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儀表本質(zhì)安全還是防爆?

2009年06月11日 10:09:48人氣:1378來(lái)源:安徽天康(集團(tuán))股份有限公司


  確定危險(xiǎn)區(qū)域的防護(hù)型式不僅僅是項(xiàng)目評(píng)估和簡(jiǎn)單的規(guī)則照搬。它受到多種因素的影響,包括使用習(xí)慣和不斷發(fā)展的新技術(shù),例如總線網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

  來(lái)自無(wú)線的特定鈴聲告訴控制室里的操作人員,的另一端應(yīng)該是儲(chǔ)罐液位技術(shù)員。他還知道如果有撥入,說(shuō)明遠(yuǎn)程貯油站有東西出故障了。
  另一端說(shuō)道:“我無(wú)法登上zui后一個(gè)儲(chǔ)罐,臺(tái)階上有一只貓。”好吧,那就把它轟走,控制室里的操作人員也許會(huì)說(shuō),但是如果儲(chǔ)罐液位技術(shù)員說(shuō):“那是一只美洲獅,我無(wú)法靠近,我回來(lái)了。”那么,就有一個(gè)儲(chǔ)罐的液位無(wú)法測(cè)量。
  這個(gè)例子是個(gè)特例,在當(dāng)今的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)代確實(shí)極為少見(jiàn),但是這是個(gè)真實(shí)的例子。在遠(yuǎn)程儲(chǔ)罐液位自動(dòng)測(cè)量技術(shù)出現(xiàn)之前,這個(gè)公司確實(shí)要處理美洲獅在儲(chǔ)罐臺(tái)階上這種情況。
  自動(dòng)儲(chǔ)罐液位測(cè)量系統(tǒng)的使用可以降低工作人員的危險(xiǎn),例如攀爬儲(chǔ)罐、暴露于危險(xiǎn)介質(zhì)中和惡劣天氣,但是會(huì)對(duì)其他問(wèn)題提出額外要求——選擇何種防爆型式就是其一。
  燃料生產(chǎn)和加工過(guò)程會(huì)導(dǎo)致爆炸性環(huán)境的產(chǎn)生,某些場(chǎng)合要求使用本質(zhì)安全型(IS)儀表,其他的場(chǎng)合要求使用隔爆型儀表。對(duì)于你的應(yīng)用,哪種防爆型式是的?何時(shí)應(yīng)該使用無(wú)線產(chǎn)品??jī)煞N技術(shù)的優(yōu)

 
劣對(duì)比如何?決定總是很難做出。  


  無(wú)線溫度變送器是本質(zhì)安全型儀表,適用于化工廠內(nèi),用以降低爆炸性環(huán)境的危險(xiǎn)性。
此類設(shè)備安裝和維護(hù)簡(jiǎn)便。(圖片來(lái)源: Emerson Process Management)

  Enraf雷達(dá)液位計(jì)用于測(cè)定大型貯罐內(nèi)的物料液位和其他參數(shù),使用了隔爆和本質(zhì)安全復(fù)合防爆措施,
提供了高性價(jià)比、高安全性的系統(tǒng),適用于危險(xiǎn)介質(zhì)的儲(chǔ)罐,例如汽油、原油和液態(tài)化學(xué)品。
在安裝此儀表時(shí),技術(shù)服務(wù)人員使用帶有診斷功能的本質(zhì)安全型手持設(shè)備,不影響儲(chǔ)罐的正常使用。
(圖片來(lái)源: Honeywell Process Solutions)

  它屬于何種危險(xiǎn)?
  決定使用哪種防爆型式可不是件容易事,這有多種原因,從設(shè)備和危險(xiǎn)區(qū)域到企業(yè)方針和偏好。本質(zhì)安全型和隔爆型設(shè)備和方案在某些工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)有更多的應(yīng)用。這里主要聚焦于石油和天然氣、精煉和化學(xué)工業(yè),但是同樣的安全風(fēng)險(xiǎn)也存在于其他工業(yè)領(lǐng)域:例如在水和廢水處理廠中,會(huì)釋放出危險(xiǎn)的甲烷氣;農(nóng)業(yè)和礦業(yè)面臨著潛在爆炸粉塵的威脅。但是在石油和天然氣生產(chǎn)、精煉和化工廠中,危險(xiǎn)環(huán)境是類似并且是給定的,而其他情況下,“危險(xiǎn)”可能意味著有毒。
  選擇隔爆型設(shè)備還是本質(zhì)安全型設(shè)備更多地取決于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而不是項(xiàng)目需要。實(shí)際應(yīng)用中,需要考慮使用防爆設(shè)備的概率是很小的(少于5%)。因此,在*步,愿意做危險(xiǎn)區(qū)域分析的廠家都希望能先確定,本質(zhì)安全型設(shè)備和隔爆型設(shè)備是否真的需要。
  在分析階段,安全法規(guī)專員在項(xiàng)目正常運(yùn)行的同時(shí),使用探測(cè)器或者其他傳感設(shè)備,來(lái)檢測(cè)危險(xiǎn)氣體的濃度,并確定危險(xiǎn)等級(jí)[使用NEC等級(jí)和區(qū)域]。如果危險(xiǎn)氣體經(jīng)常存在,那么此區(qū)域就劃分為Class 1, Div. 1,如果危險(xiǎn)氣體偶爾存在或者僅在非常態(tài)下才會(huì)存在,那么此區(qū)域就劃分為Class 1, Div. 2,對(duì)于Class 1, Div. 2區(qū)域,無(wú)火花設(shè)備的安全級(jí)別就足夠了,現(xiàn)場(chǎng)絕大部分區(qū)域都是Class 1, Div. 2區(qū)域,對(duì)于余下的情況——Class 1, Div. 1區(qū)域——要求使用本質(zhì)安全型或者隔爆型(EXD)設(shè)備。
  簡(jiǎn)單地說(shuō),隔爆技術(shù)將設(shè)備置于一個(gè)外殼內(nèi)部,而這個(gè)外殼足以承受一定等級(jí)的爆炸壓力。一旦在設(shè)備內(nèi)部發(fā)生引燃或者爆炸,外殼內(nèi)部的氣體在泄漏到外部環(huán)境中之前,會(huì)冷卻到燃點(diǎn)以下。
  隔爆型外殼由獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室(例如Factory Mutual)在特定壓力和火焰通路長(zhǎng)度下測(cè)試并分級(jí)。典型應(yīng)用包括照明組件、發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)、泵和其他設(shè)備,例如必須置于危險(xiǎn)區(qū)域的馬達(dá)。當(dāng)本質(zhì)安全技術(shù)不可用的時(shí)候,隔爆技術(shù)就變成了*。例如具有大型馬達(dá)的泵或者鼓風(fēng)機(jī),單從外形尺寸來(lái)說(shuō)就不可能達(dá)到本質(zhì)安全要求,此時(shí)就不得不采用隔爆設(shè)備。
  本質(zhì)安全設(shè)備和關(guān)聯(lián)布線將進(jìn)入設(shè)備和設(shè)備內(nèi)部的能量(電壓、電流、電感、電容)限制到一定等級(jí),確保不會(huì)產(chǎn)生火花。本質(zhì)安全設(shè)備由前置齊納-二極管或置于安全區(qū)域的隔離式安全柵供電,此處的安全區(qū)域通常指控制室。本質(zhì)安全型設(shè)備可以打開(kāi)、維護(hù)或者帶電操作。這種設(shè)備可以用來(lái)測(cè)量罐或管內(nèi)部的溫度,例如,當(dāng)隔爆型設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合。本質(zhì)安全技術(shù)通常沒(méi)有隔爆技術(shù)那么昂貴,但是它實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加復(fù)雜。
  如果風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)論是此區(qū)域或過(guò)程存在危險(xiǎn)環(huán)境,需要使用這些技術(shù)時(shí),管理層就必須在公司、區(qū)域、國(guó)家和層面*熟悉所有相關(guān)代碼和標(biāo)準(zhǔn)(NEC、Atex、IEC),并且嚴(yán)格執(zhí)行,并且要明白,標(biāo)準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)的,雖然標(biāo)準(zhǔn)化的努力從未中斷,然而差異還是巨大的。另外,代碼依從于具體理解,地方當(dāng)局的解說(shuō)對(duì)于使用什么標(biāo)準(zhǔn)和如何使用標(biāo)準(zhǔn)有zui終決定權(quán)。
  具有多家工廠的公司需要考

慮廠區(qū)相同區(qū)域在不同地區(qū)的差異化解釋。對(duì)于任何安全技術(shù),在開(kāi)設(shè)任何危險(xiǎn)區(qū)域工廠之前,都需要具備相關(guān)技術(shù)的專家,并針對(duì)所有相關(guān)代碼和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行咨詢。

 

  貯油站實(shí)例
  具有了這些背景知識(shí),我們來(lái)看一下這些技術(shù)是如何在實(shí)際的精煉廠中運(yùn)用的。Emerson Process Management的加拿大測(cè)量部Mark Menezes為精煉廠面臨著比常規(guī)情況更大的危險(xiǎn)給出了原因:“在10年以前,很多精煉廠更新了設(shè)備,以便于可以加工在加拿大沙漠或者委內(nèi)瑞拉發(fā)現(xiàn)的更重的原油。所以,如果你想精煉這種原料,就需要使用大量的蒸汽和高壓將其裂解。”
  “為使重油變輕,廠區(qū)內(nèi)使用了很多氫氣。氫氣是一種zui易燃燒的氣體,任何一點(diǎn)高壓氫氣的泄漏都是很危險(xiǎn)的。而且,重油通常還需要脫硫。具有這些步驟的任何工廠都需要更加關(guān)注危險(xiǎn)環(huán)境問(wèn)題。”
  一個(gè)例子是貯油站。需要確定每個(gè)罐內(nèi)的燃料、化學(xué)品或者其他液體的數(shù)量。Honeywell Process Solutions公司的產(chǎn)品市場(chǎng)Frank Van Bekkum解釋道,這個(gè)工作可以手動(dòng)完成,派一個(gè)人去貯油站測(cè)量就行了。但是這種方法比較困難、危險(xiǎn)而且通常不受歡迎

 
。而且,他解釋道:“貯油站通常建在人跡罕至的地方。油、氣和化學(xué)產(chǎn)品對(duì)健康可能會(huì)有不利影響;當(dāng)有冰、雪或者有時(shí)是有鷹巢存在的時(shí)候,儲(chǔ)罐攀爬就很困難了。”  


  本質(zhì)安全設(shè)備應(yīng)用在裝填區(qū)起到了至關(guān)重要的作用。底部的裝填計(jì)算機(jī)和儲(chǔ)罐接地設(shè)備確保碳?xì)?br />化合物的安全有效裝填。道路和鐵路油槽車的接地設(shè)備將靜電荷緩慢放電,不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)火花,
消除了事故隱患。一旦放電完成,一個(gè)允許信號(hào)會(huì)傳送到系統(tǒng),以控制裝填過(guò)程。
  圖片來(lái)源: Honeywell Process Solutions

  現(xiàn)代精煉廠使用各種各樣的設(shè)備,用于測(cè)量?jī)?chǔ)罐液位。Van Bekkum說(shuō)道,可選項(xiàng)包括雷達(dá)系統(tǒng),配有通訊模塊,打包置于隔爆外殼內(nèi)部。他補(bǔ)充道:“而且,本質(zhì)安全溫度測(cè)量設(shè)備深入儲(chǔ)料內(nèi)部。所以我們的設(shè)備實(shí)際上是分離設(shè)備,由置于隔爆外殼內(nèi)的具有連接件的設(shè)備和深入罐內(nèi)的本質(zhì)安全型溫度探頭組成。即使不銹鋼材質(zhì)的溫度探頭損壞,整個(gè)系統(tǒng)也是安全的。”
  這種方法直截了當(dāng),但是其復(fù)雜度卻導(dǎo)致這種安全系統(tǒng)很難正確應(yīng)用,Van Bekkum警告道:“在貯油站不總是選擇本質(zhì)安全型設(shè)備,因?yàn)楸煤涂刂崎y的功率和通訊要求超過(guò)了本質(zhì)安全型設(shè)備的規(guī)定。如果你在現(xiàn)場(chǎng)使用本質(zhì)安全型設(shè)備,它必須與供電設(shè)備隔離,以確保設(shè)備防爆型式不會(huì)被破壞。”

  回顧歷史,展望未來(lái)
  Van Bekkum補(bǔ)充道,不考慮技術(shù)因素,大多數(shù)問(wèn)題都是由人為因素導(dǎo)致的,而且大多數(shù)問(wèn)題不是發(fā)生在新設(shè)備安裝期間,而是發(fā)生在老設(shè)備修改期間,這是由于缺乏計(jì)劃和溝通導(dǎo)致的。
  他解釋道:“例如現(xiàn)有的一臺(tái)變送器更換成新產(chǎn)品了,可能來(lái)自于不同供應(yīng)商,維護(hù)部門知道設(shè)備變更了,但是生產(chǎn)部門并不知道變更。”他解釋道:“必須引起注意,確保規(guī)格匹配,并將任何變更通知所有技術(shù)人員。”
  要注意,兩種技術(shù)在同一區(qū)域同時(shí)使用可能導(dǎo)致沖突、錯(cuò)誤以及由此引發(fā)的危險(xiǎn)。工人必須針對(duì)其工作區(qū)域進(jìn)行專門培訓(xùn),實(shí)際上*工人都受到了交叉培訓(xùn),可以使用這兩種技術(shù),所以越來(lái)越多的公司發(fā)現(xiàn)同一處工廠可以兩種方法共同使用。Menezes和Van Bekkum同意道,大多數(shù)情況下,使用何種技術(shù)并不是由應(yīng)用決定,而是由現(xiàn)場(chǎng)情況決定,使用習(xí)慣和傳統(tǒng)比技術(shù)和危險(xiǎn)本身對(duì)于選型的影響更大。
  Emerson公司的Menezes認(rèn)為,在北美隔爆型設(shè)備更加普及,而在歐洲,本質(zhì)安全型設(shè)備更加普及。“本質(zhì)安全型設(shè)備的安裝成本較低,但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜,你不得不考慮更多的本質(zhì)安全相關(guān)技術(shù),這可不是一件簡(jiǎn)單的事。購(gòu)買內(nèi)部允許發(fā)生爆炸的隔爆外殼,使用隔爆管路安裝。這樣的應(yīng)用可以確保設(shè)備內(nèi)部一旦發(fā)生爆炸,也不會(huì)傳爆,在氣體逃逸的時(shí)間內(nèi),氣體溫度可以被冷卻到安全范圍內(nèi)。使用在石油和天然氣行業(yè)以及精煉廠的都是隔爆型設(shè)備,這是由這些行業(yè)的特性決定的。大多數(shù)北美的工廠都這樣沿用,所有的設(shè)備都是隔爆型。”

  總線通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的影響
  Menezes和Bekkum都同意,世界正在朝著本質(zhì)安全技術(shù)發(fā)展,逐漸淘汰隔爆技術(shù)。本質(zhì)安全技術(shù)在北美逐步占領(lǐng)*有兩點(diǎn)原因:總線技術(shù)使用的增加和無(wú)線系統(tǒng)的普及。Menezes指出:“例如,如果我使用了基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線,我可以在安全區(qū)域安裝一個(gè)安全柵,并在同一條總線上連接5臺(tái)變送器。我的成本只有五分之一,很多以前使用隔爆設(shè)備的用戶,在選擇基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線之后,都轉(zhuǎn)而使用本質(zhì)安全設(shè)備了。總線技術(shù)也可以應(yīng)用在電機(jī)上——不是為電機(jī)供電,而是用于傳輸信號(hào)。例如,8臺(tái)電機(jī)一起連接到帶有本質(zhì)安全限能的Profibus或DeviceNet總線之后,馬上就可以投入使用了。”
  無(wú)線技術(shù)也推進(jìn)了本質(zhì)安全技術(shù) 的普及。很多無(wú)線設(shè)備是電池供電的,直觀感覺(jué),就應(yīng)該做成本質(zhì)安全設(shè)備。如果工廠需要監(jiān)控反應(yīng)堆的溫度,那么使用無(wú)線溫度傳感器的成本比較低。Menezes說(shuō)道:“從能量角度講,就不足以產(chǎn)生危險(xiǎn)。例如變送器的電池發(fā)生故障,技術(shù)人員可以到現(xiàn)場(chǎng),打開(kāi)電池蓋,更換新電池,然后再把蓋子擰上,這一切操作都可以在危險(xiǎn)區(qū)域完成。這就是本質(zhì)安全技術(shù)。”
  Menezes舉了一個(gè)比較詳細(xì)的例子:主密封的失效。一臺(tái)壓力變送器可以做成本質(zhì)安全型也可以做成隔爆型,他解釋道:“但是一旦危險(xiǎn)流體沖破主密封(將設(shè)備連接到流程中的變送器膜片),過(guò)程流體流入變送器,然后流入其他部件內(nèi),通過(guò)管道zui終流入控制室。2000-psi的碳?xì)浠衔飮姙⒃诘匕迳?,而此處本?yīng)該是安全區(qū)域。無(wú)線設(shè)備就意味著危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的變送器與安全區(qū)域沒(méi)有連接。”他承認(rèn)到,還有其他方法解決這個(gè)問(wèn)題,例如雙重密封或者管道密封,但這會(huì)增加成本和復(fù)雜度。
  Menezes說(shuō)道:“對(duì)于老式系統(tǒng),隔爆技術(shù)簡(jiǎn)便實(shí)用,但是,一旦你在總線上使用了多種設(shè)備,或者使用了無(wú)線技術(shù),本質(zhì)安全技術(shù)就變得更有競(jìng)爭(zhēng)力,特別是對(duì)于儀表來(lái)說(shuō)。”
  對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò),Van Bekkum 承認(rèn)到他和

 
他的同事Honeywell Process Solutions公司無(wú)線網(wǎng)絡(luò)總監(jiān)Jeff Becker持有相同觀點(diǎn)。Becker說(shuō)道:“用戶正在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)使用無(wú)線技術(shù)測(cè)量潛在危險(xiǎn)過(guò)程變量,這在以前是不可行的。應(yīng)用涉及丁烷壓力監(jiān)控、庫(kù)存管理、安全泄壓閥監(jiān)控、安全顯示器監(jiān)控和安全膜監(jiān)控——這些都是精煉廠或者化工廠的關(guān)鍵操作。”他補(bǔ)充道,無(wú)線技術(shù)讓這些應(yīng)用成為可能,并且滿足了環(huán)境、爆炸區(qū)域分級(jí)、安全規(guī)范和公司zui低收益率的常規(guī)要求。
  Van Bekkum補(bǔ)充道:“雖然對(duì)于無(wú)線技術(shù)還存有很多情感因素,然而工業(yè)界正在越來(lái)越快地向無(wú)線技術(shù)發(fā)展,并且獲益頗豐。在做無(wú)線設(shè)計(jì)的時(shí)候,基建開(kāi)發(fā)很重要,必須符合整個(gè)工廠的當(dāng)前和未來(lái)需求。無(wú)線技術(shù)不僅僅是銅線的簡(jiǎn)單替換。如果根據(jù)當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)建立一個(gè)完好系統(tǒng),它就是安全可靠的。誠(chéng)然,沒(méi)有什么是*安全的,但是你可以使它盡可能安全,你可以將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低到可以接受的程度。”
 

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