安全柵選型、應(yīng)用的問題
發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 10:08:45來源：
安全柵選型、應(yīng)用的問題
在許多工業(yè)過程中，需要處理或使用一些易燃材料，如原油和它的衍生物，酒精，天然氣，粉末，飛揚(yáng)物，任何滲漏或?yàn)R出都有可能形成一個爆炸環(huán)境（危險(xiǎn)場所，具體分類方法見下文）。為了工廠和人員的安全，必須確保這個環(huán)境不會被點(diǎn)燃引起爆炸。而在生產(chǎn)過程中大量使用電氣設(shè)備，各種磨擦的電火花、靜電火花、高溫等不可避免，尤其當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，都有可能會點(diǎn)燃爆炸環(huán)境。為了防止爆炸的發(fā)生，至今已開發(fā)了8中不同的防爆技術(shù)，其中本質(zhì)安全是一種低成本而高有效的防爆技術(shù)。
本質(zhì)安全（IS）是系統(tǒng)防爆的技術(shù)，如下圖，安全場所的控制室設(shè)備通過安全柵與危險(xiǎn)場所的本安設(shè)備相連，傳遞信號或能量。安全柵利用限流和限壓電路，限制了從安全場所傳遞到危險(xiǎn)場所的能量；處于危險(xiǎn)場所的本安設(shè)備在這樣的能量下能夠正常工作，但這樣的能量不足以引燃爆炸環(huán)境，即使本安設(shè)備自身發(fā)生故障，也不會產(chǎn)生任何足以引燃的電火花或發(fā)熱表面。因此，無論是安全場所的控制室設(shè)備還是危險(xiǎn)場所的本安設(shè)備發(fā)生故障，只要安全柵的限流限壓電路正常工作，整個系統(tǒng)都會處于安全狀態(tài)，不會產(chǎn)生爆炸。
安全柵作為控制室的非本安設(shè)備與危險(xiǎn)場所的本安設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)設(shè)備，是本安防爆系統(tǒng)中的重要組成部分。常見的安全柵包括齊納式安全柵、晶體管式安全柵、變壓器隔離式安全柵。
齊納式安全柵電路原理如下圖所示，穩(wěn)壓二極管Z限制了從非本安端傳到本安端的電壓，電阻R則限制了從非本安端傳到本安端的電流，快速熔斷器F用于保護(hù)穩(wěn)壓二極管Z不被過大的電流燒壞。由于電路的限壓和限流，輸出到危險(xiǎn)區(qū)的能量被限制在安全值以內(nèi)。齊納式安全柵的特點(diǎn)是電路所用的元器件極少、故障率低、成本低、回路信號保真性好；但由于必須加限能電阻和智能變送器的采樣電阻，過大的電壓降低往往會導(dǎo)致回路供電不足；而且在工程應(yīng)用中必須可靠接地，否則便會失去防爆安全保護(hù)功能。
齊納式安全柵是本安防爆系統(tǒng)中的一種非常重要的關(guān)聯(lián)設(shè)備。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，齊納安全柵會確保現(xiàn)場安全。齊納式安全柵起保護(hù)作用后它內(nèi)部的熔絲就要燒斷，由于防爆上的特殊要求：齊納式安全柵要用環(huán)氧樹脂灌封，因而燒斷熔絲的齊納安全柵也就損壞了，必須更換新的齊納式安全柵。MSB500系列齊納安全柵是一種新穎的熔絲可更換式齊納安全柵，系我公司新開發(fā)的齊納式安全柵。產(chǎn)品系列齊全，適用于各種變送器、電氣閥門定位器、各類開關(guān)、電磁閥、流量儀表、熱電阻、熱電偶及一些特殊的現(xiàn)場儀表。同時(shí)可與各種 DCS 系統(tǒng)連接對智能變送器實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)字通訊。MSB500系列齊納式安全柵是在常規(guī)的齊納安全柵基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，由一個完整的齊納安全柵和可更換的熔絲組成。在出現(xiàn)故障時(shí)可以很方便的更換熔斷器，避免了煩瑣的拆裝工作。
晶體管式安全柵以晶體管組成限壓限流電路，如下圖，正常情況下Z1和Q1截止、Q2導(dǎo)通，非本安端與本安端進(jìn)行信號傳送。當(dāng)非本安端電壓過高時(shí)，Z1反向擊穿，Q1導(dǎo)通，使Q2截止，切斷了非本安端與本安端的通路，使本安端輸出電壓為零，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)作用；當(dāng)回路電流過大時(shí)，R4上壓降增大，使Q1導(dǎo)通，Q2進(jìn)入線性放大狀態(tài)，限制回路電流，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)作用。與齊納式安全柵比較，晶體管式安全柵相對復(fù)雜，但由于它不需要熔斷器，系統(tǒng)正常時(shí)它能自動恢復(fù)到正常工作狀態(tài)并可以重復(fù)使用，所以通常又稱之為重復(fù)式安全柵。
重復(fù)式安全柵本身不需要接地，也沒有隔離功能。在防爆系統(tǒng)中使用時(shí)必須和隔離單元配合使用。由于電路相對復(fù)雜，難以做到3重防爆，所以只適合防爆要求不高的1區(qū)和2區(qū)。
隔離式安全柵以上述兩種安全柵作為本安電路，實(shí)現(xiàn)能量限制功能；并用變壓器或光電器件隔離本安電路與非本安電路，進(jìn)行能量交換和信號傳輸，其原理框圖如下。隔離式安全柵線路復(fù)雜，但通用性強(qiáng)、可靠性高。隔離式安全柵信號處理功能更強(qiáng)，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻等信號，也很容易實(shí)現(xiàn)信號分配（一入二出），使之適用面更廣；由于電源、輸入、輸出相互隔離，在組成系統(tǒng)時(shí)不需要接地，給設(shè)計(jì)與工程施工帶來很大方便，降低了系統(tǒng)的綜合成本；因?yàn)闆]有公共接地，信號完全浮空，檢測和控制回路的信號穩(wěn)定性和抗干擾能力大大加強(qiáng)，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性（對于DCS自動控制系統(tǒng)來說，這一點(diǎn)特別重要）。
安全柵屬于國家強(qiáng)制檢驗(yàn)范圍，它的電路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須通過國家防爆檢驗(yàn)機(jī)關(guān)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格并獲得證書才能投入使用。在進(jìn)行防爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)危險(xiǎn)場所的危險(xiǎn)性、危險(xiǎn)場所的氣體環(huán)境，選用相應(yīng)防爆等級的安全柵。
危險(xiǎn)場所危險(xiǎn)性的劃分
爆炸性危險(xiǎn)氣體危險(xiǎn)性分類
根據(jù)氣體和空氣的混合物比較容易被點(diǎn)燃所需要的能量劃分。設(shè)備根據(jù)它所適用的氣體環(huán)境分組。
安全柵的防爆等級
本質(zhì)安全型電器設(shè)備及其關(guān)聯(lián)設(shè)備，按本安電路使用的場所和安全程度分為ia和ib兩個等級。
ia：在正常工作、1個故障和2個故障時(shí)均不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物，適用于0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)；
ib：在正常工作和1個故障時(shí)不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物，適用于1區(qū)、2區(qū)。
安全柵的防爆標(biāo)志
防爆標(biāo)志格式：[Exia]ⅡC