关注危险区域传感器

栏: 在危险区域安全感知 有所作为

传感器遍布我们的生活。从我们家里的电器到把我们从一个地方带到另一个地方的汽车，再到操作和监控我们工业过程的自动化和控制系统，传感器无处不在。然而，像大多数组件一样，它们是越来越复杂的系统中更大的整体元素的一部分。当在危险区域使用时，传感器需要对应用程序进行全面的了解和严格的仔细选择。

美国传感器技术公司(American Sensor Technologies)业务发展副总裁卡姆吉特•西杜(Karmjit Sidhu)表示，在危险区域有太多的变量需要考虑，在这种情况下安全应用传感器将成为一项艰巨的任务。罗克韦尔自动化公司TÜV-certified功能安全专家Art Pietrzyk补充道:“我们正在减轻危险，但危险仍然是危险。改变的是我们采取的方法。先进的设备和更一致的标准正在引领提高安全性的道路。”

危险区域传感器包括在任何数量的应用中以各种方式使用的众多设备。然而，有几个共同点适用于所有，最显著的是必须选择和安装它们的保护方案，以及帮助确保它们安全使用的标准。

经典的方法

如果选择和应用得当，大多数设备都是安全运行的。关键是要了解和理解应用程序。被批准用于危险场所的I类Div. 1的设备可能不适合用于涉及(例如)有毒介质的区域。Sidhu警告说:“误用和误解会导致麻烦。最终用户需要知道他选择什么用于什么。知道水箱里有什么!不要相信外面说的!你的申请可能不需要批准的设备，但使用一个可能是谨慎的。”

为了安全工作，在危险区域使用的传感器必须针对其工作环境进行专门设计。通常，这可以通过以下三种主要方式之一来实现:选择本质安全的产品，使用防爆设备，或应用清洗和压力系统。(由于应用不同，那些在危险地区应用传感器的人应该只考虑这些信息的一个来源，并补充与他们具体情况相关的研究。)

传感器指定本质安全(IS)有能量不足引起着火的额定危险。合规性测试确保is级设备已经过测试，并确定有多少能量会引起反应。IS设备通常使用一种称为安全屏障的“外部设备”，旨在限制在任何故障条件下可以通过电路的电流和能量。

一个被动的障碍建立保护机制，防止过电压和限制电流。如果在4- 20ma的线路上发生短路，该屏障可以防止点火。Macro Sensors的首席应用工程师埃德•赫塞格(Ed Herceg)表示，每个本质上安全的设备都必须从屏障上供电，但“所有的屏障都不一样。有很多种。您必须将屏障与设备的实体参数相匹配，以确保您为设备使用了正确的屏障类型。否则你可能得不到保护。然而，我听说并相信这是真的，到目前为止，在危险地点从未发生过爆炸或火灾，可追溯到本质安全装置故障。”

在I类，Div. 2危险场所中，有时使用非燃烧装置、设备和现场接线实践来代替本质安全设备。传感器可以包含在防爆住房，这样，如果事故发生，一个能够承受预期反应力量的安全壳就不会让力量或任何火灾传播。防爆技术成熟。当正确安装时，这种设备在应用程序没有提供本质安全版本的情况下提供了可行的替代方案。

Purge-and-pressurize系统也可用于防止传感器和其他设备在危险区域发生反应。有几种变化，但基本上这些系统在整个管道、组件和设备中引入不易燃(惰性)气体，如氮气或二氧化碳，以消除易燃材料进入的可能性。一种改进是一个密封的系统，不允许任何易燃材料的空间。

Everight Precision公司总裁Les Schaevitz表示，从本质上讲，“放置在危险区域的传感器要么必须将其电子组件包含在防爆外壳中，要么必须配备本质安全的电子设备。”“通常，将本质安全的部件放入大气中比安装防爆外壳更便宜，尽管这两种选择都相当昂贵。除了费用之外，本质安全的传感器(带屏障)通常是首选，因为它消除了爆炸的可能性。许多人不希望有潜在的问题，即使它包含在防爆外壳中。”

标准的字母汤

为危险区域寻找传感器的用户必须寻找在其运营区域占主导地位的一致性测试组织批准的设备。在北美，用于危险区域的传感器由UL (Underwriters laboratories)、FM (Factory Mutual)和CSA (Canadian Standards Association)等独立测试实验室进行测试和评级，以符合国家消防协会的国家电气规范(NFPA 70)等标准。大多数美国操作所熟悉的NEC指定基本上将危险分为三种类型:蒸汽和气体(I类);煤、面粉等粉尘(第II类);分类描述了暴露水平:在正常条件下存在(第1类)或不存在(第2类)。根据特定物质(氢、乙炔等)进一步细分(组)。

在欧洲，CENELEC(欧洲电工标准化委员会)曾经主导着标准领域，但最近，它已经被ATEX指令(用于潜在爆炸性环境的设备)所取代。日本有自己的标准化组织，亚洲许多地区也有自己的标准。IEC(国际电工委员会)最接近于颁布国际标准。它致力于“为政府、企业和社会制定所有电气、电子和相关技术的国际标准和合格评定”。

结果是，在全球经济萎缩的情况下，大量的标准给传感器的选择、应用、设计和营销增加了困惑。Macro Sensors的Herceg解释说:“部分问题在于，你的产品可以在美国和加拿大获准销售，但却不能在欧洲或巴西销售。这为变革创造了巨大的动力。今天获得批准的产品明天可能会发现，由于标准的变化，它在许多地区都无法销售。”

霍尼韦尔传感与控制公司负责安全开关和防爆危险位置开关的产品经理莱斯利·尼尔(Leslie Neill)表示:“IEC已经最接近于制定全球标准。”“尽管欧洲批准了ATEX指令，该指令在过去几年已经成为主导力量，但IEC最近提出了IECEx标准，试图协调世界各地的批准。许多“保护伞”覆盖了许多标准化领域，但它们都是重叠的。IECEx似乎是在试图为所有的伞罩上一把伞。然而，我相信迄今为止只有一个国家将其作为唯一有效的国家标准，那就是澳大利亚。”

协调

Everight的Schaevitz补充说，全球范围内的区域性认证体系可能已经建立了良好的监管环境，但它必须朝着统一的方向发展，因为所覆盖的行业在本质上越来越全球化。我们相信ATEX模型将引领那些寻求协调的人，因为它是作为“国际”社区标准颁布的。此外，创建ATEX的欧盟成员国与世界各国有着长期的经济和文化联系，这些国家希望更全面地融入全球经济……当然，没有人会像欧洲人那样搞官僚主义。”

目前，欧盟(EU)在产品上强制要求ATEX认证，不接受其他认证-尽管大多数人认为UL, FM和CSA认证与ATEX一样或更严格。与美国常见的类别/分区名称类似，ATEX区域分类包括:在正常操作条件下，连续或长时间存在可燃气体或蒸汽的可燃浓度区域为0区;第1区是指危险间歇性地出现，第2区是指危险只是偶尔或仅在异常情况下出现。”

FM Global集团成员、FM审批危险地点技术团队经理蒂姆·亚当(Tim Adam)指出:“在过去的一二十年里，区域分类系统的采用速度很慢。”“有三个区域，而不是两个区。在这一点上，FM approved根据区域要求以及北美等级/部门指定进行认证。”

亚当发现，最近的客户反馈反映出，随着制造商转向国际市场销售，对全球标准化的需求也在增加。他说:“我们已经将这一点考虑在内。”“我们对美国和加拿大都批准了。我们在英国开设了一个办事处，根据ATEX指令进行认证，这样我们就可以批准设备销售到欧洲。我们意识到上市时间对我们的客户非常重要，我们专注于确保我们所做的事情是快速完成的。”

大多数人都同意标准已经成为同一主题的变体，并支持整体标准全球化的需要。霍尼韦尔传感与控制战略营销总监Bob Nickels表示:“有些产品只能在欧洲销售，而UL/CSA永远不会批准它们在北美使用，反之亦然。”“我们有ATEX版本和UL/CSA版本的同一种交换机。这可能会成为库存的噩梦，并且获得所有这些批准涉及大量成本。如果我们想推出一种新产品，我们必须决定在哪里销售。”“然后，设计工程师必须根据所有要求进行设计。在产品开发出来之后，它必须经过每个地方的市场审批程序。”

尼克尔斯坚持认为，公司支持统一标准主要是出于这个原因。“设备的物理原理保持不变。这些变化发生在描述产品和进行测试的方式上。如果我们能在这些事情上达成一致，那么对多重、并行、冗余测试的需求就会消失。一旦满足了物理所规定的基本要求，供应商就可以自由地在任何地方销售产品。展望未来，我相信该行业将从全球角度看待所有标准。”

改变未来

全球化和一体化都受到技术进步的影响。FM Approvals的Adam指出，传感器的变化发生在控制电路中，而不是设备本身。“这些设备的作用要大得多。作为回应，我们必须考虑更多。我们需要确保这些改进不会导致额外的风险。”

霍尼韦尔的尼克尔斯承认，传感器技术是一项成熟的技术。“操作原理保持不变，但周边和支持组件有所改进。三四十年前，我们还没有固态设备。每一个传感功能都是通过某种机电接触完成的。现在我们有专门为危险地区设计的通信网络和系统。它们降低了系统成本，并允许在工厂或系统中使用更多的传感器。”

罗克韦尔自动化公司的产品营销经理Camilo Aladro也同意Nickels的观点。“25年前，开关功能主要由机电设备完成。新的标准，如IEC 61508[电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全]，是为新的基于微处理器的智能设备开发的。因为微处理器工作在微电压下，它们几乎是本质上安全的，至少在计算部分是这样。微处理器的电压已经下降;以前是5v，现在是3.3或1.8 V。”

危险永远不会消失，Aladro继续说道。“危险气体总是需要小心处理的。我们必须解决我们接近危险地点的方式，并减轻那里的危险。现在有智能设备可以做到这一点。传感器正在被设计和重新设计，以结合智能来完成检查校准等工作。其结果是智能仪器能够自我测试，以确保其正常工作。”

罗克韦尔公司的Pietrzyk总结说，危险区域传感器是SIS的关键部分。“今天，我们采用的流程标准是基于绩效的，而不是基于规定的。基于性能的标准从风险分析/评估开始，确定风险级别很有意义。除了保护人们，安全也是一门好生意，因为如果你的设备不爆炸，你就可以保持生产。”

欲了解更多标准化，请访问以下网站:

www.ansi.org(美国国家标准协会)

www.cenelec.org(欧洲电工标准化委员会)

www.csa.ca(加拿大标准协会)

ec.europa。欧盟/企业/ atex /指南(atex)

www.fmapprovals.com(工厂共同)

www.iec.ch(国际电工委员会)

www.isa.org(仪器仪表、系统与自动化学会)

www.nfpa.org(国家消防协会/国家电气规范)

www.ul.com(美国保险商实验室)

作者信息

Jeanine Katzel是Control Engineering的高级编辑。与她联络:jkatzel@reedbusiness.com．

在危险区域安全感知

QComp Technologies的总经理Doug Rutz说，这个仪表柜和相关传感器控制I类2类危险区域的一个非常大的气体压缩机。OEM设备旨在压缩几种可燃气体，适用于各种应用。他解释说:“316不锈钢面板暴露在自然环境中，只有一个简单的雪屋顶作为保护。”“它实际上是为蒙大拿州的一个装置而建造的。柜子内部是加热的，但外面的温度可以达到零下30华氏度。”

由于设备暴露在风吹雪、雨淋和灰尘中，机柜面板必须符合IP65 (NEMA 4X)标准。虽然Precision Digital公司生产的仪表适用于I类，Div. 2应用，但HMI要求使用定制的316不锈钢外壳，因此不适用。为了确保安全，面板后面75立方英尺的区域用压缩空气清洗。

鲁兹说:“我们喜欢这种计量装置，因为一种型号的计量装置可以满足我们所有的计量需求。可以在不从面板上移除的情况下重新缩放Loop Leader指示灯。如果客户想要改变仪表的范围，这是一件相对简单的事情，可以从前面板上完成。我们使用相同的仪表来指示压力、吸力、温度和电机电流。”

资料来源:Precision Digital和QComp Technologies。欲了解Precision Digital的更多信息，请访问

有所作为

全球销售的危险区域传感器必须在其销售的地区获得批准、评级或认证。插图显示了UL-CSA批准的产品之间的视觉差异(在本例中是a)

这些设备本质上是相同的开关，但不同之处在于BX设备左侧有一个金属夹具，需要用特殊工具小心地打开开关主体，并且需要在开关顶部有一个接地螺钉，以便直观地识别接地。与美国站点不同，欧洲站点不会自动接地，因为它们不一定连接到固定的钢管道。BX和LSX防爆限位开关系列适用于北美和欧洲石化和海上钻井设施中的阀门执行机构应用。(来源:霍尼韦尔)

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。