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                浪涌保護器的爆炸風險預防

                時間: 2021-6-22 8:48:24 發布者: admin

                在有爆炸風險的環境下,電子體系防雷所選用浪涌保護器,有必要進行隔爆證明和本安證明,現簡述其原理和辦法。

                1概述

                浪涌保護器的焚燒容易與否取決于下述的三個因素:

                1)焚燒物質的物態。在氣態爆破物混合物中,可燃物質的分子高度地被分散,只要有較小的能量就可以把部分氣體分子加熱活化到引起劇烈氧化反響的程度而引起焚燒。所以可燃氣體(或易燃液體、易燃固體蒸氣)與空氣的混合物,其著火能量相比液態、固態都小。粉塵與空氣構成的爆破性混合物中,雖然粉塵的分子的數量大大地超過氣態,可是由于粉塵粒度細,因而使其升溫活化到達焚燒所需的能量大大低于塊狀固體。

                2)著火能量的大小。一般可燃氣體和易燃液體的著火能量都很小,如汽油僅為0.2毫焦耳(約十萬分之五卡都不到)。

                3)火源的方法?;鹪匆话阌忻骰?、靜電火化和電火化三種。若以電火花作為火源,則感抗電路中發生的火花最易點著,容抗電路次之,阻抗電路第三。而爆破是快速焚燒的成果。發生氣體爆破的首要條件是:1)有足夠濃度的可燃性物質的存在;2)有足夠的空氣(氧氣)的存在,可構成可燃氣體混合物;3)有足夠能量的火源。

                以上三個條件有必要同時存在浪涌保護器才會發生爆破事件。

                可燃性氣體的性質紛歧,使爆破的感度也紛歧樣。咱們把可燃性氣體的相關性質稱之為爆破參數,它包含閃點、自燃溫度、最小點著電流、爆破上下限值和最大實驗安全空隙等。下簡述之。

                1閃點

                閃點是指引起閃燃時的溫度。所謂閃燃是指可燃液體(或固體)的表面上,在必定的溫度時發生必定的可燃蒸汽的濃度,當其在空氣中到達必定的可燃性混合物濃度時,遇到火源就可發生焚燒瞬間火光的現象。所以,易燃液體(或固體)在閃點以上溫度時,遇到明火會隨時發生點著的風險。反之,在閃點以下溫度時,可燃蒸汽的壓力低,其與空氣混合生成的混合物還不足以與明火相遇而被點著的風險。

                2自燃溫度

                自燃是物質因長期的緩慢氧化效果,在無明火或電火化情況下而自發地發生焚燒現象。這個現象可能是該易燃物質因受外界熱源效果下升溫到達自燃溫度點,或者是由于自身內部化學或物理效果或生化進程使熱量積累,升高溫度而到達自燃溫度點。不管哪種情況,但凡能使可燃物質發生自燃的最低溫度被稱為該物質的自燃溫度。

                3最小點著電流(MIC)

                 

                在圖1規則的實驗設備上,用直流24V,95mH的電感電路的火花進行3000次點著實驗,可以發生點著的最小電流。此電流若下降5%即不能點著。

                最小點著電流比(MICR)是各種可燃氣體或蒸汽與空氣相混合的混合物的最小點著電流對甲烷/空氣混合物的最小點著電流之比值。

                4爆破極限值

                可燃氣體(或蒸汽)與空氣混合構成的可燃氣體濃度低于該可燃氣體的爆破下限(LEL)或高于其爆破上限(UEL)都不會發生爆破。上限或下限一般被稱為爆破極限。上限和下限間的可燃氣體濃度稱為爆破規模區,不屬于上限和下限內的規模稱為非爆破規模區。

                爆破規模不是一個固定不變值,它受下列因素的影響;

                A.溫度升高,爆破下限規模下降,上限規模上升,即規模變寬,風險增大;B.可燃氣體的分子量愈大,爆破下限愈低,即風險性愈大;

                C.壓力下降時(接近0.1MPa),對可燃氣體爆破規模影響很小,當壓力升高時,有必定影響,但隨不同可燃物的品種而異。

                5最大實驗安全空隙(MESG)

                該參數是在規則的規范實驗條件下進行的。在一個殼體內充有必定濃度的被實驗氣體(或蒸汽)與空氣的混合物,點著后,經過25mm 長的接合面均不能點著殼外爆破性氣體混合物,則外殼表面和內殼表面之間的最大空隙稱為最大實驗安全空隙。

                6爆破指數

                爆破指數系表征可燃氣體與空氣混合物發生爆破的強烈程度。通常爆破指數是按照《ISO6184/2可燃氣體/空氣混合物爆破指數確定辦法》所測得的數據為準。

                 

                關于浪涌保護器爆破風險場所的區分

                爆破場所按爆破物的狀態有氣體爆破風險場所和粉塵爆破風險場所兩大類。對風險場所的分類原則是按爆破物出現的頻度,出現后持續時間的長短以及其風險程度的不同而進行區分的?!?/span>GB50058》規則,爆破性氣體風險場所按其風險程度巨細,區分為0區、1區和2區三個等級,爆破性粉塵或纖維的風險場所按其風險程度巨細,區分為10區和11區兩個等級。此外,將能引起火災風險的區域區分為21區、22區和23區三個等級。

                在生產現場,哪些地方屬爆破風險場所,離開多少距離之外屬非爆破風險場所,這些問題一般由工藝專業人員依據有關規則來確定。

                在工程設計中遇到較多的情況是為了讓控制室避開爆破風險場所,常用有門的隔墻來下降風險區域的等級。與爆破風險場所相鄰的隔墻應該是堅實牢固的非燃性實體,隔墻上的門應該由鞏固的非燃性資料制成,且有密封措施和主動封閉設備。條件完善的控制室一般可認為系安全場所。

                 

                適用于浪涌保護器的防爆機制

                安裝在具有爆破風險的工藝現場的SPD,現在市場上有隔爆型和本質安全型(簡稱本安型)兩種。

                1隔爆型浪涌保護器

                隔爆型SPD系根據空隙防爆原理。早在十九世紀初,德國科學家貝林(Beyling)在研究火焰穿過金屬空隙時,發現如下的情況:在圓柱形的法蘭容器內引燃事先充有的甲烷與空氣的混合物,當法蘭的空隙高度小到必定程度時,不會引起容器外面的甲烷與空氣混合物爆破。因為金屬法蘭空隙不但能阻撓爆破火焰的傳達,還能冷卻爆破產品的溫度,達到熄火、降溫文隔離爆破產品的作用。

                隔爆型SPD便是用空隙防爆原理進行設計和制造的。

                隔爆空隙品種有圓筒結合面、螺紋結合面、金屬微孔(粉末冶金)等結構形式。因為隔爆型SPD在開蓋后就失去防爆功能,因而不能在帶電的情況下打開外蓋進行修理。

                2)本安型浪涌保護器

                3)本安型SPD系根據減小點著能量的防爆機理。

                這最初是英國科學家提出來的,即經過約束電路中的電氣參數,下降電路的電壓和電流,或采取某些可靠保護電路,阻撓強電流和高電壓竄入風險場所,保證爆破風險場所中的電路發生的開/斷路電火花或熱效應能量小于爆破性混合物的最小點著能量,即點著不起爆破性混合物。

                因為本安型SPD結構簡略,體積小、重量輕、制造和保護方便,具有可靠的安全性,能直接應用在最風險的0區場所,特別是石化企業。

                4不帶浪涌保護器(SPD)的本安型體系的認證

                本安型防爆外表(如現場外表)和其相關設備(如安全柵)組成的體系,在規則的實驗條件下,正常工作或故障狀態下所發生的電火花和熱效應均不能點著規則的爆破性氣體混合物的體系稱為具有本安型特性的外表體系。

                不帶SPD的本安型體系由本安型設備、相關設備及銜接電纜(或導線)三者組成(見圖2)?,F在,國際上各防爆檢測組織對本安型防爆體系的認證辦法,有下列兩大類:

                1體系認證(System Approvals);

                2參量認證(Parametric Approvals)。

                體系認證在國內又被稱為“聯合取證”,它是指把被查驗的本安設備和被查驗的相關設備所構成的體系進行查驗即可。體系一經認證后,體系中任一設備不能用未經查驗組織按這種組合方式查驗認證過的任何其它型號、規格的本安(外表)或相關設備代用。

                 

                參量認證系指對單臺設備(本安外表或相關設備)進行檢驗認證,并給出一組相應的安全參數。一般,選用這種方法認證的本安設備能夠與具有相兼容的相關設備銜接運用。美國FM(工廠聯研會)把這種認證方法稱為“全體認證”(EntityApprovals),把相應的安全參數稱為“全體參數”(Entity Parameters)。

                2中的現場設備分為簡略設備和非簡略設備兩類。所謂簡略設備系指不會發生也不會存儲超越1.2V、0.1A、25mW20PJ的電氣設備,如簡略觸點、熱電偶、熱電阻和電阻性元件等,它們不會發生足以點燃可燃性氣體的能量。如可能發生也會存儲超越上述數值的電氣設備,則為非簡略設備,如變送器、電磁閥、轉換器、挨近開關等。

                一般,國際上認證現場本安設備時給出他們的全體安全參數包含(下標為f):

                Vrmax——在毛病條件下,現場本安設備可接受的最大電壓;Irmax——在毛病條件下,現場本安設備可接受的最大電流;Ct——現場本安設備內部的等效電容;

                Lt—一現場本安設備內部的等效電感。等效電容和等效電感是象征儲能的巨細。

                2中的相關設備(如安全柵)是與本安型防爆外表嚴密相關的一種限能設備,其設備本身的電路紛歧定是本安型的,但是它能影響本安電路中的能量,常被用來保持電路的本安功能。

                相關設備的全體安全參數(下標為o)包含:

                Vo---在毛病條件下,可能傳送到風險場所的最大輸出電壓;I。---在毛病條件下,可能傳送到風險場所的最大輸出電流;C。---相關設備答應外接的最大電容(包含銜接電纜的散布電容);L。---相關設備答應外接的最大電感(包含銜接電纜的散布電感)。

                安全柵是本安防爆外表體系中最常見的相關設備,它銜接在本安電路和非本安電路之間,在正常作業條件下能使體系無缺地作業,而在毛病條件下其作用是約束電流和電壓,不使風險能量竄入到本安電路中去,以確保本安電路的安全功能。

                因為相關設備與現場設備間的銜接電纜存在散布電容和散布電感,因此其儲能必然對本安體系的防爆功能造成影響。在實踐過程中一般將電纜按會集參數處理,其安全參數(下標為c)主要包含:

                Cc——本安體系答應的銜接電纜最大的散布電容;

                Lc——本安體系答應的銜接電纜最大的散布電感。

                銜接電纜的散布電容和散布電感一般由電纜制造廠供給數據,在制造廠未供給數據時,可參照日本電氣學會實質安全查詢專門委員會供給的公式進行核算:

                 

                式中:S---導線間的中心距,um;

                d---導線外徑,mm;

                8---絕緣體介電常數;D---導體絕緣外徑,mm。

                一種簡略的辦法,可將散布電容和散布電感按L<0.66H/m,C<197pF/m來進行驗算,如1000米長度的信號線,其總的散布電容和散布電感為

                C=197'×1000=pF=0.197uF

                L=0.66×1000=6604H=0.66mH

                若證明時,未知銜接電纜的實際長度時,可按500米進行預算。

                不帶浪涌保護器(SPD)的本安型體系的參量認證,只需比較相關設備和本安設備的整體安全參數。當它們滿足下列關系式時,就不必經認證組織認證,就可構成本安體系:

                1)現場本安設備可接受的最大電壓≥相關設備發生的最大電壓,即VfmaxVo;

                2)現場本安設備可接受的最大電流≥相關設備可能發生的最大電流,即IfmaxIo;

                3)相關設備答應外接的最大電容≥現場設備與電纜的等效電容之和,即CoCp+Ce;

                4)相關設備答應外接的最大電感≥現場設備與電纜的等效電感之和,即LoLf+Lc。

                5帶浪涌保護器的本安型體系的認證

                SPD的本安型體系(見圖3)的本安認證的關鍵是:

                1)安裝在爆破風險區域內的現場外表為本安型,則保護現場外表的SPD也應為本安型,以確保不該存儲或發生足以點燃可燃性氣體的能量。

                (如爆破風險區域內的現場外表為隔爆型,則現場外表的SPD也應為隔爆型)。

                2)安裝在安全場所內(如控制室內)的SPD不屬于本安設備,而是本安電路的相關設備。

                3SPD 有必要安裝在安全柵前。SPD和安全柵不能相互替代。

                4)假如本安電路兩端的SPD不是“簡略設備”,應將兩者的本安參數進行認證。

                 

                本安型浪涌保護器的安全參數(下標為s)包含:

                1)等效內部電感Lo(一般能夠疏忽);

                2)等效內部電容Co(一般能夠疏忽)﹔

                3)不損壞本安、答應的最大輸入電壓Vo(26.8V);

                4)不損壞本安,答應的最大輸入電流I。(500mA)。

                帶浪涌保護器的本安體系的參量認證應滿意:

                1)現場本安設備可接受的最大電壓≥SPD或相關設備發生的最大電壓,即

                Vfmax Vo(Vo,取大者)

                2)現場本安設備可接受的最大電流≥SPD或相關設備或許發生的最大電流,即

                IrmaxIo(Io,取大者)

                3)相關設備答應外接的最大電容≥現場設備、電纜與SPD的等效電容之和,即

                CoCr+Cc+Cs

                4)相關設備答應外接的最大電感≥現場設備、電纜與SPD的等效電感之和,即

                LoLr+Lc+Ls

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