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第十七章:基于本安防爆称重系统的设计(广州锐拓自动化)
发布时间:2015-12-30作者:来源:浏览次数:2639

【摘要】称重计量技术的飞速发展,己广泛应用于石油、煤炭、化工和制药等爆炸危险场合。

以人为本、安全生产的意识也在逐步提高。如何使称重技术很好的为它们服务,我们必须掌握相关防爆系统的设计,本文通过对本安系统的介绍引入了设计本安防爆称重系统需要达到哪些要求,应注意哪些细节。旨在抛砖引玉,推进该项技术的发展。

【关键词】本安防爆  称重系统  安全栅

    随着称重计量技术的发展,称重系统已广泛应用于用于石油、煤炭、化工、和制药等行业,这些行业中的危险化学品作业场所存在的易燃易爆气体种类繁多(目前世界上已经定性的有大约4000余种,其中定量的有1900余种),生产、储存、运输等环节工艺装备复杂多变,释放源种类繁多,爆炸危险因素难以分析判定。所以全面正确认识电气防爆安全技术,是我们必须重视和认真对待的事情。

一本安系统的基本构成

    本安系统是通过限制电气能量而实现电气防爆的电路系统,且不限制使用场所(其中ia等级在0区、I区和II区危险场所均适用)和爆炸性气体混合物的种类(即包括所有可燃性气体),具有高度的安全性、可维护性和经济性。

1现场本安设备

  从现场设备的储能元件角度考虑,使处于爆蚱性气体危险环境中的现场设备按照本安防爆要求设计,对其中包含的电感和电容等储能元件回路采取相应措施,并使其尽可能减少的同时,考虑回路元件的功耗及温升问题,以保证该设备不论是正常工作还是故障状态,均不会产生由火花和热源引起的点燃。即现场设备必须是本安设备:

现场本安设备具有本安性能的主要参数:

最高输入电压(Ui):施加到本质安全电路连接装置上,而不会使本质安全性能失效的最高电压(交流峰值或直流)。

最大输入电流(I i):施加到本质安全电路连接装置上,而不会使本质安全性能失效的最大电流(交流峰值或直流)。

最大输入功率(Pi):当电气设备与外电源连接不使本质安全性能失效时,可能在电气设备内部消耗的本质安全电路的最大输入功率。

最大内部等效电容(Ci):通过电气设备连接装置出现的电气设备总等效内电容。

最大内部等效电感(Li):通过电气设备连接装置出现的电气设备总等效内电感。

2连接电缆

    从系统布线工程角度考虑,由于连接电缆存在分布电容和分布电感,使连接电缆成为储能元件。它们在信号传输过程不可避免地存储能量,一旦当线路出现开路或短路时,这些储台邑就会以电火花或热效应的形式释放出来,影响系统的本安性能。因此既要保证连接传输电缆不会受到外界电磁场干扰影响及与其他回路混触,又要限制布线长度和感应电动势所带来的附加非本安能量,依此来确定电缆的允许分布电容和允许分布电感,世界各防爆检验机构主要采取以集中参数的方式考虑电缆分布参数的方法。连接电缆本安性能的基本参数如下:

    电缆最大允许分布电容Cc=Ck×L

    电缆最大允许分布电感Lc=Lk×L

    式中Ck--电缆单位长度分布电容:

    Lk--电缆单位长度分布电感:

    L--实际配线长度。

3关联设备(安全栅)

    从控制室设备配置角度考虑,该部分电气回路必须具备无论系统处于正常工作状态还是

故障状态,均能将从安全场所的非本安回路传到危险场所的本安设备的能量抑制在点火极限(最小点燃能量)以下的保护功能。安全栅本安性能的基本参数:

最高电压(交流有效值或直流Lm):施加到关联设备非本质安全连接装置上,而不会使本质安

全性能失效的最高电压。

最高输出电压(Uo):开路条件下,在设备连接装置施加电达到最高电压(包括LUi)时,可能出现的本质安全电路的最高输出电压(交流峰值或直流)。

最大输出电流(Io):来自电气设备连接装置的本质安全电路的最大电流(交流峰值或直流)。

最大输出功率(Po):能从电气设备获得的本质安全电路最大功率。

最大外部电容(Co):可以连接到电气设备连接装置上,而不会使本质安全性能失效的本质安全电路的最大电容。

最大外部电感(Lo):可以连接到电气设备连接装置上,而不会使本质安全性能失效的本质安全电路的最大电感。

4本安系统组合条件

  为保证设备的安全正常使用,本安系统各配置间必须满足以下条件。①现场本安设备的防爆标志级别不能高于安全栅的防爆标志级别②关联设备、现场本安设备与连接电缆参数之间要符合以下不等式。

二本安防爆称重系统设计一般要求

l本安防爆称重系统配置设备选用原则

    本安防爆称重系统由本安现场设备、关联设备(也称安全栅)和连接电缆三部分组成,就本安防爆性能而言,它们必须满足L'oUiIoIiPoPiCoCc+CiLoLc+Li四个条件。这些设备配置的选用原则是:

  (1)本安仪表和传感器等电气设备的选用原则

    简单设备:按照GB3836. 4-2000防爆标准规定,对于电压不超过1.2V、电流不超过0.1A,且能量不超过20 uJ或功率不超过25mW的电气设备可视为简单设备,其中最常见的仪表设备有热电偶、电阻应变式称重传感器等,它们的典型特点是内部等效电感Li=0,内部等效电容Ci=0

本安称重电气设备:安装于危险场所的现场设备,必须明确以下问题:

1)是否已按照GB3836. 1-2000GB3836. 4-2000要求设计并己被国家防爆检验机构认可的本安电气设备;

2)防爆标志规定的等级是否适用于使用的危险场所的安全要求;

3)明确UiIiPiCiLi参数;

4)本安电路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;

5)信号传输是以何种方式进行;

6)本安黾气设备的最低工作电压及回路正常工作电流。

在上述问题明确的基础上,选择与之对应的安全栅:

(2)安全栅的选用原则

1)安全栅的防爆标志等级必须不低于本安现场仪表和传感器的防爆标志的等级。

2)确定安全栅的端电阻及回路电阻可以满足本安现场设备的最低工作电压。

3)安全栅的本安端安全参数能够满足LToUiiIoIiPoPiCoCiLoLi的要求。

4)根据本安现场仪表的电源极性及信号传输方式选择与之相匹配的安全栅。

5)避免安全栅的漏电流影响本安现场设备的正常工作。

6)安全栅有两大类,一类为齐纳式安全栅,另一类为隔离式安全栅。

(3)连接电缆的选用原则

    用于本安防爆称重系统中连接本安现场设备与安全栅的连接电缆,其分布参数在一定程度上决定了本安系统的合理性及使用范围,因此必须符合以下条件。

1)连接电缆规格连接电缆为铜芯绞线,一般采用六芯电缆且每根芯线的截面积不小于0. 5mm2。介质强度应能承受2倍本安电路的额定电压,但不低于500V的耐压试验。

2)连接电缆长度的限制在本安系统中,现场本安仪表和连接电缆同为安全栅的负载,当安全栅与现场本安仪表选定后,也就决定了连接电缆的长度。其具体方法如下。

    根据CcCo-CiLcLo-Li公式计算电缆的最大外部分布参数:按照L=Cc/CkL=Lc/Lk公式分别计算电缆长度,取两者中的小值作为实际配线长度L,但多芯电缆,应考虑相互叠加影响。目前国内已有多家电缆生产厂生产专为本安系统设计的本安用特殊电缆,为方便比较选用,下面表1给出了典型普通连接电缆的分布参数,表2给出了典型国产本安用特殊电缆分布参数,以供参考。

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