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什么是安全柵？它都有哪些種類和應用？

2020.06.29

導讀

近幾年來，隨著中國煉化一體化進程的推進，石油煉化廠、化工廠越來越多。由于石油及其相關產(chǎn)品大多具有易燃易爆特性，所以一定要使用安全、有利的防爆方法，以確保安全。安全柵作為本安電氣設備與非本安電氣設備之間連接的電氣設備，能夠有效地提高石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中的安全性。

儀表安全原理與本質安全技術

儀表安全原理

Instrument Safety Principle

當易爆物質、氧氣、引爆源這三種情況同時出現(xiàn)時，就會引起爆炸。如果我們能消除任意一個爆炸形成的條件，就能保障現(xiàn)場儀表設備的安全。空氣中的氧氣無法控制，因此控制易爆物質和控制引爆源是目前較為常用的安全原理。在儀表行業(yè)，控制爆炸范圍也被列為常用的安全原理。安全柵能夠限制現(xiàn)場儀表的電能量，使其無法產(chǎn)生能夠引爆的火花和引爆的儀表表面溫度。本質安全技術能夠消除隱患，保證現(xiàn)場的安全。

危險區(qū)域危險性的分類、分級、分組

TITLE CONTENT

爆炸性氣體分類見下表。

危險氣體場所劃分為3個不同的區(qū)域，見下表。

爆炸性氣體的溫度組別見下表。

安全柵的作用和種類

本質安全（IS）是儀表系統(tǒng)采用的防爆技術，安全柵設置在安全區(qū)域的控制室設備與危險區(qū)域的本安設備之間，傳輸信號或能量。安全柵利用電路限流限壓，從而約束安全區(qū)域傳遞能量給危險區(qū)域設備。

處于危險場所的本安設備在這樣的能量下能夠正常工作，但這樣的能量不足以引燃爆炸環(huán)境，即使本安設備自身發(fā)生故障，也不會產(chǎn)生任何足以引燃的電火花或發(fā)熱表面。因此，無論是安全場所的控制室設備還是危險場所的本安設備發(fā)生故障，只要安全柵的限流限壓電路正常工作，整個系統(tǒng)都會處于安全狀態(tài)，不會產(chǎn)生爆炸。

安全柵分為齊納式安全柵和隔離式安全柵兩類。

齊納式安全柵是最早出現(xiàn)的安全柵。它的核心元件是齊納二極管，限流電阻及快速熔斷絲，原理圖如下圖所示。

齊納式安全柵原理圖

齊納管電流簡單，在現(xiàn)場使用時容易出現(xiàn)系統(tǒng)電源波動、干擾，導致設備損壞，并且由于其需要本安接地，因此在實際應用中較少。

隔離式安全柵不僅能夠限壓限流，還能電流隔離。隔離室安全柵主要由限能單元、信號及電源隔離單元、信號處理單元組成，基本功能電路如下圖所示。

隔離式安全柵原理圖

與齊納式安全柵相比，隔離式安全柵在性能上大大優(yōu)于齊納式安全柵：

①采取三方隔離方式，不需使用隔離式儀表；

②降低危險區(qū)的儀表要求，現(xiàn)場不需使用隔離式儀表；

③運行過程中穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強，使整個系統(tǒng)的可靠性大幅提高；

④有強大的信號處理能力，可以接受并處理多種信號，例如熱電偶、熱電阻、頻率等信號；

⑤為同一信號源的兩臺設備提供兩路相互隔離的信號，并且兩設備信號無干擾，同時所連接設備互相之間的電氣安全絕緣性能也有所提高。

安全柵在儀表中的應用

在石油化工生產(chǎn)過程中，需要利用現(xiàn)場儀表對壓力、溫度、流量、液位等方面的進行監(jiān)測，以此保障生產(chǎn)能夠正常順利地進行。安全柵作為儀表控制系統(tǒng)的安全保持器，它需要接收并處理來自危險區(qū)的信號，并傳送給安全區(qū)或危險區(qū)處理后的安全信號。盡管現(xiàn)場儀表信號類型各不相同，但是從整體而言，基本上可以分為兩種：輸入安全柵和輸出安全柵。輸入安全柵主要根據(jù)標準4~20mA信號/1~5V信號、熱電阻和熱電偶信號、開關量信號、通信信號、交流信號和其他非標準信號等幾種類型信號進行設計；輸出型安全柵主要根據(jù)標準 4~20mA信號/1~5V信號、開關量輸出信號、通信信號等幾種類型信號進行設計。

在生產(chǎn)設計中，模擬量輸入安全柵和模擬量輸出安全柵被廣大設計人員接受并運用在工程中。模擬量輸入安全柵通常與2線制、3線制變送器或4~20mA信號結合使用，模擬量輸出安全柵通常與調節(jié)閥結合使用。隔離式安全柵的運用，在很大程度上提高了儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它把適合的電量提供給現(xiàn)場儀表閥門，同時又把由儀表閥門輸出的4~20mA DC電流信號隔離轉換成DC電流信號或DC電壓信號后輸出，提供給儀表閥門。

安全柵在石油化工生產(chǎn)技術應用中的注意要點

從目前來看，本安系統(tǒng)已被當作設計標準，為各個領域所應用。在生產(chǎn)中，安全柵選型要符合現(xiàn)場需求，在使用過程中還要注意以下問題，這樣才能達到預期效果。

01

關于防爆

安全柵需要滿足現(xiàn)場所需的防爆等級要求，確保電纜及現(xiàn)場設備的蓄能，以保障電纜和現(xiàn)場設備的容抗和感抗功能。

02

關于接地

齊納安全柵安裝時，需要有非?？煽康慕拥叵到y(tǒng)，并且其接地電阻必須小于1歐姆。

03

關于儀表

根據(jù)現(xiàn)場儀表信號類型選擇適合的安全柵。

04