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什么是安全柵？它都有哪些種類和應(yīng)用


近幾年來，隨著中國(guó)煉化一體化進(jìn)程的推進(jìn)，石油煉化廠、化工廠越來越多。由于石油及其相關(guān)產(chǎn)品大多具有易燃易爆特性，所以一定要使用安全、有利的防爆方法，以確保安全。安全柵作為本安電氣設(shè)備與非本安電氣設(shè)備之間連接的電氣設(shè)備，能夠有效地提高石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中的安全性。


儀表安全原理與本質(zhì)安全技術(shù)


儀表安全原理

Instrument Safety Principle


當(dāng)易爆物質(zhì)、氧氣、引爆源這三種情況同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)引起爆炸。如果我們能消除任意一個(gè)爆炸形成的條件，就能保障現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備的安全?？諝庵械难鯕鉄o法控制，因此控制易爆物質(zhì)和控制引爆源是目前較為常用的安全原理。在儀表行業(yè)，控制爆炸范圍也被列為常用的安全原理。 安全柵能夠限制現(xiàn)場(chǎng)儀表的電能量，使其無法產(chǎn)生能夠引爆的火花和引爆的儀表表面溫度。本質(zhì)安全技術(shù)能夠消除隱患，保證現(xiàn)場(chǎng)的安全。


危險(xiǎn)區(qū)域危險(xiǎn)性的分類、分級(jí)、分組

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爆炸性氣體分類見下表。

危險(xiǎn)氣體場(chǎng)所劃分為3個(gè)不同的區(qū)域，見下表。


爆炸性氣體的溫度組別見下表。


安全柵的作用和種類


本質(zhì)安全（IS）是儀表系統(tǒng)采用的防爆技術(shù)，安全柵設(shè)置在安全區(qū)域的控制室設(shè)備與危險(xiǎn)區(qū)域的本安設(shè)備之間，傳輸信號(hào)或能量。安全柵利用電路限流限壓，從而約束安全區(qū)域傳遞能量給危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)備。

處于危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安設(shè)備在這樣的能量下能夠正常工作，但這樣的能量不足以引燃爆炸環(huán)境，即使本安設(shè)備自身發(fā)生故障，也不會(huì)產(chǎn)生任何足以引燃的電火花或發(fā)熱表面。因此，無論是安全場(chǎng)所的控制室設(shè)備還是危險(xiǎn)場(chǎng)所的本安設(shè)備發(fā)生故障，只要安全柵的限流限壓電路正常工作，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)處于安全狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生爆炸。
安全柵分為齊納式安全柵和隔離式安全柵兩類。
齊納式安全柵是最早出現(xiàn)的安全柵。它的核心元件是齊納二極管，限流電阻及快速熔斷絲，原理圖如下圖所示。

齊納式安全柵原理圖


齊納管電流簡(jiǎn)單，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)容易出現(xiàn)系統(tǒng)電源波動(dòng)、干擾，導(dǎo)致設(shè)備損壞，并且由于其需要本安接地，因此在實(shí)際應(yīng)用中較少。
隔離式安全柵不僅能夠限壓限流，還能電流隔離。隔離室安全柵主要由限能單元、信號(hào)及電源隔離單元、信號(hào)處理單元組成，基本功能電路如下圖所示。

隔離式安全柵原理圖


與齊納式安全柵相比，隔離式安全柵在性能上大大優(yōu)于齊納式安全柵：
①采取三方隔離方式，不需使用隔離式儀表；
②降低危險(xiǎn)區(qū)的儀表要求，現(xiàn)場(chǎng)不需使用隔離式儀表；
③運(yùn)行過程中穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大幅提高；
④有強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，可以接受并處理多種信號(hào)，例如熱電偶、熱電阻、頻率等信號(hào)；
⑤為同一信號(hào)源的兩臺(tái)設(shè)備提供兩路相互隔離的信號(hào)，并且兩設(shè)備信號(hào)無干擾，同時(shí)所連接設(shè)備互相之間的電氣安全絕緣性能也有所提高。

安全柵在儀表中的應(yīng)用

在石油化工生產(chǎn)過程中，需要利用現(xiàn)場(chǎng)儀表對(duì)壓力、溫度、流量、液位等方面的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此保障生產(chǎn)能夠正常順利地進(jìn)行。安全柵作為儀表控制系統(tǒng)的安全保持器，它需要接收并處理來自危險(xiǎn)區(qū)的信號(hào)，并傳送給安全區(qū)或危險(xiǎn)區(qū)處理后的安全信號(hào)。盡管現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)類型各不相同，但是從整體而言，基本上可以分為兩種：輸入安全柵和輸出安全柵。輸入安全柵主要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號(hào)/1~5V信號(hào)、熱電阻和熱電偶信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)、通信信號(hào)、交流信號(hào)和其他非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)等幾種類型信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)；輸出型安全柵主要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 4~20mA信號(hào)/1~5V信號(hào)、開關(guān)量輸出信號(hào)、通信信號(hào)等幾種類型信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，模擬量輸入安全柵和模擬量輸出安全柵被廣大設(shè)計(jì)人員接受并運(yùn)用在工程中。模擬量輸入安全柵通常與2線制、3線制變送器或4~20mA信號(hào)結(jié)合使用，模擬量輸出安全柵通常與調(diào)節(jié)閥結(jié)合使用。隔離式安全柵的運(yùn)用，在很大程度上提高了儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它把適合的電量提供給現(xiàn)場(chǎng)儀表閥門，同時(shí)又把由儀表閥門輸出的4~20mA DC電流信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換成DC電流信號(hào)或DC電壓信號(hào)后輸出，提供給儀表閥門。

安全柵在石油化工生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用中的注意要點(diǎn)

從目前來看，本安系統(tǒng)已被當(dāng)作設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為各個(gè)領(lǐng)域所應(yīng)用。在生產(chǎn)中，安全柵選型要符合現(xiàn)場(chǎng)需求，在使用過程中還要注意以下問題，這樣才能達(dá)到預(yù)期效果。

01

關(guān)于防爆

安全柵需要滿足現(xiàn)場(chǎng)所需的防爆等級(jí)要求，確保電纜及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的蓄能，以保障電纜和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的容抗和感抗功能。

02

關(guān)于接地

齊納安全柵安裝時(shí)，需要有非?？煽康慕拥叵到y(tǒng)，并且其接地電阻必須小于1歐姆。

03

關(guān)于儀表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)類型選擇適合的安全柵。

04

關(guān)于電纜

本安系統(tǒng)設(shè)備需要使用本安電纜，在電纜敷設(shè)時(shí)本安電纜應(yīng)與非本安電纜分開敷設(shè)。并且要做標(biāo)識(shí)牌。