過程控制工程設計—自控設計中的安全及防護措施

1、1,第十二章自控設計中的安全及防護措施,第一節(jié) 儀表防爆設計第二節(jié)儀表及管線的保溫問題第三節(jié)儀表的隔離和吹洗設計第四節(jié) 儀表接地設計,2,第一節(jié) 儀表防爆設計,一、防爆設計的重要性氣體爆炸的主要條件：1.有足夠濃度的可燃性物質(zhì)存在；2.有足夠的氧氣存在，形成可燃氣體混合物；3.有足夠能量的火源.,3,第一節(jié) 儀表防爆設計,二、危險環(huán)境的分類 燃燒與爆炸的分類：1）氣體、蒸

2、汽或薄霧存在易燃氣體、易燃液體的蒸汽或薄霧；上述物質(zhì)與空氣混合并且達到爆炸極限；存在足以點燃爆炸性混合氣體的火花、電弧或高溫。2）粉塵、纖維、微小顆粒存在易燃的粉塵、纖維、微小顆粒；上述物質(zhì)與空氣混合并且達到爆炸極限；存在足以點燃爆炸性混合氣體的火花、電弧或高溫。 上述條件中如果沒有達到爆炸限，則形成火災條件。,4,第一節(jié) 儀表防爆設計,三、危險區(qū)域分類 根據(jù)國際電工委員會(IEC)和相應的

3、國家標準以及行業(yè)標準，根據(jù)可燃物質(zhì)的形態(tài)、形成爆炸混合物的頻度和爆炸混合物的持續(xù)時間，將危險區(qū)劃分為三類八級。,5,第一節(jié) 儀表防爆設計,6,第一節(jié) 儀表防爆設計,根據(jù)國家標準GB3836-2000的規(guī)定，對爆炸性氣體的最小點燃電流將II類防爆電器的應用場合分為A、B、C三級。,防爆電器：I類防爆電器：煤礦井下用電氣設備 II類防爆電器：工廠用電氣設備,7,第一節(jié) 儀表防爆設計,按照

4、GB3836.1標準，根據(jù)電器的表面溫度，將其適用范圍分為六組。,8,第一節(jié) 儀表防爆設計,四、防爆電氣設備的類型及標志防爆電氣設備類型及標志代號：,9,儀表防爆設計,防爆電氣設備的類型1. 防爆型：(d)特點：儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內(nèi) 防爆措施： 采用耐壓80～100N/cm2以上的表殼 表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽的引燃溫度所規(guī)定的數(shù)值使用注意：*揭開儀表表殼后，將失去了防爆性能

5、 *長期使用會逐漸降低防爆性能,10,儀表防爆設計,防爆電氣設備的類型2. 增安型(e)特點：在儀表安全運行的基礎上又采取措施提高電氣設備安全程度 防爆措施 提高電氣設備的安全程度，以避免在正常和認可的過載條件下出現(xiàn)電弧、火化或可能點燃爆炸性混合物的高溫。,11,儀表防爆設計,防爆電氣設備的類型3. 本質(zhì)安全型（本安型）：本質(zhì)安全型防爆儀表也稱安全火花型防爆儀表。這種儀表，在正常狀態(tài)下或規(guī)定的故障狀態(tài)

6、下產(chǎn)生的電火花和熱效應均不會引起規(guī)定的易爆性氣體混合物爆炸。正常狀態(tài)指在設計規(guī)定條件下的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)指電路中非保護性元件損壞或產(chǎn)生短路、斷路、接地及電源故障等情況。,12,儀表防爆設計,防爆電氣設備的類型3. 本質(zhì)安全型（本安型）： 按本質(zhì)安全電路使用環(huán)境及安全程度分為ia和ib兩個等級： 1〉.ia 等級　在正常工作時，一個故障和兩個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物的電氣設備。 2〉.ib 等級　在正常工作時，一

7、個故障時不能點燃爆炸性氣體的電氣設備。,13,儀表防爆設計,防爆電氣設備的類型3. 本質(zhì)安全型（本安型）：安全火花型防爆儀表所采取的措施主要有：　 1〉. 儀表采用低工作電壓和小工作電流。通常，正常工作電壓不大于24VDC，電流不大于20mADC；故障時電壓不大于35VDC，電流不大于35mADC； 2〉. 在線路設計上，對處于危險場所的電路，選擇適當大小的電阻、電容和電感參數(shù)，使其只產(chǎn)生安全火花；同時在較大的電容、電感回

8、路中并聯(lián)雙重化二極管，以消除不安全火花。,14,儀表防爆設計,防爆電氣設備的類型4. 正壓型：(p) 在外殼內(nèi)充入氣體以阻止外部爆炸性混合物進入外殼，從而將電氣設備的危險源與環(huán)境中的爆炸性混合物隔離。5. 充油型:(o)6. 充砂型：(q)7. 無火化型:(n)8. 澆封型（m) 9. 特殊性：(s),15,第一節(jié) 儀表防爆設計,防爆電氣設備標志：,dIIBT3，epIIBT4分別表示什么電器設備？,16,第

9、一節(jié) 儀表防爆設計,防護等級： 根據(jù)《外殼防護等級的分類》(GB4208-93)的規(guī)定，外殼防護等級的標志為： 關于各位的含義，見書上表 12—7~表12—9。,17,第一節(jié) 儀表防爆設計,四、防爆電氣設備的選擇 見書上表12—10~表12—13。表12—10防爆形式與其適用的爆炸性區(qū)域之間的對應關系表12—13防火區(qū)電氣設備應用表,18,第一節(jié) 儀表防爆設計,五、過程

10、控制系統(tǒng)工程中的安全問題1.本質(zhì)安全回路經(jīng)過安全認證機構(gòu)認證的儀表是本質(zhì)安全的，對于單元組合式儀表系統(tǒng)則需要對整個儀表產(chǎn)品系列進行安全認證。經(jīng)過安全認證的儀表所構(gòu)成的信號回路是本質(zhì)安全的嗎？,經(jīng)過安全認證的儀表所構(gòu)成的信號回路并不能保證整體系統(tǒng)是本質(zhì)安全的。 儀表整體的本質(zhì)安全要求： 1. 儀表本質(zhì)安全 2. 儀表相互連接也要保證,19,第一節(jié) 儀表防爆設計,五、過程控制系統(tǒng)工程

11、中的安全問題1.本質(zhì)安全回路,進入控制室的所有信號必須先經(jīng)過輸入安全柵出控制室的所有信號電纜必須先經(jīng)過輸出安全柵再到現(xiàn)場,20,,提問：本質(zhì)安全回路隔爆應注意的問題？,21,第一節(jié) 儀表防爆設計,2.隔爆儀表系統(tǒng)設計問題 隔離防爆型儀表和電器的防爆原理是通過密封隔離技術(shù)將危險性氣體隔離在外，使其不能進入到儀表和電器內(nèi)，這樣當儀表和電器內(nèi)部因為故障產(chǎn)生火花時不會引爆外部的危險氣體。 電纜電線的連接：

12、 各種熱電偶、熱電阻、變送器、現(xiàn)場接線箱、調(diào)節(jié)閥、電磁閥等設備必須是隔爆儀表。利用自控安全材料中專用防爆接頭、防爆活接頭、澆筑式防爆接頭等附件來完成接線問題。 除了儀表連線處密封之外，電纜保護管的出入口、電纜橋架與電纜保護管的聯(lián)結(jié)處、撓性管的出入口、以及撓性管與電纜保護管的聯(lián)結(jié)處都要采取密封措施。,22,第二節(jié) 儀表及管線的保溫問題,一、保溫設計的目的自控工程中所使用的儀表對環(huán)境條件都有一定的技術(shù)要求，尤其是現(xiàn)

13、場安裝的測量儀表和執(zhí)行機構(gòu)，對環(huán)境的要求尤其嚴格，只有當環(huán)境溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)才能準確可靠的進行工作。 1. 環(huán)境溫度高：采取隔熱措施 2. 環(huán)境溫度低：采取保溫措施,23,第二節(jié) 儀表及管線的保溫問題,二、保溫對象保溫對象可以分為兩類，即儀表類包括：安裝在現(xiàn)場的差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器；安裝在設備上的各類液位變送器；安裝在設備上的各類執(zhí)行器。測量管線類包括：現(xiàn)場壓力、液位、流量、成份分析儀

14、表的測量管線；流量測量時的由孔板至平衡器之間的管段、以及蒸汽伴熱系統(tǒng)內(nèi)敞開回水系統(tǒng)中疏水器前面的回水管段；所測介質(zhì)低于環(huán)境溫度時，測量管線應做隔熱處理。,24,第二節(jié) 儀表及管線的保溫問題,三、保溫方法1.儀表隔熱和保溫帶加熱元件保溫箱不帶加熱元件保溫箱 2.儀表測量管線隔熱和保溫蒸汽（熱水、熱油）伴熱 電伴熱 四、設計中需注意的問題,25,第二節(jié) 儀表及管線的保溫問題,四、設計中需注意的問題

15、 1. 保溫材料應具有良好的防水性能 2. 容重要小 3. 導熱系數(shù)小 4. 應具有一定機械強度 5. 保溫管線上有閥門、接頭等部件時，保溫結(jié) 構(gòu)應當考慮更換方便。,26,第三節(jié)儀表的隔離和吹洗設計,因為生產(chǎn)過程中，工藝介質(zhì)的物性是多種多樣，常常是帶有腐蝕性、毒性，其形態(tài)可能是高粘度、帶有懸浮顆?；蚴窃诃h(huán)境溫度下發(fā)生氣化、凝結(jié)、結(jié)晶、沉淀變化。為了安全、可靠準確的進行測量，必要時應當采

16、取隔離措施。一、隔離隔離是用一種無害介質(zhì)對工藝介質(zhì)進行隔離。其原理是在工藝設備測量點與測量儀表之間充滿隔離介質(zhì)，該隔離介質(zhì)對儀表、對人體無害，由它將工藝介質(zhì)的變化（壓力或壓差）傳遞給儀表的測量部分。1.膜片隔離（圖12-4膜片隔離原理圖）2.液體隔離二. 吹洗,27,儀表的隔離和吹洗設計,膜片隔離 在工藝介質(zhì)與隔離介質(zhì)之間設置一個膜片，工藝介質(zhì)的變化（壓力或壓差）首先傳給膜片，然后由膜片傳給隔離液，再由隔離液傳遞給

17、儀表的測量部分。原理圖如12-4所示。(p226) 適用：用于腐蝕性或易凝結(jié)性介質(zhì)的壓力測量。 設計中應當優(yōu)先選擇帶有內(nèi)部隔離措施的成型儀表。,28,儀表的隔離和吹洗設計,液體隔離 在隔離介質(zhì)與工藝介質(zhì)之間沒有膜片隔離，工藝介質(zhì)與隔離液直接接觸，所以對隔離液具有一些特殊的要求。 1. 管道內(nèi)隔離：在測量管路內(nèi)直接灌注隔離液，同時工藝介質(zhì)也直接進入測量管道并與隔離液接觸。（圖12-5） 2.

18、 隔離器隔離：在測量管路內(nèi)設置一個隔離容器，隔離介質(zhì)與工藝介質(zhì)在隔離容器內(nèi)相互接觸。（圖12-6）,29,,提問：隔離方法中隔離介質(zhì)的選擇？二. 吹洗提問：吹洗方法與隔離方法的不同？,30,第四節(jié) 儀表接地設計,一、接地作用和要求1.保護性接地：設置保護性接地的目的是保護設備和人身安全，以防設備帶電發(fā)生事故。比較圖12-9 a和b2.工作接地：工作接地式儀表正常工作的保證。正確的接地可抑制干擾、提高儀表的測量精度、

19、提高儀表系統(tǒng)工作的安全性能。信號回路接地屏蔽接地本安儀表接地 圖12-10 齊納式安全柵的接地系統(tǒng),31,第四節(jié) 儀表接地設計,二、接地系統(tǒng)的設計原則與方法1.接地系統(tǒng)的組成 接地系統(tǒng)由接地電極、接地導線兩大部分構(gòu)成一個接地網(wǎng)絡系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中的設備專業(yè)、電氣專業(yè)、儀表專業(yè)、計算機信息系統(tǒng)等需要接地的部分都連接到該接地網(wǎng)絡上。圖12-112.接地設計的原則與方法 同一個信號回路、屏蔽層

20、、排擾線接地中不能有一個以上的接地點。避免由于地電阻存在所形成的地電位差。 接地系統(tǒng)設計中，不同的接地子系統(tǒng)（保護性接地系統(tǒng)、信號回路接地系統(tǒng)、屏蔽接地系統(tǒng)、本安儀表接地系統(tǒng)）應當遵循相互獨立的原則，即在接地總干線之前不應當混接，對于單獨設置接地體（接地電極）的接地系統(tǒng)，應當分別接到不同的接地體（接地電極）上。,32,,辨析分析：1.工作接地的目的是保護設備和人身安全，以防設備帶電發(fā)生事故。2.同一個信號回路、屏蔽層、排擾線