本质安全:防爆箱之外的思考

当您为危险的生产环境制定安全计划时，您可能想要超越在美国流行了多年的防爆方法，并开始打破常规思考。特别是对于过程工业，是时候更仔细地审视本质安全了。

过程自动化是本质安全的最佳点。高级应用专家和技术支持主管詹姆斯•威尔金森(James Wilkinson)表示:“这就是内在安全性的亮点。MTL仪器例如，它描述了坦克液位测量的模拟信号返回到控制面板。“过程自动化是本质安全的世界。”

这是因为在低能量水平下，电压为24伏或更低，电流为300毫安或更低时，本质安全是最有意义的。这使得它非常适合于现场仪器，如热电偶，rtd，按钮，简单的发射器，低功率螺线管。对于变频驱动器、开关装置、科氏仪表——任何高压或高电流防爆的东西都更有意义。

“如果你正在运行一个90%是低压、低功率仪器的工厂，那你就需要坐下来看看本质安全问题了，”Robert Schosker说，他是本质安全、HART、电源、信号调理器和电涌保护的产品经理团队负责人倍加福．

本质安全适用于最危险的场所—I类，北美NEC标准Div. 1;欧洲/IEC 1区和0区。它被用于各种危险的工业——在炼油厂，上游石油和天然气，石油化工，制药，甚至食品和饮料。

威尔金森指出，本质安全在欧洲是第一安全运动，但在北美流行得比较慢。他说:“人们正在向内在安全转变，尽管这是一个缓慢的转变。”“北美的人们不理解这一点。年长的工程师不理解它是什么以及它是如何工作的;成本的节约和整体的易用性。”

内在安全有何不同

在保护危险环境方面，有三种基本方法:控制爆炸，即允许爆炸发生，但将其限制在给定的区域内，防止爆炸扩散到周围地区;隔离，从物理上隔离电气部分与爆炸危险;还有预防，将电能和热能限制在安全水平。

本质安全属于第三类。但Wilkinson说，在这个领域，人们普遍缺乏关于什么是内在安全以及需要如何建立这种安全的知识。

简而言之，本质安全系统的能量水平低到不能产生电弧或火花，因此不能引起爆炸。这与防爆系统不同，在防爆系统中，爆炸被简单地包含在一个外壳中，这样它就不会到达可能在大气中产生可燃混合物的危险物质。

像氢、乙烯、丙烷或甲烷这样的危险化合物的点燃方式不同，但它们都遵循一个基本的点火三角，这需要燃料、氧气和一个点火源，for的网络和接口部门主管兰迪·杜里克(Randy Durick)指出Turck．所有的保护方法都消除了一个或多个三角形组件。本质安全的工作原理是消除火源。他补充说:“由于受到本质安全屏障的限制，这种火花携带的能量不足以点燃。”

MTL营销总监丹尼•阿尔克莱(Dani alkay)说，从事这一行业有一段时间的工程师通常对防爆性能更感兴趣。“我有这个外壳，所以如果里面发生爆炸，我可以控制它。本质安全更多的是电的。你把电路设计成即使空气中有气体，即使有故障，它也没有足够的能量点燃。工程师们需要更多地以电力为导向。”

但防爆系统也有其自身的危险，特别是因为它们实际上并不能避免引起爆炸。“房屋的设计是为了防止爆炸。在故障状态下，它可能会造成爆炸，但容器会容纳爆炸，”杜里克指出。但如果容器上有腐蚀、划痕或切口，或者没有拧紧螺丝，那么在容器外可能会发生更大的爆炸，他补充道。

是障碍

尽管有些工程师很难相信一个小小的齐纳二极管屏障就能阻止爆炸，但它确实能做到。从本质上讲，齐纳势垒提供了一种简单的方法来控制能量水平。然而，一个关键的缺点是屏障必须连接到一个特殊的is地面。

Durick说:“它们需要非常完整的接地，而且更容易出错。”他解释说，例如，它们可以通过变得具有腐蚀性来开始积累阻抗。“这可能会导致能量无法被适当地转移到地面。”

Durick解释说，一种更新的替代方案是隔离屏障，它在安全区域(例如控制室)和活动区域之间创建一个光学隔离区。它提供电隔离，不需要专用接地。“它们稍微贵一点，但安装和维护要容易得多，”他说。

然而，它们通常需要单独的电源供应。电隔离器也更特定于应用程序，因为它们必须配置为数字或模拟使用;不是两者都有，齐纳势垒是可能的。

然而，隔离屏障的另一个好处是密度堆积。威尔金森指出:“每个隔离器可以放两个仪器，有时可以放四个。”齐纳屏障是每个屏障一个设备。所以你可以买50个隔离器，而不是100个齐纳屏障，这样既省钱又节省空间。”

这些方面，以及其他系统需求，都吓跑了一些人，他们担心系统太复杂或太昂贵。有些人会犯的一个错误是，拿一个防爆仪器，在它前面放一个屏障，把它叫做is电路。“事情不是这样的，”肖斯克说。“你必须做一些实体计算，检查电压、电流、电容、电感、功率……人们觉得这有点令人生畏。”

然而，一个IS系统并没有那么复杂，在行业中有大量的帮助来设置。杜里克说:“我们可以快速、轻松地为您进行实体匹配。”他解释说，提供商业和工业财产保险、承保和风险管理解决方案的FM Global帮助美国机构确定建立IS电路的参数。“它们告诉我们，我们的设备获得了哪些实体参数的批准。客户可以自己进行实体匹配，也可以得到我们的帮助。”

本质上，工厂需要关注三个设备的本质安全:电源，IS屏障和测量装置。“你只需要确保在选择设备时，根据实体参数选择彼此兼容的设备，”谷歌全球营销总监泰德•Dimm表示霍尼韦尔过程解决方案．“我不想过分简化，但实际上没有比这更重要的了。”

节约成本

该公司压力测量产品全球产品经理Roberto Zucchi表示，内在安全性值得为认证封隔器付出额外的成本，特别是在上游油气应用中，因为它可以比防爆设置提高安全性ABB．但是，虽然对安全电源等额外硬件的需求导致人们认为本质安全比防爆方案更昂贵，但事实并非如此。

用于防爆方案的管道是一笔相当大的费用。祖奇说:“取决于导管的长度，这可能是一个决定点。”

事实上，你不需要使用任何特殊的现场布线，威尔金森说。“最大的好处是节省成本和维护方便，因为你不需要特殊的电线或导管，所以这是一个整体上更容易使用的系统。”

Dimm说:“有了本质安全性，由于能量是有限的，而且不存储，这些电线就不需要用同样的方式保护。”“有了IS，即使你切断了电线，也不会造成问题。”

尽管越来越多的人意识到他们可以从内在安全中节省安装成本，但很多人仍然没有获得这些节省的好处，据Schosker说，他们仍然使用导管而不是电线托盘，并继续使用不必要的屏蔽电线。“他们没有充分利用内在安全性的所有好处，以及通用的布线方法，”他说。“如果他们这样做了，他们就会真正看到它的真正好处。”

肖斯克说，他曾在炼油厂工作过，在那里他使用防爆仪器、弯曲管道、浇注密封和其他一切必要的东西，本质安全“肯定有很大的意义”。“另一方面是停机时间，试图消除停机时间。有了本质上的安全性，我不必关闭整个过程。我可以取出电子设备，插入新的电子设备，然后我的仪器就重新启动并运行起来了。”

选择一个设备

Schosker说，尽管在早期，IS现场仪器的质量可能存在一些差异，但现在不同供应商之间的规格基本相同。

主要的现场仪器供应商正在设计他们的产品，以满足防爆和IS的要求。虽然从理论上讲，这可以使客户更容易地在货架上储存仪器，并在以后的领域中决定他们需要哪种类型的设备，但这实际上是为了仪器供应商的利益。

Dimm重申:“现在大多数制造商在生产他们的设备时，会同时满足防爆和本质安全的标准。”“外壳本身的设计是这样的，如果出现问题，爆炸会被控制住。开发一款同时满足这两个标准的产品相对容易。”

如今，要挑选出IS设备并不难，因为大多数设备都遵循标准，而且通常是相同的规格。世界各地有不同但相似的IS标准，因此您应该了解您要查找的是什么。

尽管您可能会检查您的仪器是否具有适合您所在位置的评级(是否为UL、CSA等)，但还有更多需要寻找的东西。Schosker解释说:“他们需要实际进入并查看并验证它具有他们要进入的区域的评级，比如I类、1类或区域环境。”

在北美，危险区域的分类是根据NEC第500条进行的。“等级告诉你它是气体还是尘埃;分部告诉你危险存在的概率;和群体告诉你危险的类型，”杜里克说。

I类，Div. 1区域在正常操作条件下持续或偶尔含有危险浓度的易燃气体、蒸汽或雾。Durick说:“如果我想用4-20毫安的模拟设备进行压力测量，我可以使其防爆。”“但它反而打开了内在安全的机会。”

对于I类，Div. 2，在正常操作条件下可能不包含危险浓度的易燃气体，蒸汽或雾，本质安全仍然打开了其他可能性，Durick补充道。

Dimm说:“我们真正关注的是第1部门的内在安全性。”

欧洲更倾向于三区模式。0区和1区与1区最直接相连，但并不完全相同。0区是最危险的，在那里使用的任何仪器都不能有足够的能量点燃燃料混合物。

“我们试图设计符合所有IS标准的设备;所有全球IS的要求，”祖奇说。

同样，这使得供应商更容易创建适合任何地方的设备，但这对用户来说可能并不重要。祖奇指出:“如果他知道这个项目将设在哪里，他就不会在意它是否符合所有国际标准。”“如果他在加拿大，他会确保它符合加拿大的规定。”

设置电路

拥有合适的IS设备是很重要的，但是正确设置IS电路同样重要。祖奇警告说:“我们看到世界各地的人购买了IS设备，但在当地做了一些不合适的事情。”“他们只是在连接线路，但并没有遵循内在的安全规范。或者他们安装的是未经伊斯兰国认证的设备。或者他们购买了IS设备，但没有使用屏障。”

关键是，用户需要确保他们是按照规格使用设备的。即使把设备涂成公司的颜色也会改变其性能。祖奇说:“为了不让静电在设备上附着，可以用一种特定厚度的氧化硅涂料来喷涂设备。”他还指出，他曾见过客户多次将其重新涂成自己喜欢的颜色。“它可能会产生火花，并可能使保护失效。”

IS系统是否有意义也取决于遗留系统。威尔金森解释说:“如果他们有一个现有的防爆系统，把所有这些东西取出来，再装上本质安全装置，成本和停机时间都将令人望而却步。”“通常情况下，你会在一个新的应用程序或新的安装中发现本质上的安全性。有时候，人们会在防爆设备已经到了生命周期的尽头时取出它，但这种情况很罕见。”

威尔金森说，让内在安全性在北美更深入人心的关键是确保年轻的工程师了解它的好处。他说:“当你观察危险区域时，本质安全是一种方法，可以在最坏的情况下，在全球范围内进行。”

栏:选择您的IS设备

喜欢这篇文章吗?在这里下载整个剧本。