防爆技術(shù)介紹

1、防爆技術(shù)介紹1、 爆炸的概念：     爆炸是物質(zhì)從一種狀態(tài)，經(jīng)過物理或化學(xué)變化，突然變成另一種狀態(tài)，并放出巨大的能量。急劇速度釋放的能量，將使周圍的物體遭受到猛烈的沖擊和破壞。2、 爆炸必須具備的三個條件：1 ）爆炸性物質(zhì)：能與氧氣（空氣）反應(yīng)的物質(zhì)，包括氣體、液體和固體。2 ）氧氣：空氣。3 ）點燃源：包括明火、電氣火花、機(jī)械火花、靜電火花、高溫、化學(xué)反應(yīng)、光能等。3、 為什么要防爆      易爆物質(zhì)：很多生產(chǎn)場所都會產(chǎn)生某些可燃性物質(zhì)。煤礦井下約有三分之二的場所有存在爆炸性物質(zhì)

2、；化學(xué)工業(yè)中，約有 80% 以上的生產(chǎn)車間區(qū)域存在爆炸性物質(zhì)。氧氣：空氣中的氧氣是無處不在的。點燃源：在生產(chǎn)過程中大量使用電氣儀表，各種磨擦的電火花 , 機(jī)械磨損火花、靜電火花、高溫等不可避免，尤其當(dāng)儀表、電氣發(fā)生故障時。    客觀上很多工業(yè)現(xiàn)場滿足爆炸條件。當(dāng)爆炸性物質(zhì)與氧氣的混合濃度處于爆炸極限范圍內(nèi)時，若存在爆炸源，將會發(fā)生爆炸。因此采取防爆就顯得很必要了。4、 防爆標(biāo)志格式說明防爆電氣設(shè)備的防爆標(biāo)志內(nèi)容包括：防爆標(biāo)記 + 防爆形式 +氣體組別+溫度組別1） 國際電工委員會(IEC)Ex (ia) IIC T5注 : 該標(biāo)志中如果無溫度組別項，說

3、明該儀表不與爆炸性氣體直接接觸2）美國(NEC 505)Class I, Zone 1, A Ex (ia) IIC T5 其中:Class I 允許的類別Zone 1 允許使用的場所A 美國國家標(biāo)準(zhǔn)Ex 防爆(ia) 本安II C 氣體組別T5 溫度組別5、 防爆形式對危險場所的適用性序號防爆形式代號國家標(biāo)準(zhǔn)防爆措施適用區(qū)域1隔爆型dGB3836.2隔離存在的點火源Zone1,Zone2 2增安型eGB3836.3設(shè)法防止產(chǎn)生點火源Zone1,Zone2 3本安型iaGB3836.4限制點火源的能量Zone0-2 本安型ibGB3836.4限制點火源的能量Zone1,Zone2 4正壓型pG

4、B3836.5危險物質(zhì)與點火源隔開Zone1,Zone2 5充油型oGB3836.6危險物質(zhì)與點火源隔開Zone1,Zone2 6充砂型qGB3836.7危險物質(zhì)與點火源隔開Zone1,Zone2 7無火花型nGB3836.8設(shè)法防止產(chǎn)生點火源Zone2 8澆封型mGB3836.9設(shè)法防止產(chǎn)生點火源Zone1,Zone2 9氣密型hGB3836.10設(shè)法防止產(chǎn)生點火源Zone1,Zone2 6、 爆炸性物質(zhì)的分類、分級、分組代表性物質(zhì)物質(zhì)分組體系點燃特性中國/IEC/ 歐洲國家GB3836.1/IEC60079-0/EN50014 北美（美國、加拿大）NEC500 乙炔 C 級級 A 組易|難

5、氫氣 C 級級 B 組乙烯 B 級級 C 組丙烷 A 級級 D 組甲烷(煤礦) （無分組）金屬粉塵待定（） 級 E 組煤塵 級 F 組農(nóng)業(yè)粉塵 級 G 組纖維（毛、棉屑） 7、 電氣設(shè)備的最高表面溫度組別按照我國國家防爆標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1-2000的有關(guān)規(guī)定,電氣設(shè)備的溫度組別與設(shè)備允許最高表面溫度和適用氣體引燃溫度的關(guān)系如下：溫度組別最高表面溫度適用危險氣體引燃溫度T（）電氣安全性能T1 450 450T 低|高T2 300 300T T3 200 200T T4 135 135T T5 100 100T T6 85 85T 8、 危險場所的區(qū)域劃分中國、歐洲、IEC 及北美對危險場所分類

6、進(jìn)行區(qū)域劃分描述。具體表示如下：中國的描述爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長時間存在在正常運(yùn)行時，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境在正常運(yùn)行時，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境，如出現(xiàn)也是偶爾發(fā)生并且僅是短時間存在參考標(biāo)準(zhǔn)（文獻(xiàn)）歐洲的量化描述1000 小時/年101000 小時/10小時/年中國/歐洲/IEC氣體Zone 0Zone 1Zone 2GB3836.14-2000 IEC60079-10:2002 EN1127-1中國/歐洲/IEC粉塵Zone 20Zone 21Zone 22IEC61241-3:1997北美的描述在正常運(yùn)行條件下，連續(xù)地、間斷地或周期性地存在易燃?xì)怏w或蒸汽并達(dá)到危險濃度危險氣體、蒸汽僅

7、在其容器或系統(tǒng)偶然破裂或發(fā)生故障時，或設(shè)備異常運(yùn)行時才能釋放形成危險北美氣體或固體Division 1Division 2NECArticle500-3(c)9、 本安防爆技術(shù)介紹工業(yè)領(lǐng)域自動化控制的電氣設(shè)備防爆最常用型式是：本質(zhì)安全型、隔爆型和增安型。本質(zhì)安全型是唯一可適用于0 區(qū)的防爆技術(shù)。1） 本安防爆技術(shù)的基本原理本安防爆技術(shù)的基本原理是從限制能量入手，可靠地將電路中的電壓和電流限制在一個允許的范圍內(nèi)，以保證電氣設(shè)備在正常工作或發(fā)生短接和元器件損壞等故障情況下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不致于引起其周圍可能存在的危險氣體的爆炸。這類電氣設(shè)備稱為本安電氣設(shè)備。2） 本安防爆技術(shù)的特點n 本安電氣

8、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕；n 可帶電維護(hù)、標(biāo)定和更換零件；n 不會因為外結(jié)構(gòu)件損壞等原因降低電氣設(shè)備的安全可靠性；n 它是一種“弱電”技術(shù)，現(xiàn)場的應(yīng)用不會引起觸電傷亡等事故的發(fā)生；n 是唯一可適用于0 區(qū)危險場所的防爆技術(shù)；n 簡單設(shè)備（如熱電阻、熱電偶等）不需特別認(rèn)證即可接入本安防爆回路系統(tǒng)。3） 本安電氣設(shè)備的安全等級本安電氣設(shè)備及關(guān)聯(lián)設(shè)備，按其使用場所或相連場所的安全程度可分為ia和ib二個安全等級。    ia級是指在正常工作、一個計數(shù)故障和兩個計數(shù)故障情況下均不能點燃爆炸性氣體混合物。ia級的本安電氣設(shè)備可用在0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)危險場所。 &

9、#160;  ib級是指在正常工作和一個計數(shù)故障情況下不能點燃爆炸性氣體混合物。ib級的本安電氣設(shè)備可用在 1區(qū)、2區(qū)危險場所。4） 本安電氣設(shè)備溫度等級設(shè)備溫度等級規(guī)定了設(shè)備表面的最高允許溫度值。    設(shè)備溫度等級一定要小于使用在該危險場所環(huán)境中可燃物質(zhì)的點燃溫度，否則會引起燃燒爆炸。5） 本安電氣設(shè)備防爆標(biāo)志         6） 關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）防爆標(biāo)志7） 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：通用要求（eqv I

10、EC 60079-0：1998）和GB3836.4-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第4部分：本質(zhì)安全型“i”（eqv IEC60079-11：1999）國家標(biāo)準(zhǔn)是等效采用IEC 60079 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于2000-1017發(fā)布，2001-06-01 實施，替代原來的GB3836-1983 標(biāo)準(zhǔn)。8） 中國認(rèn)證機(jī)構(gòu)和認(rèn)證標(biāo)志國家級儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗站（NEPSI ）。她是行使國內(nèi)及進(jìn)口儀器儀表防爆產(chǎn)品安全監(jiān)督和檢驗認(rèn)可工作的歸口單位。并分別與美國工廠聯(lián)研會（FMRC）、德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)等國外機(jī)構(gòu)取得防爆認(rèn)證技術(shù)互認(rèn)。9） 國外認(rèn)證機(jī)構(gòu)和認(rèn)證標(biāo)志德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院美國

11、加拿大10） 本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)簡稱為本安回路系統(tǒng)，見圖111） 現(xiàn)場本安電氣設(shè)備簡單設(shè)備根據(jù)制造商的技術(shù)條件，電氣參數(shù)值均不超過1.2V,<0.1A,<25mW,<20J的電氣設(shè)備，它們無需防爆認(rèn)證。可以自由地配置在本安回路中。如：電阻（包括可變電阻）、發(fā)光二極管、開關(guān)、熱電偶、熱電阻、應(yīng)變儀。一般本安設(shè)備具有儲能元件，是需要防爆認(rèn)證的本安電氣設(shè)備，如變送器、接近開關(guān)等。12） 本安設(shè)備本安性能認(rèn)證參數(shù)本安設(shè)備本安性能參數(shù)在防爆認(rèn)證給出,參數(shù)含義如下：n 最高輸入電壓(Ui)：施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上,而不會使本質(zhì)安全性能失效的最高電壓(交流峰值或直流)。n 最大輸入電流

12、(Ii)：施加到本質(zhì)安全電路連接裝置上,而不會使本質(zhì)安全性能失效的最大電流(交流峰值或直流)。n 最大輸入功率(Pi)：當(dāng)電氣設(shè)備與外電源連接不使本質(zhì)安全性能失效時,可能在電氣設(shè)備內(nèi)部消耗的本質(zhì)安全電路的最大輸入功率。n 最大內(nèi)部等效電容(Ci)：通過電氣設(shè)備連接裝置出現(xiàn)的電氣設(shè)備總等效內(nèi)電容。n 最大內(nèi)部等效電感(Li)：通過電氣設(shè)備連接裝置出現(xiàn)的電氣設(shè)備總等效內(nèi)電感。13） 本安回路系統(tǒng)的基本構(gòu)成關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）裝有本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路,且結(jié)構(gòu)使非本質(zhì)電路不能對本質(zhì)安全電路產(chǎn)生不利影響的電氣設(shè)備。安全柵本安性能認(rèn)證參數(shù)    安全柵本安性能認(rèn)證參數(shù)由

13、產(chǎn)品防爆認(rèn)證時給出，參數(shù)含義如下：n 最高電壓(交流有效值或直流Um)：施加到關(guān)聯(lián)設(shè)備非本質(zhì)安全連接裝置上,而不會使本質(zhì)安全性能失效的最高電壓。n 最高輸出電壓(Uo):在開路條件下,在設(shè)備連接裝置施加電達(dá)到最高電壓(包括Um和Ui)時,可能出現(xiàn)的本質(zhì)安全電路的最高輸出電壓(交流峰值或直流)。n 最大輸出電流(Io): 來自電氣設(shè)備連接裝置的本質(zhì)安全電路的最大電流(交流峰值或直流)。n 最大輸出功率(Po):能從電氣設(shè)備獲得的本質(zhì)安全電路最大功率。n 最大外部電容(Co):可以連接到電氣設(shè)備連接裝置上,而不會使本質(zhì)安全性能失效的本質(zhì)安全電路的最大電容。n 最大外部電感(Lo):可以連接到電氣設(shè)

14、備連接裝置上,而不會使本質(zhì)安全性能失效的本質(zhì)安全電路的最大電感。連接電纜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。它的本安性能的基本參數(shù)如下:     電纜最大允許分布電容 Cc=Ck×L     電纜最大允許分布電感 Lc=Lk×L    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-實際配線長度。    一般符合本安性能的電纜參數(shù)    Ck 0.1154 F/

15、km ;       Lk 0.20mH/km本安回路系統(tǒng)參數(shù)防爆認(rèn)證為保證設(shè)備的安全正常使用,本安回路系統(tǒng)各配置間必須滿足以下條件。      本安電氣設(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。     關(guān)聯(lián)設(shè)備、本安電氣設(shè)備與連接電纜認(rèn)證參數(shù)之間要符合以下不等式。安全柵參數(shù)安全參數(shù)匹配條件本安儀表參數(shù)+ 電纜參數(shù)UoUiIoIiPoPiCoCi+CcLoLi+Lc10、 安全柵1） 齊納式安全柵齊納式安全柵采用在電路回路中串聯(lián)快速熔斷絲、限流電阻

16、和并聯(lián)限壓齊納二極管實現(xiàn)能量的限制，保證危險區(qū)儀表與安全區(qū)儀表信號連接時安全限能，見圖2。它采用器件非常少、體積小、價格低，但也有一些致命的缺陷，使應(yīng)用范圍受到較大的限制。目前采用顯下降趨勢。2） 隔離式安全柵 隔離式安全柵不但有限能功能，還有隔離功能，它主要由回路限能單元、信號和電源隔離單元、信號處理單元組成。其基本功能框圖見圖3。3） 使用齊納式安全柵注意點 使用齊納式安全柵，工廠必須要有專門的本安接地系統(tǒng)，本安電路的接地電阻必須小于1。 使用齊納式安全柵，危險區(qū)現(xiàn)場本安儀表必須為隔離型的，非隔離型的儀表不能采用。 使用齊納式安全柵，對供電電源電壓影響非常大，電源電壓的波動可能會

17、使齊納二極管的電流泄漏，從而引起信號的誤差或者發(fā)出錯誤電平，嚴(yán)重時會使快速保險絲燒斷而永久損壞，按規(guī)定齊納式安全柵內(nèi)部齊納管、限流電阻、保險絲整體澆封，一旦損壞無法修復(fù)。 使用齊納式安全柵，信號負(fù)極均要接至本安接地，這樣大大降低系統(tǒng)信號抗干擾能力，影響系統(tǒng)的可靠性，特別對DCS系統(tǒng)影響尤為突出。4） 隔離式安全柵應(yīng)用的優(yōu)點    隔離式安全柵與齊納式安全柵相比，雖然價格要高一些，但是它許多優(yōu)點和特點還是給用戶帶來許多方便，使越來越多用戶偏向的選擇隔離式安全柵。    使用隔離式安全柵，可以將危險區(qū)的現(xiàn)場回路信號和安全區(qū)回路信號有效隔離

18、。這樣本安自控系統(tǒng)不需要本安接地系統(tǒng)，簡化了本安防爆系統(tǒng)應(yīng)用時的施工。    使用隔離式安全柵，大大增強(qiáng)了檢測和控制回路的抗干擾能力，提高系統(tǒng)可靠性。    使用隔離式安全柵，允許現(xiàn)場儀表接地，允許現(xiàn)場儀表為非隔離型的。    隔離式安全柵有許多保護(hù)功能電路，意外損壞的可能性較小，允許現(xiàn)場儀表帶電檢修，這樣可縮短工程開車準(zhǔn)備時間和減少停車時間。    隔離式安全柵有較強(qiáng)的信號處理能力。如開關(guān)量輸入狀態(tài)控制、mV、Pt100變?yōu)?20mA等等。這樣給現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)的應(yīng)用提供

19、了更大的方便、合理和有效。    當(dāng)用戶同時應(yīng)用DCS和ESD時，選用一進(jìn)二出的安全柵，可以有效地將兩個系統(tǒng)隔離開來，避免系統(tǒng)之間互相影響。    回路供電隔離式安全柵既保持有源隔離式安全柵的優(yōu)點，又有齊納式安全柵一樣的接線方便，不需要另外24V電源供電，特別適合配I/O卡直接供電的DCS系統(tǒng)。11、 本安回路系統(tǒng)設(shè)計一般要求1） 本安電氣設(shè)備的選用原則簡單設(shè)備:     按照GB3836.4-2000防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對于電壓不超過1.2V 、電流不超過0.1A, 且其能量不超過20J或功率不超過25mW

20、的電氣設(shè)備可視為簡單設(shè)備,其中最常見的儀表設(shè)備有熱電偶、熱電阻、pH電極、應(yīng)變片和開關(guān)等,它們的典型特點是儀表設(shè)備的內(nèi)部等效電感Li=0, 內(nèi)部等效電容Ci=0。一般本安電氣設(shè)備:     是否已按照GB3836.1-2000和GB3836.4-2000要求設(shè)計并已被國家授權(quán)的防爆檢驗機(jī)構(gòu)認(rèn)可的本安電氣設(shè)備。    防爆標(biāo)志規(guī)定的等級是否適用于使用的危險場所的安全要求。    明確Ui、Ii、Pi、Ci 和Li認(rèn)證參數(shù)。    本安電路是否接地或接地部分的本安電路是否與安全柵

21、接口部分的電路加以有效隔離。    信號傳輸是以何種方式進(jìn)行。    本安電氣設(shè)備的最低工作電壓及回路正常工作電流。2） 安全柵的選用原則    安全柵的防爆標(biāo)志等級必須不低于本安電氣設(shè)備的防爆標(biāo)志的等級。    確定安全柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安電氣設(shè)備的最低工作電壓。    安全柵的本安端安全參數(shù)能夠滿足本安參數(shù)防爆認(rèn)證的要求。    根據(jù)本安電氣設(shè)備的電源極性及信號傳輸方式選擇與之相匹配的安全柵。

22、0;   避免安全柵的漏電流影響本安現(xiàn)場設(shè)備的正常工作。    安全柵有兩大類，一類為齊納式安全柵，另一類為隔離式安全柵。3） 連接電纜的選用原則用于本安系統(tǒng)中連接本安電氣設(shè)備與安全柵的連接電纜，其分布參數(shù)在一定程度上決定了本安系統(tǒng)的合理性及使用范圍，因此必須符合以下條件。    連接電纜規(guī)格連接電纜為銅芯絞線，且每根芯線的截面積不小于0.5mm2。介質(zhì)強(qiáng)度應(yīng)能承受2倍本安電路的額定電壓，但不低于500V的耐壓試驗。    連接電纜長度的限制    在本安

23、回路系統(tǒng)中，現(xiàn)場本安儀表和連接電纜同為安全柵的負(fù)載，當(dāng)安全柵與現(xiàn)場本安儀表選定后，也就決定了連接電纜的長度。其具體方法如下。    根據(jù)CcCo-Ci和LcLo-Li公式計算電纜的最大外部分布參數(shù);     按照L=Cc/Ck和L=Lc/Lk公式分別計算電纜長度 ，取兩者中的小值作為實際配線長度L，但多芯電纜，應(yīng)考慮相互疊加影響。    參考: KVV 電纜參數(shù)：Ck=0.115F/km, Lc=0.20mH/km 。4） 本安系統(tǒng)現(xiàn)場布線原則    整個系統(tǒng)的接線必須按檢驗機(jī)構(gòu)認(rèn)可的系統(tǒng)組成。    慎防本安回路與非本安回路混觸。    從控制室到現(xiàn)場的本安電纜與非本安電纜分別敷設(shè)在各自的匯線槽內(nèi),中間用隔板分開,匯線槽帶蓋,以防外