淺談RBK-6000-ZL9型氣體報警器防爆設計

      隨著工業自動化程度的提高,生產中使用的各種儀器儀表也愈來愈多。由于電信號傳輸的諸多優勢,使得電動儀表被廣泛應用于生產過程的檢測和控制之中。而在化工生產過程的現場常常含有氫、甲烷、丙烷等易燃易爆的介質,在這種被稱之為“危險場所”的地方使用電動儀表,由于電氣元件產生的電熱,有使易燃易爆的氣體或液體出現著火、爆炸的危險。特別是電動儀表由于斷路、短路或接地等原因產生的電火花,可能點燃爆炸性介質,造成巨大危害。因此在危險場所使用電動儀表,我們必須深刻認識到儀表防爆的重要性,對電動儀表必須采取相應的防爆措施。

      根據國家電力設計技術規范的規定,防爆電氣設備分為六大類:安全型(A);隔爆型(B);充油型(C);通風、充氣型(F);安全火花型(H)和特殊型(T)。在氣體報警器中主要使用隔爆型和安全火花型防爆結構。

RBK-6000-ZL9型氣體報警器采用的是隔爆型結構。這類儀表的電氣線路安裝在有密封性能的堅固儀表外殼內,因表殼強度足夠大,即使儀表因故障產生電火花,引起表殼內部爆炸,也不會使儀表外部的危險介質爆炸,損失的僅僅是一塊儀表,而現場還是安全的。但這種防爆方法存變送器→分電盤→調節器→分電盤→電閥門現場控制室現場電源箱工業電圖1非安全火花型防爆系統變送器→安全柵→調節器→安全柵→電閥門現場控制室現場電源箱在一定的局限性。例如,在儀表正常運行下,它是安全的,若儀表因現場維修、調試而必須打開外殼時,就失去了防爆性能;另外,該類儀表在長期使用后,由于磨損、密封件老化等原因,很難保持要求的密封性能,因而使防爆性能下降。所以,這種方式的防爆不宜使用于組別和級別高的易燃易爆介質,如氫氣、乙炔、二硫化碳等。

      目前,化工生產中大多采用安全火花型防爆結構的儀表,RBK-6000-ZL9型氣體報警器就屬于此類結構,它從本質上解決了安全防爆問題,故又稱為“本安儀表”。我們知道,易燃易爆介質能否點燃或引爆,關鍵取決于是否得到“最小點火能量”。例如,在理想條件下,甲烷的最小點火能量為0.28毫焦耳,氫和乙炔為0.019毫焦耳。不同氣體和同一氣體不同濃度的最小點火能量是不同的。因此,在具備易燃易爆介質這一內在條件后,只有當環境溫度、引爆電流等外部條件具備且達到最小點火能量時,燃燒和爆炸才會發生?！鞍踩鸹ㄐ头辣闭腔谶@一原理,控制引爆的外在條件,使儀表產生不了達到最小點火能量的火花(即使產生,也是安全火花),從而從根本上解決了儀表的防爆問題。在這類安全火花型儀表的線路設計上,主要從限能(限電壓、限電流)、電氣隔離(輸入—輸出信號隔離、供電隔離)、減少貯能元件(電容、電感)、熔斷器保護、接地保護等方面入手,使電信號在傳輸過程中始終不能產生非安全火花。與隔爆型儀表相比,安全火花型防爆儀表具有如下優點:①防爆等級高,可適應于有氫氣、乙炔、二硫化碳等高等級危險場所;②長期使用后不降低防爆等級;③安裝費用比隔爆型低20%～40%;④可以在運行中用安全火花型測試儀器在現場進行帶電檢修和調試。

       必需強調的是,并非在危險場所使用了安全火花型防爆儀表,就萬事大吉,這里需要分清“安全火花型防爆儀表”和“安全火花型防爆系統”間的區別。如圖(1)所示為非安全火花型防爆系統,即便現場使用的儀表為“安全火花型”,也不能實現安全火花型防爆。這是因為在控制室與現場之間有直接電的聯系,控制室內存在的高危能量就有可能傳送至現場,形成不安全的隱患。解決的方法是如圖(2)所示,除了危險場所必須使用安全火花型儀表外,還要在現場與控制室之間加裝安全柵,以實現高危能量的隔離。這就形成了所謂的“安全火花型防爆系統”,也只有這樣才能實現真正意義上的安全火花型防爆。

       最后簡要介紹一下在安全火花型防爆儀表的安裝中,對導線極其敷設的要求:

①安全火花型電路連接的導線不得使用鋁芯導線,必須采用Φ≥0.5mm的絕緣銅芯線或單線Φ≥0.15mm等同截面積的絕緣銅芯絞線。導線應能承受交流500V或兩倍額定電壓(取其高者)歷時一分鐘的耐壓試驗。

②安全火花型電路必須采用單獨的導線或電纜,否則電纜線之間應有可靠的接地金屬屏蔽。

③兩根電纜之間的絕緣,以及導線與儀表盤、架之間的絕緣均能承受安全火花電路兩倍的交流電壓,其電壓值不得低于500伏。

④安全火花型電路和非安全火花型電路用的導線應分開布置和敷設。若有與安全火花型電路在同一外殼內的非安全火花型電路,所用絕緣導線的絕緣介電強度,應能承受交流2U+1000V(U為兩電路電壓之和),或最低為1500V電壓歷時一分鐘的耐壓試驗。另外,安全火花型電路必須用藍色連接線,以示區別。

⑤安全火花型電路應具有抗外部干擾的能力,要盡量減少線路的分布電容、電感和電阻對安全火花性能的影響。

⑥安全火花型電路是否需要接地,應由儀表制造廠家的“安裝使用說明書”對電路的功能要求來決定,不可隨意更改。否則,有可能破壞電路的安全火花性能。