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新聞詳情
怎樣對石油化工中的智能隔離數(shù)顯溫度變送器危險(xiǎn)區(qū)的設(shè)計(jì) 描 述: 大多數(shù)石油化工裝置大多處于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，隔離數(shù)顯溫度變送器是最廣泛應(yīng)用的防爆方法。本文介紹了本質(zhì)安全回路系統(tǒng)的構(gòu)成以及本質(zhì)安全認(rèn)證的方法，結(jié)合工程實(shí)際，給出了工程設(shè)計(jì)中常用的參量認(rèn)證方法的計(jì)算過程，并通過應(yīng)用實(shí)例介紹了參量認(rèn)證方法的應(yīng)用;推導(dǎo)出本質(zhì)安全回路中電纜的允許最大長度計(jì)算公式，并給出了不能滿足本質(zhì)安全要求系統(tǒng)的改進(jìn)措施。在工程設(shè)計(jì)中具有較高的參考價值。 1 引言 在石油化工裝置中，可能出現(xiàn)潛在的可燃有毒氣體，存在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，在工程項(xiàng)目中的現(xiàn)場儀表設(shè)備必須具有相應(yīng)的防爆措施。近年來，隨著工業(yè)現(xiàn)場自動化程度的不斷提高，普遍適用于石化行業(yè)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的本安型電氣被廣泛應(yīng)用［1］。本安防爆技術(shù)主要用于限制現(xiàn)場儀表的能量，在儀表回路正?；蚬收锨闆r下，磁性液位計(jì)能可靠地將回路中的能量限制在一個允許的范圍內(nèi)，以保證電氣設(shè)備在發(fā)生短路、故障等情況下，不會引起周圍爆炸危險(xiǎn)形體氣體發(fā)生爆炸爆炸［2］。 在國內(nèi)很多石油化工設(shè)計(jì)院在選用本安防爆方案時，大多僅僅是選用了本安型的儀表，未對本安電纜和安全柵進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，然而由于電纜分布電感與分布電容的存在，可能會產(chǎn)生能引起火花的能量，如果沒有經(jīng)過嚴(yán)格的磁性液位計(jì)認(rèn)證的計(jì)算，將有回路存在安全隱患，為了保證本安系統(tǒng)在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中可靠的應(yīng)用，本文介紹主要介紹本安系統(tǒng)的組成、磁性液位計(jì)的計(jì)算方法及電纜允許最大長度的計(jì)算公式，以及在系統(tǒng)不能滿足本質(zhì)安全要求情況下可以采取的新措施 2 本質(zhì)安全回路系統(tǒng)的組成 本質(zhì)安全回路系統(tǒng)由現(xiàn)場本安設(shè)備( 如現(xiàn)場智能隔離數(shù)顯溫度變送器危險(xiǎn)區(qū)的設(shè)計(jì)) 、本安電纜和關(guān)聯(lián)設(shè)備( 如安全柵) 三部分組成，數(shù)顯溫度變送器的組成如圖1 所示。 2． 1 現(xiàn)場本安設(shè)備 現(xiàn)場本安設(shè)備主要分為簡單設(shè)備和本質(zhì)安全型設(shè)備。 2． 1． 1 簡單設(shè)備 按照規(guī)范 IEC60079 － 14［3］規(guī)定，簡單設(shè)備是指電氣參數(shù)符合電路本質(zhì)安全性能要求的元件或結(jié)構(gòu)簡單元件的組合。例如開關(guān)器件、接線箱等，都是簡單設(shè)備; 對于熱電偶、熱電阻等能產(chǎn)生能量的有源器件，也可視為簡單設(shè)備。簡單設(shè)備無需防爆認(rèn)證，可以自由地配置在數(shù)顯溫度變送器中。 2． 1． 2 本質(zhì)安全型設(shè)備 本質(zhì)安全型設(shè)備具有儲能元件，是經(jīng)過權(quán)威的防爆認(rèn)證，內(nèi)部所有電路都是本質(zhì)安全電路的設(shè)備，例如閥門定位器、現(xiàn)場變送器等。 2． 2 本安電纜 本安電纜為現(xiàn)場本安儀表設(shè)備和機(jī)柜室安全柵之間的連接電纜。本安電纜存在一定數(shù)量的分布電容和分布電感，其參數(shù)超過最大允許值時，回路會儲存過多的能量，從而產(chǎn)生安全隱患，需要綜合考慮電纜的分布參數(shù)和限制電纜的長度［4］。 2． 3 關(guān)聯(lián)設(shè)備 安全柵是本質(zhì)安全回路中最廣泛應(yīng)用的關(guān)聯(lián)設(shè)備，其作用是限制輸出至現(xiàn)場儀表的電流和電壓，以確保本質(zhì)安全電路的安全性能［5］。隔離式安全柵無需系統(tǒng)接地回路，且能接受熱電偶、熱電阻及頻率等信號，因此在工程中得到廣泛應(yīng)用。 3 數(shù)顯溫度變送器的認(rèn)證及電纜最大允許長度的計(jì)算 3． 1 隔離數(shù)顯溫度變送器認(rèn)證情況如下： 根據(jù)以往的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，如果不進(jìn)行本安計(jì)算，即使在回路中每個設(shè)備都選擇了本安設(shè)備，組合的回路仍有 30 % 不能滿足本安要求。為降低風(fēng)險(xiǎn)，工程設(shè)計(jì)中，均需對磁性液位計(jì)中的相關(guān)儀表和安全柵進(jìn)行本安認(rèn)證，選擇安全參數(shù)相匹配的儀表設(shè)備。本文以工程中常用的參量認(rèn)可方法為例介紹數(shù)顯溫度變送器的認(rèn)證方法。 用參量認(rèn)可方法計(jì)算數(shù)顯溫度變送器時，回路中本安儀表、本安電纜和關(guān)聯(lián)設(shè)備的安全參數(shù)需要匹配，其安全參數(shù)要滿足以下五個不等式: Uo≤Ui ( 1) Io≤Ii ( 2) Po≤Pi ( 3) Co≥Ci + Cc ( 4) Lo≥Li + Lc ( 5) 式中: Uo———關(guān)聯(lián)設(shè)備的開路電壓，即在故障狀態(tài)下，其傳輸至爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的最大電壓; Io———關(guān)聯(lián)設(shè)備的短路電流，即在故障狀態(tài)下，其傳輸至爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的最大電流; Co———關(guān)聯(lián)設(shè)備允許外接的最大電容; Lo———關(guān)聯(lián)設(shè)備允許外接的最大電感; Ui———在故障條件下，本安設(shè)備最大可接受的電壓［4］; Ii———在故障條件下，本安設(shè)備最大可接受的電流［4］; Ci———本安設(shè)備的內(nèi)部電容; Li———本安設(shè)備的內(nèi)部電感; Lc———本安電纜的分布電感; Cc———本安電纜的分布電容。 本安設(shè)備、本安電纜以及安全柵單位長度的安全參數(shù)通?？蓮南嚓P(guān)產(chǎn)品手冊中獲取，下面以普通壓力檢測單回路為例說明磁性液位計(jì)的認(rèn)證方法，本安設(shè)備( 變送器) 選用羅斯蒙特 3051系列產(chǎn)品，關(guān)聯(lián)設(shè)備( 安全柵) 選用 P + F 產(chǎn)品，本安電纜選用上海自儀公司電纜，其回路圖及安全參數(shù)示意圖如圖 2 所示。
通過計(jì)算可知，本回路的安全參數(shù)均滿足不等式( 1) ～ ( 5) ，因此本回路能通過本安回路計(jì)算，可以直接用于防爆區(qū)。 4． 2 本安回路電纜最大允許長度的計(jì)算 在工程設(shè)計(jì)過程中，本安設(shè)備的安全參數(shù)和儀表的安全防爆等級有關(guān)，一般情況下儀表防爆等級是根據(jù)電氣專業(yè)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖確定，因此，本安設(shè)備的安全參數(shù)是確定的。關(guān)聯(lián)設(shè)備的安全參數(shù)是通過產(chǎn)品測試出來的，型號確定后其安全參數(shù)也是確定的。因此本安回路的計(jì)算主要取決于電纜的參數(shù)，即電纜的長度，其計(jì)算公式如下: 式中: L1———按允許電感計(jì)算的電纜最大允許長度，單位 km; L2———按允許電容計(jì)算的電纜最大允許長度，單位 km; β1———單位長度電纜的電感，單位 mH/km; β1———單位長度電纜的電容，單位 μF/km; Lmax———回路電纜最大允許長度。 以 4． 1 節(jié)普通單回路隔離一體化溫度變送器為例，其電纜最大允許長度計(jì)算如下:
因此回路電纜必須小于 0． 61km，才能滿足本質(zhì)安全要求，否則回路有安全隱患。 5 不能滿足本質(zhì)安全認(rèn)證回路的改進(jìn)措施 當(dāng)回路安全參數(shù)不滿足式( 1) ～ ( 5) 任一公式時，回路不能通過本質(zhì)安全認(rèn)證，不能直接在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域使用，需要采取一定的措施，使回路滿足本質(zhì)安全認(rèn)證。由式( 1) ～ ( 5) 可知，可以從以下三方面進(jìn)行改進(jìn): (1) 現(xiàn)場本質(zhì)安全設(shè)備按電氣專業(yè)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境劃分圖準(zhǔn)確的確定儀表設(shè)備的防爆等級，盡量不要提高防爆等級，例如IaIIBT4 的允許分布電容和電感是 IaIICT4 的 3 倍。 (2) 本安電纜，首先要考慮盡量縮短電纜的長度，由于儀表位置是管道設(shè)計(jì)專業(yè)確定的，儀表專業(yè)要和管道設(shè)計(jì)專業(yè)充分溝通，協(xié)商能否將儀表布置在距離機(jī)柜室近的位置，同時在施工過程中遵循電纜路徑最短原則，最大程度減少電纜長度。其次可以從電纜本身入手，選用介電常數(shù)低的絕緣材料，增大電纜導(dǎo)體直徑，都可以降低電纜的分布電容和分布電感，本安電纜應(yīng)選用銅芯絞線，其最小截面積不得小于 0． 5mm2。 (3) 選擇允許外接最大電容和最大電感較大的關(guān)聯(lián)設(shè)備。 6 結(jié)束語
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