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一文帶你詳解防爆安全柵

2023年5月12日 來(lái)源:防爆云平臺(tái)--防爆產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)平臺(tái) 防爆空調(diào) 防爆電氣 防爆電機(jī) 防爆風(fēng)機(jī) 防爆通訊 瀏覽 1810 次 評(píng)論 0 次

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。

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(xiǎn)區(qū)(非本質(zhì)安全)之間雙向傳遞電信號(hào),并可限制因故障引起的安全區(qū)向危險(xiǎn)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(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。


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(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??諝庵械难鯕鉄o(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(lèi)、分級(jí)、分組(TITLE CONTENT)

爆炸性氣體分類(lèi)見(jiàn)下表:

危險(xiǎn)氣體場(chǎng)所劃分為3個(gè)不同的區(qū)域,見(jiàn)下表:

爆炸性氣體的溫度組別見(jiàn)下表:

安全柵的分類(lèi)


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(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,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(duì)電源有較大影響,同時(shí),也非常容易因電源的波動(dòng)而損壞。

4、危險(xiǎn)區(qū)域的儀器儀表必須屬于隔離型,否則通過(guò)齊納式安全柵的接地端子與大地相接后無(wú)法保證信號(hào)傳送的準(zhǔn)確無(wú)誤。又由于信號(hào)接地直接降低了信號(hào)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(hào)和電源隔離單元、信號(hào)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(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(lèi)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。

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(jià)格稍高,但其較為突出的優(yōu)點(diǎn)能夠?yàn)橛脩魩?lái)更多益處,具體表現(xiàn)在:

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

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

3、具備較好的輸入信號(hào)處理能力,能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號(hào)。

4、對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的儀表無(wú)太多要求,無(wú)需采用隔離式儀器儀表。

5、可輸出兩組相互隔離的信號(hào),以提供給使用同一信號(hào)源的兩臺(tái)設(shè)備,并保證該兩設(shè)備信號(hào)互不干擾,同時(shí)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(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。

7、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。

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(kāi)關(guān)、阻旋料位開(kāi)關(guān)、浮球液位計(jì)等物位儀表中。總的來(lái)說(shuō),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(jià)格雖然高于齊納式安全柵,但是無(wú)論從設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試及維護(hù)成本來(lái)說(shuō),其綜合成本與帶來(lái)的便捷程度要遠(yuǎn)比齊納式安全柵更具優(yōu)勢(shì)。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(shuō),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(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,安全柵選型要符合現(xiàn)場(chǎng)需求,在使用過(guò)程中還要注意以下問(wèn)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(chǎng)所需的防爆等級(jí)要求,確保電纜及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的蓄能,以保障電纜和現(xiàn)場(chǎng)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(shí),需要有非常可靠的接地系統(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(chǎng)儀表信號(hào)類(lèi)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(shí)本安電纜應(yīng)與非本安電纜分開(kāi)敷設(shè)。并且要做標(biāo)識(shí)牌。


防爆電路如何接入安全柵

工況條件下,經(jīng)常會(huì)遇到電路中包含本安型防爆電磁閥、本安型防爆行程開(kāi)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(chǎng)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(wú)火花結(jié)構(gòu),是通過(guò)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(wú)需隔爆箱;不過(guò),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(duì)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(duì)其來(lái)說(shuō)是十分重要的。

對(duì)于已經(jīng)投入使用的隔爆型產(chǎn)品,在日常維護(hù)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意對(duì)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(duì)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(huì)將未完全接好的隔爆型設(shè)備敞開(kāi)放置。

但在類(lèi)似于我國(guó)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(méi)有嚴(yán)格制定采購(gòu)計(jì)劃,導(dǎo)致已經(jīng)采購(gòu)的防爆設(shè)備無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用條件,會(huì)對(duì)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(shí),有的用戶會(huì)對(duì)防爆設(shè)備私自開(kāi)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(wèn)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(gòu)到的隔爆型接線箱內(nèi)存在安全柵,可以通過(guò)防爆標(biāo)志進(jìn)行簡(jiǎn)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(méi)有體現(xiàn),則通常為為商販進(jìn)行的私自改裝。

有時(shí)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝的變更或者技術(shù)革新會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)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(shí)是錯(cuò)誤的。

此時(shí)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(gè)等級(jí),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。

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