化工儀表設計中的防爆問題及對策

趙 乾

（新疆輕工職業技術學院，新疆烏魯木齊 830021）

在工業生產的過程中，化工儀表可以監控設備，根據示數掌握設備的運行情況，如果設備在生產中出現問題，則通過分析數據的方式可以掌握故障的位置、類型，進而為故障處理提供更多參考依據。隨著化工生產效率的提升，生產對化工儀表有了更高的要求。為了保障生產的安全性和穩定性，需要做好化工儀表的設計，尤其要提升化工儀表的防爆能力，保障儀表的使用安全，減少生產中的安全隱患。

1 化工儀表爆炸性區域劃分

1.1 爆炸性區域規劃

目前，我國已經統一劃分了化學工業爆炸性區域，在這方面制定了明確的標準依據。根據GB50058—1992中的內容，爆炸性區域可以分為2種類型，一種是爆炸性危險氣體區域，另一種是粉塵性危險區域，該規范還采用了統一的數字標示，具有良好的參考作用。爆炸性危險氣體區域的標準中，0標示的是危險性最高的區域，而1則是危險性僅次于0的危險區域，2則代表危險性較輕的區域；在粉塵性危險區域中，10代表危險性最高的區域，11則代表危險性較低的區域。可以看出，0、1、10三處區域的危險性最高，很容易發生爆炸。不僅如此，在防爆型化學儀器使用的過程中，作業人員必須要做好防爆標記，通常在儀表表面標記，確保運檢維修時可以采取有效的預防措施，保障運檢維修的安全性。

1.2 防爆型儀表劃分

根據相關的規章和規范，化學儀表可以分為多種類型，包括防爆型、無火花型、正壓型等。由于化學化工行業的危險性特點，所以對爆炸性物質的劃分比較嚴格也比較詳細。其中，爆炸性物質可以分為1類、2類和3類，1類為礦井甲烷，2類為爆炸性氣體。爆炸性氣體可以分為3個傳爆級別，分別是2類A 級、2類B 級和2類C 級，其中2A 包括甲烷、乙醇等氣體；城市煤氣、乙烯硫化氫屬于2B 組分；2C 則包括氫等氣體，爆炸性氣體屬于2類爆炸性物質，粉塵則被分為3類爆炸性物質。所以，在化工儀表設計的過程中，要根據具體的規章、規范進行設計，從爆炸區域、危險性等多個角度著手考慮，采取有效的防爆措施，確保儀表可以安全穩定地發揮作用，從而保障化工化學生產的安全穩定，促進行業效益的提升[1]。不同類型的防爆儀表功能不同，可以在不同的爆炸分區中使用，通常采用數字進行危險性劃分，根據具體的危險性，可以采用A、B、C 進行表示，結合起來表示為2型C 類等。

1.3 化工儀表的選擇

在防爆儀表選擇的過程中，一定要參考詳細的化工設計情況，確保良好的防爆效果。實踐表明，儀表設計的過程中要根據危險性區域類型和設備類型進行選型。通常，如果在0區中使用，由于危險性較高，所以一定要選擇防爆效果較好的儀器，以安全型儀表電路為主；如果在1區中使用，則除了N 型外的防爆儀表均可使用；如果在2區中使用，因為危險性相對較低，所以對防爆儀器的選擇要求并不是十分嚴格，根據具體使用需求選擇即可。在化工儀表設計的過程中，還要參考設備類別進行選型，確保防爆儀表的類型符合規范要求和生產需求，降低生產中的安全風險，確保儀表可以充分發揮作用。通常，2蒸汽或氣體選擇2C 設備；2A 蒸汽或氣體選擇2A、2B 或2C 設備；2B 蒸汽或氣體選擇2B 或2C 設備。不論如何，在化工儀表設計的過程中，都要重視儀表類型的選擇，確保其可以承受爆炸壓力，同時還要保障外殼的質量，使其可以發揮防護作用，為化工儀表的安全運行保駕護航。

2 化工儀表防爆的原理

2.1 控制易爆氣體

在危險場所中，也就是具備爆炸三個條件的工業現場中，可以通過人為的方式營造沒有爆炸氣體的空間，然后將儀表安裝在這個空間中。在密封的箱體中，充入不容易發生爆炸的潔凈或惰性氣體，使箱內氣壓比箱外的氣壓高，然后在箱內安裝儀表。普遍采用在線分析儀表的防爆手段，利用計算機、PLC 等儀表掌握正壓型防爆儀表柜的使用情況。及時了解儀表是否存在爆炸風險，切斷爆炸的條件，從而避免爆炸風險的產生。

2.2 控制爆炸范圍

人為會控制爆炸的范圍，使其在規定的范圍之內，避免在爆炸后引發大規模的傷害問題。可以根據隔爆型防爆方法Exd 進行研究。將堅硬的外殼包裹在儀表的外部，嚴格按照標準要求進行儀表的設計、制作和安裝，如果內部出現爆炸問題，則外界危險性氣體不會受到影響，進而避免爆炸范圍的擴大。在防爆設計的過程中，應該根據規范要求進行設計。不過這種方式會增加儀表的重量和體積，在使用的過程需要先采取相依的處理措施，但在防爆處理中，這種方式的效果較好。可以根據利弊進行權衡，合理判斷是否選擇這種防爆方式。

2.3 控制引爆源

從源頭上進行控制，可以很大程度上降低爆炸的風險。主要對可能引起爆炸的火花進行人工消除，也要對表面溫度進行控制，避免溫度過高引發爆炸。可以采用安全柵技術，限制現場儀表獲取的電能量，使其控制在不會引發火花的范圍內，同時確保儀表表面溫升符合安全規范。該方法不論在設備正常工作還是發生故障的時候，都不會造成爆炸性氣體混合物發生爆炸。

3 化工儀表設計中的防爆問題及對策

3.1 防爆措施

在化工儀表設計的過程中，為了確保安全，需要采取有效的防爆措施，使化工儀表既滿足使用需求，又具備良好的防爆效果。在化工儀表設計的過程中，應該選擇隔爆型儀表，其具有良好的性能，有助于安全系數的提升，進而有效減少生產中的安全問題。要避免化工儀表的爆炸問題，應該采用科學有效的設計方式，結合先進的設計理念，采取合理的防爆維護設備，全面提升化工儀表的安全性。在設計環節，要根據實際生產情況和工藝要求進行設計。在隔爆型儀化工儀表應用的過程中，可以從內而外的提升儀表安全性。采用防爆外殼，可以確保儀表運營安全，有效降低爆炸概率[2]。在使用的過程中，首先要做好各類儀器、設備的配置，將容易出現火花的各類儀器放在防爆外殼中，包括儀表傳感器、電子電路等。這樣即使出現爆炸問題，也可以在防爆外殼的防護下減少損害，確保各個設備可以繼續運行。研究表明，可以采用隔爆型電氣設計的方式，在設計的過程中要注意外殼長度、間隙的把控，確保各項設計參數符合要求，全面提升化工儀器的防爆效果。

3.2 實際應用

以石油化工儀表設計中的防爆問題為例，在設計應用的過程中，要根據爆炸性介質的性質選擇儀表設備，也就是根據爆炸性介質的類型、級別和組別進行選擇。設備標識在介質標識之上才可以選用。在石油化工領域，本質安全儀表、防爆型儀表的應用最為廣泛。前者具有適應范圍廣的特點，可以在各類儀表環境中應用，不必對爆炸性氣體成分進行考慮；后者利用外殼承受爆炸混合物的沖擊力，具有阻止爆炸范圍擴大的效果，所以隔爆型儀表的外殼更加牢固，在設計上的要求也更加嚴格。

本質安全防爆系統的構成部分包括：現場本質安全儀表、本質安全電纜、安全柵。現場儀表包括各類一次檢測儀表，可以應用在危險場所，兩線制變送器具有一定的代表性，其采用的本質安全電纜會附帶專門的接地線，采用耐久性較高的純藍，與其他電纜有一定的區別；安全柵主要分為兩類，一種是齊納式安全柵，另一種隔離式安全柵。前者的缺陷較多，適用范圍比較狹窄，所以在工程設計中的應用次數逐漸減少。后者價格成本較高，但應用優勢比較明顯，同時可以為用戶提供更多便利，所以大部分工程設計都會采用隔離式安全柵。安全柵可以限制竄入現場設備的能量，使其保持在安全范疇，從而保障現場生產施工的安全。系統回路采用安全柵為界限，將電路分成兩種，一種是本質安全電路，另一種是非本質安全電路。安全柵通過本質安全電纜與現場儀表進行連接，進而構成完整的電路，也就是本質安全電路；安全柵本安端采用藍色標記，與非本安端電路的接線導線在分開鋪設在匯線槽中，分別采用獨立的保護套管，確保二者互不干擾。本安側的配線套管中不能設置其他電源線，也包括本安電路的安電源線。本安防爆也就是整體防爆，做好各方面的防爆工作，包括現場設備、安全柵等，同時要認證機構簽發相關的聯合取證，以確認本安回路是否安全可靠[3]。現場設備如果比較簡單，則不需要采用本安認證的方式，與取得認證的安全柵進行配合即可，構建效果良好的本安防爆回路。簡單設備包括熱電偶、發光二極管、觸點開關等，其中不包含儲能元件。

在0 區之中，要采用Exia 等級的本安防爆技術。所以，本質安全防爆技術復合應用需求，不僅安全可靠且可以廣泛應用。本質安全型儀表設備根據不同的安全程度、場所可以分為兩種，一種是Exia，另一種是Exib。前者的防爆級別高，在正常工作狀態下或電路出現2起故障的情況下，電路元件也不會燃燒或爆炸。在ia 型電路中，工作電流不超過100mA，可以在0/1/2三個區域中使用。Exib 級本質安全儀表正常工作或電路故障僅有1起的情況下，電路元件不會出現燃爆的情況。Ib 型電路中，工作電流不超過150mA，可以在1/2兩個區域中使用。隔爆防爆系統不需要本安電纜和安全柵，采用可靠的隔爆外殼即可，該外殼可以將可能產生火花、危險溫度的儀表設備保護起來。其設計方式與隔爆型電路、電機的設計方式相近，主要對外殼的配合面間隙、長度進行控制。

本安和隔爆型控制柜可以在安全區中安裝，本質安全型防爆技術的控制系統普遍采用PLC/DCS，柜內配備安全柵，從危險區返回的信號經過安全柵之后與控制系統的輸入或輸出模塊連接。我國通常會采用本安防爆型技術應用于控制系統輸入信號，輸出信號則受到各類因素的影響，普遍采用隔爆型防爆技術。

4 結語

在化工生產的過程中很容易發生爆炸危險，為了確保設備儀表的安全運行，在儀表設計的過程中，要采取有效的防爆措施。為此，要明確具體的爆炸區域、儀表劃分等，根據實際需求進行合理的選擇和設計，保障防爆效果。