什么是安全栅？它都有哪些种类和应用

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时间 2020-11-23 01:48:36

近几年来，随着中国炼化一体化进程的推进，石油炼化厂、化工厂越来越多。由于石油及其相关产品大多具有易燃易爆特性，所以一定要使用安全、有利的防爆方法，以确保安全。安全栅作为本安电气设备与非本安电气设备之间连接的电气设备，能够有效地提高石油化工企业生产过程中的安全性。

仪表安全原理与本质安全技术

仪表安全原理

Instrument Safety Principle

当易爆物质、氧气、引爆源这三种情况同时出现时，就会引起爆炸。如果我们能消除任意一个爆炸形成的条件，就能保障现场仪表设备的安全。空气中的氧气无法控制，因此控制易爆物质和控制引爆源是目前较为常用的安全原理。在仪表行业，控制爆炸范围也被列为常用的安全原理。安全栅能够限制现场仪表的电能量，使其无法产生能够引爆的火花和引爆的仪表表面温度。本质安全技术能够消除隐患，保证现场的安全。

危险区域危险性的分类、分级、分组

TITLE CONTENT

爆炸性气体分类见下表。

危险气体场所划分为3个不同的区域，见下表。

爆炸性气体的温度组别见下表。

安全栅的作用和种类

本质安全（IS）是仪表系统采用的防爆技术，安全栅设置在安全区域的控制室设备与危险区域的本安设备之间，传输信号或能量。安全栅利用电路限流限压，从而约束安全区域传递能量给危险区域设备。

处于危险场所的本安设备在这样的能量下能够正常工作，但这样的能量不足以引燃爆炸环境，即使本安设备自身发生故障，也不会产生任何足以引燃的电火花或发热表面。因此，无论是安全场所的控制室设备还是危险场所的本安设备发生故障，只要安全栅的限流限压电路正常工作，整个系统都会处于安全状态，不会产生爆炸。

安全栅分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅两类。

齐纳式安全栅是最早出现的安全栅。它的核心元件是齐纳二极管，限流电阻及快速熔断丝，原理图如下图所示。

齐纳式安全栅原理图

齐纳管电流简单，在现场使用时容易出现系统电源波动、干扰，导致设备损坏，并且由于其需要本安接地，因此在实际应用中较少。

隔离式安全栅不仅能够限压限流，还能电流隔离。隔离室安全栅主要由限能单元、信号及电源隔离单元、信号处理单元组成，基本功能电路如下图所示。

隔离式安全栅原理图

与齐纳式安全栅相比，隔离式安全栅在性能上大大优于齐纳式安全栅：

①采取三方隔离方式，不需使用隔离式仪表；

②降低危险区的仪表要求，现场不需使用隔离式仪表；

③运行过程中稳定性和抗干扰能力大大增强，使整个系统的可靠性大幅提高；

④有强大的信号处理能力，可以接受并处理多种信号，例如热电偶、热电阻、频率等信号；

⑤为同一信号源的两台设备提供两路相互隔离的信号，并且两设备信号无干扰，同时所连接设备互相之间的电气安全绝缘性能也有所提高。

安全栅在仪表中的应用

在石油化工生产过程中，需要利用现场仪表对压力、温度、流量、液位等方面的进行监测，以此保障生产能够正常顺利地进行。安全栅作为仪表控制系统的安全保持器，它需要接收并处理来自危险区的信号，并传送给安全区或危险区处理后的安全信号。尽管现场仪表信号类型各不相同，但是从整体而言，基本上可以分为两种：输入安全栅和输出安全栅。输入安全栅主要根据标准4~20mA信号/1~5V信号、热电阻和热电偶信号、开关量信号、通信信号、交流信号和其他非标准信号等几种类型信号进行设计；输出型安全栅主要根据标准 4~20mA信号/1~5V信号、开关量输出信号、通信信号等几种类型信号进行设计。

在生产设计中，模拟量输入安全栅和模拟量输出安全栅被广大设计人员接受并运用在工程中。模拟量输入安全栅通常与2线制、3线制变送器或4~20mA信号结合使用，模拟量输出安全栅通常与调节阀结合使用。隔离式安全栅的运用，在很大程度上提高了仪表系统的稳定性。它把适合的电量提供给现场仪表阀门，同时又把由仪表阀门输出的4~20mA DC电流信号隔离转换成DC电流信号或DC电压信号后输出，提供给仪表阀门。

安全栅在石油化工生产技术应用中的注意要点

从目前来看，本安系统已被当作设计标准，为各个领域所应用。在生产中，安全栅选型要符合现场需求，在使用过程中还要注意以下问题，这样才能达到预期效果。

关于防爆

安全栅需要满足现场所需的防爆等级要求，确保电缆及现场设备的蓄能，以保障电缆和现场设备的容抗和感抗功能。

关于接地

齐纳安全栅安装时，需要有非常可靠的接地系统，并且其接地电阻必须小于1欧姆。

关于仪表

根据现场仪表信号类型选择适合的安全栅。

关于电缆