本质安全仪表回路设计方法探讨

    1　引　言

    在石油、石化等过程行业中,可能出现潜在的爆炸性环境,在实践中必须对系统中的现场相关设备采取相应的防爆措施。自控仪表设备采用的防爆技术主要有:本安 (Ex i)、隔爆(Ex d)、增安(Exe)、正压(Ex p)、浇封(Ex m)等各类型。在众多的防爆技术中,本安防爆技术作为一种以抑制点火源能量为防爆手段的安全技术,以其结构简单、体积小、质量轻,可带电维护、标定和更换 零件等优点,目前在各个行业的工程项目中已得到了广泛应用。

    2008年北京美盛沃利工程技术有限公司设计完成的一个大型化工项目中,业主提出:根据以往的项目经验,如果没有对本安回路进行严格的计算,在生产过程中 仍然会有30%左右的回路存在安全隐患。即使目前国内对本安计算无特殊要求,业主仍要求在项目设计过程中对每条本安回路进行严格的本安回路计算,本安回路 计算的依据是国际电工委员会IEC 60079-14: 2007的相关规定。

    本安回路设计的基本要求^[1,2]:通过控制电路的电参数(如减小电感和电容等储能元件参数),或降低电路电流和电 压,使电路达到本安防爆要求;电路中元器件要有足够的功率,连接导线应具有足够截面,以使电路在各种故障条件下可能产生的高电压和大电流不会破坏元件性 能,通过元件的可靠性来保证电路的可靠性。这就要求对本安回路中相应的电气元件参数进行计算,即本安回路计算,以达到相关安全规范的要求,使安全生产更有 保证。

    2　本安防爆技术简介

    本安防爆技术的基本原理是以限制能量的原则达到防爆的目的,本安技术在回路正常或异常情况下,可靠地将电路中的能量限制在一个允许的范围内,以保证电气设备发生短路、元器件损坏等情况下,不至于引起其周围可能存在的危险气体的爆炸。

    本质安全防爆系统简称本安回路系统,由三部分组成:现场本安设备、本安电缆及关联设备,如图1所示。系统回路以安全栅为界分为本质安全电路和非本质安全电 路。从安全栅通过本安电缆连接到现场仪表所构成的电路为本安电路;从安全栅到DCS以及到供电电源的电路为非本安回路。

    2.1　现场本安设备

    2.1.1　简单设备

    按照规范IEC60079-14 ^_[3.5.2]规定^[3],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1.5 V,电流不超过100 mA,且功率不超过25 mW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。