安全柵的種類和應(yīng)用

安全柵的種類和應(yīng)用導(dǎo)讀近幾年來(lái)，隨著中國(guó)煉化一體化進(jìn)程的推進(jìn)，石油煉化廠、化工廠越來(lái)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(guò)程中的安全性。儀表安全原理與本質(zhì)安全技術(shù)儀表安全原理當(dāng)易爆物質(zhì)、氧氣、引爆源這三種情況同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)引起爆炸。如果我們能消除任意一個(gè)爆炸形成的條件，就能保障現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備的安全。空氣中的氧氣無(wú)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(chǎng)儀表的電能量，使其無(wú)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(chǎng)的安全。危險(xiǎn)區(qū)域危險(xiǎn)性的分類、分級(jí)、分組爆炸性氣體分類見(jiàn)下表。工況氣休分類爆炸性氣休最小引爆火花能量礦井下1甲烷0,280nijIIA時(shí)烷0,180mj礦井外工廠HR乙烯0,060mjIIC氫氣0.190mj

危險(xiǎn)氣體場(chǎng)所劃分為3個(gè)不同的區(qū)域，見(jiàn)下表。0區(qū)在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)地、短時(shí)間頻肇地出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所1區(qū)在正常情況下，爆炸性氣體混合物行可能出現(xiàn)的場(chǎng)所2區(qū)在正常情況下，爆炸性氣體混合物術(shù)能出現(xiàn)，常情況下偶爾短時(shí)間出現(xiàn)的場(chǎng)所僅在不正爆炸性氣體的溫度組別見(jiàn)下表。度別溫組安全的物陣表面溫度汽：常見(jiàn)爆炸性氣體點(diǎn)燃難度T1450氫氣、丙烯睛等46種易T2300乙快、乙烯等47種易T3200汽油、丁烯醛等36種易T4135乙醛、四氤乙烯等6種易T5100二硫化碳易T685硝酸乙酯和亞硝酸乙酯易安全柵的作用本質(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(xiǎn)區(qū)域的本安設(shè)備之間，傳輸信號(hào)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(xiǎn)區(qū)域設(shè)備。處于危險(xiǎn)場(chǎng)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(huì)產(chǎn)生任何足以引燃的電火花或發(fā)熱表面。因此，無(wú)論是安全場(chǎng)所的控制室設(shè)備還是危險(xiǎn)場(chǎng)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(gè)系統(tǒng)都會(huì)處于安全狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生爆炸。

安全柵的種類安全柵分為齊納式安全柵和隔離式安全柵兩類。齊納式安全柵是最早出現(xiàn)的安全柵。它的核心元件是齊納二極管，限流電阻及快速熔斷絲，原理圖如下圖所示。電阻齊納:級(jí)皆齊納:級(jí)皆齊納式安全柵原理圖齊納管電流簡(jiǎn)單，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)容易出現(xiàn)系統(tǒng)電源波動(dòng)、干擾，導(dǎo)致設(shè)備損壞，并且由于其需要本安接地，因此在實(shí)際應(yīng)用中較少。隔離式安全柵不僅能夠限壓限流，還能電流隔離。隔離室安全柵主要由限能單元、信號(hào)及電源隔離單元、信號(hào)處理單元組成，基本功能電路如下圖所示。限能單兀的肉單元倍弓限能單兀的肉單元倍弓隔離式安全柵原理圖與齊納式安全柵相比，隔離式安全柵在性能上大大優(yōu)于齊納式安全柵:采取三方隔離方式，不需使用隔離式儀表；降低危險(xiǎn)區(qū)的儀表要求，現(xiàn)場(chǎng)不需使用隔離式儀表；運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大幅提高；有強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，可以接受并處理多種信號(hào)，例如熱電偶、熱電阻、頻率等信號(hào)；為同一信號(hào)源的兩臺(tái)設(shè)備提供兩路相互隔離的信號(hào)，并且兩設(shè)備信號(hào)無(wú)干擾，同時(shí)所連接設(shè)備互相之間的電氣安全絕緣性能也有所提高。齊納式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(jiǎn)單、電路實(shí)現(xiàn)容易，價(jià)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，其原因如下：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1Q，否則便失去防爆安全保護(hù)性能，顯然這樣的要求是十分苛刻并在實(shí)際工程應(yīng)用中難以保證。齊納式安全柵對(duì)電源影響較大，同時(shí)也易因電源的波動(dòng)而造成齊納式安全柵的損壞。齊納管用于限制電壓。與齊納安全柵相比，隔離式安全柵除具有限壓與限流作用之外，還帶有電流隔離的功能。

隔離式安全柵隔離式安全柵主要由回路限能單元，信號(hào)和電源隔離單元、信號(hào)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(cè)端安全柵和操作端安全柵兩種類型。檢測(cè)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(xiǎn)能量從本安端子進(jìn)入危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)，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。（1）檢測(cè)端隔離式安全柵的原理模塊電路將通過(guò)本安能量限制電路輸入的電流或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?.2-1VDC后，送入模塊內(nèi)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算和進(jìn)行抗干擾處理后，再經(jīng)變壓器調(diào)制成輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，供后面的二次儀表或其它儀表使用。模塊還需輸出一個(gè)隔離的18.5s28.5VDC電壓，通過(guò)本安能量限制電路做為供給兩線制變送器的工作電壓。本安能量限制電路能限制大電流或高電壓的危險(xiǎn)信號(hào)竄入危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)。（2）操作端隔離式安全柵的原理將調(diào)節(jié)器或操作器輸出的4-20mADC信號(hào)隔離后再輸出4-20mADC的信號(hào)，通過(guò)本安能量限制電路供給電氣轉(zhuǎn)換器或現(xiàn)場(chǎng)的電氣閥門定位器使用。底板式安全柵底板式安全柵，是在導(dǎo)軌式安全柵基礎(chǔ)上，針對(duì)大系統(tǒng)的裝配、維護(hù)難點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，是安全柵結(jié)構(gòu)形式的變革。底板式安全柵在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了快速裝拆設(shè)計(jì)，通過(guò)專用的集成底板對(duì)安全柵進(jìn)行供電，與控制系統(tǒng)連接的內(nèi)部信號(hào)通過(guò)集成插接器件，使用預(yù)制電纜進(jìn)行信號(hào)傳遞，實(shí)現(xiàn)了盤間連線的快速連接，大幅度提高了系統(tǒng)安全性能。2019年新大新科技推出第二代安全柵底板，在國(guó)內(nèi)外率先配置了檢測(cè)專用接口，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可維修性和連續(xù)性。新大新科技致力于推動(dòng)國(guó)內(nèi)安全柵行業(yè)的整合，推進(jìn)中國(guó)安全柵結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化工作，我們可提供全系列的客戶化定制底板，支持市面上所有DCS和PLC系統(tǒng)，也是國(guó)內(nèi)DCS主流品牌唯一的配套底板供應(yīng)商，有多年的大項(xiàng)目運(yùn)行業(yè)績(jī)。導(dǎo)軌式安全柵轉(zhuǎn)接板選擇底板式安全柵的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)1、 檢查信號(hào)過(guò)程無(wú)需拆線，避免誤拆、誤觸、誤接避免維修引發(fā)生產(chǎn)事故。2、 解決一體化省配線產(chǎn)品檢測(cè)難題，快速排除故障，提升檢修效率。3、 支持AIAODIDO各種類型，支持安全柵、隔離器、繼電器、直連四大傳輸模式，支持主流品牌DCSPLC控制系統(tǒng)，支持主流品牌安全柵隔離器互換。選擇隔離式安全柵的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)隔離式安全柵與齊納式安全柵相比，雖然價(jià)格要高一些，但是它許多優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)還是給用戶帶來(lái)許多方便，使越來(lái)越多用戶偏向選擇隔離式安全柵。（1）使用隔離式安全柵，可以將危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)回路信號(hào)和安全區(qū)回路信號(hào)有效隔離。這樣本安自控系統(tǒng)不需要本安接地系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了本安防爆系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)的施工。（2）使用隔離式安全柵，大大增強(qiáng)了檢測(cè)和控制回路的抗干擾能力，提高系統(tǒng)可靠性。（3） 使用隔離式安全柵，允許現(xiàn)場(chǎng)儀表接地，允許現(xiàn)場(chǎng)儀表為非隔離型的。（4） 隔離式安全柵有許多保護(hù)功能電路，意外損壞的可能性較小，允許現(xiàn)場(chǎng)儀表帶電檢修，這樣可縮短工程開(kāi)車準(zhǔn)備時(shí)間和減少停車時(shí)間。（5）隔離式安全柵有較強(qiáng)的信號(hào)處理能力。如開(kāi)關(guān)量輸入狀態(tài)控制、mV、Pt100變?yōu)??20mA等等。這樣給現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制系統(tǒng)的應(yīng)用提供了更大的方便、合理和有效性。（6）當(dāng)用戶同時(shí)應(yīng)用DCS和ESD時(shí)，選用一進(jìn)二出的安全柵，可以有效地將兩個(gè)系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，避免系統(tǒng)之間互相影響。（7）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)。安全柵常見(jiàn)故障的處理方法電源指示燈不亮或液晶不顯示（1） 檢查儀表供電電源接入是否正確可靠。（2） 檢查供電電壓是否正常。（3） 檢查24V電源正負(fù)是否接反。輸出無(wú)信號(hào)（1） 輸入信號(hào)是否已正確接入輸入端子。（2） 輸入信號(hào)類型是否與儀表輸入類型一致。（3） 輸出接線端子是否緊固。（4） 可拆卸的外部接線端子是否插接到位。（5） 外部輸出回路開(kāi)路。輸出值偏差大（1） 熱電偶輸入時(shí)正、負(fù)引線是否接反。（2） 熱電阻輸入時(shí)三線接法是否正確。（3） 輸出接線的正、負(fù)極性是否接反。（4） 電流輸出時(shí)，外接負(fù)載電阻總和是否大于規(guī)定的歐姆（4-20mA輸出時(shí)）。（5） 電壓輸出時(shí)，外接負(fù)載電阻是否小于500千歐姆。（6） 電源電壓過(guò)低。輸出信號(hào)不穩(wěn)定(1)檢查接線是否牢固。檢查輸入信號(hào)是否穩(wěn)定。檢查輸出回路接線是否可靠。檢查儀表周圍環(huán)境是否有大功率的電磁設(shè)備。安全柵在儀表中的應(yīng)用在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，需要利用現(xiàn)場(chǎng)儀表對(duì)壓力、溫度、流量、液位等方面的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此保障生產(chǎn)能夠正常順利地進(jìn)行。安全柵作為儀表控制系統(tǒng)的安全保持器，它需要接收并處理來(lái)自危險(xiǎn)區(qū)的信號(hào)，并傳送給安全區(qū)或危險(xiǎn)區(qū)處理后的安全信號(hào)。盡管現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)類型各不相同，但是從整體而言，基本上可以分為兩種：輸入安全柵和輸出安全柵。輸入安全柵主要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號(hào)/1~5V信號(hào)、熱電阻和熱電偶信號(hào)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)、通信信號(hào)、交流信號(hào)和其他非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)等幾種類型信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)；輸出型安全柵主要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號(hào)/1~5V信號(hào)、開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)、通信信號(hào)等幾種類型信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，模擬量輸入安全柵和模擬量輸出安全柵被廣大設(shè)計(jì)人員接受并運(yùn)用在工程中。模擬量輸入安全柵通常與2線制、3線制變送器或4~20mA信號(hào)結(jié)合使用，模擬量輸出安全柵通常與調(diào)節(jié)閥結(jié)合使用。隔離式安全柵的運(yùn)用，在很大程度上提高了儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它把適合的電量提供給現(xiàn)場(chǎng)儀表閥門，同時(shí)又把由儀表閥門輸出的4~20mADC電流信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換成DC電流信號(hào)或DC電壓信號(hào)后輸出，提供給儀表閥門。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(lái)看，本安系統(tǒng)已被當(dāng)作設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為各個(gè)領(lǐng)域所應(yīng)用。在生產(chǎn)中，