化工本质安全的设计要点(幻灯片演示版)

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化工本质安全设计要点
本安防爆系统按其所适用的场所和安全程度 可分为两个等级:
ia等级： 在正常工况下发生1个故障和2个故障时，不能点 燃爆炸性气体混合物的仪表设备。 ib等级：
在在正常工况下发生1个故障时，不能点燃爆炸 性气体混合物的仪表设备。
化工本质安全设计要点
凡是电路中有1个元件损坏及为1个故障；如 果由于该损坏的元件而引起电路参数改变并导致 其他元件损坏都视为1个故障；2个元件均单独损 坏并导致一系列损坏可视为2个故障。
化工本质安全设计要点
化工装置的安全事故级别划分图
化工本质安全设计要点
通常根据使用场所的爆炸危险程度、 安装位置和维护周期等几个要素来决定其 防爆等级。设计防爆系统时，首先应根据 现场爆炸危险区域级别和爆炸性气体的性 质来确定系统的防爆类型。
化工本质安全设计要点
国家标准GB3836.4-2000对气体爆炸危险场所防 爆电气设备选型规定见下表：
化工本质安全设计要点
化工本质安全设计要点
关联设备作为限能设备能有效地保护危险场所 的现场设备，在正常条件下能使系统完好地工 作，而在故障条件下能限制危险场所的电压、 电流。通常关联设备并不具有本安特性，但它 能影响本安电路中的能量，来保持电路的本安 性能。安全栅是本安防爆系统最常用的关联设 备，常用的安全栅有齐纳式安全栅和隔离式安 全栅两类。
化工本质安全设计要点
340R
端电阻
V wkg=25.5 V max=26.6
*
V out
V in
*
对28V, 3wenku.baidu.com0R 安全栅而言
端电阻大于安全限流电阻
化工本质安全设计要点
在设计中选用了合适的安全栅和本安电气 或仪表设备后，也不能保证绝对安全。这是因 为电路在传输过程中会受到电磁场的干扰而产 生非本安能量。而安全栅对这种能量是无法限 制的，这就需要设计人员通过正确选用电缆及 其敷设方式来克服掉。
点燃不 发生
Is/c
化工本质安全设计要点
对于现场电气和仪表设备的选择主要体现在选择合适的 现场的电子式仪表，选择防爆现场电子式仪表的基本条件是：
具有经防爆部分认证的本安防爆标志，且符合现场防爆要 求；
其防爆证书所标注的关联设备中具有拟选择的安全栅型号 （一般指与关联设备的联合防爆取证）； 电感、电容远小于拟选择的安全栅负载参数。
安全场所的非本安电路传送到危险场所本安电气 和仪表设备的能量小于规定值；
关联电缆不会受到外界电磁场的干扰产生的非本 安能量。
能否构成一个合理、有效的本安回路关键是要组合好 三个条件之间的关系。
化工本质安全设计要点
R
短路 电流
点燃 发生
Ignition occurs
Is/c
Vo/c
Vo/c
简单的电 阻性电源的 输出特性
化工本质安全的设计要点
席小红 2012年7月
化工安全设计的关键点
化学工业是我国国民经济快速发展的重要支 柱产业。化工生产的特点决定了其具有易燃、易 爆、有毒、有害、腐蚀性强等许多潜在的危险特 性，属于高危险行业。化工安全事故的发生通常 会造成严重的人员伤亡、财产损失和环境污染， 产生恶劣的社会影响。下表中列举了近年我国化 工企业中发生的重特大事故情况。这些重特大事 故不仅造成了巨大的人员伤亡和经济损失，而且 造成了恶劣的社会和国际影响。
化工本质安全设计要点
由于导线中存在着分布电容和分布电感，从而使 导线成贮能元件。它们在信号传输过程中不可避免的 贮存能量，一旦线路出现开路或短路，这些潜能就会 以电火花或热效应的形式释放出来，影响本安系统的 本安性能。近年来，随着石化装置规模越来越大，自 动化集成度越来越高，这一方面使生产现场离控制室 越来越远，另一方使生产过程中的检测和控制系统变 得越来越庞大，从而导致了传输电缆长度的大幅增加。 电缆长度的增加使得分布电容和分布电感已足以影响 整个系统的本安性能。目前，以集中参数考核电缆分 布参数的方法已被世界各级防爆检测和评价结构所普 遍采用。
化工本质安全设计要点
在本安系统中，现场电气、仪表与电缆同为安全栅的负载， 三者之间的的关系如下：
电缆分布电容≤安全栅电容负载-现场电气仪表电容
电缆分布电感≤安全栅电感负载-现场电气仪表电感
化工本质安全设计要点
结论
化工安全设计的关键点
现场电气、仪表设备、关联设备和连接电缆是 构成本安防爆系统的三要素，每一个环节都至 关重要。同时，本安防爆是一个系统的概念， 三要素之间彼此独立又相互关联，在实际设计 时应综合考虑，合同、有效的组合好三要素的 关系。
化工本质安全设计要点
本质安全设计
化工本质安全设计要点
本安防爆是一种以抑制点火源能量为防爆手 段的安全技术。它的显著特征是仪表设备及其连 接的电缆所能释放出的电能和热能不可能导致爆 炸性混合物的点燃。一般来说，本安防爆系统由 本安型现场电气或仪表设备、关联设备及二中之 间的连接电缆组成，如图1所示。
化工本质安全设计要点
由此可见，本安防爆技术的应用范围广，防爆 等级高，在一般情况是唯一可用于0区危险场 所的防爆类型。但本安也并非在任何情况下都 适用。例如，现场仪表需外接220V AC电源的 场所就可能做不到本安防爆。
化工本质安全设计要点
本安回路的必要条件:
处于气体爆炸危险场所的电气和仪表设备本身贮 能不会产生点燃火花；
化工本质安全设计要点
齐纳式安全栅和隔离式安全栅性能对比
化工本质安全设计要点
危险场所 接线端 （本安端）
安全场 所 接线端 （非本安端）
CLR
Vz
安全栅通常根据它们的安全参数来描 述:
限流电阻 (CLR) = 300R 最常的安全栅安全描述是: 28V 93mA 300R 这里 V = 28 volts
化工安全设计的关键点
化工安全设计的关键点
在爆炸危险区域的自控系统设计中，按照国 际、国家和行业标准常用的防爆类型有隔爆型 （Exd）、增安型（Exe）、本质安全型（Exi）、 正压型（Exp）、浇封型（Exm）和无火花型 （Exn）。在众多的防爆类型中，本质安全（以 下简称本安）技术具有防爆产品结构简单、体积 小、重量轻、允许在线测量和带电维护等特点,广 泛应应用在石化装置中。
化工本质安全设计要点
热量
火花
爆炸
危险区域
可燃气体
空气
爆炸三角
化工本质安全设计要点
气体点燃温度
氨水 630 甲烷 595 氢气 560 丙烷 470 乙烯 425 丁烷 365
700 600 500
仪表温度级别
T1 400 300 T2 T3
环己烷259 二 乙醚170 二硫化碳 100
200
100
化工安全设计的关键点
讲课结束 谢谢大家