仪表防爆和防护知识

P
缺点 • 安装和维护工作复杂而昂贵 • 仪表如果将接触可燃混合物，必须采取其它防护措施 • 不许带电开盖操作
应用 • 操作台、仪表盘或控制室
允许使用区域: 带自动上电功能的仪表可在1区工作 带声光报警的仪表可在2区工作
浇封型Ex"m"
基本原则 “分离型"
合成 树脂
应用 • 小电路和无可移动元件的情况
不允许在0区使用
本安型Ex"i"
R V
基本原则 “限制型"
L
C Uo
Io
特性 • 低功率技术限制了电压、电流，把功率 限制在点燃危险气体的最低要求之下 • 元件可靠性、距离和隔离 • 两类: “ia” 允许两个故障 “ib” 允许一个故障
优点 • 不需特殊电缆 • 对操作工也安全 • 允许带电开盖操作 缺点 • 不适用于大功率设备
无
IEC/CENELEC & 美国标准
温度分级 表面温度 (°C)
450 300 280 260 230 215 200 180 165 160 135 120 100 85
IEC CENELEC US NEC 505
T1 T2
US NEC 500
T1 T2 T2A T2B T2C T2D T3 T3A T3B T3C T4 T4A T5 T6
温度限制
蒸发点:
液体蒸发为可燃性蒸汽的最低温度.
沸腾点:
液体在101,3kPa (1013 mbar)压力下的沸点温度.
对于 危险区分级
对于 气体类别分级
自燃温度(A.I.T.):
可燃物体（固、液、气）开始自维持燃烧的最低温度。 危险区域内不能有任何超过自燃温度的表面。 不能把A.I.T.最高运行温度混淆。
持续区 0区 20区 0区 1部
一级区
二级区 2区 22区 2区 2部
1区 21区
1区
IEC/CENELEC & 美国标准
气体组别分级 危险气体
甲烷 乙炔 氢气 乙烯 丙烷 金属粉 碳粉 非冷凝粉尘 纤维 & 毛屑
IEC CENELE C
I类 (矿井气体) IIC类 IIC类 IIB类 IIA类
准备级
IP防护等级 Vs. NEMA防护等级
IP 30 31 32 64 65 66 68 NEMA 1 2 3R 3 12,12K和13 4和4X(防腐蚀) 7和7X(防腐蚀)
提问&回答
允许在1区工作
充油型Ex"o"
油
基本原则 “分离型"
允许在1区工作
充砂型Ex"q"
粉末
基本原则 “分离型"
应用 • 无可移动部件
允许在1区工作
无火花型Ex"n"
基本原则: “正常运行情 况下的安全" 性能 • 通过对其他防护方式 (“d”, “p”, “e” 和 “i”)的简化设计实现正常操作状态下的安 全
气体类别分级 A 丙烷 B 乙烯 C 氢气
共用标志
本安系统
危险区 安全区
简单设备 连接 电缆
P I
本安 接口
控制室 设备
˜
本安设备
齐纳安全栅
危险区
Io R Lim.
安全区
齐纳二极管 保险丝 Um 250V max.
Uo
故障 电流
• 无源电路简单可靠。 • 所有元件按标准应为浇封型。 • 要求有完整的接地系统。
• • • • • • • 0 1 2 3 4 5 6 无防护 固体异物直径大于50mm 固体异物直径大于12mm 固体异物直径大于2.5mm 固体异物直径大于1.0mm 防尘 尘密 • • • • • • • • • 0 1 2 3 4 5 6 7 8 无防护 垂直滴水 倾角75~90°滴水 淋水 溅水 喷水 猛烈喷水 短时间浸水 连续浸水
应用 • 现场和控制室电子仪表
允许工作条件: “ia”型工作于0区. “ib” 型工作于1区
正压型Ex"p"
Q
基本原则 “分离型" 优点 • 其它方法都不适用时的解决 方案
封装 • 内部充有比外部气压略高的 洁净空气或惰性气体 • 充电之前要清洁内部气体 • 连锁系统预防仪表在达到设 计压力之前上电，或者在正 压充气失败时断电
NEC 505
NEC 500
M.S.H.A 区域
Ignition Energy
>320µJ > 20µJ > 20µJ > 60µJ >180µJ 按点燃 的容易 程度排序
IIC类 IIC类 IIB类 IIA类 无 无
I级 A类 I级 B类 I级 C类 I级 D类 II级 E类 II级 F类 II级 G类 III级
• 输入/输出和电源隔离
• 不需要隔离接地 • Full voltage available to field devices • 标准信号输出 (4-20mA)
• 高共模电压
本安型现场总线系统
危险区
安全区 非隔离 总线
Ex i Ui; Ii; Pi Ci; Li
Ex i Ui; Ii; Pi Ci; Li
来自百度文库
出现的时间/每年
危险区分级 气体或蒸汽(粉尘)
持续区
>1000小时 10小时 至 1000小时 0小时 至 10小时
0区 (20) 1区 (21) 2区 (22)
一级区
二级区
危险区分级实例
0区 1区 2区
通风口 危险源持续 存在的地区
可燃液体
堤坝
通风不良的 储油槽区
气体的点火特性
点火能量 (J)
防爆方法： d 隔爆型 p 正压型 m 浇封型 o 充油型 q 充砂型 e 增安型 ia 本安型. a* ib 本安型. b* n 无火花型 s 防爆特殊型 气体类别分组 I 甲烷 (矿井) II 气体-蒸汽 (表面)
*如果是关联设备(安全 栅),ia或ib外要加[ ].
温度分级 T1 - T2 - T3 - T4 - T5 - T6
齐纳安全栅与隔离安全栅的比较
优点
Z E N E R S I S O L A T O R S
• 购货成本低 • 安装空间小 • 简单可靠 • 高安装成本 • 需要隔离接地 危险区仪表必须与地隔离 • 安全栅压降
缺点
• 齐纳泄漏电流导入误差
• 安全和功能检测困难 • 低安装成本 • • 低共模电压 价格高
M.I.E 最低点火能量
体积比 (%)
L.E.L. 爆炸下限
气体类别分级
代表性气体 甲烷 L.E.L. (%) 5 U.E.L. (%) 15 M.I.E. (µJ) 320 气体类别 I类(矿井气)
U.E.L. 爆炸上限
丙烷
乙烯 氢气
2
2.7 4
9.5
34 75
180
60 20
IIA
IIB IIC
缺点 • 安全程度不如本安型 • 不可带电开盖操作
EX NC 有火花型设备，电火花触头采用除NR、NL和NZ之外的保护 技术（封闭、密封外壳） （后4项为广义的无火花，产生电弧、火花或过热表面的设备，它通 过采取标准规定的措施，使其不会产生点燃的条件）
标志
符合CENELEC标准的设备 标志
EEx ___ __ __ ___
T3
T4 T5 T6
隔爆型Ex"d"
基本原则： “包容型"
连接宽度
开口
封装 • 必须能承受爆炸的压力 • 塑料材料只允许小容积 (<3 dm3) • 连接和开口要做得很精密并且 根据气体组分而定
优点： • 多年使用证明的优良方法
缺点 • 并非所有人都了解其工作原理 • 封装大而重，对电缆也有特殊要求(导管, 衬垫, 封装等) • 不允许带电开盖操作 打开封装需要特殊工具 • 安装和维护的错误会导致危险的情况
仪表防爆和防护知识
——仪表专业
爆炸条件 保护方式
能量源（火花、热表面等）
空气（氧气）
可燃物
危险区域的分级
• 自然界的爆炸危险源:
爆炸品 气体或蒸汽 粉尘 纤维&毛屑
•
危险区 级别
根据危险混合物出现的可能性和通风度划分
出现的可能性
连续地或 长时间地 出现 正常工作情况下 周期性地或偶尔地 出现 正常运行情况下不出现, 仅在不正常情况下短时间 出现
温度分级
T6 T5 T4 T3 T2 85 ° 100° 135° 200° 300°
T1
450°
IEC/CENELEC & NEC(美国标准)
危险区分级
危险区
国家或地区
IEC 60079-10 CENELEC EN60079-10 USA NEC Art. 505 USA NEC Art. 500
隔离总线
耦合器 [Ex i] Uo; Io; Po Co; Lo
Ex i Ui; Ii; Pi Ci; Li
终端
接线盒
Ex i Ui; Ii; Pi Ci; Li
安全条件 Ui>Uo; Ii>Io; Pi>Po Ci+Cc<Co Li+Lc<Lo
外 壳 防 护 等 级 （IP） 代 码
（BS EN60529; 1992)
隔离安全栅
危险区
放大器
安全区
信号变送
Um 250V max.
Io
Uo 限能电路
保护电路
输出
电路隔离 保险丝
=

主变送器
电源 230Vac
• 有源电路通过隔离元件（变送器、继电器、光电偶）进行危险区间的信号传送。 • 能量限制电路的工作原理与齐纳安全栅相同，但由于电路隔离它不必处理Vm。 • 由于Vm引起的故障电流通不过限能电路，不再需要专用的接地设备。
应用 • 目前成为一种降低成本 的2区防爆方式。
EX NA 无火花型设备（真正意义上的无火花）II类设备不分级 EX NR 限制呼吸外壳（防止呼吸效应引起可燃气体被吸进仪表中） EX NL 限制能量设备（基于本质安全防爆原理，但仅对正常运行情 况进行评价或分析） EX NZ 具有简单正压（偶然失压的情况下，只报警，不像EX P那样 还要切断电源）