过程控制工程设计—自控设计中的安全及防护措施

1第十二章自控设计中的安全及防护措施第一节仪表防爆设计第二节仪表及管线的保温问题第三节仪表的隔离和吹洗设计第四节仪表接地设计2第一节仪表防爆设计一、防爆设计的重要性气体爆炸的主要条件：1.有足够浓度的可燃性物质存在；2.有足够的氧气存在，形成可燃气体混合物；3.有足够能量的火源.3第一节仪表防爆设计二、危险环境的分类燃烧与爆炸的分类：1）气体、蒸汽或薄雾存在易燃气体、易燃液体的蒸汽或薄雾；上述物质与空气混合并且达到爆炸极限；存在足以点燃爆炸性混合气体的火花、电弧或高温。2）粉尘、纤维、微小颗粒存在易燃的粉尘、纤维、微小颗粒；上述物质与空气混合并且达到爆炸极限；存在足以点燃爆炸性混合气体的火花、电弧或高温。上述条件中如果没有达到爆炸限，则形成火灾条件。4第一节仪表防爆设计三、危险区域分类根据国际电工委员会(IEC)和相应的国家标准以及行业标准，根据可燃物质的形态、形成爆炸混合物的频度和爆炸混合物的持续时间，将危险区划分为三类八级。5第一节仪表防爆设计类别级别说明一.气体和蒸汽爆炸危险环境0区连续地出现爆炸性气体环境，或预计会长期出现或频繁出现爆炸性气体的环境区域。1区在正常操作时，预计会周期性地(或偶然的)出现爆炸性气体的环境区域。2区在正常操作时，预计不会出现爆炸性气体环境，即使出现爆炸性气体也可能是短时存在的环境区域二.粉尘爆炸危险环境10区连续地出现爆炸性粉尘混合物，或预计会长期出现或频繁出现爆炸性粉尘混合物的环境区域。11区有时会将积留下的粉尘杨起而偶然形成爆炸性粉尘混合物的环境区域。三.火灾危险环境21区具有闪点高于环境温度的可燃液体，在数量和配置上能引起火灾的危险区域。22区具有悬浮状、堆积状的可燃粉尘或可燃纤维，虽不能形成爆炸混合物，但在数量和配置上能引起火灾的危险区域。23区具有固体状可燃物质，在数量和配置上能引起火灾的危险区域。6第一节仪表防爆设计根据国家标准GB3836-2000的规定，对爆炸性气体的最小点燃电流将II类防爆电器的应用场合分为A、B、C三级。级别最小点燃电流比(MICR)级别最小点燃电流比(MICR)IIA0.8IIC0.45IIB0.45MICR0.8防爆电器：I类防爆电器：煤矿井下用电气设备II类防爆电器：工厂用电气设备7第一节仪表防爆设计按照GB3836.1标准，根据电器的表面温度，将其适用范围分为六组。组别最高表面温度t/C适用危险气体引燃温度T/CT1450≥450T2300≥300T3200≥200T4135≥135T5100≥100T685≥858第一节仪表防爆设计四、防爆电气设备的类型及标志防爆电气设备类型及标志代号：序号电气设备防爆型式代号技术措施1隔爆型d隔离存在的点火源2增安型e设法防止产生点火源3本质安全型ia或ib限制点火源的能量4正压型p将危险物质与点火源隔开5充油型o将危险物质与点火源隔开6充砂型q将危险物质与点火源隔开7无火花型N设法防止产生点火源8浇封型m设法防止产生点火源9仪表防爆设计防爆电气设备的类型1.防爆型：(d)特点：仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内防爆措施：采用耐压80～100N/cm2以上的表壳表壳外部的温升不得超过由易爆性气体或蒸汽的引燃温度所规定的数值使用注意：*揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能*长期使用会逐渐降低防爆性能10仪表防爆设计防爆电气设备的类型2.增安型(e)特点：在仪表安全运行的基础上又采取措施提高电气设备安全程度防爆措施提高电气设备的安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下出现电弧、火化或可能点燃爆炸性混合物的高温。11仪表防爆设计防爆电气设备的类型3.本质安全型（本安型）：本质安全型防爆仪表也称安全火花型防爆仪表。这种仪表，在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。12仪表防爆设计防爆电气设备的类型3.本质安全型（本安型）：按本质安全电路使用环境及安全程度分为ia和ib两个等级：1〉.ia等级在正常工作时，一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。2〉.ib等级在正常工作时，一个故障时不能点燃爆炸性气体的电气设备。13仪表防爆设计防爆电气设备的类型3.本质安全型（本安型）：安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有：1〉.仪表采用低工作电压和小工作电流。通常，正常工作电压不大于24VDC，电流不大于20mADC；故障时电压不大于35VDC，电流不大于35mADC；2〉.在线路设计上，对处于危险场所的电路，选择适当大小的电阻、电容和电感参数，使其只产生安全火花；同时在较大的电容、电感回路中并联双重化二极管，以消除不安全火花。14仪表防爆设计防爆电气设备的类型4.正压型：(p)在外壳内充入气体以阻止外部爆炸性混合物进入外壳，从而将电气设备的危险源与环境中的爆炸性混合物隔离。5.充油型:(o)6.充砂型：(q)7.无火化型:(n)8.浇封型（m)9.特殊性：(s)15第一节仪表防爆设计防爆电气设备标志：温度组别代号级别代号类别代号防爆形式代号ExdIIBT3，epIIBT4分别表示什么电器设备？16第一节仪表防爆设计防护等级：根据《外壳防护等级的分类》(GB4208-93)的规定，外壳防护等级的标志为：关于各位的含义，见书上表12—7~表12—9。IP第二位特征数字：0~8第一位特征数字：0~6外壳防护标志17第一节仪表防爆设计四、防爆电气设备的选择见书上表12—10~表12—13。表12—10防爆形式与其适用的爆炸性区域之间的对应关系表12—13防火区电气设备应用表18第一节仪表防爆设计五、过程控制系统工程中的安全问题1.本质安全回路经过安全认证机构认证的仪表是本质安全的，对于单元组合式仪表系统则需要对整个仪表产品系列进行安全认证。经过安全认证的仪表所构成的信号回路是本质安全的吗？经过安全认证的仪表所构成的信号回路并不能保证整体系统是本质安全的。仪表整体的本质安全要求：1.仪表本质安全2.仪表相互连接也要保证19第一节仪表防爆设计五、过程控制系统工程中的安全问题1.本质安全回路本质安全设计中危险区和安全区隔离示意图危险区(室外)安全区(室内)输入安全栅输入信号输入安全栅输入信号输入安全栅输入信号输出安全栅输出信号热电偶热电阻变送器控制阀进入控制室的所有信号必须先经过输入安全栅出控制室的所有信号电缆必须先经过输出安全栅再到现场20提问：本质安全回路隔爆应注意的问题？21第一节仪表防爆设计2.隔爆仪表系统设计问题隔离防爆型仪表和电器的防爆原理是通过密封隔离技术将危险性气体隔离在外，使其不能进入到仪表和电器内，这样当仪表和电器内部因为故障产生火花时不会引爆外部的危险气体。电缆电线的连接：各种热电偶、热电阻、变送器、现场接线箱、调节阀、电磁阀等设备必须是隔爆仪表。利用自控安全材料中专用防爆接头、防爆活接头、浇筑式防爆接头等附件来完成接线问题。除了仪表连线处密封之外，电缆保护管的出入口、电缆桥架与电缆保护管的联结处、挠性管的出入口、以及挠性管与电缆保护管的联结处都要采取密封措施。22第二节仪表及管线的保温问题一、保温设计的目的自控工程中所使用的仪表对环境条件都有一定的技术要求，尤其是现场安装的测量仪表和执行机构，对环境的要求尤其严格，只有当环境温度在规定的范围内才能准确可靠的进行工作。1.环境温度高：采取隔热措施2.环境温度低：采取保温措施23第二节仪表及管线的保温问题二、保温对象保温对象可以分为两类，即仪表类包括：安装在现场的差压变送器、压力变送器、温度变送器；安装在设备上的各类液位变送器；安装在设备上的各类执行器。测量管线类包括：现场压力、液位、流量、成份分析仪表的测量管线；流量测量时的由孔板至平衡器之间的管段、以及蒸汽伴热系统内敞开回水系统中疏水器前面的回水管段；所测介质低于环境温度时，测量管线应做隔热处理。24第二节仪表及管线的保温问题三、保温方法1.仪表隔热和保温带加热元件保温箱不带加热元件保温箱2.仪表测量管线隔热和保温蒸汽（热水、热油）伴热电伴热四、设计中需注意的问题25第二节仪表及管线的保温问题四、设计中需注意的问题1.保温材料应具有良好的防水性能2.容重要小3.导热系数小4.应具有一定机械强度5.保温管线上有阀门、接头等部件时，保温结构应当考虑更换方便。26第三节仪表的隔离和吹洗设计因为生产过程中，工艺介质的物性是多种多样，常常是带有腐蚀性、毒性，其形态可能是高粘度、带有悬浮颗粒或是在环境温度下发生气化、凝结、结晶、沉淀变化。为了安全、可靠准确的进行测量，必要时应当采取隔离措施。一、隔离隔离是用一种无害介质对工艺介质进行隔离。其原理是在工艺设备测量点与测量仪表之间充满隔离介质，该隔离介质对仪表、对人体无害，由它将工艺介质的变化（压力或压差）传递给仪表的测量部分。1.膜片隔离（图12-4膜片隔离原理图）2.液体隔离二.吹洗27仪表的隔离和吹洗设计膜片隔离在工艺介质与隔离介质之间设置一个膜片，工艺介质的变化（压力或压差）首先传给膜片，然后由膜片传给隔离液，再由隔离液传递给仪表的测量部分。原理图如12-4所示。(p226)适用：用于腐蚀性或易凝结性介质的压力测量。设计中应当优先选择带有内部隔离措施的成型仪表。28仪表的隔离和吹洗设计液体隔离在隔离介质与工艺介质之间没有膜片隔离，工艺介质与隔离液直接接触，所以对隔离液具有一些特殊的要求。1.管道内隔离：在测量管路内直接灌注隔离液，同时工艺介质也直接进入测量管道并与隔离液接触。（图12-5）2.隔离器隔离：在测量管路内设置一个隔离容器，隔离介质与工艺介质在隔离容器内相互接触。（图12-6）29提问：隔离方法中隔离介质的选择？二.吹洗提问：吹洗方法与隔离方法的不同？30第四节仪表接地设计一、接地作用和要求1.保护性接地：设置保护性接地的目的是保护设备和人身安全，以防设备带电发生事故。比较图12-9a和b2.工作接地：工作接地式仪表正常工作的保证。正确的接地可抑制干扰、提高仪表的测量精度、提高仪表系统工作的安全性能。信号回路接地屏蔽接地本安仪表接地图12-10齐纳式安全栅的接地系统31第四节仪表接地设计二、接地系统的设计原则与方法1.接地系统的组成接地系统由接地电极、接地导线两大部分构成一个接地网络系统，生产过程中的设备专业、电气专业、仪表专业、计算机信息系统等需要接地的部分都连接到该接地网络上。图12-112.接地设计的原则与方法同一个信号回路、屏蔽层、排扰线接地中不能有一个以上的接地点。避免由于地电阻存在所形成的地电位差。接地系统设计中，不同的接地子系统（保护性接地系统、信号回路接地系统、屏蔽接地系统、本安仪表接地系统）应当遵循相互独立的原则，即在接地总干线之前不应当混接，对于单独设置接地体（接地电极）的接地系统，应当分别接到不同的接地体（接地电极）上。32辨析分析：1.工作接地的目的是保护设备和人身安全，以防设备带电发生事故。2.同一个信号回路、屏蔽层、排扰线工作接地应当尽可能多接几个接地点。