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石油化工防爆技術(shù)要求

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本質(zhì)安全
的起源
爆炸三角形
危險區(qū)域
空氣
可燃?xì)怏w

火花
熱量
爆炸
本質(zhì)安全的起源
煤礦電鈴系統(tǒng)
（大約1910年）
斷路火花
裸導(dǎo)線
電鈴
電池
絞車操作人員
氣體, 溫度
和區(qū)域的劃分
代表性氣體
氣體劃分
易燃性
乙炔
氫氣
乙烯
丙烷

甲烷

Group IIC
Group IIC
Group IIB
Group IIA

Group I (mining)

Class I, Group A
Class I, Group B
Class I, Group C
Class I, Group D

(No classification)

易引燃
IEC 標(biāo)準(zhǔn)
北美標(biāo)準(zhǔn)
氣體, 溫度
和區(qū)域的劃分
易燃物體在一定的溫度下會發(fā)生爆炸，此時并沒有火花產(chǎn)生。
    這個溫度稱作 
   點燃溫度
  	                                           of that material

儀表的溫度必須不超過所處氣體的點燃溫度
爆炸
               氨水 630 
                 甲烷 595 
               氫氣 560

丙烷 470 
                 乙烯 425
 
                    丁烷 365 
氣體點燃溫度
700
600
500
400
300
200
100
T1
T2
T3 
T6 
T4 
T5 
儀表溫度級別
         環(huán)己烷259

二 乙醚170

二硫化碳 100 
氣體, 溫度
和區(qū)域的劃分
1區(qū):
2區(qū):
0區(qū):
易燃易爆氣體長期連續(xù)存在（〉1000小時/年）
易燃易爆氣體在正常工作時會在一定時間存在（ 〉10小時《1000小時/年）
易燃易爆氣體在故障時才會存在  （《10小時/年）
區(qū)域的劃分是根據(jù)可燃性氣體存在的幾率和存在時間的長短來決定的。
區(qū)域劃分 ....舉例

Liquid
surface
Zone 0
Zone 1
Zone 2
 3m 通風(fēng)孔
 3m 
 3m 
水池
  
本質(zhì)安全
的
起源及原理
本質(zhì)安全設(shè)計的基本目標(biāo)
1. 限制電壓

2. 限制電流

3. 限制貯存的電能
電壓和電流特性
短路
電流
點燃不
發(fā)生
V
o/c
I
s/c
簡單的電
阻性電源的
輸出特性
V
o/c
I
s/c
R
Ignition
occurs
點燃
發(fā)生
開路電壓
定義
是指一個由設(shè)備和連接導(dǎo)線組的
系統(tǒng)，其中系統(tǒng)中任何一部分
的電火花或熱效應(yīng)都不會導(dǎo)致危
險場所的爆炸  
  
本質(zhì)安全系統(tǒng)  
------------
備注：CENELEC is a European organisation dedicated to the harmonisation of international standards.
MEMBERS of CENELEC are not limited to the EEC  :
   Austria,Belgium,Denmark,Eire,Finland,France,Italy,
   Luxembourg,the Netherlands,Norway,Portugal,
   Spain,Sweden,Switzerland,the United Kingdom, West 
   Germany
TEST LABORATORIES  within  CENELEC are BASEEFA,PTB
LCIE,CESI,INIEX,SEV,SEMKO,DEMKO and EVTA
MINING APPROVALS are often under a separate wing
  e.g.;  HSE(M),BVS,CERCHAR
APPROVAL by one recognised test house is normally accepted  by all others
Exia
二個故障保持
本質(zhì)安全
0區(qū),1區(qū)和2區(qū)
本質(zhì)安全是唯一考慮現(xiàn)場導(dǎo)
線故障的保護(hù)概念
<故障>是指決定設(shè)備安全性的元器件的故障
本質(zhì)安全的等級
備注：INTRINSIC SAFETY is the safest possible technique : no other protection concept includes an analysis of faults
FAULTS included in the safety analysis for I.S devices are open circuits,short circuits,component failures and interconnections
COUNTABLE FAULTS are those which are not so probable that they are considered to happen in normal operation and not so unlikely that their occurrence can be ignored

本質(zhì)安全的等級
本質(zhì)安全是唯一考慮現(xiàn)場導(dǎo)
線故障的保護(hù)概念
<故障>是指決定設(shè)備安全性的元器件的故障
Ex ia
Ex ib
二個故障
保持本質(zhì)安全
一個故障保持
本質(zhì)安全
0 區(qū),1區(qū)和2區(qū)
1區(qū)和2區(qū)
備注：INTRINSIC SAFETY is the safest possible technique : no other protection concept includes an analysis of faults
FAULTS included in the safety analysis for I.S devices are open circuits,short circuits,component failures and interconnections
COUNTABLE FAULTS are those which are not so probable that they are considered to happen in normal operation and not so unlikely that their occurrence can be ignored

本質(zhì)安全系統(tǒng)
危險場所    安全場所

認(rèn)證的
危險場
所設(shè)備
認(rèn)證的
安全場
所設(shè)備
備注：ORIGINALLY, intrinsically safe systems were composed of devices certified together,usually by the manufacturer
ALTERATIONS to certified loops are difficult since the loop documentation would also have to updated
LOOP CERTIFICATION is restrictive and has been abandoned in most countries
SELECTION OF APPARATUS is very easy since there isn't any choice

本質(zhì)安全接口
危險場所   安全場所

認(rèn)證的
危險場
所設(shè)備
認(rèn)證的
危險場
所設(shè)備
認(rèn)證的
安全場
所設(shè)備
認(rèn)證
的接口
未經(jīng)認(rèn)
證的安
全場所
設(shè)備
備注：ORIGINALLY, intrinsically safe systems were composed of devices certified together,usually by the manufacturer
ALTERATIONS to certified loops are difficult since the loop documentation would also have to updated
LOOP CERTIFICATION is restrictive and has been abandoned in most countries
SELECTION OF APPARATUS is very easy since there isn't any choice

簡單設(shè)備
簡單設(shè)備定義:
危險場所設(shè)備可以是認(rèn)證的貯能設(shè)備 
（例如，儀表）或未經(jīng)認(rèn)證的“簡單設(shè)備”
例如:
根據(jù)制造商的技術(shù)條件，電氣參數(shù)值均
不超過 1.2 V, 0.1A, 20mJ 或 25 mW的
電氣設(shè)備,它們無需認(rèn)證或標(biāo)志。
備注：THE CONCEPT of non energy storing simple appatatus is accepted by all authorities ,even Japan
MOST INSTRUMENTATION is simple apparatus and so I.S has an advantage over other forms of protection
CABLES are not simple apparatus since they are effectively distributed capacitance and inductance-see later

簡單本質(zhì)安全系統(tǒng)
危險場所   安全場所     
認(rèn)證的
接口
未經(jīng)認(rèn)
證的危
險場所
簡單設(shè)備
未經(jīng)認(rèn)證
的安全場
所設(shè)備
小元件松弛法
簡單設(shè)備
可定為T4溫度組別的前提條件是 :
認(rèn)證接口的匹配功率 ：
元件的表面積 >20mm , < 10cm
1) 可能的例外：一些熱敏元件，白熾燈絲
2) 接線盒和開關(guān)通常可認(rèn)定為 T6

2
2
注:
--
< 1.3W,（Tamb= 40C 時）
< 1.2W,（Tamb= 60C 時）
< 1.0W,（Tamb= 80C 時）
電壓和電流限制網(wǎng)絡(luò)
限流電阻
箝位齊納
二極管
最大輸出電流=Vz
R
 V
Z
輸出
輸入
R
(危險場所)
(安全場所)
基本的并聯(lián)二極管安全柵
Vz
 本質(zhì)安全等級 （ia ，ib ）的評定，需要考慮元件故障 
電阻通常為線繞電阻，被認(rèn)為是故障開路型
二級管應(yīng)按試驗等級要求設(shè)計成雙重化或三重化
熔斷器
安全場所
接線端
（非本安端）
危險場所
接線端
（本安端）
安全柵熔斷器
  熔斷器額定值的選擇應(yīng)起到保護(hù)二極管的作用，
  但它與安全柵的短 路電流沒有直接關(guān)系
250V rms

最大值
  CENELEC和其它標(biāo)準(zhǔn)要求將熔斷器澆封在安全柵內(nèi)，
  以使熔斷器不能被替換
熔斷器
 MTL安全柵安全描述
安全柵通常根據(jù)它們的安全參數(shù)來描述:
最常的安全柵安全描述是:  28V 93mA 300R
CLR
Vz
這里 V = 28 volts     限流電阻 (CLR) = 300R
z
安全場 所
接線端
（非本安端）
危險場所
接線端
（本安端）
齊納二極管特性
(正常齊
 納電壓)
Vz      Vwkg
+ve
二極管
電流
-ve
 二極管電流
(正常工
作電壓)
10 礎(chǔ)
-V
+V
正向
偏壓
反向
偏壓
-

+
+

最大電壓（V）
工作特性
340R
V out
V in
 端電阻大于安全限流電阻
非本安端最高允許電壓低于安全電壓 （即本安端輸出電壓）
* 
*
 對28V, 300R
安全柵而言
V wkg=25.5
 V max=26.6
端電阻
單通路齊納安全柵
Vz
正極性
負(fù)極性
無極性
Vz
Vz
+VE
-VE
~
V
+
-
V
+
-
~
雙通路齊納安全柵
雙通路安全柵的二個通路盡管不一定具有相同的電壓，
但它們幾乎都具有相同的極性
 安裝較簡單，可節(jié)省空間和成本
安全場所
接線端
危險場所
接線端
現(xiàn)場
設(shè)備
二線都
不接地
0V參考點
二個極性通路
變送器的 本安認(rèn)證參數(shù):
V    <  30V
I    < 300 mA
W   < 1.3 W
C    < 20nF
 L    < 10μH
安全柵的參數(shù)不能大于  V  , I   
                                  和    W  -
多數(shù)變送器的最小工作電壓是12DC
多數(shù)的現(xiàn)場儀表的負(fù)載電阻是250 歐姆
i
i
i
i
i
i
i
i
安全性
如何認(rèn)證?
工作性
 能否工作?
  EEx ia IIC T4

[EEx  ia]  IIC  
U       <  28 V
I        <  93 mA
W      < 0.65 W

C         < 0.13 μF
L         < 4.2 mH
L/R      <  55 μH/ohm
 C   <  0.11 μF
 L    <  4.2 mH
L/R  < 55 μH/ohm 
i
i
i
i
i
o
o
o

變送器

EEx ia  IIC  T4

U    <  30 V
I     < 300 mA
W   <  1.3W

C      < 20 nF
L       < 10μH

系統(tǒng)
   EEx ia  IIC T4

安全柵

電纜參數(shù)
本安系統(tǒng)的認(rèn)證
安全場所電源故障
現(xiàn)場安
裝儀表
隔離
的內(nèi)
部元件
設(shè)備接
地連線

安全柵
匯流排
X
1
X
儀表系統(tǒng)
L
E
N
電流隔離
 
危險場
所電路
認(rèn)證的
變壓器
認(rèn)證的元件
能量限制
安全場所
接線端
危險場  
所接
線端
電源
安

全

隔

離
安全場
所電路
故障條件下的電流隔離器
現(xiàn)場安
裝儀表 
隔離
的內(nèi)
部元件

設(shè)備接地連線
儀表系統(tǒng)  
L
E
N
隔離安全柵同齊納柵的比較
無功耗
回路供電
向變送器供電電壓低
精度高
需要本安接地
價格低
頻率相應(yīng)高
安裝密度高
不可維修
最高為2VA功耗
需要單獨供電
向變送器供電電壓高
精度0.1%
無需本安接地
價格高
有頻率限制
安裝密度低
可維修

</故障></故障>

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