儀表的防爆問題

儀表廣泛應(yīng)用于石油、化工、煤炭、冶金、建材等工業(yè)生產(chǎn)部門，而有很多生產(chǎn)工序又是在有易燃易爆氣體或粉塵的環(huán)境里進(jìn)行的，危及人身和設(shè)備的事故隨時(shí)可能發(fā)生，必須對(duì)所有電動(dòng)儀表提出防爆要求。從某種意義上說，防爆問題能否解決，也是電動(dòng)儀表能否取代氣動(dòng)儀表用于危險(xiǎn)場(chǎng)所的關(guān)鍵。

防爆技術(shù)的研究首先在煤礦受到重視，主要針對(duì)井下電氣設(shè)備的防爆，隨后逐漸發(fā)展為各種易燃易爆場(chǎng)所使用的自動(dòng)化儀表的防爆。與此相應(yīng)，國內(nèi)外都相繼制定了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國國家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備通用要求》（GB 3836.1—2000)就是針對(duì)應(yīng)用于易燃易爆場(chǎng)所的一切電氣設(shè)備制定的 其中包括自動(dòng)化儀表。

國內(nèi)外電氣設(shè)備的制造行業(yè)，在防爆設(shè)計(jì)上無非采取兩種途徑_：其一是在結(jié)構(gòu)上用隔離措施，把電路和周圍環(huán)境隔絕，使電路正常工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量和故障狀態(tài)下形成的電火花及高溫局限于密閉殼體之內(nèi)，不致把外界易燃易爆氣體引燃；另一種途徑是從電路的能量上加以限制，使電路無論在正常工作中或發(fā)生短路、斷路等故障狀態(tài)下，所產(chǎn)生的火花都不足以引燃易燃易爆氣體，它所產(chǎn)生的溫度也不足以使易燃易爆物自燃。

前一途徑主要靠結(jié)構(gòu)上防范，可稱為“結(jié)構(gòu)防爆"；后一途徑是從根本上排除發(fā)生災(zāi)害的可能性，其措施更為積極，稱為“本質(zhì)安全防爆"，簡(jiǎn)稱“本安防爆"。

結(jié)構(gòu)防爆的具體措施主要有以下幾種。

(1) 采用嚴(yán)密的外殼，符合規(guī)定的螺紋和高質(zhì)量的密封墊，并且在導(dǎo)線引出口上采用特殊結(jié)構(gòu)的密封接口。外殼材料，如為鋁合金，其含鎂量應(yīng)有限制。外殼以內(nèi)除電路器件外， 應(yīng)有一定的空間容積，使內(nèi)部氣體有膨脹的余地。

(2) 向外殼里輸送潔凈的壓縮空氣，使殼內(nèi)維持正壓，周圍易燃易爆氣體不能進(jìn)入，從而防止它與電路直接接觸。這種辦法需要有氣源和管路。

(3) 在外殼里充油，電路浸沒在油里，其熱量被油帶走，火花被油所熄滅，也起了電路和周圍氣體隔離的作用。高壓電路的油開關(guān)就是靠油熄滅電弧的。

(4) 在電路和外殼間的空隙里充填石英砂，也起熄弧和隔熱的作用，某些熔斷器的瓷管 里就采用充砂的措施。

在儀表方面，通常稱為“隔爆型"的儀表，多半采用上述*種措施。至于充油、充砂及正壓措施 因其不夠方便，很少用在儀表中。比較完善的防爆儀表不是靠結(jié)構(gòu)防爆措施，而是靠設(shè)計(jì)本質(zhì)安全防爆電路，構(gòu)成“本安型"儀表。在易燃易爆場(chǎng)所使用的電 氣設(shè)備和儀表不一定都需要特殊的防爆設(shè)計(jì)。根據(jù)GB3836.1的規(guī)定，電壓不超過1.2V, 電流不超過0.1A，且其能量不超過20W或功率不超過25mW的電氣設(shè)備，經(jīng)檢驗(yàn)單位認(rèn)可后，允許直接使用于工廠爆炸性氣體環(huán)境中和煤礦的井下。某些傳感器及敏感元件， 如熱電偶、熱電阻、光敏電池等，就屬于這類電氣設(shè)備。但是必須注意，這類簡(jiǎn)單元件和其他儀表配套使用時(shí)，要考慮配套儀表的安全性。不但如此，由于配套儀表往往安裝在遠(yuǎn)離傳感器或敏感元件的地點(diǎn)，所以應(yīng)考慮信號(hào)導(dǎo)線及配套儀表發(fā)生的故障對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)所產(chǎn)生的影響。

可見，單純考慮儀表本身的防爆是不夠的，即使儀表內(nèi)部電路設(shè)計(jì)得完吳無缺，達(dá)到本質(zhì)安全防爆的要求，也只能稱得上是本質(zhì)安全儀表，而不能構(gòu)成本質(zhì)安全系統(tǒng)絕大多數(shù)自動(dòng)化儀表不是孤立的，要有電源供電，要有信號(hào)線傳遞信息。若這些導(dǎo)線帶有較高電壓或有較大電流，對(duì)易燃易爆場(chǎng)所就是一種威脅。即使正常狀態(tài)下的電壓和電流都很小，不足以釀成災(zāi)禍，還應(yīng)考慮故障狀態(tài)下的各種表現(xiàn)。例如 熱電偶本身雖然是相當(dāng)安全的，但它的導(dǎo)線和溫度變送器相連，如果溫度變送器出現(xiàn)故障，高電壓或大電流就會(huì)經(jīng)過導(dǎo)線傳到熱電偶 的安裝地點(diǎn)。為了防止意外，溫度變送器的電源要采取隔離措施，避免共模高壓傳遞，并且在導(dǎo)線上加限流電阻，以免短路時(shí)電流過大。對(duì)于差壓變送器，只有利用安全柵，才能構(gòu)成本質(zhì)安全系統(tǒng)。

總之，本質(zhì)安全儀表的電路在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，無論正常工作或故障狀態(tài)下所產(chǎn)生熱效應(yīng)和火花 均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性混合物。本質(zhì)安全系統(tǒng)固然應(yīng)由本質(zhì)安全儀表組成， 但這只是必要條件而不是充分條件，還必須采取措施防止外界各種足以點(diǎn)燃爆炸性混合物的 能量進(jìn)人危險(xiǎn)場(chǎng)所。