把“爆炸精灵”关在瓶子里
许多工业必须经常处理爆炸、燃烧或爆炸、燃烧的材料。实际上，气体、蒸气或粉尘中的爆炸不是爆炸，而是介质的快速燃烧，最好的描述是爆燃。处理“来自地狱的媒体”通常需要许多专业设备和学科(从机械系统设计到满足众多行业协会……
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许多工业必须经常处理爆炸、燃烧或爆炸、燃烧的材料。实际上，气体、蒸气或粉尘中的爆炸不是爆炸，而是介质的快速燃烧，最好的描述是爆燃。处理“来自地狱的媒体”通常需要许多专业设备和学科(从机械系统设计到满足众多行业协会和监管机构，如API, AGA, OSHA, USEPA, UL, FM等，仅举几例)。
所有制造“东西”的过程都需要仪器来监测介质，因为它经历了化学变化或跟踪成分混合或混合过程中的条件。因此，压力、温度、液位、流量和其他特殊仪器必须与一些非常易燃和高度易爆的材料接触，这些“精灵”与纳尔逊少校神话中的、无法理解的朋友相距甚远。
定义危险
虽然加工厂中存在的介质类型决定了在潜在爆炸性应用中“物有所值”的数量(参见危险区域分类)，危险区域分类为I类，确定了必须采用的国家电气规范(NEC)保护方法。
由于气体和蒸汽总是存在，一级应用需要“英勇”的步骤来避免可能的灾难。这些区域的传感器必须采用以下几种方法中的一种进行保护。这些包括使用防爆设计，本质安全结构，或使用吹扫或加压外壳。
另一方面，分部2区域需要的保护方法通常局限于传感器及其相关电子设备的设计。这些技术包括封装/密封、非燃烧设计、非火花设计和使用油浸。这些基本的设计考虑只是将潜在的引燃源(热、火花或火焰)与爆炸性或可燃介质隔离开来。然而，由于第2区实际看到气体和蒸汽的可能性非常低，这些方法被认为足以应付这些不经常和通常短暂的暴露。
2-wire-bad, 3-wire-good
即使是看似简单的应用，如在高温炉或窑炉中使用的双线热电偶也可能对人员构成危险。据Eurotherm/ barber - coleman 's Loves Park的高级应用工程师丹尼斯·哈布莱维茨(Dennis Hablewitz)说。K型热电偶可以从这些应用中使用的高压电加热器中拾取共模噪声，从而在热电偶引线和地之间产生危险的高电压。像这样的杂散高压会导致电弧——在易燃的情况下很危险——并对工人造成触电危险。
“在任何一个引线上看到高达380伏的电压都很常见。这个问题是由于热电偶的陶瓷保护管和炉绝缘体在高温下都不作为绝缘体引起的(见附图)。两者都在大约700°C时开始导电。一旦高温超出其绝缘能力，加热器负荷故障可通过金属炉壁传导至保护管。哈布莱维茨说，从这一点开始，加热器的电位就会直接到达测量仪器，这是一种危险但并不罕见的情况。
在这种情况下，使用三线热电偶解决了这个问题。哈布莱维茨补充说，测量连接处的第三根导线系在炉壁的接地上。
不好的气体
监测废水工业中的沼气池气体流量是仪表在潜在危险情况下工作的另一个例子。甲烷气体是沼气池运行的副产品，被归类为d类。a沼气池基本上是一个“炊具”，它在压力下加热污泥，产生一氧化碳的混合物2和甲烷。流量计安装在48英寸。输出线提供了微生物提示过程工作情况的指示;高流量表明反应效率高。甲烷气体经过净化后，可以在公司内部为其他设备提供动力，也可以卖给热电联产或独立的发电厂。
国际流体元件公司(FCI, San Marcos, california)在国际上为这些应用提供流量计，特别是型号GF90。该传感器使用低瓦数加热器，并将rtd封装在不锈钢热电偶中。这种非燃烧设计允许传感头直接放置在气流中。高级应用工程师Glen Fishman表示:“由于封装的传感器不会被介质流损坏，因此不会在过程中产生火花。此外，低瓦数加热器增加了这种设计的安全性。
艰难的事情
是什么使仪器本身防爆?根据设备尺寸的不同，可以采用任何数量的设计改进，使传感器不能通过提供火花或明火点燃爆炸性环境。Barksdale Inc.(洛杉矶)压力和温度开关产品经理Charles Isaac表示，所有类型的小型仪表都可以设计成防爆状态。例如，Barksdale最近推出了一系列紧凑型压力开关，这些开关通过了UL-， CSA-和cenelee的防爆认证。
从设计的角度来看，较小的设备通常更容易防爆。外壳、垫圈、紧固件和盖在操作故障时必须保持其完整性。它们还必须能承受高压、冲击和振动。盖板和检修板必须是防篡改的。传感器通常是密封的，以排除周围的恶劣气氛与任何火花源接触。此外，配合表面完全密封或永久密封，以防止泄漏。
“隐藏”这
保证仪表设计的安全不能总是机械地完成。当故障仪器被埋在热电套管中或像防爆设备一样包裹在定制外壳中时，防止它引起火灾和爆炸是一回事。然而，“悬挂”在充满挥发性液体的容器顶部测量液位的仪器通常既不埋置也不封闭。本质安全(IS)等级可能是唯一的出路，因为IS设备不能产生火花点燃爆炸性环境。看到防止悲剧发生侧边栏。
Ametek Drexelbrook (Horsham, Pa)提供防爆外壳的液位仪表，其中许多被设计为本质安全的危险区域。根据产品支持经理Bill Sholette的说法，仪表级本质安全的好处是:
仪器/变送器外壳可以在危险区域打开，没有爆炸的危险。
在打开保护外壳之前，不需要使用手持监视器“嗅探”该区域。
由于不需要导管和防爆外壳，因此通常降低了安装成本。
在过程仪表领域，对同一设备使用一种以上的保护方法是一种常见的做法，即使它看起来像“穿着带和吊带的裤子”，具有本质安全输入的电路可以安装在隔离或防爆的外壳中。一般情况下，如果采用适当的单一保护方法并符合相关标准，混合系统安装并不困难。
肖莱特继续说:“Ametek Drexelbrook的许多水平仪都具有本质上的安全性和防爆性。”“尽管增加了成本和安装时间，许多过程工业用户还是指定了这些类型的仪器。”
没有忘记
眼不见并不意味着心不烦。仅仅因为传感器可以远程安装，并不意味着在潜在的恶劣环境中，它们就不会成为可能的点火源。在GE有机硅(纽约州沃特福德)的案例中，在混合操作中移动温度测量源带来了另一个问题。
硅粉和其他原料混合并加热到100至200℃之间的温度。这个想法是去除位于水壶底部的高维护热电偶，并将它们重新定位为混合器盖子上的四个非接触式设备。然而，在新的位置上，在混合过程中有时会释放出爆炸性气体，这无疑是一种安全隐患。利用红外传感器的准确性和稳健性需要安全备份，这是来自Raytek公司(Santa Cruz, Calif.)的本质安全单元的形式。
该公司表示，在安装时，Raytek的Thermalert TX是唯一可用的本质安全设备。安装非常成功。通用电气(GE)控制系统工匠鲍勃•斯克里蒂(Bob Secreti)表示，迄今为止，最大的好处是产品质量的一致性。我们也有更少的维护问题;传感器可以正常工作。”
在当今的工艺工厂中，确保工人的安全通常需要控制工程师对许多安全技术有第一手的了解。这些措施可以从奇异的软件启用的工厂安全关闭序列到爆炸控制技术的基础。尽管在整个计划中，仪表级安全似乎是非常基本的，但它往往是防止不可想象的悲剧的第一道防线，是一个没有人想要打开的精灵。
有关相关信息，请访问控制工程在线的过程和高级控制频道的“安全系统”区域www.globalelove.com。
防止悲剧发生;预防与遏制
除非工艺介质是完全惰性的，否则在发生报警情况时，存在火灾、爆炸、腐蚀和/或环境破坏的可能性。在这些灾难中，爆炸和火灾对工厂人员来说往往是最致命的。
有几种方法可以防止爆炸。一种方法是限制危险区域可用电能的数量。控制电压和电流等电气参数需要使用被称为本质安全(IS)屏障的能量限制装置。IS屏障限制了被保护屏障中可用的功率水平。如果不会产生火花或过热，也不会发生火灾或爆炸。虽然在欧洲使用了很多年，但本质安全直到1990年才被纳入美国国家电气法规。
本质安全电路包含三个组成部分:目标器件、IS屏障和布线。保护区内的设备可分为简单(触点、电阻、热电偶、rtd等)或复杂(变送器、继电器、螺线管等)。复杂的设备通常有复杂的电路，可以储存多余的电能，通常被安全测试和认证机构认证为“本质安全”，比如Underwriters Laboratories(伊利诺伊州诺斯布鲁克)或Factory Mutual(马萨诸塞州诺伍德)。
选择合适的IS屏障需要计算简单器件的开路电压和短路电流。对于复杂的器件，必须计算允许的电容值和电感值。然后将结果与为各种易燃/易爆介质(气体、蒸气、空气中的灰尘或纤维等)计算的点火曲线进行比较，以确定可用能量是否低于点火所需的量。
蛮力法
防爆外壳提供了一种强力方法来防止或控制潜在的爆炸情况。这些沉重的铸造(通常但不总是)设备的特点是密封和安全固定的入口门。它们保护内部的正常功率级设备不与爆炸性环境接触。即使在故障条件下，由于密封容器内燃烧的空气有限，通常也不会发生爆炸或火灾。如果真的发生爆炸，外壳的强度足以容纳爆炸。
尽管在防爆外壳设计上有很多改进，但事实仍然是它们体积庞大，由于它们的重量而难以安装，并且不是最方便的外壳。此外，如果要保证密封、垫圈和净化系统的完整性，则需要对其进行检查和维护。事实仍然是，在经常遇到高压和高电流并且很少重新配置过程系统的行业中，防爆外壳仍然是防止工业悲剧的实用方法。
气体储存设施通过组合总线系统最大限度地提高仪器安全性
位于路易斯安那州杜巴赫郊外的Reliant能源管道服务公司Unionville压缩机站。该公司从德克萨斯州东部和路易斯安那州北部的气田接收天然气。最近，该公司升级了其Unionville Station物业的危险和非危险区域的硬件和控制系统。该项目的主要目标是增加更多的现场设备，以提高测量流量、温度和压力的准确性。它包括PLC系统的升级和总线架构的升级。以前的系统使用过时的plc和严重过时的总线架构。它采用直接硬接线，基于4-20 mA控制回路技术和与电流回路系统一起使用的相应类型的现场设备。在考察了几个供应商的选择，以及各种系统方案的优缺点之后，Reliant Energy决定使用西门子Simatic plc和西门子Profibus现场总线系统。
新系统总共使用了9个基于Simatic 505的plc。其中两个plc负责向计量领域发送和接收数据，指定为东计量运行和西计量运行。酒店的中心是一个24小时值守的控制站，配有大屏幕人机界面(HMI)监视器。这些显示器的屏幕显示是用Intellution软件设计的。plc通过以太网骨干连接到hmi。
安全巴士选择
Profibus广泛应用于离散制造业务，也应用于过程工业，特别是需要通过单一总线系统连接无害和危险环境的混合环境。对于需要快速、开放通信的应用程序，吞吐量通常设置为1.5 Mb或12 Mb，具体取决于速度要求和其他因素。Profibus-DP具有11位字符格式，在潜在的爆炸环境中使用并不具有本质上的安全性。另一方面，根据IEC 1158-2, Profibus-PA通常以31.25 Kbit/秒的速度工作。它使用8位字符格式，根据IEC H1和CENELEC被评为本质安全。使用特殊连接和耦合模块的组合作为一个简单的网关，用户可以连接Profibus DP和Profibus PA总线系统，因此网络之间的数据传输是“解耦的”。
通过使用Profibus DP/PA耦合器，可以通过单个连接模块连接多达五个PA运行。尤宁维尔设施的东部和西部总共需要六个连接模块。这允许30pa电缆进入各自的计量领域。对于每个连接模块和五耦合器组合，所有线路都具有物理隔离的电源，但在通信方面构成一个总线系统。设备两侧(东部和西部)的连接模块是菊花链，一条DP线通向分配给计量运行的两个plc中的每一个。
使用标准的西门子Step 7 PLC软件编程工具，用户可以配置PLC和Profibus系统。从过程控制系统的角度来看，DP/PA链路是模块化的从属链路。该从站的各个模块是连接到系统下层Profibus PA端的计量设备和其他现场设备。计量设备和其他现场设备通过DP/PA链路间接寻址。Profibus连接模块保留1个Profibus DP地址，节省了PLC系统的寻址能力。这意味着从PLC的角度来看，系统使DP/PA耦合器不可见。将电报传递给连接模块的耦合器不需要单独的总线地址。
节约成本
更少的硬件组件，减少了安装时间，避免了将Profibus PA电缆封装在防爆导管中，节省了资金。与使用防爆导管和硬接线的4- 20ma系统相比，项目管理团队估计可节省高达80,000美元的成本。开放式金属槽连接到天花板上，电缆完全暴露在外，方便了电缆的访问和可见性，同时仍然满足安全要求。
危险区域分类
| I类:易燃气体和蒸气 | A组:乙炔 |
| B组:氢，丁二烯环氧乙烷，环氧丙烯 | |
| C组:乙烯、焦炉煤气、乙醚、二甲醚 | |
| D组:丙烷、丙酮、醇类、氨气、苯、丁烷、乙烷、乙酸乙酯、汽油、庚烷、己烷、甲烷、辛烷、戊烷、甲苯 | |
| 二类:可燃粉尘 | E组:金属粉末 |
| F组:煤、焦炭、粉尘 | |
| G组:颗粒、塑料粉尘 | |
| 第三类:可燃织物和纤维 | 木屑、纸纤维、棉纤维 |
在北美，危险区域使用两个基本参数进行分类:可燃材料的类型和存在危险材料的可能性。美国国家电气规范和加拿大电气规范将可燃材料分为三类:气体、粉尘和纤维。气体和粉尘被细分为具有相似爆炸潜力的类别。下表按易燃性降序列出了每一类中的一些典型材料。
除了对危险物质进行分类外，该区域还根据这些物质存在的概率来定义。第一类区域被定义为在正常操作条件下可能存在有害物质的区域。另一方面，第2区被定义为仅由于泄漏、通风故障或意外故障而产生危险的区域。这些地区发生危险的可能性很低，因为只有漏油或设备故障等意外事故才会造成危险情况。在指定的2区，存在有害物质的可能性必须小于1%。
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