优倍安全栅

工业过程测量和控制系统用防爆及安全栅技术基础南京优倍电气有限公司编制•在石油、化工、冶金、制药、天然气等生产过程中，经常会出现具有爆炸性物质存在的危险场所，这些场所使用的电气设备必须遵循有关爆炸性环境应用的标准，产品必须取得国家授权机构的认证。•危险场所：指存在或可能存在可燃性气体与空气混合物的场所。•据资料：煤矿井下约80%场所、石油开采现场和精炼厂约60%-80%场所、化学工业约80%以上的生产车间是爆炸性危险场所。易爆场所的产生所产生爆炸的三角形原理点燃源危险区助燃剂电火花热表面爆炸性物质空气（氧气）可燃性物质或粉尘等产生爆炸危险的因素及措施具有潜在爆炸危险的环境产生爆炸必须具备下列三个条件(爆炸三角形原理)：1.爆炸性物质----可燃性物质或粉尘等；2.点燃源(点燃能量）----电火花、热表面3.助燃剂----空气（氧气）防止爆炸发生的基本方法：1.避免形成爆炸性环境－－理想的方法(很难实现)；2.排除、消除可能的点火源－－实际的方法；3.限制其中一个或几个要素，都可以达到防爆要求。如制造正压、爆炸气体浓度监控、限制点燃源能量(主要手段)。电气爆炸性物质的分类、分级和分组代表性物质物质分组体系点燃特性中国/IEC/欧洲国家GB3836.1/IEC60079-0/EN50014北美（美国、加拿大）NEC500易难乙炔ⅡC级Ⅰ级A组氢气ⅡC级Ⅰ级B组乙烯ⅡB级Ⅰ级C组丙烷ⅡA级Ⅰ级D组甲烷Ⅰ(煤矿)（无分组）金属粉尘（Ⅲ）Ⅱ级E组煤尘Ⅱ级F组农业粉尘Ⅱ级G组纤维（毛、棉屑）Ⅲ电气设备的最高表面温度组别温度组别最高表面温度适用危险气体引燃温度T（℃）电气安全性能T1≤450℃450℃≤T低高T2≤300℃300℃≤TT3≤200℃200℃≤TT4≤135℃135℃≤TT5≤100℃100℃≤TT6≤85℃85℃≤T按照我国国家防爆标准GB3836.1-2000的有关规定,危险区电气设备的温度组别与设备允许最高表面温度和适用气体引燃温度的关系如下：注：仪表的最高表面温度=实测最高表面温度―实测时环境温度+规定最高环境温度气体/设备相容性氨气630甲烷560氢气537丙烷470乙烯425丁烷365环己烷259乙醚170二硫化碳95气体点燃温度°C700600500400300200100T1T2T3T6T4T5电气设备温度组别°C°C危险场所的区域划分区域中国标准描述欧洲标准量化描述危险程度0区在正常运行时，爆炸性气混合物连续的、或长时间存在的场所。大于1000小时/年高低1区在正常运行时，爆炸性气混合物有可能出现地场所。10-1000小时/年2区在正常运行时，爆炸性气混合物不可能出现，或即使出现也是短暂时间存在的场所。0.1-10小时典型露天油罐危险区域分类示意隔离墙罐通气孔对于固定罐顶的区域分类且有比空气重的蒸气Zone1Zone0Zone2液体表面热电阻（偶）在危险区域安装示例管道或过程容器的内部管道的外部Zone2Division2Division1Zone1Zone0防爆等级的定义等级定义ia在正常工作、一个计数故障和两个计数故障情况下均不能点燃爆炸性气体混合物。该等级的安全栅本质安全端可连接到0区、1区、2区危险场所的本质安全设备。“ia”类电气设备对易受干扰的元器件必须采用“三重化”设计。ib在正常工作和一个计数故障情况下均不能点燃爆炸性气体混合物。该等级的安全栅本质安全端可连接到1区、2区危险场所的本质安全设备。“ib”类电气设备对易受干扰的元器件必须为双重化设计。ic在正常工作情况下不能点燃爆炸性气体混合物。该等级的安全栅本质安全端可连接到2区危险场所的本质安全设备。爆炸性粉尘和纤维电气设备的防爆型式防爆技术防爆型式防爆标准及符号技术措施典型应用隔离措施充油型o(GB3836.6)把危险物质与点火源隔离变压器、开关装置正压型p(GB3836.5)把危险物质与点火源隔离控制室、仪表盘、马达、分析仪器充砂型q(GB3836.7)把危险物质与点火源隔离仪表装置浇封型m(GB3836.9)设法防止产生点火源仪表、控制装置特定的结构设计无火花型n(GB3836.8)设法防止产生点火源马达、灯具本质安全型ia/ib(GB3836.4)限制点火源的能量仪表、控制装置增安型e(GB3836.3)设法防止产生点火源马达、照明灯具、接线盒防爆保护外壳隔爆型d(GB3836.2)隔离存在的点火源开关装置、马达、泵、阀、仪表、控制装置特殊设计气密型h(GB3836.10)用外壳保护和限制表面温度气体探测器特点：设备的电路和接线端子全部置于防爆壳体内•防爆措施：–采用耐压80～100N/cm2以上的表壳；–表壳外部的温升不得超过由易爆性气体或蒸汽的引燃温度所规定的数值；–表壳接合面的缝隙宽度及深度，应根据它的容积和易爆性气体的级别采用规定的数值。•注意事项：1、揭开设备（仪表）表壳后，将失去了防爆性能；2、必须使用防爆电缆、或密封的、达到防爆要求的金属（软）管敷设线路；3、只能应用在1、2区，不可以应用在0区；4、长期使用会逐渐降低防爆性能。隔爆式防爆技术本安防爆技术本安防爆技术的基本原理：从限制能量入手，可靠地将电路中的电压和电流限制在一个允许的范围内，以保证在电气设备在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下，所产生的电火花和热效应不致于引起其周围可能存在的危险气体的爆炸。这类电气设备称为本安电气设备。煤矿电铃系统（大约1910年）断路火花裸导线电铃电池绞车操作人员本质安全概论的起源比较内容本质安全型隔爆型应用区域唯一可适用于0、1、2区的防爆型式，降低了设计风险。仅仅适用于1、2区，限制了应用范围。现场可维护性可带电进行接线、拆卸、维护、标定、更换部件等作业。现场不可带电作业。安全可靠性对外壳密封等无要求，长期应用可靠性高。同时是“弱电”系统，保障人身安全。如有紧固件松动、密封性降低、表面划伤等环境或人为情况，均会使防爆性能降低或失效。简单设备的适用性普通的电偶、电阻、开关等仪表通过安全栅即可达到本质安全要求。即便是简单仪表，自身也必须达到隔爆要求。对线缆及布线施工的要求可使用普通线缆（需计算分布电容及电感），并且布线施工要求低。必须对线缆进行隔爆处理，布线施工要求高。体积重量由于本安产品完全由内部电路实现，因此体积小、重量轻。结构复杂、体积大、重量重。成本由于安全栅成本的逐步降低，并且对线缆及布线施工要求低，因此总体成本较低。无论从隔爆型仪表自身的成本，还是从布线施工及长期安全维护考虑，其成本均较高。本安与隔爆技术应用对比一、区域划分：0区、1区、2区——决定现场仪表的防爆形式：本安型各区均可，隔爆型只能在1区、2区，增安型只能应用在2区或无安全隐患的场所，同时，0区必须采用ia等级的产品，而1区、2区可采用ia或ib等级的产品。二、防爆等级：ia、ib、ic——决定产品的防爆级别三、气体性质：ⅡC、ⅡB、ⅡA——决定产品的适用气体等级。同时，对于有较易于点燃的气体，只要有出现的机率就必须按常有考虑，而与其浓度和频率无关。四、引燃温度——决定所选用产品的温度组别判断选择防爆产品的因素其中：Ex—防爆标志ia、ib、ic—本安型防爆等级ⅡC、ⅡB、ⅡA—工业爆炸性气体组别本公司产品防爆级别：[Exia]ⅡC。标志定义安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所，含有本安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量，即便在控制室设备处于故障状态，它仍然可以防止非本安电路的危险能量串入本安回路，以保证通过它传给现场的能量是安全的。安全栅在本安防爆系统中称为关联设备，是现场本安仪表必须配置的、其它现场防爆类型仪表预防性、补充性配置的关联设备，它是仪表防爆系统的重要组成部分。安全栅的基本概念齐纳安全栅原理图危险侧安全侧RFZ齐纳式安全栅是通过在输入回路上串联限流电阻、并联齐纳二极管限压、和串联快速熔断器限流的方式，来限制回路电能量，以实现本质安全所要求的回路限能功能。齐纳式安全栅工作原理隔离式安全栅工作原理安全侧危险侧信号处理单元隔离单元ZFR限能单元输入输出电源输入输出电源InputSignalOutputSignal本安系统有两种认证方法:回路认证和参量认证。回路认证：除了对本安仪表、关联设备、本安电缆分别认证外，还对以上设备按特定组合进行联合认证。这种组合方式一经认证就具有唯一性，其中任何的本安设备均不得变更，否则联合认证即为无效。参量认证：通过对现场本安设备、关联设备及电缆的涉及本安防爆相关参数进行分析、计算，这些参数只须满足匹配关系即可认为该组合符合本安的防爆要求。按“回路认证”的要求去做在工程上十分不便，对制造商也很不便，因此近年来在工程设计中全部是按“参量认证”的方式对所选本安设备及系统进行安全评估，因此，参量认证较回路认证具有更高的科学性和实用性。本质安全产品的配套选型技术国家防爆中心对参量认证的规范符合性回复安全栅参数安全参数匹配条件现场本安仪表参数最高开路电压Uo≤最大输入电压Ui最大短路电流Io≤最大输入电流Ii最大输出功率Po≤最大输入功率Pi（允许）最大外部电容Co≥最大内部电容Ci+电缆分布电容Cc（允许）最大外部电感Lo≥最大内部电感Li+电缆分布电感Lc安全栅与现场仪表的参数匹配关系优倍安全栅与横河EJA压力变送器本安参数匹配示例（1）优倍NPEXA-CM31安全栅比较关系横河EJA变送器符合性U0—28V≤UI—30V√I0—93mA≤II—165mA√P0—650mW≤PI—900mW√C0—0.058μF≥CI—0.0225μF√L0—2.80mH≥LI—0.73mH√优倍安全栅与横河EJA压力变送器本安参数匹配示例（2）一、根据Cc≤Co-Ci和Lc≤Lo-Li公式计算电缆的最大外部分布参数;Cc≤Co-Ci≤0.058μF-0.0225μF≤0.0355μFLc≤≤Lo-Li≤2.80mH-0.73mH≤2.07mH二、按照L=Cc/Ck和L=Lc/Lk公式分别计算电缆长度,取两者中的小值作为实际配线长度L推荐值：电缆电容Ck为200pF/m;电缆电感Lk为0.66μH/mL1=Cc/Ck=0.0355×106/200=177.5mL2=Lc/Lk=2.07×103/0.66=3136.4m结论：取其中较小值则L=177.5m1、现场隔爆型仪表产品是否需要接安全栅？不需要，但隔爆型产品不能用于0区，同时，布线施工必须符合隔爆规范的要求。2、现场本安型仪表是否需要接安全栅？本安型现场仪表必须接安全栅，同时必须核对本安参数的符合性。3、热电偶、热电阻、无源开关等是否接安全栅后，即具备本安防爆特性？是的，以上属于简单设备，简单设备包括产生的电压小于1.2V,电流小于0.1A，能量小于20μJ，功率小于20mW的现场仪表，但采用一体化温变（含变送电路）时必须有本安认证。安全栅选用中的常见问题4、检查检修隔爆仪表应当注意哪些问题?a拆卸时应注意保护隔爆螺纹及隔爆平面，不得损伤及划伤，特别是隔爆平面不允许有纵向划痕。b在拆卸橡胶密封元件时，不得用尖锐器械硬撬、硬砸；特别是隔爆平面不允许有任何纵向划痕.。c在装配时，应按装配顺序进行，各防松件、紧固件不得漏装。锈蚀及损坏的元件应及时更换。d老化、损伤及不起密封作用的橡胶密封元件要及时更换。仪器定期检修后，需经确认防爆性能得到复原后，方可重新投入使用。e按照出厂规范，当到达使用寿命时则必须更换。齐纳式安全栅隔离式安全栅安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Ω。否则便失去防爆安全保护性能。由于采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则达不到本安作用，并且通过接地端子与大地相接后信号可能无法正确传送。对危险区的仪表要求大幅度降低，可以采用非隔离型并且现场无需采用隔离式的仪表也可以保证信号的可靠传递。由于输入信号通过内部器件与地之间形成回路，，直接降低了信号的抗干扰能力，影响系统稳定性。由于信号线路无需共地