工业防爆及安全栅技术基础培训课件(共33页).ppt

1、 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危险区助燃剂电火花电火花热表面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以下三个条件(爆炸三角形原理)：1. 爆炸性物质- 可燃

2、性物质或粉尘等；2. 点燃源(点燃能量 - 电火花、热外表3. 助燃剂- 空气氧气 防止爆炸发生的根本方法：防止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，都可以到达防爆要求。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 C级级 A组氢气 C级级 B组乙烯 B 级级 C组丙烷 A级级 D组甲烷(煤矿)（无分组）金属粉尘（）级 E 组煤尘级 F组农业粉

3、尘级 G组纤维（毛、棉屑）电气设备的最高外表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 450450 T低高T2 300300 TT3 200200 TT4 135135 TT5 100100 TT6 8585 T 按照我国国家防爆标准 GB3836.1-2021 的有关规定,危险区电气设备的温度组别与设备允许最高外表温度和适用气体引燃温度的关系如下： 注：仪表的最高外表温度 = 实测最高外表温度 实测时环境温度+ 规定最高环境温度气体/设备相容性 氨气氨气 630甲烷甲烷 560氢气氢气 537丙烷丙烷 470乙烯乙烯 425丁烷丁烷 365环己烷环己烷 25

4、9乙醚乙醚 170二硫化碳二硫化碳 95气体点燃温度C700600500400300200100T1T2T3 T6 T4 T5 电气设备温度组别CC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Zone 1Zone 0Zone 2液体表面 热电阻偶在危险

5、区域安装例如管道或过程容器的内部管道的外部Zone 2Division 2Division 1Zone 1Zone 0 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（包括爆炸性粉尘和纤维，下同）。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

6、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。防爆技术防爆技术防爆型式防爆型式防爆标准及符号防爆标准及符号技术措施技术措施典型应用典型应用隔离措施隔离措施充油型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 装置特定的结构特定的结构设计设计无火花 型n(GB3836.8)设法防止产生点火源马达、灯具本质安全本质安全型型ia/ib(GB3836.

7、4)限制点火源的能量仪表、控制装置增安型增安型e(GB3836.3)设法防止产生点火源马达 、 照 明灯 具、 接 线盒防爆保护外防爆保护外壳壳隔爆型隔爆型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80100N/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。本卷须知： 1、 揭开设备仪表表壳后，将失去了防爆性

8、能； 2 、必须使用防爆电缆、或密封的、到达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。 本安防爆技术的根本原理： 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）短路火花裸导线电铃电池绞车操作 人员本质平安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，

9、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

10、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比照本安与隔爆技术应用比照一、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区或无平安隐患的场所，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

11、决定所选用产品的温度组别判断选择防爆产品的因素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：Ex ia C。 标标 志志 定定 义义认 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。 NANYANGC Q S TEx 国家级仪器仪表防爆平安监督检验站NEPSI 。是行

12、使国内及进口仪器仪表防爆产品平安监督和检验认可 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 平安栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于平安场所，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平安的。 平安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

13、组成局部。平安栅的根本概念齐 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。齐纳式平安栅工作原理隔离式平安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。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Input SignalOutput Signal齐纳式安全栅齐纳式安全栅隔离式安全栅隔离式安全栅安装位置必须有非常可靠的接地

14、系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1。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，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从而提高了整个系统的可靠性。由于齐纳式安全栅的电路原理需要吸收输入回路的能量，

15、所以易造成输出不稳定。 无需吸收输入能量，而输出可以提高驱动能力，因此输出更加稳定可靠。齐纳式与隔离式平安栅技术及应用比照齐纳式与隔离式平安栅技术及应用比照1 1齐纳式安全栅齐纳式安全栅隔离式安全栅隔离式安全栅由于设计机理，每只产品只能提供一入一出的回路，无法实现多回路的要求。隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，并保证两设备信号不互相干扰。 输入与输出之间无法实现电气隔离。可以实现输入与输出设备相互之间的电气安全绝缘性能，保证系统的安全可靠性。输入信号只能实现等量传送，无法实现诸如线性化、零点控制等算法，是个简单的类似于导体的产品。不仅实现达到更加可靠的

16、本质安全要求，而其对输入信号实现多样化的处理，如能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等信号，更加方便与各类自动化控制系统的连接，并降低后续系统的软、硬件成本。齐纳式与隔离式平安栅技术及应用比照齐纳式与隔离式平安栅技术及应用比照2 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，否那么联合认证即为无效。 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。

17、 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平安评估，因此，参量认证较回路认证具有更高的科学性和实用性。本质平安产品的配套选型技术本质平安产品的配套选型技术国家防爆中心对参量认证的标准符合性回复安全栅参数安全栅参数安全参数安全参数匹配条件匹配条件现场本安仪表参数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平安栅

18、与现场仪表的参数匹配关系优倍平安栅与横河EJA压力变送器本安参数匹配例如1优倍NPEXA-CM31安全栅比较关系横河EJA变送器符合性U0 28VUI30VI0 93mAII 165mAP0 650mWPI 900mWC0 0.058FCI 0.0225FL0 2.80mHLI 0.73mH优倍平安栅与横河EJA压力变送器本安参数匹配例如2一、根据 CcCo -Ci 和LcLo -Li 公式计算电缆的最大外局部布参数; CcCo -Ci0.058F-0.0225F0.0355FLc Lo -Li2.80mH- 0.73mH2.07mH二、按照 L=Cc/Ck 和L=Lc/Lk公式分别计算电缆长

19、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0.66H /mL1= Cc/Ck=0.0355106/200=177.5 mL2=Lc/Lk=2.07103/0.66=3136.4 m结论：取其中较小值那么L=177.5 m1 1、现场隔爆型仪表产品是否需要接平安栅？、现场隔爆型仪表产品是否需要接平安栅？ 可以不配置，但没有配置平安栅的隔爆型产品不能用于可以不配置，但没有配置平安栅的隔爆型产品不能用于0 0区，区，同时，其布线施工必须符合隔爆标准的要求。因此，如无法判断同时，其布线施工必须符合隔爆标准的要求。因此，如无法判断现场是否属于现场是否属

20、于0 0区，或施工布线不能完全符合标准，或现场对隔区，或施工布线不能完全符合标准，或现场对隔有可能对隔爆产品进行拆开维修、测试，就建议配置平安栅。有可能对隔爆产品进行拆开维修、测试，就建议配置平安栅。2 2、现场本安型仪表是否需要接平安栅？、现场本安型仪表是否需要接平安栅？本安型现场仪表必须接平安栅，否那么就不能形本钱安回路，本安型现场仪表必须接平安栅，否那么就不能形本钱安回路，同时也必须核对现场本安仪表及平安栅的本安参数进行符合性判同时也必须核对现场本安仪表及平安栅的本安参数进行符合性判断见前述。断见前述。3 3、普通的热电偶、热电阻、无源开关等是否接平安栅后，即、普通的热电偶、热电阻、无源开关等是否接平安栅后，即具备本安防爆特性？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于1.2V,1.2V,电流小于电流小于0.1A0.1A，能量小于，能量小于20J20J或功率小于或功率小于20mW20mW，内部等，内部等效电感效电感Li=0Li=0，内部等效电容，内部等效电容Ci=0Ci=0的现场仪表。的现场仪表。平安栅选用中的常见问题平安栅选用中的常见问题4 4 平安栅自身是否具