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本安防爆技术及其系统

发表时间:2020-04-15 12:29

前言:

在石油、化工等过程测量与自动化控制系统中,可能出现潜在的爆炸性环境,在实践应用中设计人员必须对系统中的现场设备及其相关设备采取相应的防爆措施。随着电气设备防爆技术的不断进步和发展,在全球范围内已广泛接受的电气设备防爆技术有:隔爆 (Ex d)、增安(Ex e)、本质安全(Ex i)、正压(Ex p)、浇封(Exm)和无火花(Ex n)型等。在众多的防爆技术中,本质安全(以下简称本安)防爆技术具有成本低、体积小、重量轻、允许在线测量和一定要电维护等优点,同时它也能用于0区危险场所。因此在低压低功率电气设备、仪器仪表等领域内,它是首选的防爆技术。然而由于本安防爆实质上是系统防爆,其防爆性能不仅与关联设备有关,而且也与相应设备有关。为此,本文京电气防爆技术领域中的本安防爆技术及其系统进行概要介绍。

1、本安防爆系统概况

本安防爆系统由本安型现场设备、关联设备及二者之间的连接电缆组成。

1.1   现场设备

现场设备主要分为简单设备和非简单设备。将既不会产生也不会存储超过1.2V、0.1A、25mW和20μJ的电气设备认定为简单设备,主要包括简单触点、热电偶、RTDs、LEDs和电阻性无件等;而非简单设备则是指可能产生或存储的能量超过上述数值的电气设备,典型产品有变送器、电磁阀、转换器、接近开关等。通常国际认证这些设备时给出它们的整体参数:

Vmax – 最大允许电压

Imax – 最大允许电流

Ci – 内部电容

Li – 内部电感

Hitech Instruments出品的GALVANICOXYGEN CELL TYPE N、GALVANIC OXYGEN CELL TYPE L、GALVANIC OXYGEN CELL TYPE H、GALVANIC OXYGENCELL TYPE E、GALVANIC OXYGEN CELL TYPE KE等都属于简单设备。

1.2   关联设备

关联设备作为限能设备能有效地保护危险场所的现场设备,在正常工作条件下能使系统完好地工作,而在故障条件下能限制到达 危险场所的电压、电流。其主要参数和包括:

Voc – 最高开路电压

Isc – 最大短路电流

Ca – 最大外部电容

La – 最大外部电感

在实践应用中关联设备主要是指安全栅,它又分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅。

1.3   连接电缆

由于关联设备与现场设备间的连接电缆存在分布电容和分布电感,因此其储能势必对本安系统的防爆性能造成影响。在实践中通常将电缆按集中参数处理,其参数主要包括:

Cc – 本安系统最大允许电容

Lc – 本安系统最大允许电感

2、本安系统安全性评定和关联设备的选取

2.1 本安系统安全性评定

目前,典型本安系统采用“回路认证(LmPAp-Proval)“,即”系统认证(System Approval)“。这也是我国现行的本安防爆系统认证技术– 联合取证。这种组合一经设定,其本安设备或关联设备就不能用未经检验机构认证过的其他型号规格的设备替代。而国际上采用”参量认证“的方式,即对关联设备与现场设备分别给出一组安全参数,并可由用户自由地将不同生产厂商的电气设备进行组合,从安全性角度出发只须满足如下关系:

Vmax ≥ Vo   Imax ≥ Isc

(Cc+Ci) ≥ Ca   (Lc+Li) ≥ La

2.2 关联设备的选取原则

本安防爆系统安全性的保障主要取决于关联设备(安全栅)。下面以齐纳式安全栅为例,简要说明其选用原则,并结合应用较广泛的变送器系统进行实例分析;

1)齐纳式安全栅的选用原则

a)    根据现场防爆要求,确定所需安全栅的防爆等级;

b)    检查控制室仪表可能存在或产生的最高电压,确定安全栅最高允许电压;

c)    根据现场设备的信号、电源对地的极性,确定安全栅的极性;

d)    考虑安全栅端电阻压降的影响,确定系统能否正常工作;

e)    共模电压和漏电流的影响对信号响应的精度;

f)     安全栅允许的分布参数是否合乎要求。

2)现场设备涉及的各类繁多,对不同的设备须在上述原则的基础上再进一步深入考虑。

3、本安系统的安装与维护

本安防爆系统 设备的选用与参数的完全匹配,仅仅是从理论上实现了本安系统的构想。而实践中系统的安装和维护是至关重要的,首先,必须对本安电路接线加以识别(如用淡蓝色端子和线路)并且与其他电路相隔离。共敷设可采用单独的安装管道或者在同一管道中本安与非本安线路用绝缘挡板隔开。此外,本安防爆系统是否可靠合理地接地,对系统安全性的影响也极为重大。接地原则为单点接地.

1)本安系统接地必须满足如下要求:

a)    安全栅接地电阻必须小于1Ω;

b)    接地导线截面积不小于4mm2(铜芯)或6mm2(钢芯);

c)    所有接地必须牢固可靠,并利于例行检查 ;

d)    为提高接地可靠性应采用冗余设计,即在同一接地极上用双根导线并联接地。

2)若本安电路系统在安装完好并供电之后依然不能工作,则应从以下几方面入手寻找解决问题的根源。

a)    确认线路连接是否可靠;

b)    检查电路是否正常供电;

c)    检查安全栅的熔丝。

当上述假定故障不存在时,应判断安全栅的熔丝是否被熔断。对熔丝已烧断的安全栅只能进行整体更换,但必须遵守如下顺序:断开非本安端接线、断开本安端接线、断开接地线、处理裸漏接线、取下安全栅并更换掉,随后按相反顺序接线。

4、结束语

随着本安防爆技术在我国石油、化工等危险产业中的广泛应用,本安防爆系统也越来越得到普遍重视。我国目前采用的认证方式 -联合取证,已经成为防爆检验的必要环节。例如我国仪器仪表防爆安全归口检验单位 – 国家级仪器仪表防爆安全监督检验站(PEPSI)每年就发放联合取证数十张,涉及本安防爆系统数百个。此外,对国际上普遍采用的参量认证方法,我国也正出台相应措施以加速其在防爆体系认证中的应用。

*文章为原创,请勿盗用。*

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