化工儀表設計中的防爆問題及對策

夏博研

（中國化學品安全協(xié)會，北京 100000）

0 引言

近年來，在技術不斷進步的今天，我國化工行業(yè)的發(fā)展迅猛，化工行業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)生了明顯的變化，給各個化工企業(yè)創(chuàng)造了巨大的效益。化工企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢下，各類化工儀表的作用越來越突出，經(jīng)由生產(chǎn)領域多種儀表的科學使用，也就可以對生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)加以科學控制，使得化工生產(chǎn)可以高效開展，最大程度上提升整體的化工企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益。正是由于化工儀表在生產(chǎn)中的突出作用，人們對化工儀表防爆設計提出了新的要求，專業(yè)設計人員在儀表設計中，都應該將防爆設計作為關鍵的設計內容。

1 化工儀表概述

在整個化工生產(chǎn)作業(yè)中，化工儀表已然成為了生產(chǎn)中不可或缺的要素，各類化工儀表的生產(chǎn)過程中可以對各種生產(chǎn)設備和流程加以監(jiān)控，不斷對設備的運行情況加以實時監(jiān)測，經(jīng)由示數(shù)和臨界示數(shù)，也就可以最終顯示設備的運行情況。一旦在生產(chǎn)過程中設備出現(xiàn)了異常運行的情況，化工儀表就可以自動對其所采集到的設備信息加以全面分析，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結果來進行故障類型的確定、精準定位，給故障處理提供切實依據(jù)，因此，化工儀表參數(shù)準確反映地是設備的運行狀態(tài)，以化工生產(chǎn)領域的壓力表為例，因為在化工生產(chǎn)過程中，很多的生產(chǎn)作業(yè)都要在特定的壓力條件下開展，對壓力指標的控制尤為關鍵，而壓力表的使用恰好可以對設備壓力加以實時監(jiān)測，一旦所監(jiān)測到的壓力數(shù)值超出了額定標準，儀表中的相應模塊會立即發(fā)出相應的預警，進而提醒相關人員注意，立即進行相應的處理。近年來，我國化工行業(yè)進入了嶄新的發(fā)展階段，各個化工企業(yè)的生產(chǎn)水平顯著提高，與此同時，也就對化工儀表提出了新的要求，各個化工儀表的設計中，防爆設計已然成為了新的要求，國家陸續(xù)出臺了相應的防爆標準，各個化工儀表的設計中，都應該堅持相應的防爆設計標準，最大程度上提升化工生產(chǎn)中的安全性，減少各類生產(chǎn)事故的發(fā)生[1]。

2 化工儀表防爆的原理

2.1 控制易爆氣體

對于化工企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)而言，爆炸事故的發(fā)生一般要具備相應的條件，如果要有效減少各類的爆炸事故，在化工生產(chǎn)領域應針對爆炸產(chǎn)生機理，對各個要素加以科學控制。通常情況下，在化工企業(yè)的化工儀表防爆設計中，需結合化工企業(yè)的生產(chǎn)特性，在生產(chǎn)區(qū)域的特定區(qū)域內設計出一個區(qū)域，而此區(qū)域是不會存在爆炸氣體的，將特殊的化工儀表安裝在該區(qū)間內，減少儀表爆炸事故。在密封的箱體內，如果要提高防爆等級，一般可以在其中充入低爆炸系數(shù)的特殊氣體。現(xiàn)階段的很多化工企業(yè)中，均采用的是在線分析儀表的防爆方式，這一分析方式下，通過對計算機、PLC等各類儀表數(shù)據(jù)和信息的分析結果，來判定儀表的爆炸風險，采取恰當?shù)目刂品绞絹硪种票ㄊ鹿实陌l(fā)生。

2.2 控制爆炸范圍

爆炸范圍同樣是爆炸事故中需關注的重點環(huán)節(jié)，通過對爆炸范圍加以人為控制，從最大程度上對爆炸事故的危害范圍加以限定，盡量避免爆炸出現(xiàn)以后的大范圍影響[2]。在爆炸范圍的分析方面，經(jīng)由特殊的爆炸區(qū)域控制，可以在儀表爆炸事故出現(xiàn)的瞬時，就將爆炸影響范圍降至最小。設計工作中，隔爆型防爆方法Exd十分有效，在利用這一理念提高儀表防爆和安全系數(shù)時，在儀表外部要利用堅硬的外殼來包裹，隨后在此基礎上再開展有針對性的設計和安裝，發(fā)揮堅硬外殼的保護功效。一旦在生產(chǎn)過程中化工儀表內部出現(xiàn)了爆炸事故，爆炸力度相對較小，整體的影響范圍也相對有效，處于堅硬外殼外的危險性氣體不會在爆炸作用下出現(xiàn)更為嚴重的事故。防爆設計中，專業(yè)設計人員要嚴格依據(jù)特定的設計規(guī)范來開展有針對性的設計，但有些情況下，從爆炸范圍控制的角度來開展相應的設計，勢必會導致化工儀表的重量和體積有所擴大，設計工作進行時，應做好相應的細節(jié)優(yōu)化和處理。

2.3 控制引爆源

在爆炸事件的發(fā)生上，引爆源是引發(fā)爆炸的直接因素，對引爆源的控制同樣至關重要，經(jīng)由引爆源的科學控制，可以從源頭上提高儀表安全性，如果沒有引爆源，爆炸事故永遠不可能發(fā)生，化工儀表設計中，引爆源控制上，主要是要安排專人來進行火花的消除和降溫，一些化工生產(chǎn)空間中，安全柵技術可以使得儀表電能量受到嚴格的限制，爆炸危險性顯著降低。

3 化工儀表設計中的防爆設計

3.1 防爆措施

在當下的化工生產(chǎn)領域，為提升各個化工儀表的防爆設計水平，相關設計人員在總體的設計工作中，應加強防爆設計管理，使得各個化工儀表的使用功能和性能能夠符合相應的標準，并具備極好的防爆能力?；x表設計中，最好選用隔爆型儀表，因為這類儀表的防爆性能良好，儀表的安全系數(shù)高，可以避免使用中出現(xiàn)各種的安全事故。為避免化工儀表使用中出現(xiàn)爆炸事故，在防爆設計時應選取最為恰當?shù)姆辣O計方法，在先進設計理念的指導下，選用科學的防爆維護設備。整體的設計工作開展時，防爆設計應嚴格按照總體的使用需求和工藝標準來開展有針對性的設計。隔爆型化工儀表應用時，因為其特殊的防爆設計，完全可以使得整體的生產(chǎn)安全性得以保障，因為隔爆型化工儀表采用的是防爆外殼，對爆炸事故的發(fā)生起到了一定的控制作用。

3.2 實際應用

將石油化工企業(yè)的儀表防爆設計作為研究對象，為全面提升各類化工儀表的作用，應根據(jù)爆炸性介質的特點來進行儀表設備的科學選擇，以爆炸性介質的類型、級別和組別，保障化工儀表設備與安全生產(chǎn)目標的完全符合。只有在介質標識基礎上，才可以進行設備標識的確定，對石油化工行業(yè)而言，本質安全儀表、防爆型儀表的應用范圍相對較廣，相比較而言，本質安全儀表在生產(chǎn)領域的應用范圍較廣，具有極高的環(huán)境適應性，在儀表選擇時，不需要特殊考慮爆炸性氣體成分，而防爆型儀表主要是利用外殼來進行爆炸混合物沖擊力的抵抗，可以在爆炸發(fā)生的過程中將爆炸影響范圍控制在合理的范圍內。本質安全防爆系統(tǒng)內包含了很多的要素，其內部的各種安全儀表儀器和電纜，都具有非常高的安全性，但本質安全儀表、電纜和安全柵是其中的重要構成，根據(jù)當下本質安全防爆系統(tǒng)在各個化工企業(yè)中的應用情況，高?，F(xiàn)場中，各類一次檢測儀表、兩線制變送器的防爆等級都相對更高，符合化工行業(yè)中關于防爆設計的規(guī)定。安全柵主要有齊納式安全柵和隔離式安全柵之分，在生產(chǎn)領域的應用中，齊納式安全柵存在諸多的不足之處，且適用范圍十分有限，而隔離式安全柵雖然具有多種優(yōu)勢，但是其成本卻高，從長遠發(fā)展的角度來看，人們更傾向于采用隔離式安全柵。

化工儀表系統(tǒng)中，安全柵是主要界限，在安全柵支持下，可以將整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的電路分為兩種類型，即本質安全與非本質安全電路。當安全柵借助本質安全電纜同現(xiàn)場對應儀表實行連接之后，便由此形成了完整的電路，并且此電路便為本質安全電路；將安全柵本安端使用藍色加以標記，同非本安端電路的接線導線分別安裝在匯線槽內，再裝設獨立的保護套管來確保兩者之間的相互獨立性。在本安側配線套管之中不應進行其他電源線的布設，本安防爆設計就是整體防爆，設計人員在總體的設計工作開展時，需處理好每個方面的防爆設計細節(jié)工作，對其加以優(yōu)化改進，主要涵蓋了現(xiàn)場設施設備、安全柵等設計。若是現(xiàn)場設備的配置較為簡單，那么在設計期間便不用實行本安認證，只用和已獲取認證的安全柵實行配合，提升本安防爆回路的總體設計水平。在0區(qū)中，采用Exia等級的本安防爆技術極為有效，這一技術在化工儀表的防爆設計中同樣有著良好的設計效果。本質安全型儀表設備如果按照安全程度、場所等的區(qū)別來細分，主要包含了Exia、Exib兩種，相比較而言，Exia的防爆等級更高，當處于正常運作的狀態(tài)之下，或是電路存在兩處故障的背景下，電路配件通常不會出現(xiàn)燃燒或者爆炸的情況。在ia型電路設計中，因為工作電流都處于100 mA以內，也就可以在0、1、2區(qū)中取得理想的運用效果。Exib級本質安全儀表當處于正常工作環(huán)境下或是電路只存在1處故障問題時，電路配件發(fā)生燃爆的幾率異常低。在Ib型電路中，工作電流沒有超過150 mA，在1、2區(qū)的應用完全符合防爆標準。對于化工生產(chǎn)作業(yè)中的隔爆防爆系統(tǒng)，設計工作中需考慮的因素相對較多，如果要保障系統(tǒng)本身的安全性，防爆設計進行時，直接開展隔爆外殼的使用就可以達到防爆設計標準，而不需要再進行本安電纜、安全柵的設置和使用。即使在化工儀表的使用過程中部分儀表出現(xiàn)了火花或是溫度提升至了較為危險的水平，也能夠實現(xiàn)對于儀表的有效保護，整體設計原理和隔爆型電路以及電機較為類似，為了取得理想的設計效果和滿足相應的目標，設計人員在開展設計工作時，要加強對外殼配合面間隙、長度的有效規(guī)劃，經(jīng)由相應的計算來保障設計水平。本安和隔爆性控制柜本身就具有極高的防爆等級，化工生產(chǎn)作業(yè)進行中，安全區(qū)域內直接應用這些配置就可以保障正常的生產(chǎn)任務實施，本質安全型防爆技術在應用時，多采用的是PLC控制系統(tǒng)或者DCS控制系統(tǒng)，并且在柜中配置對應的安全柵，當儀表實際使用之時，自危險區(qū)域中傳遞而來的信號在通過安全柵之后，將會直接和控制系統(tǒng)的輸入/出模塊相連，信號接收更為便捷，更有利于指令的發(fā)送與接收。

4 結語

近年來，伴隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，人們對化工儀表的防爆設計提出了極高的標準，為使得各類化工儀表的使用均可以符合相應的標準，在開展儀表設計時，應將防爆設計作為重點性的設計工作，全面提升化工儀表的使用性能和安全系數(shù)。