīng)與非本安電纜分開敷設(shè)。并且要做標(biāo)識牌。

防爆電路如何接入安全柵

工況條件下，經(jīng)常會遇到電路中包含本安型防爆電磁閥、本安型防爆行程開關(guān)、防爆控制箱和安全柵，在這種情況下安全柵應(yīng)該怎么接入呢，是放在電磁閥的控制箱內(nèi)還是別的區(qū)域？

1、一般情況下安全柵都是放在控制室中，與PLC/DCS安裝在一起。

2、如果必須要在現(xiàn)場安裝的話，必須放在隔爆箱內(nèi)，且只能在1區(qū)和2區(qū)安裝，0區(qū)是不行的。

3、有部分安全柵本身是無火花結(jié)構(gòu)，是通過2區(qū)認(rèn)證的，可以在2區(qū)工作，只需要普通防護(hù)箱即可，無需隔爆箱;不過，條件允許的話，最好還是安裝在控制室內(nèi)。

4、本安設(shè)備一定要先接入安全柵，在進(jìn)入IO。如果有防雷柵的話要裝在儀表與安全柵之間。

隔爆式安全柵的養(yǎng)護(hù)

安全柵對于隔爆型防爆設(shè)備，其防爆型式的滿足依賴于隔爆面的完整。所以隔爆面的保養(yǎng)及維護(hù)對其來說是十分重要的。

對于已經(jīng)投入使用的隔爆型產(chǎn)品，在日常維護(hù)過程中應(yīng)當(dāng)注意對隔爆面的保養(yǎng)；

不可以用硅等異物封堵隔爆接合面，也不允許在隔爆接合面處涂抹黃油保養(yǎng)。

保養(yǎng)應(yīng)使用非凝結(jié)性防銹油脂。

對于處于安裝階段的隔爆型防爆電氣設(shè)備更是應(yīng)當(dāng)注意其隔爆面的保養(yǎng)，許多安裝人員為了便于接線，會將未完全接好的隔爆型設(shè)備敞開放置。

但在類似于我國南方等潮濕、多雨的地方，很容易造成隔爆面的銹蝕，導(dǎo)致還未投入使用之前，設(shè)備的防爆型式就已經(jīng)失效了，成為了安全隱患。

有些用戶在設(shè)備選型階段沒有嚴(yán)格制定采購計(jì)劃，導(dǎo)致已經(jīng)采購的防爆設(shè)備無法滿足現(xiàn)場的使用條件，會對防爆設(shè)備進(jìn)行私自改裝。

例如當(dāng)設(shè)備的入口數(shù)量小于所需要的進(jìn)線數(shù)時，有的用戶會對防爆設(shè)備私自開口從而滿足進(jìn)線要求。

由于安全柵產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、接線情況與原取證設(shè)備有所區(qū)別；

所以設(shè)備的防爆性能以及溫度組別均與原設(shè)備不同，不應(yīng)當(dāng)作防爆設(shè)備進(jìn)行使用。

安全柵加裝電氣設(shè)備也是普遍存在的問題。

接線箱顧名思義當(dāng)作為線纜的連接使用，從嚴(yán)格意義上講，內(nèi)部應(yīng)當(dāng)僅存在接線端子。

如果用戶采購到的隔爆型接線箱內(nèi)存在安全柵，可以通過防爆標(biāo)志進(jìn)行簡單的判別。

例如，如果是原廠配接的安全柵，則防爆標(biāo)志中應(yīng)有“[]”體現(xiàn)出關(guān)聯(lián)設(shè)備的存在。

如果接線箱內(nèi)存在安全柵等關(guān)聯(lián)設(shè)備而防爆標(biāo)志中又沒有體現(xiàn)，則通常為為商販進(jìn)行的私自改裝。

有時現(xiàn)場生產(chǎn)工藝的變更或者技術(shù)革新會在現(xiàn)場加裝一些電氣元件。

而用戶認(rèn)為隔爆型設(shè)備有耐爆、為傳爆的功能，內(nèi)部就可以隨意加裝打火元件，這種認(rèn)識是錯誤的。

此時用戶忽略了私自改裝引起的溫度組別的變化，可能由于加裝元件的緣故導(dǎo)致設(shè)備的溫度組別上升一個等級，則原本符合防爆要求的設(shè)備可能由于表面溫升從而成為點(diǎn)燃源。