本质安全回路的认可方法

本质安全回路的认可方法
作者：袁学亮
来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第11期
摘要：介绍了本质安全回路的基本概念，本质安全回路的认可方法，包括系统认可和参量认可，国外项目中通常采用参量认可的评估方法。

介绍了系统认可，本质安全回路的认可方法，并通过实例详细介绍了采用参量认可，本质安全回路的计算方法。

阐述了本质安全回路计算在工程设计中重要性。

关键词：本质安全回路；评估；计算；防爆
1 引言
在工业过程控制中，当涉及到容易燃烧和爆炸的原料时，因容器破损或泄漏，空气中含有挥发的爆炸性气体、粉尘等，这些区域称之危险区域。

例如：石油及其衍生物氢气、瓦斯、面粉等物质，一旦条件合适，都会引起爆炸。

因而必须对系统中的现场相关设备采取相应的防爆措施。

而本安防爆技术作为是一种低功率设计技术。

能很好地适用于工业过程自动化仪表。

2 本安技术简介及其特点
本安技术是一种以抑制点火源能量为防爆手段的安全设计技术。

要求设备在正常工作和故障状态下可能产生的电火花和热效应分别小于爆炸性危险气体的最小点燃能量和自燃温度。

基本的设计技术措施包括：限制电压；限制电流；限制能量；合理选择元器件额度参数，载流导线截面等；结构及电路的分隔措施。

本安防爆产品制造工艺简单、体积小、重量轻、造价低；易于实现较高防爆级别的设计；可带电操作与维护；安全可靠性高，可有效避免人员触电伤亡事故发生；适用范围广，ia等级是唯一的0区技术；简单设备只需满足通用要求，不需认证即可接入本安防爆系统。

3 本安系统的基本概念
本质安全是一个系统的概念。

本质安全系统一般由以下三个部分组成：
3.1 现场设备，即本质安全设备
本质安全设备指具有储能元件，需要防爆认证的本安电气设备，如变送器、接近开关等。

简单设备也属于本质安全设备，按照规范规定，无源元器件，例如开关、接线箱、电阻以及简单半导体元器件可视为简单设备；对于储能有源元器件例如电容、电感，当其设计参数能保证系统的全面安全时可被视为简单设备；对于产生能量的有源元器件，例如热电偶、光电池，当其产生的能量电压不超过1.5V，电流不超过100mA，且功率不超过25MW的电气设备，这样的电气设备可视为简单设备。

它们无需防爆认证，可以自由地配置在本安回路中。

3.2 本质安全系统用电缆
仪表与控制室之间的连接电缆存在一定数量的分布电容和分布电感，特别是距离较远或仪表的设计参数接近本质安全所容许的最大值情况下，就需要考虑分布参数和限制配线长度。

这是因为分布电感和分布电容都是储能的，在电缆发生故障时，这些储能就会以电火花或热效應的形式释放出来，不同程度上有增加点燃的危险性，影响系统的本安性能。

3.3 关联设备，即安全栅
安全栅是本质安全防爆仪表系统中最常用的关联设备，它连接在本安电路与非本安电路之间，其作用是限制电流和电压，不使危险能量窜入到本安电路中去，以确保本质安全电路的安全性能。

依据系统设备配置的特点，通常可将本安系统分为两类：传统的点对点式本质安全系统：一个关联设备与一个现场设备连接；现场总线式本质安全系统：一个关联设备与多个现场设备相连。

4 本安系统认可方法
4.1 系统认可
是指对本安设备和关联设备按具体的组合方式进行的检验认可。

这种组合的系统一经认可，其本安设备的关联设备就不能用未经检验机构按这样的组合认可过的其它型号规格的设备代用。

4.2 参量认可
北美称之为整体概念，其核心思想是：本安设备和关联设备都可单独进行认可，防爆检验机构将分别给出一组安全参数。

用户可根据一定的安全评定规则合法地组成本安系统。

5 基于系统认可的本安系统应用要求
系统认可是指把被检验的指定本安仪表和被检验的指定关联设备相组合所构成的系统进行认可。

一经认可后，系统中任一设备不能用未经检验机构按这种组合方式检验认可过的任何其他型号、规格的本安设备（仪表）或关联设备代用。

按系统认可方式认可的本安设备通常在产品铭牌、产品使用说明书以及防爆合格证书文件中一般都会明确规定具体的关联设备名称、制造厂商和型号。

此外，通常在产品使用说明书和/或防爆合格证书文件中规定本质安全系统连接电缆的分布参数限值（电缆最大允许分布电容Cc、电缆最大允许分布电感Lc）。

通过回路安全性评估，确认使用关联设备的符合性，依据使用电缆分布参数（电缆单位长度分布电容Cp，电缆单位长度分布电感Lp）（由防爆机构出具检测报告），核算使用电缆的总的分布电容和电感是否符合规定的限值。

要求：电缆长度=Min{Cc/Cp，Lc/Lp}
6 基于参量认可的本安系统应用要求
在国外的项目中较多使用的是参量认证。

参量认可是指对单台设备（本安仪表或关联设备）进行的检验认可，检验机构对本安设备和关联设备认可时都会分别给出一组安全参数。

通常采用这种方法认可的本安设备可以与具有相兼容的安全参数的关联设备连接使用。

美国FM（工厂联研会）把这种认可方法称为整体认可，把相（下转第247页）（上接第245页）应的安全参数称为整体参数。

参量认可的安全参数：
本安现场设备以ROSEMOUNT 8800系列涡街流量计为例，从产品防爆证书内容可以得到以下参数：
Ci=0nF Li=0.04mH Ui=30V Ii=300mA Pi=1.0W
最大内部电容Ci—指在本安现场设备连接端子上呈现的设备总的内部等效电容；
最大内部电感Li一指在本安现场设备连接端子上呈现的设备总的内部等效电感；
最高输入电压Ui一在正常工作和故障条件下，可以施加到本安现场设备，且不会导致其本质安全性能失效的最高交流或直流峰值电压；
最大输入电流Ii—在正常工作和故障条件下，可以施加到本安现场设备，且不会导致其本质安全性能失效的最大交流或直流峰值电流；
最大输入功率Pi一当设备与外部电源连接时，设备内本质安全电路能消耗、且不会导致其本质安全性能失效的最大输入功率。

7 本安回路计算
规范规定，除非整个本安回路得到了认证以外，所有的本安回路都应依据规范进行本安计算。

在现在的项目中，为了确保本安回路设计的正确性，降低风险，项目中所采用的本安回路均需提供相关仪表和安全栅的本安认证证书以及本安回路计算书。

以现场设备采用8800系列涡街流量计，关联设备采用K*D2-STC（V）4-Ex1（.2O）（.P）系列安全栅，组成本安回路为例，这条回路的本安回路计算报告如下：
8 结束语
随着本安防爆技术在工程领域里的广泛应用，本安防爆系统的设计也有更严格的规范需要遵循，本安回路计算也成为了工程设计中不可或缺的设计步骤。

参考文献：
[1]陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].北京：化学工业出版社，2000.
[2] GB 3836.1-2010，爆炸性环境[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员， 2011.。