仪表本安防爆技术及其在化工现场的应用

仪表本安防爆技术及其在化工现场的应用

1引言

在许多化工工业过程中，需要处理某些易燃易爆的工艺介质。为

保证人员生命和生产装置的财产安全，防爆技术已经应用于各个行业

及有关专业，形成一系列的行业、国家和国际原则，并伴随工业的发

展而发展。对于自动化仪表，最常用的防爆形式是本安型、隔爆型和

增安型。由于电子技术的飞速发展和低功耗电子器件时不停诞生，本

安防爆技术时得到了更为广阔的推广和应用。尤其是由于本质安全型

（简称本安型）防爆形式与其他防爆形式相比，不仅具有构造简朴，合

用范围广，并且还具有易操作和维护以便等特点，因此这种通过克制

点火源能量为防爆手段的本安型防爆仪表已被制造商和顾客接受。

2本质安全防爆技术的原理与特点

2.1本质安全防爆技术的原理

本安防爆技术实际上是一种低功率设计技术。例如对于氢气（HC）

环境，必须将电路功率限制在1.3W左右。由此可见，本安技术能很好

的合用于工业自动化仪表。

针对电火花和热效应是引起爆炸性危险气体爆炸日勺重要引爆源，

本质安全技术通过限制电火花和热效应这两个也许日勺引爆源来实现防

爆。在正常工作和故障状态下，当仪表产生的电火花或热效应的能量

不大于一定程度时，低度表不也许点燃爆炸性危险气体而产生爆炸。

它实际上是一种低功率设计技术。原理是从限制能量入手，可靠地将

电路中日勺电压和电流限制在一种容许的范围内，以保证仪表在正常工

作或发生短接和元器件损坏等故障状况下产生的电火花和热效应不致

于引起其周围也许存在的危险气体的爆炸。一般对于氢气环境，也就

是危险程度最高、最易爆的环境，必须将功率限制在1.3W如下。国际

电工委员会（IEC）规定，在危险程度最高的危险场所0区，只能采用

Exia等级日勺本安防爆技术。因此，本质安全防爆技术是一种最安全、

最可靠、合用范围最广日勺防爆技术。本质安全型仪表设备按安全程度

和使用场所不一样，可分为Exia和Exib。Exia的防爆级别高于

Exibo

Exia级本质安全仪表在正常工作状态下以及电路中存在两起故障

时，电路元件不会发生燃爆。在ia型电路中，工作电流被限制在

100mA如下，合用于0区、1区和2区。

Exib级本质安全仪表在正常工作状态=以及电路中存在一起故障

时，电路元件不发生燃爆炸。在ib型电路中，工作电流被限制在

150mA如下，合用于1区和2区。

2.2本质安全防爆技术的特点

(1)不需要设计制造工艺复杂、体积庞大且又粗笨的隔爆外壳，因

此，本安仪表具有构造简朴、体积小、重量轻和造价低等特点。据资

料，建立一种本安型和隔爆型开关传播回路的费用之比约为1：4O

(2)可在带电状况下进行维护、标定和更换仪表的部分零件等。

(3)安全可靠性高。本安仪表不会由于紧固螺栓日勺丢失或外壳结合

面锈蚀、划伤等人先原因而减少仪表的安全可靠性。

(4)由于本安防爆技术是一种“弱电”技术，因此，本安仪表的使

用可以防止现场工程技术人员日勺触电伤亡事故日勺发生。

(5)合用范围广。本安技术是唯一可合用于0区危险场所的防爆系

统。

(6)对于像热电偶等简朴设备，不需尤其认证即可接入本安防爆系

统。

本安回路的安全性。现场设备为简朴设备时无需本安认证，即可与已

获得本安认证的安全栅配合构成本安防爆回路。简朴设备是指触点开

关、热电偶、热电阻、发光二极管以及桥路等，设备中不含储能元

件。

4.2本质安全回路防爆认证的原则

现场本安设备，安全栅认证参数要匹配，匹配参数如表1所示。

表1安全栅认证匹配参数安全栅参数安全栅参数匹配

条件本安仪表参数十电缆参数UocWUiIscWIiCa2Ci+CcLa2Li+Lc

其中：

Uoc：最高开路电压在最高容许电压范围内本安端开路时电压最大

值；

Isc:最大短路电流在最高容许电压范围内本安端短路时电流最大

值；

Ca：容许分布电容保证本质安全性能状况下本安端最大容许外接电

容；

La：容许分布电感保证本质安全性能状况下本安端最大容许外接电

感;

Ui：最高输入电压施加到本质安全现场仪表上，不会使本质安全性

能失效日勺最高电压；

li:最高输入电流施加到本质安全现场仪表上，不会使本质安全性

能失效日勺最大电流；

C：最大内部电容现场本安仪表内总等效电容；

Li：最大内部电感现场本安仪表内总等效电感；

Cc：本安电缆日勺分布电容；

Lc：本安电缆日勺分布电感。5本质安全仪表及回路的特殊规定

5.1对接地的规定

本质安全型仪表系统必须具有可靠的独立接地。整个自动化仪表

系统有四种类型的接地:本质安全型仪表系统接地、信号回路接地、屏

蔽接地和保护接地。信号回路接地与屏蔽接地可共用一种单独日勺接地

极，本质安全仪表系统需独立设置接地系统，与其他接地网相距5ni以

上，一般规定本质安全地的接地电阻不大于1Q。其他两种接地电阻按

设计或规范规定一般在4Q如下。保护接地可接到电气工程低压电气设

备日勺保护接地网上。

5.2对连接电缆的规定

从系统布线工程角度考虑，由于连接电缆存在分布电容和分布电

感，使连接电缆成%储能元件。它们在信号传播过程不可防止地存储

能量，一旦当线路出现开路或短路时，这些储能就会以电火花或热效

应的形式释放出来，影响系统的本安性能。因此既要保证连接传播电

缆不会受到外界电磁场干扰影响及与其他回路混触，又要限制布线长

度和感应电动势所带来的附加非本安能量，依此来确定电缆的容许分

布电容和容许分布电感，世界各防爆检查机构重要采用以集中参数的

方式考虑电缆分布参数的措施。

连接电缆本安性能的基本参数如下：

电缆最大容许分布电容(Ci)：

(Cc)=(Ck)XL

电缆最大容许分布电感(Lc)：

(Lc)二(Lk)XL

式中：Ck—电缆单位长度分布电容；

Lk一电缆单位长度分布电感；

L一实际配线长度。

本质安全电缆是一种低电容、低电感日勺电缆、与其他电缆相比具

有优秀日勺屏蔽性能和抗干扰性能，合用于爆炸危险场所及其他防爆安

全规定较高的场所。在使用中应注意如下几点：

(1)本安线路内的接地线与屏蔽连接线要可靠绝缘。

(2)信号回路的接地点应在控制室侧，当采用接地型热电偶和检测

部分已接地的仪表时，控制室侧不再接地。

(3)屏蔽电缆的备用芯线与电缆的屏蔽层，应在同一侧接信号回路

地。

5.3设备温度等级

设备温度等级规定了设备表面的最高容许温度值，见表2。这重

要基于技术和经济上日勺考虑。在绝大部分状况下，有较低温度等级时

设备购置和安全面费用较高。通过比较，选用本安设备将愈加有效和

经济。直接安装在危险场所的本安设备需要考虑设备温度等级，而关

联设备不需要进行设备温度等级日勺部分。设备温度等级一定要不大于

使用在该危险场所环境中可燃物质日勺点燃温度，否则会引起燃烧爆

炸。

表2温度组别对照表

电气设备表面最高温度10085温度组别TIT2T3T4T5T65.4本安电

气设备日勺选用原则

(1)简朴设备。按照GB3836.4-2023防瀑原则规定，对于电压不超

过1.2V、电流不超过0.1A,其功率不超过25mW的电器设备可视为简

朴设备，他们的经典特点是仪表设备的内部等效电感Li=0,内部等效电

容Ci=0。此类设备可直接应用在现场。

(2)本安电气设备。安装于危险场所的现场设备、必须明确如下问

题：

・与否已按照DB3836.1-2023和GB3836.4-2023规定设计并已被

国家防爆检查机构承认的本安电气设备。

•防爆标志规定的等级与否合用于使用日勺危险场所日勺安全规定。

•本安电路与否接地或接地部分的本按电路与否与安全栅接口部

分日勺有电路加以有效隔离。

・信号传播日勺方式及本安电气设备的最低工作电压和回路正常工

作电流。

在明确以上问题日勺基础上，选择相对应日勺安全栅。

(3)安全栅日勺选用原则

・安全栅日勺防爆标志等级必须不低于本安现场设备的防爆标志等

级。

・确定安全栅的端电阻及回路电阻可以满足本安现场设备的最低

工作电压。

・安全栅的本安端安全参数可以满足UocWUi、IscWIi、

Ca2Ci+Cc、La2Li+Lc的规定。

・安全栅要与本安现场仪表的安全极性及信号传播方式相匹配。

・做好对应日勺