隔爆和本安系统防爆原理和选用原则

工 业 技 术
隔爆 和 本 安 系 统 防 爆 原 理 和 选 用 原 则 ①
付 奇 （ 中冶东 方技术 工程 有 限公司 内蒙古包 头
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ０ １ ４ ０ １ ０ ）
摘 要： 本文介 绍 了 自动化仪表 系统在 爆 炸危 险场所安 全应 用的防爆技 术 ， 并重点讲述 了自动化仪 表产品 最为常 用的隔爆 型和 本质安全 型防 爆技 术 的特 点 ， 最后 阐述 了冶金 行 业设 计中对 于这 两者 的选 用原则 。 关键词 ： 本安 隔爆 安全栅 中图分类号： Ｔ Ｄ ５ ３ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ －３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ （ ｃ ） ０ ０ ８ ４ — ０ １ 在现 代化工 业生 产中 ， 仪表 已 经 不 仅 仅 是 用 于正 常 的 生 产 过 程 测 量 与 控 制 ， 同 时 仪 表 本 身 还 应 具 有 安 全 检 测 和 防 爆 功 能。 所 以 如果 在 设 计 时 遇 到 有 爆 炸 性 气 体 或粉尘 的场所 ， 就 必 须 考 虑 自动化 仪 表 及 其 系 统 自 身 的 电 气 防 爆 问题 。 燃源能 量 。 （ ３ ） 阻止 点 燃源 与爆 炸 形混 合 物相 接处 。 根据 不 同的防爆 原理 ， 电气设 备防 爆形 式也 多种 多样 。 在冶 金行业 中 ， 自动化 仪表 最 常用的 防爆 形式 是本质安 全 型（ Ｅ ｘ ｉ ） 和隔爆 型（ Ｅ ｘ ｄ ） 。 下面 详细说下这两 种防爆 类型的防 爆 原理 和 在设 计 中需 要 注意 的 问题 。 ３ ． １本 质安 全型 本 安 就 是 通 过 限 制 点 燃 源 的 能 量 来 实 现的 。 这 种 点 燃 源 一 般是 电火 花 和热 效 应 。 在正 常工作和 故障状态下 ， 仪 表 产 生 的 点 燃源的能量小 于这个能量 时 ， 就 不 可 能 点 燃爆炸性 混合物而产生爆 炸 。 本安 防爆 的原理是 从限 制能量 入手 ， 将 电路 中 的 电 压和 电流 严 格 的 限制 在 一 个 允许的范 围内 ， 并 且 能 保 证 仪 表 在 正 常工 作 或 发 生 短路 和 元 器件 损 坏 等 故 障情 况下 产 生 的 电 火 花 和 热 效应 不超 过 引 爆 周 围 的 爆炸性 气体的 阀值。 由于 氢 气 环 境 的 危险 程度最高 ， 最 容 易 被 引爆 ， 所 以 规 定 必 须将 电路 功 率 限 制 在 １ ． ３ Ｗ 以 下—— 即无 法 引 爆氢氧混 合物的功率以下 。 本 质 安 全 型 仪 表 设 备 按 电 路 设 计 和 使 用危 险区 域不 同 ， 分为Ｅ ｘ ｉ ａ ￣ Ｉ Ｅ ｘ ｉ ｂ 。 Ｅ ｘ ｉ ａ 级 本 质安全仪 表适 用于 ０ 区、 ｌ 区和 ２ 区， 工作 电流 低 于 ｌ ０ ０ ｍＡ。 Ｅ ｘ ｉ ｂ 级 本 质安 全 仪 表 仅 适用 于ｌ 区和 ２ 区。 工 作 电流 低 于 ｌ ５ ０ ｍＡ。 本 质安全 防爆 系统 由三部 分组成 ： 本 质安全关 联设备 ， 本 质安 全 电 缆 和 现 场 的 本 质安 全 仪 表 关 联 设 备 是 一 种 安 装 在 没 有 爆 炸 性 气 体 的安 全 场 所 ， 一 般安 装 主 控室 的Ｐ Ｌ Ｃ ｝ ｇ 或 者 仪表 盘 中 ， 它是 本安 电 气 设备 与 非 本安 电 气设 备之 间相 连 的 电气设 备 ， 可 以将 传 至现 场 本安 设 备（ 即危 险场 所） 的 能 量 限制在 阀值 内， 从 而确 保 现场 不会 出现 可 以 引起 爆 炸 的 点燃 源 。 通 常 包 括 齐 纳式 安 全 栅 、 隔 离式 安 全栅 和 其 他 限 制 传输 功 率 的 保 护 装 置 。 本质 安全 电缆是一 种低 电容、 低 电感 的 电缆 。 具 有 更 好 的 屏 蔽 性 能 和 抗 干 扰性 能， 使 信 号 在 传 输 过 程 中 不 会 由于 电 磁 干 扰 使 电路 功 率 高 于 阀值 。 现 场 本 质 安 全 仪 表 是 指 各 种 电 路 功率 小于１ ． ３ Ｗ 的 一 次检 测 本 安 仪 表 ， 通 常 用 于 危险场所 。 通常此类仪表 是两线制仪表 。 典 型本 安 系统 回 路 如 图 １ 所示。 ３ ． ２隔爆 型 隔爆 型 仪 表 主 要 是 依 靠 物 理 防 爆 —— 即 用 其 仪 表 外 部的 机 械 外 壳 可 以承 受 壳 内 发 生 爆 炸 产 生 的压 力 ， 并 完 全 阻 止 其 内部 发 生 的 爆 炸 向 壳外 传 播 。 其 防 爆 原 理 是 基 于 间隙 防 爆 原理 。 一 般情 况 下 ， 在 正 常 工作 中或者故障 条件下 ， 仪 表 可 能 会 产 生 电 火 花或 危 险 高 温 ， 因此， 仪 表 设 计 中 通 常 在一 个或 多个满 足“ 间隙 隔爆 ” 原 理 要 求 的 机 械 外 壳 中放 置 相 关 的 电 气 零 件 或 者 电 子 线路 ， 以避 免 这 些 电 气 因 素 引起 的 点 燃 源 泄漏 到机械 外壳 外 ， 引爆爆 炸性混 合物 。 因此 ， 隔 爆 外 壳 的 设 计 必 须 满 足 两 个 基 本 条件。 （ １ ） 外 壳 要 能承 受 内 部的 爆 炸 压 力 且 不 被 损 坏 （ ２ ） 接 合 面不 传爆 。 即 制作 过程 中使 接 合 面 的 间隙 或 啮 合 长 度 必 须 满 足一 定要 求， 在 结 构 上保 证 内 部 的 爆 炸 产 物 不 会 窜 出外壳成为壳外爆炸性 混合物的点燃源 。 国际 电工 委 员会 （ Ｉ Ｅ Ｃ ） 规 定 隔爆 型 仪 表 适 用 于ｌ 区和 ２ 区， 不 能 在０ 区使 用 。 在 选 择哪 种 类 型 的防 爆 仪 表的 时 候 ， 判 断 的最 根本 依 据就 是 危 险 区域 的等 级 ， 如 果 是０ 区， 则必须 采用 本安 防爆 系统 ， 如果是 １ 区 或者 ２ 区 的时 候 ， 本安 和 隔爆 系统均 可满 足 ， 此 时 就 要 考 虑建 设 成 本 ， 一 般 情 况下 ， 隔 爆 型 仪 表 的 隔 爆 外 壳 制 作 成本 高于 本 安 型 仪 表 的 本安 电路成 本 ， 故隔 爆 型仪 表价 格 远高 于本安型仪表。 例如 在 钢 厂 的 煤 气 柜 区 ， 属 于２ 区， 所 以选 用本 安 和 隔爆 均 可 ， 但 从 生 产 成 本 角度 来 看 ， 选 用 成本 较 低 的 仪 表 ， 故 选 用本 安 型 仪 表 加安 全 栅 的较 多。 需要 要注意 的是 选用隔爆 型仪表 ， 不 需 要再 选 用 安 全 栅 ｔ 选 用 本安 型仪 表 ， 必 须 加 配安 全 栅 ， 否 则 无 法 构 成 本 安 回路 ， 起 不 到本安 效果 。