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2020年4月7日 星期二
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技术支持
   
传感器安全防爆技术
发布日期:2013-12-03 18:21
安全防爆技术
爆炸的概念
    爆炸是物质从一种状态,经过物理或化学变化,突然变成另一种状态,并放出巨大的能量。急剧速度释放的能量,将使周围的物体遭受到猛烈的冲击和破坏。
    爆炸必须具备的三个条件:
    1)爆炸性物质:能与氧气(空气)反应的物质,包括气体、液体和固体。(气体:氢气,乙炔,甲烷等;液体:酒精,汽油;固体:粉尘,纤维粉尘等。)
    2)氧气:空气。 
    3)点燃源:包括明火、电气火花、机械火花、静电火花、高温、化学反应、光能等。  
    
为什么要防爆
    易爆物质: 很多生产场所都会产生某些可燃性物质。煤矿井下约有三分之二的场所有存在爆炸性物质;化学工业中,约有80%以上的生产车间区域存在爆炸性物质。
    氧气: 空气中的氧气是无处不在的。
    点燃源: 在生产过程中大量使用电气仪表,各种磨擦的电火花,机械磨损火花、静电火花、高温等不可避免,尤其当仪表、电气发生故障时。
    客观上很多工业现场满足爆炸条件。当爆炸性物质与氧气的混合浓度处于爆炸极限范围内时,若存在爆炸源,将会发生爆炸。因此采取防爆就显得很必要了
仪表防爆的基本原理
    防止爆炸,就是要避免爆炸发生的三个条件同时存在。由于氧气(空气)无处不在,难以控制。因此,控制易爆气体和引爆源为两种最常见的防爆原理。而在仪表行业中还有另外一种防爆
原理:控制爆炸范围。仪表中常见的三种防爆原理:控制易爆气体、控制爆炸范围、控制引爆源
控制易爆气体    
    人为地在危险场所(我们把同时具备发生爆炸所需的三个条件的工业现场称着危险场所)营造出一个没有易爆气体的空间,将仪表安装在其中,典型代表为正压型防爆方法Exp。工作原理是:在一个密封的箱体内,充满不含易爆气体的洁净气体或惰性气体,并保持箱内气压略高于箱外气压,将仪表安装在箱内。常用于再线分析仪表的防爆和将计算机、PLC、操作站或其它仪表置于现场的正压型防爆仪表柜。
控制爆炸范围 
    人为地将爆炸限制在一个有限的局部范围内,使该范围内的爆炸不致于引起更大范围的爆炸。典型代表为隔爆型防爆方法Exd。工作原理是:为仪表设计一个足够坚固的壳体,按标准严格地设计、制造和安装所有的界面,使在壳体内发生的爆炸不致于引发壳体外危险性气体(易爆气体)的爆炸。隔爆防爆方法的设计与制造规范极其严格而且安装、接线和维修的操作规程也非常严格。该方法决定了隔爆的电气设备、仪表往往非常笨重,操作须断电等,但许多情况下也是最有效的办法。    
控制引爆源 
    人为地消除引爆源,既消除足以引爆的火花,又消除足以引爆的表面温升,典型代表为本质安全型防爆方法Exi。工作原理是:利用安全栅技术,将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花,又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内。按照国际标准和我国的国家标准,当安全栅安全区一侧所接设备发生任何故障(不超过250V电压)时,本质安全防爆方法确保危险现场的防爆安全。Ex ia级本质安全设备在正常工作、发生一个故障、发生二个故障时均不会使爆炸性气体混合物发生爆炸。因此该方法是最安全可靠的防爆方法。
危险场所危险性的划分    
爆炸性物质
区域定义
中国标准
北美标准
气体
(CLASS Ⅰ)
在正常情况下,爆炸性气体混合物连续或长时间存在的场所
0区
Div.1
在正常情况下爆炸性气体混合物有可能出现的场所
1区
在正常情况下爆炸性气体混合物不可能出现,仅仅在不正常情况下,偶尔或短时间出现的场所
2区
Div.2
粉尘或纤维
(CLASS Ⅱ/Ⅲ)
在正常情况下,爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混合物可能连续,短时间频繁地出现或长时间存在的场所
10区
Div.1
在正常情况下,爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混合物不能出现,仅仅在不正常情况下,偶尔或短时间出现的场所
11区
Div.2
 防爆方法对危险场所的适用性     
序号
防爆型式
代号
国家标准
防爆措施
适用区域
1
隔爆型
d
GB3836.2
隔离存在的点火源
Zone1,Zone2
2
增安型
e
GB3836.3
设法防止产生点火源
Zone1,Zone2
3
本安型
ia
GB3836.4
限制点火源的能量
Zone0-2
本安型
ib
GB3836.4
限制点火源的能量
Zone1,Zone2
4
正压型
p
GB3836.5
危险物质与点火源隔开
Zone1,Zone2
5
充油型
o
GB3836.6
危险物质与点火源隔开
Zone1,Zone2
6
充砂型
q
GB3836.7
危险物质与点火源隔开
Zone1,Zone2
7
无火花型
n
GB3836.8
设法防止产生点火源
Zone2
8
浇封型
m
GB3836.9
设法防止产生点火源
Zone1,Zone2
9
气密型
h
GB3836.10
设法防止产生点火源
Zone1,Zone2
爆炸性危险气体危险性分类
根据可能引爆的最小火花能量,我国和欧洲及世界上大部分国家和地区将爆炸性气体分为四个危险等级,如下表:    
工况类别
气体分类
代表性气体
最小引爆火花能量
矿井下
甲烷
0.280mJ
矿井外的工厂
ⅡA
丙烷
0.180mJ
ⅡB
乙烯
0.060mJ
ⅡC
氢气
0.019mJ
    
    美国和加拿大首先将散布在空气中的爆炸性物体分成三个CLASS(类别):CLASS Ⅰ 气体和蒸气; CLASS Ⅱ  尘埃; CLASS Ⅲ 纤维. 然后再将气体和尘埃分成Group(组):
     
组名
代表性气体或尘埃
A
乙炔
B
氢气
C
乙烯
D
丙烷
E
金属尘埃
F
煤炭尘埃
G
谷物尘埃
气体温度组别划分
   温度组别
安全的物体表面温度
常见爆炸性气体
T1
≤450℃
氢气、丙烯腈等46种
T2
≤300℃
乙炔、乙烯等47种
T3
≤200℃
汽油、丁烯醛等36种
T4
≤135℃
乙醛、四氟乙烯等6种
T5
≤100℃
二硫化碳
T6
≤85℃
硝酸乙酯和亚硝酸乙酯
仪表的防爆标志
    Ex(ia)ⅡC T6的含义:     
标志内容
符号
含义
防爆声明
Ex
符合某种防爆标准,如我国的国家标准
防爆方式
ia
采用ia级本质安全防爆方法,可安装在0区
气体类别
ⅡC
被允许涉及ⅡC类爆炸性气体
温度组别
T6
仪表表面温度不超过85℃
    Ex(ia)ⅡC的含义:    
标志内容
符号
含义
防爆声明
Ex
符合欧洲防爆标准
防爆方式
ia
采用ia级本质安全防爆方法,可安装在0区
气体类别
ⅡC
被允许涉及ⅡC类爆炸性气体
注:该标志中无温度组别项,说明该仪表不与爆炸性气体直接接触.
有关防爆术语及标准
安全栅安全参数定义:

 
  安全栅最高允许电压:Um

保证安全栅本安端的本安性能,允许非本安端可能输入的最高电压

 
  安全栅最高开路电压:Uoc

在最高允许电压范围内本安端开路时电压最大值

 
  安全栅最大短路电流:Isc

在最高允许电压范围内本安端短路时的电流最大值

 
  安全栅允许分布电容:Ca

保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电容

 
  安全栅允许分布电感:La

保证本质安全性能情况下本安端最大允许外接电感
防爆标志格式说明:
    将工厂或矿区的爆炸危险介质,按其引燃能量,最小点燃温度以及现场爆炸性危险气体存在的时间周期进行科学分类分级,以确定现场防爆设备的防爆标志和防爆形式。    
防爆标志格式: 
Ex
(ia)
ⅡC
T4 
防爆标记
防爆等级
气体组别
温度组别
防爆等级说明:  
ia等级:
在正常工作、一个故障和二个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。
正常工作时,安全系数为2.0;
一个故障时,安全系数为1.5;
二个故障时,安全系数为1.0。
注:有火花的触点须加隔爆外壳、气密外壳或加倍提高安全系数。   
ib等级:
在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。
正常工作时,安全系数为2.0;
一个故障时,安全系数为1.5。
正常工作时,有火花的触点须加隔爆外壳或气密外壳保护,并且有故障自显示的措施,一个故障 时安全系数为1.0。
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