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第十七章:基于本安防爆稱重系統的設計(廣州銳拓自動化)
發布時間:2015-12-30作者:來源:瀏覽次數:2382

【摘要】稱重計量技術的飛速發展,己廣泛應用于石油、煤炭、化工和制藥等爆炸危險場合。

以人為本、安全生產的意識也在逐步提高。如何使稱重技術很好的為它們服務,我們必須掌握相關防爆系統的設計,本文通過對本安系統的介紹引入了設計本安防爆稱重系統需要達到哪些要求,應注意哪些細節。旨在拋磚引玉,推進該項技術的發展。

【關鍵詞】本安防爆  稱重系統  安全柵

    隨著稱重計量技術的發展,稱重系統已廣泛應用于用于石油、煤炭、化工、和制藥等行業,這些行業中的危險化學品作業場所存在的易燃易爆氣體種類繁多(目前世界上已經定性的有大約4000余種,其中定量的有1900余種),生產、儲存、運輸等環節工藝裝備復雜多變,釋放源種類繁多,爆炸危險因素難以分析判定。所以全面正確認識電氣防爆安全技術,是我們必須重視和認真對待的事情。

一本安系統的基本構成

    本安系統是通過限制電氣能量而實現電氣防爆的電路系統,且不限制使用場所(其中ia等級在0區、I區和II區危險場所均適用)和爆炸性氣體混合物的種類(即包括所有可燃性氣體),具有高度的安全性、可維護性和經濟性。

1現場本安設備

  從現場設備的儲能元件角度考慮,使處于爆蚱性氣體危險環境中的現場設備按照本安防爆要求設計,對其中包含的電感和電容等儲能元件回路采取相應措施,并使其盡可能減少的同時,考慮回路元件的功耗及溫升問題,以保證該設備不論是正常工作還是故障狀態,均不會產生由火花和熱源引起的點燃。即現場設備必須是本安設備:

現場本安設備具有本安性能的主要參數:

最高輸入電壓(Ui):施加到本質安全電路連接裝置上,而不會使本質安全性能失效的最高電壓(交流峰值或直流)。

最大輸入電流(I i):施加到本質安全電路連接裝置上,而不會使本質安全性能失效的最大電流(交流峰值或直流)。

最大輸入功率(Pi):當電氣設備與外電源連接不使本質安全性能失效時,可能在電氣設備內部消耗的本質安全電路的最大輸入功率。

最大內部等效電容(Ci):通過電氣設備連接裝置出現的電氣設備總等效內電容。

最大內部等效電感(Li):通過電氣設備連接裝置出現的電氣設備總等效內電感。

2連接電纜

    從系統布線工程角度考慮,由于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。它們在信號傳輸過程不可避免地存儲能量,一旦當線路出現開路或短路時,這些儲臺邑就會以電火花或熱效應的形式釋放出來,影響系統的本安性能。因此既要保證連接傳輸電纜不會受到外界電磁場干擾影響及與其他回路混觸,又要限制布線長度和感應電動勢所帶來的附加非本安能量,依此來確定電纜的允許分布電容和允許分布電感,世界各防爆檢驗機構主要采取以集中參數的方式考慮電纜分布參數的方法。連接電纜本安性能的基本參數如下:

    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。

3關聯設備(安全柵)

    從控制室設備配置角度考慮,該部分電氣回路必須具備無論系統處于正常工作狀態還是

故障狀態,均能將從安全場所的非本安回路傳到危險場所的本安設備的能量抑制在點火極限(最小點燃能量)以下的保護功能。安全柵本安性能的基本參數:

最高電壓(交流有效值或直流Lm):施加到關聯設備非本質安全連接裝置上,而不會使本質安

全性能失效的最高電壓。

最高輸出電壓(Uo):開路條件下,在設備連接裝置施加電達到最高電壓(包括LUi)時,可能出現的本質安全電路的最高輸出電壓(交流峰值或直流)。

最大輸出電流(Io):來自電氣設備連接裝置的本質安全電路的最大電流(交流峰值或直流)。

最大輸出功率(Po):能從電氣設備獲得的本質安全電路最大功率。

最大外部電容(Co):可以連接到電氣設備連接裝置上,而不會使本質安全性能失效的本質安全電路的最大電容。

最大外部電感(Lo):可以連接到電氣設備連接裝置上,而不會使本質安全性能失效的本質安全電路的最大電感。

4本安系統組合條件

  為保證設備的安全正常使用,本安系統各配置間必須滿足以下條件。①現場本安設備的防爆標志級別不能高于安全柵的防爆標志級別②關聯設備、現場本安設備與連接電纜參數之間要符合以下不等式。

二本安防爆稱重系統設計一般要求

l本安防爆稱重系統配置設備選用原則

    本安防爆稱重系統由本安現場設備、關聯設備(也稱安全柵)和連接電纜三部分組成,就本安防爆性能而言,它們必須滿足L'oUiIoIiPoPiCoCc+CiLoLc+Li四個條件。這些設備配置的選用原則是:

  (1)本安儀表和傳感器等電氣設備的選用原則

    簡單設備:按照GB3836. 4-2000防爆標準規定,對于電壓不超過1.2V、電流不超過0.1A,且能量不超過20 uJ或功率不超過25mW的電氣設備可視為簡單設備,其中最常見的儀表設備有熱電偶、電阻應變式稱重傳感器等,它們的典型特點是內部等效電感Li=0,內部等效電容Ci=0

本安稱重電氣設備:安裝于危險場所的現場設備,必須明確以下問題:

1)是否已按照GB3836. 1-2000GB3836. 4-2000要求設計并己被國家防爆檢驗機構認可的本安電氣設備;

2)防爆標志規定的等級是否適用于使用的危險場所的安全要求;

3)明確UiIiPiCiLi參數;

4)本安電路是否接地或接地部分的本安電路是否與安全柵接口部分的電路加以有效隔離;

5)信號傳輸是以何種方式進行;

6)本安黽氣設備的最低工作電壓及回路正常工作電流。

在上述問題明確的基礎上,選擇與之對應的安全柵:

(2)安全柵的選用原則

1)安全柵的防爆標志等級必須不低于本安現場儀表和傳感器的防爆標志的等級。

2)確定安全柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安現場設備的最低工作電壓。

3)安全柵的本安端安全參數能夠滿足LToUiiIoIiPoPiCoCiLoLi的要求。

4)根據本安現場儀表的電源極性及信號傳輸方式選擇與之相匹配的安全柵。

5)避免安全柵的漏電流影響本安現場設備的正常工作。

6)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

    用于本安防爆稱重系統中連接本安現場設備與安全柵的連接電纜,其分布參數在一定程度上決定了本安系統的合理性及使用范圍,因此必須符合以下條件。

1)連接電纜規格連接電纜為銅芯絞線,一般采用六芯電纜且每根芯線的截面積不小于0. 5mm2。介質強度應能承受2倍本安電路的額定電壓,但不低于500V的耐壓試驗。

2)連接電纜長度的限制在本安系統中,現場本安儀表和連接電纜同為安全柵的負載,當安全柵與現場本安儀表選定后,也就決定了連接電纜的長度。其具體方法如下。

    根據CcCo-CiLcLo-Li公式計算電纜的最大外部分布參數:按照L=Cc/CkL=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,應考慮相互疊加影響。目前國內已有多家電纜生產廠生產專為本安系統設計的本安用特殊電纜,為方便比較選用,下面表1給出了典型普通連接電纜的分布參數,表2給出了典型國產本安用特殊電纜分布參數,以供參考。

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