劉丹

(沈陽電氣傳動研究所有限公司，遼寧 沈陽 110141)

淺談本安防爆技術(shù)

劉丹

(沈陽電氣傳動研究所有限公司，遼寧 沈陽 110141)

綜合闡述了本安防爆技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)之上，又針對本安防爆技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成、參數(shù)匹配原則、認(rèn)可方式等方面內(nèi)容作進(jìn)一步的闡述。

自動化儀表；本安防爆；防爆系統(tǒng)

1 前言

在石油、化工等行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場將不可避免的出現(xiàn)爆炸性物質(zhì)，進(jìn)而形成爆炸性危險場所。這給包括自動化儀表在內(nèi)的各類電氣設(shè)備的安全使用造成了不小的困難。我國廣泛采用的防爆技術(shù)有：隔爆型、增安型、本質(zhì)安全型、正壓型等。在眾多防爆技術(shù)中，本安防爆技術(shù)是未來防爆技術(shù)的發(fā)展趨勢。為此，本文就本安防爆技術(shù)領(lǐng)域中的本安防爆技術(shù)原理、特點(diǎn)、應(yīng)用及認(rèn)證作簡要介紹。

2 本安防爆技術(shù)原理

爆炸是物質(zhì)從一種狀態(tài)通過物理的或化學(xué)的變化突然變成另一種狀態(tài)，并放出巨大的能量而做機(jī)械功的過程。爆炸環(huán)境根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度，氣體、蒸氣爆炸危險環(huán)境可以分為：0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。其中，0區(qū)爆炸性混合物的出現(xiàn)頻率最高，故最為危險。

爆炸必須具備以下三個條件。

(1)有固體、液體或氣體可燃物質(zhì)存在。

(2)助燃物質(zhì)：空氣中的氧氣。

(3)有引燃源存在。凡能引起可燃物質(zhì)燃燒的熱能源都稱之為引燃源。如明火、電火花、灼熱的物體以及機(jī)械碰撞火花等。

本安防爆技術(shù)就是通過限制電火花和熱效應(yīng)兩個可能的點(diǎn)燃源來實(shí)現(xiàn)防爆作用。該技術(shù)采用可靠技術(shù)控制電路參數(shù)，將潛在的火花能量降低到可燃規(guī)定的氣體混合物能量以下。將導(dǎo)線及元件表面發(fā)熱溫度限制在規(guī)定的氣體混合物的點(diǎn)燃溫度以下。這樣就保證了儀表在正常工作或預(yù)期異常故障情況下不會引起周圍的危險氣體的爆炸。

3 本安型防爆電器特點(diǎn)

本安型防爆電器采用低功率設(shè)計技術(shù)。相比其他型式的防爆電器有以下特點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。對外殼材質(zhì)、裝配、機(jī)加要求較低。

(2)ia級別的本安防爆電器適用于0區(qū)危險場所，其他防爆電器不適用。

(3)本安儀表可以在通電的情況下進(jìn)行維修和調(diào)整。

(4)本安防爆是“弱電”技術(shù)，故操作安全，且也避免了現(xiàn)場工程技術(shù)人員觸電事故的發(fā)生。

4 本安防爆系統(tǒng)

本安防爆通常為系統(tǒng)防爆，其防爆性能不僅與關(guān)聯(lián)設(shè)備有關(guān)，而且與相應(yīng)設(shè)備有關(guān)。本安防爆系統(tǒng)由本安型現(xiàn)場設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備以及連接電纜組成。系統(tǒng)回路以關(guān)聯(lián)設(shè)備為界分為本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路。關(guān)聯(lián)設(shè)備通過本質(zhì)安全電纜連接到本安型現(xiàn)場設(shè)備就構(gòu)成了本質(zhì)安全電路，從關(guān)聯(lián)設(shè)備到中控設(shè)備的電路為非本質(zhì)安全電路，如圖1所示。

圖1 本安系統(tǒng)系統(tǒng)認(rèn)可框圖

4.1 現(xiàn)場本安設(shè)備

現(xiàn)場設(shè)備電路內(nèi)部均含有儲能元件，故必須將處于氣體爆炸危險環(huán)境中的現(xiàn)場設(shè)備按照本安防爆要求設(shè)計，對其中包含的電感和電容等儲能元件回路采取相應(yīng)措施，并使其盡可能減少或減小，同時還要考慮元件的功耗及溫升問題，以保證該設(shè)備不論是正常工作還是故障狀態(tài)下均不會產(chǎn)生由火花和熱源引起的點(diǎn)燃。

現(xiàn)場本安設(shè)備的本安參數(shù)為：

本安設(shè)備在故障狀態(tài)下的最高輸入電壓Ui；

本安設(shè)備在故障狀態(tài)下的最高輸入電流Ii；

本安設(shè)備在故障狀態(tài)下的最高輸入功率Pi；

本安設(shè)備最大內(nèi)部等效電容Ci；

本安設(shè)備最大內(nèi)部等效電感Li。

4.2 連接電纜

由于連接電纜存在分布電容和分布電感，使連接電纜成為儲能元件。它們在信號傳輸過程中不可避免的儲存能量，一旦當(dāng)線路出現(xiàn)開路或短路時，這些儲能就會以電火花或熱效應(yīng)的形式釋放出來，影響系統(tǒng)的本安性能。因此要限制布線長度從而限制分布電感和分布電容。

電纜最大允許分布電容Cc：Cc=CkL；

電纜最大允許分布電感Lc：Lc=LkL；

式中：Ck——電纜單位長度分布電容；

Lk——電纜單位長度分布電感；

L——實(shí)際配線長度。

4.3 關(guān)聯(lián)設(shè)備(安全柵)

關(guān)聯(lián)設(shè)備通常安裝在安全場所或隔爆外殼內(nèi)。作用是把危險場所和非危險場所的電路分開，進(jìn)而抑制危險能量傳遞到危險場所中。安全柵既能對正常工作狀態(tài)下的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，又能在現(xiàn)場設(shè)備故障條件下對其進(jìn)行保護(hù)。常見的安全柵有齊納式安全柵和隔離式安全柵。

關(guān)聯(lián)設(shè)備本安參數(shù)為：

關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下的最高開路電壓Uo；

關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下的最大短路電流Io；

關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下的最大功率Po；

關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下允許的最大外部電容Co；

關(guān)聯(lián)設(shè)備在故障狀態(tài)下允許的最大外部電感Lo。

4.4 現(xiàn)場本安設(shè)備與關(guān)聯(lián)設(shè)備的匹配

為保證設(shè)備的安全使用，現(xiàn)場本安設(shè)備與關(guān)聯(lián)設(shè)備間必須滿足以下條件。

(1) 現(xiàn)場本安設(shè)備的防爆標(biāo)志級別不能高于安全柵的防爆標(biāo)志級別。

(2) 關(guān)聯(lián)設(shè)備與現(xiàn)場本安設(shè)備之間必須同時滿足Uo≤Ui、Io≤Ii和Po≤Pi。

(3) 連接電纜長度的分布參數(shù)必須同時滿足Cc≤Co-Ci和Lc≤Lc-Li。

4.5 本安防爆認(rèn)證

目前我國各檢驗機(jī)構(gòu)對本安防爆系統(tǒng)的檢驗認(rèn)證方法歸納起來有以下兩種：

4.5.1 系統(tǒng)認(rèn)證

系統(tǒng)認(rèn)證，也稱為“聯(lián)合取證”，對構(gòu)成系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備必須經(jīng)過國家授權(quán)認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢驗認(rèn)可，確認(rèn)該本安回路的安全性。系統(tǒng)一經(jīng)認(rèn)可，系統(tǒng)中任一設(shè)備不能由其他型號、規(guī)格或不同制造廠生產(chǎn)的相同本安設(shè)備或關(guān)聯(lián)設(shè)備所代用。認(rèn)證關(guān)系如圖1所示。

4.5.2 參數(shù)認(rèn)證

獨(dú)立的對本安儀表或關(guān)聯(lián)設(shè)備進(jìn)行檢驗認(rèn)可，并分別給出一組安全參數(shù)。用戶在系統(tǒng)設(shè)計時，若本安儀表和關(guān)聯(lián)設(shè)備的安全參數(shù)相互匹配，則不需要再經(jīng)防爆檢驗機(jī)構(gòu)認(rèn)證即可自行構(gòu)成本安防爆系統(tǒng)。認(rèn)證關(guān)系如圖2所示。

圖2 本安系統(tǒng)參量認(rèn)可框圖

總之，本安現(xiàn)場設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備及連接電纜是構(gòu)成本安防爆系統(tǒng)的要素，每個環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。同時，本安防爆是個系統(tǒng)的概念，三者之間彼此獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，在實(shí)際應(yīng)用中要綜合考慮。

5 結(jié)束語

隨著石油、化工等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，電氣防爆技術(shù)應(yīng)用也日趨廣泛。每一種防爆型式都有各自的特點(diǎn)和使用范圍。本質(zhì)防爆電器產(chǎn)品不僅具有重量輕、體積小、成本低的特點(diǎn)，而且適用范圍最廣、安全性最高。因此在今后本安防爆技術(shù)必將會被更多的研發(fā)和使用。

[1] GB3836.1-2010，爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求[S].

[2] GB3836.4-2010，爆炸性環(huán)境 第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備[S].

[3] 徐建平.儀表本安防爆技術(shù)[M].

[3] 王盡余,潘妙瓊,鐘梅.防爆電器手冊[M].

Talking about Intrinsically Safe Explosionproof Technology

LIUDan

(Sheyang Electrical Driving Research Institute Co.Ltd.,Shenyang 110141,China)

The paper explains the wroking principle and Characteristics of intrinsically safe explosionproof technology.On the pasis of this,the system form,parameter match princide and approved mode of intrinscially safe explosionproof technology has been also explained.

automation instrument;intrinscially safe;explosionproof system

1004-289X(2015)02-0009-03

TM93

B

2014-10-18