安全生产_工业防爆及安全栅技术基础培训课件

工业过程测量和控制系统用工业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 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 避免形成爆炸性环境 理想的方法 很难实现 排除 消除可能的点火源 实际的方法 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 电气设备的最高表面温度组别 按照我国国家防爆标准GB3836 1 2010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 危险场所的区域划分 典型露天油罐危险区域分类示意 热电阻 偶 在危险区域安装示例 防爆等级的定义 电气设备的防爆型式 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 本质安全概论的起源 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 C B A 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 C B A 工业爆炸性气体组别本公司产品防爆级别 Exia C 标志定义 认证机构和认证标志 国家防爆电气产品质量监督检验中心 CQST 是国家质量监督主管部门第一批授权的国家级质检中心 中国实验室国家认可委员会 CNAS 认可的防爆电气产品检验实验室 中国节能认证中心授权的节能电动机检测机构 国家级科技成果检测实验室 同时还被美国能源部认可为电动机效率实验室 国家级仪器仪表防爆安全监督检验站 NEPSI 是行使国内及进口仪器仪表防爆产品安全监督和检验认可工作的归口单位 并分别与美国工厂联研会 FMRC 德国联邦物理技术研究院 PTB 等国外机构取得防爆认证技术互认 国外认证机构的认证标志 欧洲国家 美国 加拿大 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 隔离式安全栅符合本质安全对回路限制能量的要求 同时采用了将输入 输出及电源三方之间相互电气隔离的电路结构 并具有对信号的隔离 转换及传输功能 齐纳式与隔离式安全栅技术及应用对比 1 齐纳式与隔离式安全栅技术及应用对比 2 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 0 058 F 0 0225 F 0 0355 FLc 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 66 H 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 5m 1 现场隔爆型仪表产品是否需要接安全栅 可以不配置 但没有配置安全栅的隔爆型产品不能用于0区 同时 其布线施工必须符合隔爆规范的要求 因此 如无法判断现场是否属于0区 或施工布线不能完全符合规范 或现场对隔有可能对隔爆产品进行拆开维修 测试 就建议配置安全栅 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 否则就不能形成本安回路 同时也必须核对现场本安仪表及安全栅的本安参数进行符合性判断 见前述 3 普通的热电偶 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 以上均属于简单设备 简单设备包括自身产生的电压小于1 2V 电流小于0 1A 能量小于20 J或功率小于20mW 内部等效电感Li 0 内部等效电容Ci 0的现场仪表 安全栅选用中的常见问题 4安全栅自身是否具有现场防爆功能 没有 安全栅一般安装在没有爆炸性气体混合物的非危险场所 如安装在危险场所 则安装方式必须符合现场防爆要求 兼具有与其场所相应的防爆结构 如采用隔爆外壳或安装在隔爆箱内 5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