仪表本安防爆技术及本安系统的设计

仪表本安防爆技术及本安系统的设计在冶金、石油、化工等行业，现场设备及其相关设备应当采取相应的防爆措施。

防爆技术以及本安系统的设计对于这个行业来说，就显得十分的重要。

标签：仪表;本安防爆;本安系统一、前言本文通过在冶金、石油化工行业当中容易出现的防爆现象进行了分析，首先从爆炸产生的条件进行分析，然后对危险场所区域等级进行了划分，根据本安防爆系统、技术特点进行了研究，对于本安全防范技术在现代工业自动化控制中的应用进行了阐述，在以上基础上对本安系统的设计提出了几点建议。

二、爆炸的产生条件不论是何种形式的爆炸，都需要具备以下三个条件才能够发生。

首先是要有爆炸性的物质，即能与氧气发生化学反应的物质。

也包括氢气、酒精、粉尘等。

其次是氧气与空气。

最后一点是点燃源，即是使爆炸性物质在与氧气或者是酒精、粉尘等物质发生化学反映的物质。

这一点包括明火、电气火花、高温、光能等点燃源。

想要杜绝爆炸现象的产生，就需要设法避免上述三方面的物质条件，即杜绝这三方面的条件同时出现的现象。

但是在实际生活中，許多的工业现场，若要满足爆炸条件，即物质的浓度达到爆炸极限范围内的爆炸性物质，在与氧气接触后，一旦要出现爆炸引源，就极易引发爆炸现象的产生。

所以，必须严格采取必要的防爆措施。

在这种情况下，最为便捷的方法，就是在生产现场，避免出现可能成为点燃源的电气设备。

但是在实际的生产过程当中，有些生产现场，并不具备这种条件。

在一些生产现场，必须要求仪表安装在现场使用，在这种情况下，就需要把仪表成为点燃源的可能性消除掉，这样，就必须要采用必要的防爆措施，以避免爆炸事故的产生。

三、危险场所区域等级的划分什么是危险场所区域，指的是对于该地区实际所存在的危险可能性的量度，由此所规定的其可适用的防爆型式。

国际电工委员会、欧洲电工委员会对于危险区域的等级划分为以下几类：零区：在生产现场，连续出现或者是长期出现爆炸性混合物的环境。

一区：在生产现场，在正常运行的情况下可能出现爆炸性混合物的环境。

二区：生产现场在正常运行时不可能出现爆炸形混合物的环境，或者是即使出现也仅仅是短时间存在的爆炸性混合物的环境。

四、本安防爆系统由于本安防爆技术的要点是系统防爆，它的防爆性能，不仅仅和关联的设备有关系，与其它相应的设备也有关联。

在本安防爆系统当中，主要是由本安型现场设备（现场本安仪表）以及关联设备（安全栅）和两者之间的连接电缆所组成，其中的系统回路，主要是以关联设备为界，来分为本质安全电路以及非本质安全电路二种。

其中从关联设备中，通过本质安全电缆而连接起来的本安型现场设备所构成的电路，称为本质安全电路;其中从关联设备直到中控室设备的电路称为非本质安全电路，如下图1所示。

1.本安型现场设备（现场本安仪表）：在上述图形中得出，从现场仪表的储能元件角度上考虑，现场仪表的使用型号必须为本安仪表，即所说的现场仪表，必须是本安仪表。

也就是指，使处于爆炸性气体等危险环境当中所使用的仪表，需要按照本安防爆要求来进行严格的设计，并且要求其在正常的工作情况下或者是发生故障的时候，产生的电火花和热效应以不能引起周围可能存在的危险气体的爆炸为限。

2.关联设备（安全栅）：安全栅指的是一种安装在安全场所以内的，本安电气设备以及非本安电气设备之间的一种电气设备。

这种设备，在工作当中，它把危险场所以及非危险场所的电路进行分隔开来，并且可以起到限制由非危险场所传递到危险场所去的能量的作用，其中安全栅，即可以作为限能，可以起到有效的保护危险场所一所现场的设备的作用，使其能够在正常的生产与工作的条件下，能够保护系统完好无损地进行工作，一旦在有故障发生的情况下，能够有效的限制到达危险场所的电压与电流。

通常情形下，安全栅本身并不具有本安的特性，但是它的特点决定了它能够影响本安电路中的能量，以此来保持电路在工作中的本安性能。

常用的安全栅的种类包括齐纳式安全栅以及隔离式安全栅。

3.连接电缆在工作场所中，从本安防爆系统布线工程的角度上来考虑，由于连接电缆存在分布电容以及分布电感，从而使连接电缆变成了储能元件。

这些元件在信号的传输过程当中会起到存储能量的作用，一旦当线路在运行过程中出现开路或者是短路的现象时，这些储能就会通过电火花或者是热效应的形式释放出来，从而影响系统的安全性能。

所以在设计中，要限制连接电缆的长度，以此来减少它的储能。

在本安系统当中，由于现场本安仪表和连接电缆都能够成为安全栅的负载，所以当安全栅与现场的本安仪表在选定以后，也就决定了连接电缆的实际长度。

根据L=Cc/Ck以及L=Lc/Lk公式得出电缆的长度，其值应当取两者当中的小值，来作为实际配线的长度L。

在上述的式中：Cc指的是电缆最大允许分布电容，同理，Ck则指的是电缆单位长度分布电容;Lc指的是电缆的最大允许分布电感;Lk则是指电缆单位长度分布电感;L就是最终求的实际的配线长度。

4.本安防爆系统认证本安防爆是整体防爆的概念。

目前，在世界各国，各个检验机构对于本安防爆系统的检验以及认证的方法，归纳起来大致有以下这几种：（一）系统认可系统认可，在我们国家，也被称为“联合取证”，对于构成系统的现场设备、安全栅的安全性，必须要经过国家授权认证机构的防爆认证，同时还需要认证机构签发本安仪表和安全栅的联合取证确认该本安回路的安全性。

系统一经认可后，系统中任一设备不能被未经检验机构按这种组合方式检验认可过的任何其它型号、规格或不同制造厂里生产的相同型号、规格的本安设备或关联设备代用。

（二）参量认可独立地对单台仪表（本安仪表或关联设备）进行的检验认可，并分别给出一组相应的安全参数。

用户在系统设计时，只需要比较本安仪表和关联设备的安全参数，满足一定的关系式，不需再经防爆检验机构特别认可即可自行构成本安防爆系统。

总之，本安型现场设备、关联设备和连接电缆是构成本安防爆系统的要素，每个环节都至关重要。

同时，本安防爆是一个系统的概念，三者之间彼此独立又相互关联，在实际应用中要综合考虑，合理有效的组合三者之间的关系。

5.级别本安防爆系统按其所适用的场所和安全程度，可以分成ia和ib这两个等级。

（一）ia等级在正常工况发生一个故障和二个故障的情况下，不能点燃爆炸性气体混合物的仪表设备，可以定义为ia级。

即ia级仪表在最大考虑二个故障情况下也不致于产生安全失效。

在ia型电路中，其工作电流被限制在100mA以下。

（二）ib等级在正常工况下，如果发生一个故障的时候，不能点燃爆炸性气体混合物的仪表设备为ib级。

在ib电路当中，工作电流被限制在150mA以下。

这里的故障定义如下所示：凡是在电路当中，有一个元件损坏，即可以称为一个故障;如果由于该损坏的元件，从而引起了电路参数改变并且导致其他元件的损坏的情况下，都可视为一个故障;二个元件均单独损坏，而且导致的一系列的损坏，则可视为二个故障。

由此，我们可以认为，ia等级的仪表设备和安全栅的安全程度要高于ib等级。

ia等级主要适用于0区、1区和2区，则ib等级适用于1区和2区。

五、本安安全防范技术在现代工业自动化控制中的应用本质安全防爆系统主要已下几部分組成：首先是现场本质安全仪表设备，其次是本质安全系统网电缆及本质安全关联设备.其中现场仪则包括各种安装在危险场所的一次性检测仪表，例如两线制变送器等;本质安全系统网电缆，则一般是指蓝色或者是加蓝色套管的，并且和其它电缆相区别开来的设备;关联设备又包括这样几种，一是齐纳式安全栅，二是隔离式安全栅，三是其他形式的具有限流和限压功能的保护装置，即指的是能将窜入到现场本安设备的能量限制在其安全值以内，以此能够确保现场的设备的安全，以及人员的人生安全。

典型的系统回路图如图例如图1所示。

系统的回路以安全栅为界，可以分成本质的安全电路以及非本质安全电路。

其工作原理是从安全栅通过本质安全电路连接到现场仪表所构成的电路，称为本质安全电路;其中，从安全栅到DCS以及在到供电电源的电路，则又可以称为非本质安全电路。

六、本安系统的设计1.本安系统的构成本安系统指的是通过限制电气能量而实现的电气防爆电路系统，并且其不限制使用的场所以及爆炸性的气体混合物种类，其本身具有较强的安全性，并且十分易于维护，投资少，所以具有较好的经济性。

本安防爆系统主要由以下三个部分组成，一是现场本质安全仪表，二是本质安全电缆，三是本质安全关联设备。

其中的现场仪表主要包括各种安装在危险场所内的一次检测仪表，这种仪表，主要以两线制变送器为代表，其中的本质安全点电缆带有专用的接地线，具有较好的耐久性，一般情况下，用纯蓝颜色的电缆，目的是与其它的电缆相区别开来。

其中的关联设备包括以下几种，一是齐纳式安全栅和隔离式安全栅;二是其他形式的具有限流、限压功能的保护装置，其功能是能够把窜入到现场的本安设备的能量，有效的限制在安全值以内，从而能够有效的确保现场的设备安全，以及人员的人生安全，有利于生产的安全进行。

2.本安系统的设计要求（一）本安电气设备的选用原则在本安电气设备的选用上，首选简单设备，按照《爆炸性气体环境用电气设备（GB3836-2000）》，所规定，对于设备的电压不超过1.2V，电流超过0.1A，功率不超过25mW的电器设备，就可以看作是简单设备。

简单设备的典型特点是，仪表设备的内部等效电感Li=0，且内部等效电容Ci=0。

这一类的设备，可以直接应用到工作的现场当中。

在本安电气设备的使用过程中，对于安装于危险场所的现场设备部分，则必须要明确以下几点问题：首先是这部分设备，是否已经按照GB3836-2000的要求来进行设计，并且已经能够被国家防爆检验机构认可，对于这一部分本安电气设备，才可使用。

其次是这部分设备的防爆标志规定的等级，是事能够适用于使用的危险场所的安全要求。

再次是设备的本安电路，对于是否接地或接地部分的本安电路是否与安全栅接口部分的电路加以有效隔离。

最后还要认真的检查信号传输的方式，以及本安电气设备的最低工作电压，和回路的工作电流是否正常。

在明确了以上几个问题的基础上，在进行相应的对应安全栅的选择。

（二）关联设备的选用原则对于关联设备的防爆等级的选择，则必须不低于本安现场设备的防爆标志的等级。

例如，确定关联设备端的电阻以及回路电阻，这样做的目的，可以满足本安现场设备的最低工作电压。

或者是控制关联设备的本安端安全参数，使设备的安全系数能够满足本安防爆参数的条件。

也可以选择关联设备类型，使其附合防爆环境的要求。

还可以根据本安现场仪表的电源极性以及信号传输的方式，来选择与之相匹配的关联设备。

（三）连接电缆的选用原则在选择连接电缆的时候，对于用于本安系统中连接本安现场设备与安全栅的连接电缆，它的分布参数，在很大的程度上决定了本安系统的安全性以及合理性，目前在我国，有很多的电缆生产厂家，它们生产的产品，有专为本安系统设计的特殊电缆，对于这类产品，选用起来就方便得多。