正壓型（Ex p）防爆解決方案

文/ Detlef Werner

正壓型（Ex p）防爆解決方案在科威特和埃及煉油廠的應用實例分享——正壓箱體（Ex p）讓防爆變得既簡單又靈活，能夠應對非常困難的防爆挑戰，因此被越來越多的工業用戶所采用。科威特和埃及的兩家煉油廠展示了他們的實際應用效果。

除了高度的安全性，正壓型（Ex p）防爆解決方案主要因其靈活性和易用性而備受青睞。正壓防爆監控系統包括正壓控制器、壓力監測部件以及數字式或比例式的正壓吹掃閥，可以用于各種尺寸的防爆機柜。此外還可根據生產實際需要，調節吹掃時長和吹掃壓力。典型的正壓（Ex p）防爆柜的操作分為以下3 個步驟。

1.準備階段。壓縮的空氣或惰性氣體通過吹掃閥將壓縮空氣或惰性氣體輸送到防爆箱體內，并產生一個超壓。達到預設的超壓后，進入下面的“吹掃階段”并通過Ex p 正壓控制器進行調節。

2.吹掃階段。在起動機柜內的設備之前，必須將機柜內可能存在的任何爆炸性混合物吹掃出機柜。當達到預設的箱體內部超壓時，吹掃閥就會自動打開，然后保護性氣體被引入柜內，進行徹底的吹掃。出氣閥（即壓力監測部件）安裝在不同部位，以確保氣流受控。僅需極小的超壓（最高15 mbar，1mbar=100Pa）帶來了吹掃時間短的巨大好處。這使得柜體的壁厚可以做到 1.5～ 2 mm 那樣薄，這反過來也能降低成本。一旦吹掃階段完成，吹掃閥關閉，吹掃氣流停止，當柜體內部超壓恢復到預設值，出氣閥隨之關閉。

3.運行階段。內部設備開始正常運行，正壓控制器監測并隨時調節箱體內部壓力，以防止爆炸性氣體再次進入柜體內部。吹掃閥則隨時自動補償輕微的泄漏帶來的壓力損失。

煉油廠和其他處理易燃蒸汽的場所是防爆技術的主要用戶。將不可避免的泄漏氣體量降到最低，以確保內部設備最大限度連續運行，確保成本效益。此外，還可用在機柜內溫度監測和控制系統，以提供柜內冷卻功能。例如在下述科威特和埃及的兩家煉油廠的成功應用，正壓柜體上安裝了一個甚至兩個渦輪制冷器。

科威特煉油廠——高溫下的正常運行

在科威特的一家煉油廠，一臺特殊的測量設備正在監測一臺風機的振動，測量值為逸出氣體的監控提供重要參考，因此對整個工廠的安全運行意義重大。挑戰在于，該測量設備僅有防爆2 區認證，但必須要在防爆1 區安全使用，這正是選擇正壓防爆解決方案的理由之一。與Ex d 隔爆解決方案相比，正壓防爆（Ex p）箱體的大尺寸可以容納更多的組件，質量卻更輕。不僅如此，Ex p 正壓防爆方案還更能承受嚴苛的化工環境。最后也可能是最重要的原因，也是其最大的挑戰，科威特當地高達55℃的運行環境溫度。

如此高的環境溫度，還必須考慮到機柜內部的高功耗帶來的散熱這一點，其實選擇已經不多。由于壓縮機冷卻裝置占地面積大，所需成本高，所以這家科威特煉油廠決定在機柜上安裝兩臺渦輪制冷器，以達到所需的冷卻能力。當然在這一解決方案中，也需要克服其他一些挑戰，安裝兩臺渦輪制冷器需要每分鐘2 000 L 的5.5 bar 壓縮空氣。即使對于R.Stahl公司也不是一個輕而易舉的事情，特別是無法在現場提前進行測試，因此R.Stahl 公司在德國瓦爾登堡總部還專門搭建了一個特別的模擬環境，以便事先對該解決方案進行全面測試。

但這并不是這個項目的唯一獨特之處。正壓機柜內部構造必須和威圖的標準機柜相似，這樣客戶才能繼續使用他們熟悉的標準工業組件，例如19 英寸（約48.26 cm）機架和內部照明燈具等（安裝尺寸受內部分格限制）。然而威圖機柜并沒有在危險區域使用的防爆認證。所以需要量身定制一個機柜，使其內部的分格尺寸與威圖機柜相同，并提供符合客戶要求的安裝固定選項，客戶就可以安裝他們常規的威圖配件了，在R.Stahl 公司提供的安全保護下，這樣就能滿足客戶需求和安全要求。這個機柜完全由焊接而成，比市場上其他機柜的嚴密性高出許多倍，從而大大減少了諸如泄漏之類等問題。這也是正壓型防爆（Ex p）的基本要求，因其內部始終存在輕微的超壓。

具體來說，該解決方案包含了一個帶有附加支撐的9850/0 增安箱體用于正壓運行，正壓機柜前后開門以方便客戶操作，外顯示屏配有帶6 mm 安全玻璃的折疊罩，如圖1 所示。Ex p 正壓箱體擁有防爆1 區的部件認證，防護等級達到了IP 66。R.Stahl 公司將此具有部件認證（“U”認證）的正壓箱體提供給用戶，用戶像往常一樣自行完成機柜內部元器件的安裝和接線，經過最終現場驗收后，就可作為一臺擁有完整防爆認證的8620/5 Ex p正壓控制盤安裝在防爆區域了，剩余的檢查可由外部測試機構或其他專家進行。

圖1 科威特一家煉油廠的R.Stahl Ex p 解決方案能承受極高的外界環境溫度

埃及煉油廠——冗余電源確保的可靠性

在埃及的一家煉油廠，與上述裝置類似的振動測量設備不僅用于監測，也用于控制。因此，對于客戶來說，它的控制功能必須要在電力供應中斷的情況下依然能夠持續正常工作。為了實現這一點，R.Stahl 公司為Ex p 正壓控制器另外接了一路冗余電源，機柜上還安裝了一個用于旁路的鑰匙開關，以便在調試或者維護期間繞過正壓控制器因柜門打開失壓而觸發報警的功能，能夠對柜內外的設備/元器件繼續進行操作。不過這些工作的前提條件是當時現場不存在爆炸性氣體環境，需由工廠的安全流程來保證（通常理解為“熱”工作許可流程）。因此，這個旁路鑰匙開關就為這類工作提供了方便，可使柜體進入旁路運行狀態，而無需另行特別接線的額外成本。調試或維護工作結束后，斷開旁路開關，正壓控制器立即恢復正常，而無須更多昂貴的測試步驟。

埃及煉油廠這個項目也需要安裝渦輪制冷器，不過單臺就足夠了，因為在50℃的環境溫度下，氣候條件不像科威特那樣極端。而且機柜是安裝在室內，IP65 的防護等級也已足夠。雙門的正壓機柜（同時提供 增安保護）和科威特的那臺一樣也帶有附加的支撐，當然尺寸大得多。如圖2 所示，在左側門內有一個額外的機箱，裝有一個 Ex i 本安鍵盤，用于操作R.Stahl 的SHARK 防爆人機界面，適用于極端的環境條件。在右側門的19 英寸可移動機架上裝有一個客戶定制的顯示屏，這兩個組件都由帶6 mm 厚的VSG 安全玻璃的折疊罩提供機械保護。

圖2 正壓防爆（Ex p）柜內的監控系統包括一個正壓控制器、壓力監控部件和正壓吹掃閥

雖然在埃及只需要一個渦流空氣冷卻器，但由于機柜容積較大，因此還是設計了3 個出氣閥，這樣可以大大縮短吹掃時間。在柜體上方的遮陽罩下用支架安裝了一盞R.Stahl 的防爆LED 燈，此外柜體上還集成了狀態指示燈（顯示運行狀態），以及防爆聲光報警器（能夠在出現失壓等故障情況時發出警報）。

總之，這兩個應用實例表明，即使在極端的高溫情況下，也可以采用安全的正壓防爆（Ex p）技術。除了安裝簡便和堅固耐用，最能打動兩家煉油廠用戶的是正壓防爆方案的靈活性，可以安全地滿足他們的個性化要求。