化工仪表设计中的防爆问题及对策

赵 乾

（新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐 830021）

在工业生产的过程中，化工仪表可以监控设备，根据示数掌握设备的运行情况，如果设备在生产中出现问题，则通过分析数据的方式可以掌握故障的位置、类型，进而为故障处理提供更多参考依据。随着化工生产效率的提升，生产对化工仪表有了更高的要求。为了保障生产的安全性和稳定性，需要做好化工仪表的设计，尤其要提升化工仪表的防爆能力，保障仪表的使用安全，减少生产中的安全隐患。

1 化工仪表爆炸性区域划分

1.1 爆炸性区域规划

目前，我国已经统一划分了化学工业爆炸性区域，在这方面制定了明确的标准依据。根据GB50058—1992中的内容，爆炸性区域可以分为2种类型，一种是爆炸性危险气体区域，另一种是粉尘性危险区域，该规范还采用了统一的数字标示，具有良好的参考作用。爆炸性危险气体区域的标准中，0标示的是危险性最高的区域，而1则是危险性仅次于0的危险区域，2则代表危险性较轻的区域；在粉尘性危险区域中，10代表危险性最高的区域，11则代表危险性较低的区域。可以看出，0、1、10三处区域的危险性最高，很容易发生爆炸。不仅如此，在防爆型化学仪器使用的过程中，作业人员必须要做好防爆标记，通常在仪表表面标记，确保运检维修时可以采取有效的预防措施，保障运检维修的安全性。

1.2 防爆型仪表划分

根据相关的规章和规范，化学仪表可以分为多种类型，包括防爆型、无火花型、正压型等。由于化学化工行业的危险性特点，所以对爆炸性物质的划分比较严格也比较详细。其中，爆炸性物质可以分为1类、2类和3类，1类为矿井甲烷，2类为爆炸性气体。爆炸性气体可以分为3个传爆级别，分别是2类A 级、2类B 级和2类C 级，其中2A 包括甲烷、乙醇等气体；城市煤气、乙烯硫化氢属于2B 组分；2C 则包括氢等气体，爆炸性气体属于2类爆炸性物质，粉尘则被分为3类爆炸性物质。所以，在化工仪表设计的过程中，要根据具体的规章、规范进行设计，从爆炸区域、危险性等多个角度着手考虑，采取有效的防爆措施，确保仪表可以安全稳定地发挥作用，从而保障化工化学生产的安全稳定，促进行业效益的提升[1]。不同类型的防爆仪表功能不同，可以在不同的爆炸分区中使用，通常采用数字进行危险性划分，根据具体的危险性，可以采用A、B、C 进行表示，结合起来表示为2型C 类等。

1.3 化工仪表的选择

在防爆仪表选择的过程中，一定要参考详细的化工设计情况，确保良好的防爆效果。实践表明，仪表设计的过程中要根据危险性区域类型和设备类型进行选型。通常，如果在0区中使用，由于危险性较高，所以一定要选择防爆效果较好的仪器，以安全型仪表电路为主；如果在1区中使用，则除了N 型外的防爆仪表均可使用；如果在2区中使用，因为危险性相对较低，所以对防爆仪器的选择要求并不是十分严格，根据具体使用需求选择即可。在化工仪表设计的过程中，还要参考设备类别进行选型，确保防爆仪表的类型符合规范要求和生产需求，降低生产中的安全风险，确保仪表可以充分发挥作用。通常，2蒸汽或气体选择2C 设备；2A 蒸汽或气体选择2A、2B 或2C 设备；2B 蒸汽或气体选择2B 或2C 设备。不论如何，在化工仪表设计的过程中，都要重视仪表类型的选择，确保其可以承受爆炸压力，同时还要保障外壳的质量，使其可以发挥防护作用，为化工仪表的安全运行保驾护航。

2 化工仪表防爆的原理

2.1 控制易爆气体

在危险场所中，也就是具备爆炸三个条件的工业现场中，可以通过人为的方式营造没有爆炸气体的空间，然后将仪表安装在这个空间中。在密封的箱体中，充入不容易发生爆炸的洁净或惰性气体，使箱内气压比箱外的气压高，然后在箱内安装仪表。普遍采用在线分析仪表的防爆手段，利用计算机、PLC 等仪表掌握正压型防爆仪表柜的使用情况。及时了解仪表是否存在爆炸风险，切断爆炸的条件，从而避免爆炸风险的产生。

2.2 控制爆炸范围

人为会控制爆炸的范围，使其在规定的范围之内，避免在爆炸后引发大规模的伤害问题。可以根据隔爆型防爆方法Exd 进行研究。将坚硬的外壳包裹在仪表的外部，严格按照标准要求进行仪表的设计、制作和安装，如果内部出现爆炸问题，则外界危险性气体不会受到影响，进而避免爆炸范围的扩大。在防爆设计的过程中，应该根据规范要求进行设计。不过这种方式会增加仪表的重量和体积，在使用的过程需要先采取相依的处理措施，但在防爆处理中，这种方式的效果较好。可以根据利弊进行权衡，合理判断是否选择这种防爆方式。

2.3 控制引爆源

从源头上进行控制，可以很大程度上降低爆炸的风险。主要对可能引起爆炸的火花进行人工消除，也要对表面温度进行控制，避免温度过高引发爆炸。可以采用安全栅技术，限制现场仪表获取的电能量，使其控制在不会引发火花的范围内，同时确保仪表表面温升符合安全规范。该方法不论在设备正常工作还是发生故障的时候，都不会造成爆炸性气体混合物发生爆炸。

3 化工仪表设计中的防爆问题及对策

3.1 防爆措施

在化工仪表设计的过程中，为了确保安全，需要采取有效的防爆措施，使化工仪表既满足使用需求，又具备良好的防爆效果。在化工仪表设计的过程中，应该选择隔爆型仪表，其具有良好的性能，有助于安全系数的提升，进而有效减少生产中的安全问题。要避免化工仪表的爆炸问题，应该采用科学有效的设计方式，结合先进的设计理念，采取合理的防爆维护设备，全面提升化工仪表的安全性。在设计环节，要根据实际生产情况和工艺要求进行设计。在隔爆型仪化工仪表应用的过程中，可以从内而外的提升仪表安全性。采用防爆外壳，可以确保仪表运营安全，有效降低爆炸概率[2]。在使用的过程中，首先要做好各类仪器、设备的配置，将容易出现火花的各类仪器放在防爆外壳中，包括仪表传感器、电子电路等。这样即使出现爆炸问题，也可以在防爆外壳的防护下减少损害，确保各个设备可以继续运行。研究表明，可以采用隔爆型电气设计的方式，在设计的过程中要注意外壳长度、间隙的把控，确保各项设计参数符合要求，全面提升化工仪器的防爆效果。

3.2 实际应用

以石油化工仪表设计中的防爆问题为例，在设计应用的过程中，要根据爆炸性介质的性质选择仪表设备，也就是根据爆炸性介质的类型、级别和组别进行选择。设备标识在介质标识之上才可以选用。在石油化工领域，本质安全仪表、防爆型仪表的应用最为广泛。前者具有适应范围广的特点，可以在各类仪表环境中应用，不必对爆炸性气体成分进行考虑；后者利用外壳承受爆炸混合物的冲击力，具有阻止爆炸范围扩大的效果，所以隔爆型仪表的外壳更加牢固，在设计上的要求也更加严格。

本质安全防爆系统的构成部分包括：现场本质安全仪表、本质安全电缆、安全栅。现场仪表包括各类一次检测仪表，可以应用在危险场所，两线制变送器具有一定的代表性，其采用的本质安全电缆会附带专门的接地线，采用耐久性较高的纯蓝，与其他电缆有一定的区别；安全栅主要分为两类，一种是齐纳式安全栅，另一种隔离式安全栅。前者的缺陷较多，适用范围比较狭窄，所以在工程设计中的应用次数逐渐减少。后者价格成本较高，但应用优势比较明显，同时可以为用户提供更多便利，所以大部分工程设计都会采用隔离式安全栅。安全栅可以限制窜入现场设备的能量，使其保持在安全范畴，从而保障现场生产施工的安全。系统回路采用安全栅为界限，将电路分成两种，一种是本质安全电路，另一种是非本质安全电路。安全栅通过本质安全电缆与现场仪表进行连接，进而构成完整的电路，也就是本质安全电路；安全栅本安端采用蓝色标记，与非本安端电路的接线导线在分开铺设在汇线槽中，分别采用独立的保护套管，确保二者互不干扰。本安侧的配线套管中不能设置其他电源线，也包括本安电路的安电源线。本安防爆也就是整体防爆，做好各方面的防爆工作，包括现场设备、安全栅等，同时要认证机构签发相关的联合取证，以确认本安回路是否安全可靠[3]。现场设备如果比较简单，则不需要采用本安认证的方式，与取得认证的安全栅进行配合即可，构建效果良好的本安防爆回路。简单设备包括热电偶、发光二极管、触点开关等，其中不包含储能元件。

在0 区之中，要采用Exia 等级的本安防爆技术。所以，本质安全防爆技术复合应用需求，不仅安全可靠且可以广泛应用。本质安全型仪表设备根据不同的安全程度、场所可以分为两种，一种是Exia，另一种是Exib。前者的防爆级别高，在正常工作状态下或电路出现2起故障的情况下，电路元件也不会燃烧或爆炸。在ia 型电路中，工作电流不超过100mA，可以在0/1/2三个区域中使用。Exib 级本质安全仪表正常工作或电路故障仅有1起的情况下，电路元件不会出现燃爆的情况。Ib 型电路中，工作电流不超过150mA，可以在1/2两个区域中使用。隔爆防爆系统不需要本安电缆和安全栅，采用可靠的隔爆外壳即可，该外壳可以将可能产生火花、危险温度的仪表设备保护起来。其设计方式与隔爆型电路、电机的设计方式相近，主要对外壳的配合面间隙、长度进行控制。

本安和隔爆型控制柜可以在安全区中安装，本质安全型防爆技术的控制系统普遍采用PLC/DCS，柜内配备安全栅，从危险区返回的信号经过安全栅之后与控制系统的输入或输出模块连接。我国通常会采用本安防爆型技术应用于控制系统输入信号，输出信号则受到各类因素的影响，普遍采用隔爆型防爆技术。

4 结语

在化工生产的过程中很容易发生爆炸危险，为了确保设备仪表的安全运行，在仪表设计的过程中，要采取有效的防爆措施。为此，要明确具体的爆炸区域、仪表划分等，根据实际需求进行合理的选择和设计，保障防爆效果。