自控仪表设计中的安全防爆

自控仪表设计中的安全防爆

摘要：化工企业及其安全生产与电气设备和自控仪表系统防爆有着直接关系，

为了提高化工企业运行的安全可靠性，应当合理设计电气设备和自控仪表系统防

爆方案，通过一些有效的设计、施工、维护措施，促进化工企业安全生产、运营

效率的提升。基于此，文章就自控仪表设计中的安全防爆进行了分析。

关键词：自控仪表；防爆；设计

一、自控仪表的分类

1、温度检测仪表温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类，通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠、测量精度高，但因测温元件与被测介

质需要进行充分的热交换，需要一定时间才能达到热平衡，同时受耐高温材料的

限制，不能应用于很高的温度测量。非接触仪表测温是通过热辐射原理来测温的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏

温度场，反应速度一般也比较快，但受到物体的发射率、测量距离等外界因素影响，其测量误差较大。我们常用的温度测量仪表为接触式测温仪表中的：热电偶、热电阻、双金属温度计及玻璃（水银）温度计。

2、压力检测仪表压力是工业生产中的重要参数，这里所说的压力，实际上

是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。压力测量仪表按工作原理

分为液柱式、弹性式、负荷式和电测式等类型。压力计测量压力范围很广，可以

从超真空133×10-3Pa，直到超高压280MPa。其主要包括三类，即压力变送器、

现场压力表以及压力开关。测量能覆盖的最低压强为-0.1MPa，最高压强为

60MPa。除此之外，压力变送器还可以被用于差压式液位以及流量的测量中。

3、液位检测仪表流量检测仪表流量检测仪表是用来测量管道或明沟中的液体、气体或蒸汽等流体流量的工业自动化仪表，又称流量计。目前最常用流量计

分类法，主要有：差压式流量计（孔板、喷嘴、文丘里管、弯管、楔形管、均速管）、容积式流量计（椭圆齿轮、腰轮、刮板、膜式）、浮子流量计（玻璃锥管、金属椎管）、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计、超声波流量

计等。

4、仪表出现爆炸主要原因

作业人员防爆意识不强导致安全隐患。在化工生产过程中需要很多作业，有

些是需要防爆的，有些则不需要防爆，由于作业人员防爆意识不强，经常将需要

防爆的工作和不需要防爆的工作混为一谈，致使很多非防爆作业在防爆区域进行，很多非防爆的电气设备与仪表在工作进行时发生爆炸，引起严重的安全事故，造

成不可估量的后果，严重的影响了化工工作。与此同时，由于作业人员意识不强，在选择作业工具时不够认真仔细，导致很多化工仪表选择错误。

防爆化工仪表的质量问题。防爆化工仪表的质量与化工厂安全作业息息相关，质量优越的设备能够推进化工生产的顺利进行，很少出现安全事故，反之，则会

对其起到阻碍作用，造成安全事故的产生。因此，无论在选用设备、使用设备还

是安装设备时，都要高质量的进行，做到从采购到使用到维护都能实现高防爆性。

（1）防爆化工仪表本身质量问题。在实际的化工生产过程中，如果防爆化工仪表的质量存在问题，就会导致作业时出现各种各样的问题，最终导致化工生产

工作无法顺利进行下去。

（2）防爆化工仪表维护问题。在防爆化工仪表设备使用后，应防止外部环境因素（例如：化学作用、环境温度、电气、潮湿等）对仪表设备防爆性能产生不

利影响。对露天场所使用的防爆仪表尽量避免直接淋雨和阳光直射，并尽量选用

防护等级较高产品。对电气线路入口处进行密封处理。并采取措施防止防爆仪表

附近有积水。防爆仪表尽量避免安装在有腐蚀的环境中，表面发生腐蚀后的仪表

设备的防爆性能将严重下降，影响后期安全施工。

（3）防爆化工仪表的接口松动问题。防爆化工仪表如果经常使用，或者使用环境有震动，对仪表设备的接口都会有一定影响，应特别注意设备螺栓和电缆引

入装置的紧固性，防止出现漏点。

二、自控仪表设计原则

1、自控系统应该是经历了生产实践检验的成熟可靠安全的系统。为了满足自控系统在生产过程中可靠运行、安全运行、持久运行的要求，在元件选择、软件

编程以及系统设计上都要做足考虑，确保在误操作、断电等情况下，系统依旧能

稳定的运行，不会威胁到人员与设备的安全；

2、自控系统的应具备良好的开放性，以便能方便地与其他系统通信，满足工厂全局的需求；

3、根据生产过程或控制对象的属性，确定合理的控制策略；

4、工业仪器仪表的选用，是基于生产过程或控制的对象本身的要求。针对生产过程，设计人员要熟悉地掌握各项参数提出的需求，确保设计选型更加趋于完善，保证自控仪表安全、可靠、稳定、长期地运行；

5、在安全稳定长周期运行的前提下，自控仪表工程设计还应该满足方便更换、安装、维护方面的原则，为生产节约成本，提高整个系统的经济效益；

三、仪表的防爆设计

防爆电气设备通常工作在气体、蒸汽及雾状等易燃物质与空气混合物的环境中,设备内任何小能量点火源都可能引起周围易燃性的爆炸。因此,所有在爆炸环

境中使用的防爆电气设备均应按国家规定进行设计和校核。防爆仪表的设计主要

体现在防爆材料选择和强度设计,隔爆结构设计和薄弱环节的设计等方面。

1、防爆材料选择与强度设计。防爆仪表的电器元件和内部结构件在材料选择和精度等级方面与普通仪表的主要区别在于对防爆仪表壳体有特殊的要求。因为

当壳体内有火源燃烧时,内部会产生很高的压力,所以仪表壳体材料的选择除了要

考虑材料的铸造工艺性、耐腐蚀性、高气密性和加工工艺性及必须严格控制含镁

量<0.5%之外,还要考虑工作的安全性。因此必须进行强度校核。选择的壳体材料

为ZL102,这种材料的铸造工艺性和耐腐蚀性能良好,易于加工,取材方便,价格适中,

抗拉强度能满足σ>120MPa的防爆要求。设计的壳体壁厚分别为12mm和8mm,

壳体平均直径分别为190mm和103mm,工程上把这类设备称为薄壁圆筒。

2、隔爆结构设计。防爆仪表的防爆原理是采用由适当壁厚和足够的接口长度组成的防爆外壳,把能点燃爆炸性混合性的部件封闭在壳体内,该壳体不但能承受

由内部爆炸性混合物燃烧时产生的爆炸性压力,而且还能阻止向周围的爆炸性气体

混合物传播。

3、薄弱环节设计。防爆仪表的薄弱环节设计主要体现在透明件和连接螺栓的选择方面。透明件是仪表的显示窗口,更是防爆仪表最薄弱的环节。透明件既要有

一定的透明面积要求,不能有气泡等缺陷,更要能承受住爆炸性气体的高压作用。

因此必须选用特殊的玻璃,而且还要有足够的厚度。设计的透明窗口透明面积为60.79cm,在合格范围之内。选用10mm厚的钢化玻璃。实验证明,只有10mm(包括10mm)以上厚度的钢化玻璃才能承受住爆炸压力的作用。

仪表壳体与端盖一般采用螺栓连接方式,由于受结构限制,当螺栓尺寸和数量确