安全柵技術(shù)2014-10

1、 在石油、化工、冶金、制藥、天然氣等生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)具有爆炸性物質(zhì)存在的危險(xiǎn)場所，這些場所使用的電氣設(shè)備必須遵循有關(guān)爆炸性環(huán)境應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品必須取得國家授權(quán)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。 危險(xiǎn)場所：指存在或可能存在可燃性氣體與空氣混合物的場所。 據(jù)資料：煤礦井下約80%場所、石油開采現(xiàn)場和精煉廠約60%-80%場所、化學(xué)工業(yè)約80%以上的生產(chǎn)車間是爆炸性危險(xiǎn)場所。易爆場所的產(chǎn)生所產(chǎn)生爆炸的三角形原理點(diǎn)燃源危險(xiǎn)區(qū)危險(xiǎn)區(qū)助燃劑電火花電火花熱表面熱表面爆炸性物質(zhì)空氣（氧氣）可燃性物質(zhì)或粉塵等產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)的因素及措施 具有潛在爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境產(chǎn)生爆炸必須具備下列三個(gè)條件(爆炸三角形原理)：1. 爆炸性物質(zhì)- 可燃

2、性物質(zhì)或粉塵等；2. 點(diǎn)燃源(點(diǎn)燃能量） - 電火花、熱表面3. 助燃劑- 空氣（氧氣） 防止爆炸發(fā)生的基本方法：避免形成爆炸性環(huán)境理想的方法(很難實(shí)現(xiàn))；排除、消除可能的點(diǎn)火源實(shí)際的方法；1.限制其中一個(gè)或幾個(gè)要素，都可以達(dá)到防爆要求。如制造正壓、爆炸氣體濃度監(jiān)控、限制點(diǎn)燃源能量(主要手段)。電氣爆炸性物質(zhì)的分類、分級和分組代表性物質(zhì)物質(zhì)分組體系點(diǎn)燃特性中國 /IEC/ 歐洲國家GB3836.1/IEC60079-0/EN50014北美（美國、加拿大）NEC500易難乙炔 C級級 A組氫氣 C級級 B組乙烯 B 級級 C組丙烷 A級級 D組甲烷(煤礦)（無分組）金屬粉塵（）級 E 組煤塵級

3、F組農(nóng)業(yè)粉塵級 G組纖維（毛、棉屑）電氣設(shè)備的最高表面溫度組別溫度組別最高表面溫度適用危險(xiǎn)氣體引燃溫度 T （）電氣安全性能T1 450450 T低高T2 300300 TT3 200200 TT4 135135 TT5 100100 TT6 8585 T 按照我國國家防爆標(biāo)準(zhǔn) GB3836.1-2010 的有關(guān)規(guī)定,危險(xiǎn)區(qū)電氣設(shè)備的溫度組別與設(shè)備允許最高表面溫度和適用氣體引燃溫度的關(guān)系如下： 注：儀表的最高表面溫度 = 實(shí)測最高表面溫度 實(shí)測時(shí)環(huán)境溫度+ 規(guī)定最高環(huán)境溫度氣體/設(shè)備相容性 氨氣氨氣 630甲烷甲烷 560氫氣氫氣 537丙烷丙烷 470乙烯乙烯 425丁烷丁烷 365環(huán)己烷環(huán)

4、己烷 259乙醚乙醚 170二硫化碳二硫化碳 95氣體點(diǎn)燃溫度C700600500400300200100T1T2T3 T6 T4 T5 電氣設(shè)備溫度組別CC危險(xiǎn)場所的區(qū)域劃分區(qū)域中國標(biāo)準(zhǔn)描述歐洲標(biāo)準(zhǔn)量化描述危險(xiǎn)程度0區(qū)在正常運(yùn)行時(shí)，爆炸性氣混合物連續(xù)的、或長時(shí)間存在的場所。大于1000小時(shí)/年高低1區(qū)在正常運(yùn)行時(shí)，爆炸性氣混合物有可能出現(xiàn)地場所。10-1000小時(shí)/年2區(qū)在正常運(yùn)行時(shí)，爆炸性氣混合物不可能出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也是短暫時(shí)間存在的場所。0.1-10小時(shí) 典型露天油罐危險(xiǎn)區(qū)域分類示意隔離墻罐通氣孔對于固定罐頂?shù)膮^(qū)域分類且有比空氣重的蒸氣Zone 1Zone 0Zone 2液體表面 熱電

5、阻（偶）在危險(xiǎn)區(qū)域安裝示例管道或過程容器的內(nèi)部管道的外部Zone 2Division 2Division 1Zone 1Zone 0 等級定 義ia 在正常工作、一個(gè)計(jì)數(shù)故障和兩個(gè)計(jì)數(shù)故障情況下均不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物（包括爆炸性粉塵和纖維，下同）。該等級的安全柵本質(zhì)安全端可連接到0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)危險(xiǎn)場所的本質(zhì)安全設(shè)備?！癷a”類電氣設(shè)備對易受干擾的元器件必須采用“三重化”設(shè)計(jì)。 ib 在正常工作和一個(gè)計(jì)數(shù)故障情況下均不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物。該等級的安全柵本質(zhì)安全端可連接到1區(qū)、2區(qū)危險(xiǎn)場所的本質(zhì)安全設(shè)備?！癷b”類電氣設(shè)備對易受干擾的元器件必須為雙重化設(shè)計(jì)。 ic在正常工作情況下不能點(diǎn)燃

6、爆炸性氣體混合物。該等級的安全柵本質(zhì)安全端可連接到2區(qū)危險(xiǎn)場所的本質(zhì)安全設(shè)備。防爆技術(shù)防爆技術(shù)防爆型式防爆型式防爆標(biāo)準(zhǔn)及符號防爆標(biāo)準(zhǔn)及符號技術(shù)措施技術(shù)措施典型應(yīng)用典型應(yīng)用隔離措施隔離措施充油型o(GB3836.6)把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔離變壓器、開關(guān)裝置正壓型p(GB3836.5)把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔離控 制 室 、 儀 表 盤 、 馬達(dá) 、分 析儀 器充砂型q(GB3836.7)把危險(xiǎn)物質(zhì)與點(diǎn)火源隔離儀表裝置澆封型m(GB3836.9)設(shè)法防止產(chǎn)生點(diǎn)火源儀 表、 控 制 裝置特定的結(jié)構(gòu)特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)無火花 型n(GB3836.8)設(shè)法防止產(chǎn)生點(diǎn)火源馬達(dá)、燈具本質(zhì)安全本質(zhì)安全型型ia/ib(

7、GB3836.4)限制點(diǎn)火源的能量儀表、控制裝置增安型增安型e(GB3836.3)設(shè)法防止產(chǎn)生點(diǎn)火源馬達(dá) 、 照 明燈 具、 接 線盒防爆保護(hù)外防爆保護(hù)外殼殼隔爆型隔爆型d(GB3836.2)隔離存在的點(diǎn)火源開關(guān)裝置、馬達(dá)、泵、閥、儀表、控制裝置特殊設(shè)計(jì)特殊設(shè)計(jì)氣密型h(GB3836.10)用外殼保護(hù)和限制表面溫度氣體探測器特點(diǎn)：設(shè)備的電路和接線端子全部置于防爆殼體內(nèi) 防爆措施： 采用耐壓采用耐壓80100N/cm2以上的表殼；以上的表殼； 表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽的引燃溫度所規(guī)定的表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽的引燃溫度所規(guī)定的數(shù)值；數(shù)值； 表殼接合面的縫隙寬度及深

8、度，應(yīng)根據(jù)它的容積和易爆性氣體的級表殼接合面的縫隙寬度及深度，應(yīng)根據(jù)它的容積和易爆性氣體的級別采用規(guī)定的數(shù)值。別采用規(guī)定的數(shù)值。注意事項(xiàng)： 1、 揭開設(shè)備（儀表）表殼后，將失去了防爆性能；揭開設(shè)備（儀表）表殼后，將失去了防爆性能； 2 、必須使用防爆電纜、或密封的、達(dá)到防爆要求的金屬（軟）管敷、必須使用防爆電纜、或密封的、達(dá)到防爆要求的金屬（軟）管敷設(shè)線路；設(shè)線路； 3 、只能應(yīng)用在、只能應(yīng)用在1、2區(qū)，不可以應(yīng)用在區(qū)，不可以應(yīng)用在0區(qū)；區(qū)； 4 、長期使用會逐漸降低防爆性能、長期使用會逐漸降低防爆性能。 本安防爆技術(shù)的基本原理： 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

9、圍內(nèi)，以保證在電氣設(shè)備在正常工作或發(fā)生短接和元器件損壞等故障情況下，所產(chǎn)生的電火花和熱效電火花和熱效應(yīng)應(yīng)不致于引起其周圍可能存在的危險(xiǎn)氣體的爆炸。這類電氣設(shè)備稱為本安電氣設(shè)備。 煤礦電鈴系統(tǒng)（大約1910年）短路火花裸導(dǎo)線電鈴電池絞車操作 人員本質(zhì)安全概論的起源比較內(nèi)容本質(zhì)安全型隔爆型應(yīng)用區(qū)域唯一可適用于0、1、2區(qū)的防爆型式，降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn) 。 僅僅適用于1、2區(qū)，限制了應(yīng)用范圍。現(xiàn)場可維護(hù)性 可帶電進(jìn)行接線、拆卸、維護(hù)、標(biāo)定、更換部件等作業(yè)。 現(xiàn)場不可帶電作業(yè)。安全可靠性對外殼密封等無要求，長期應(yīng)用可靠性高。同時(shí)是“弱電”系統(tǒng)，保障人身安全。如有緊固件松動、密封性降低、表面劃傷等環(huán)境或人為

10、情況，均會使防爆性能降低或失效。簡單設(shè)備的適用性普通的電偶、電阻、開關(guān)等儀表通過安全柵即可達(dá)到本質(zhì)安全要求。即便是簡單儀表，自身也必須達(dá)到隔爆要求。對線纜及布線施工的要求 可使用普通線纜（需計(jì)算分布電容及電感），并且布線施工要求低。 必須對線纜進(jìn)行隔爆處理，布線施工要求高。體積重量 由于本安產(chǎn)品完全由內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)，因此體積小、重量輕。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重量重。 成本由于安全柵成本的逐步降低，并且對線纜及布線施工要求低，因此總體成本較低。無論從隔爆型儀表自身的成本，還是從布線施工及長期安全維護(hù)考慮，其成本均較高。本安與隔爆技術(shù)應(yīng)用對比本安與隔爆技術(shù)應(yīng)用對比一、區(qū)域劃分：0區(qū)、1區(qū)、2區(qū) 決定現(xiàn)場

11、儀表的防爆形式：本安型各區(qū)均可，隔爆型只能在1區(qū)、2區(qū)，增安型只能應(yīng)用在2區(qū)或無安全隱患的場所，同時(shí)，0區(qū)必須采用ia等級的產(chǎn)品，而1區(qū)、2區(qū)可采用ia或ib等級的產(chǎn)品。二、防爆等級：ia、ib、ic 決定產(chǎn)品的防爆級別三、氣體性質(zhì)：C、B、A 決定產(chǎn)品的適用氣體等級。同時(shí)，對于有較易于點(diǎn)燃的氣體，只要有出現(xiàn)的機(jī)率就必須按常有考慮，而與其濃度和頻率無關(guān)。四、引燃溫度 決定所選用產(chǎn)品的溫度組別判斷選擇防爆產(chǎn)品的因素判斷選擇防爆產(chǎn)品的因素其中：Ex 防爆標(biāo)志 ia、ib、ic 本安型防爆等級 C 、B、 A 工業(yè)爆炸性氣體組別本公司產(chǎn)品防爆級別：Ex ia C。 標(biāo)標(biāo) 志志 定定 義義認(rèn) 證 機(jī)

12、構(gòu)和 認(rèn) 證標(biāo) 志： 國家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（國家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（CQST）是國家質(zhì)量監(jiān)督主管部門第一批授權(quán)的國家級質(zhì)檢中心、中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會（CNAS）認(rèn)可的防爆電氣產(chǎn)品檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室、中國節(jié)能認(rèn)證中心授權(quán)的節(jié)能電動機(jī)檢測機(jī)構(gòu)、國家級科技成果檢測實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)還被美國能源部認(rèn)可為電動機(jī)效率實(shí)驗(yàn)室。 NANYANGC Q S TEx 國家級儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗(yàn)站（NEPSI ）。是行使國內(nèi)及進(jìn)口儀器儀表防爆產(chǎn)品安全監(jiān)督和檢驗(yàn)認(rèn)可 工作的歸口單位。并分別與美國工廠聯(lián)研會（FMRC）、德國聯(lián)邦物 理技術(shù)研究院(PTB)等國外機(jī)構(gòu)取得防爆認(rèn)證技術(shù)互認(rèn)。國外認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)證

13、標(biāo)志： 歐洲國家：美國加拿大 安全柵應(yīng)用在本安防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，它是安裝于安全場所，含有本安電路和非本安電路的裝置，電路中通過限流和限壓電路限制了送往現(xiàn)場本安回路的能量，即便在控制室設(shè)備處于故障狀態(tài)，它仍然可以防止非本安電路的危險(xiǎn)能量串入本安回路，以保證通過它傳給現(xiàn)場的能量是安全的。 安全柵在本安防爆系統(tǒng)中稱為關(guān)聯(lián)設(shè)備，是現(xiàn)場本安儀表必須配置的、其它現(xiàn)場防爆類型儀表預(yù)防性、補(bǔ)充性配置的關(guān)聯(lián)設(shè)備，它是儀表防爆系統(tǒng)的重要組成部分。安全柵的基本概念齊 納 安 全 柵 原 理 圖危險(xiǎn)側(cè)安全側(cè)RFZ 齊納式安全柵是通過在輸入回路上串聯(lián)限流電阻、并聯(lián)齊納二極管限壓、和串聯(lián)快速熔斷器限流的方式，來限制回路電

14、能量，以實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全所要求的回路限能功能。齊納式安全柵工作原理隔離式安全柵工作原理隔離式安全柵符合本質(zhì)安全對回路限制能量的要求，同時(shí)采用了將輸入、輸出及電源三方之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，并具有對信號的隔離、轉(zhuǎn)換及傳輸功能。安全側(cè)危險(xiǎn)側(cè)信號處理單元隔離單元ZFR限能單元輸入輸出電源輸入輸出電源Input SignalOutput Signal齊納式安全柵齊納式安全柵隔離式安全柵隔離式安全柵安裝位置必須有非?？煽康慕拥叵到y(tǒng)，并且該齊納式安全柵的接地電阻必須小于1。否則便失去防爆安全保護(hù)性能。由于采用了三方隔離方式，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工帶來極大方便。 要求來自危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場儀表必須

15、是隔離型，否則達(dá)不到本安作用，并且通過接地端子與大地相接后信號可能無法正確傳送。對危險(xiǎn)區(qū)的儀表要求大幅度降低，可以采用非隔離型并且現(xiàn)場無需采用隔離式的儀表也可以保證信號的可靠傳遞。 由于輸入信號通過內(nèi)部器件與地之間形成回路，直接降低了信號的抗干擾能力，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。由于齊納式安全柵的電路原理需要吸收輸入回路的能量，所以易造成輸出不穩(wěn)定。 無需吸收輸入能量，而輸出可以提高驅(qū)動能力，因此輸出更加穩(wěn)定可靠。齊納式與隔離式安全柵技術(shù)及應(yīng)用對比（齊納式與隔離式安全柵技術(shù)及應(yīng)用對比（1 1）齊納式安全柵

16、齊納式安全柵隔離式安全柵隔離式安全柵由于設(shè)計(jì)機(jī)理，每只產(chǎn)品只能提供一入一出的回路，無法實(shí)現(xiàn)多回路的要求。隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號，以提供給使用同一信號源的兩臺設(shè)備使用，并保證兩設(shè)備信號不互相干擾。 輸入與輸出之間無法實(shí)現(xiàn)電氣隔離?？梢詫?shí)現(xiàn)輸入與輸出設(shè)備相互之間的電氣安全絕緣性能，保證系統(tǒng)的安全可靠性。輸入信號只能實(shí)現(xiàn)等量傳送，無法實(shí)現(xiàn)諸如線性化、零點(diǎn)控制等算法，是個(gè)簡單的類似于導(dǎo)體的產(chǎn)品。不僅實(shí)現(xiàn)達(dá)到更加可靠的本質(zhì)安全要求，而其對輸入信號實(shí)現(xiàn)多樣化的處理，如能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號，更加方便與各類自動化控制系統(tǒng)的連接，并降低后續(xù)系統(tǒng)的軟、硬件成本。齊納式與隔離式安全

17、柵技術(shù)及應(yīng)用對比（齊納式與隔離式安全柵技術(shù)及應(yīng)用對比（2 2） 本安系統(tǒng)有兩種認(rèn)證方法:回路認(rèn)證和參量認(rèn)證。 回路認(rèn)證：除了對本安儀表、關(guān)聯(lián)設(shè)備、本安電纜分別認(rèn)證外，還對以上設(shè)備按特定組合進(jìn)行聯(lián)合認(rèn)證。這種組合方式一經(jīng)認(rèn)證就具有唯一性，其中任何的本安設(shè)備均不得變更，否則聯(lián)合認(rèn)證即為無效。 參量認(rèn)證：通過對現(xiàn)場本安設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備及電纜的涉及本安防爆相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析、計(jì)算，這些參數(shù)只須滿足匹配關(guān)系即可認(rèn)為該組合符合本安的防爆要求。 按“回路認(rèn)證”的要求去做在工程上十分不便，對制造商也很不便，因此近年來在工程設(shè)計(jì)中全部是按“參量認(rèn)證”的方式對所選本安設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行安全評估，因此，參量認(rèn)證較回路認(rèn)證具

18、有更高的科學(xué)性和實(shí)用性。本質(zhì)安全產(chǎn)品的配套選型技術(shù)本質(zhì)安全產(chǎn)品的配套選型技術(shù)國家防爆中心對參量認(rèn)證的規(guī)范符合性回復(fù)安全柵參數(shù)安全柵參數(shù)安全參數(shù)安全參數(shù)匹配條件匹配條件現(xiàn)場本安儀表參數(shù)現(xiàn)場本安儀表參數(shù)最高開路電壓 Uo最大輸入電壓 Ui最大短路電流 Io最大輸入電流 Ii最大輸出功率 Po最大輸入功率 Pi（允許）最大外部電容 Co最大內(nèi)部電容Ci +電纜分布電容Cc（允許）最大外部電感 Lo最大內(nèi)部電感Li+電纜分布電感Lc安全柵與現(xiàn)場儀表的參數(shù)匹配關(guān)系優(yōu)倍安全柵與橫河EJA壓力變送器本安參數(shù)匹配示例（1）優(yōu)倍NPEXA-CM31安全柵比較關(guān)系橫河EJA變送器符合性U0 28VUI30VI0

19、93mAII 165mAP0 650mWPI 900mWC0 0.058FCI 0.0225FL0 2.80mHLI 0.73mH優(yōu)倍安全柵與橫河EJA壓力變送器本安參數(shù)匹配示例（2）一、根據(jù) CcCo -Ci 和LcLo -Li 公式計(jì)算電纜的最大外部分布參數(shù); CcCo -Ci0.058F-0.0225F0.0355FLc Lo -Li2.80mH- 0.73mH2.07mH二、按照 L=Cc/Ck 和L=Lc/Lk公式分別計(jì)算電纜長度,取兩者中的小值作為實(shí)際配線長度 L推薦值 ：電纜電容Ck為200pF/m; 電纜電感Lk為0.66H /mL1= Cc/Ck=0.0355106/200=

20、177.5 mL2=Lc/Lk=2.07103/0.66=3136.4 m結(jié)論：取其中較小值則L=177.5 m1 1、現(xiàn)場隔爆型儀表產(chǎn)品是否需要接安全柵？、現(xiàn)場隔爆型儀表產(chǎn)品是否需要接安全柵？ 可以不配置，但沒有配置安全柵的隔爆型產(chǎn)品不能用于可以不配置，但沒有配置安全柵的隔爆型產(chǎn)品不能用于0 0區(qū)，同時(shí)，區(qū)，同時(shí)，其布線施工必須符合隔爆規(guī)范的要求。因此，如無法判斷現(xiàn)場是否屬于其布線施工必須符合隔爆規(guī)范的要求。因此，如無法判斷現(xiàn)場是否屬于0 0區(qū)，或施工布線不能完全符合規(guī)范，或現(xiàn)場對隔有可能對隔爆產(chǎn)品進(jìn)區(qū)，或施工布線不能完全符合規(guī)范，或現(xiàn)場對隔有可能對隔爆產(chǎn)品進(jìn)行拆開維修、測試，就建議配置安全

21、柵。行拆開維修、測試，就建議配置安全柵。2 2、現(xiàn)場本安型儀表是否需要接安全柵？、現(xiàn)場本安型儀表是否需要接安全柵？本安型現(xiàn)場儀表必須接安全柵，否則就不能形成本安回路，同時(shí)也必本安型現(xiàn)場儀表必須接安全柵，否則就不能形成本安回路，同時(shí)也必須核對現(xiàn)場本安儀表及安全柵的本安參數(shù)進(jìn)行符合性判斷（見前述）。須核對現(xiàn)場本安儀表及安全柵的本安參數(shù)進(jìn)行符合性判斷（見前述）。3 3、普通的熱電偶、熱電阻、無源開關(guān)等是否接安全柵后，即、普通的熱電偶、熱電阻、無源開關(guān)等是否接安全柵后，即具備本安防爆特性？具備本安防爆特性？ 是的，以上均屬于簡單設(shè)備，簡單設(shè)備包括自身產(chǎn)生的電壓小于是的，以上均屬于簡單設(shè)備，簡單設(shè)備包括自身產(chǎn)生的電壓小于1.2V,1.2V,電流小于電流小于0.1A0.1A，能量小于，能量小于20J20J或功率小于或功率小于20mW20mW，內(nèi)部等效電感，內(nèi)部等效電感Li=0Li=0，內(nèi)部等效電容內(nèi)部等效電容Ci=0Ci=0的現(xiàn)場儀表。的現(xiàn)場儀表。安全柵選用中的常見