本质安全-区分事实与虚构

在工业应用中实现本质安全（IS）是让人员，工厂和产品远离风险的重要一部分。但我们对本质安全的理解达到了哪种程度，如何实现本质安全？

潜在易燃物质的存在几乎在任何行业都是很普遍的现象。不论是海上石油钻井平台、化工厂、面粉厂，还是滤水厂或汽车喷漆车间，如果易燃气体，尘埃或蒸汽积聚到足够浓度，都有发生火灾或爆炸的危险。本质安全（IS）是一种电气设计方法，通过确保转移到危险区域的能量远低于引发爆炸所需的能量来防止爆炸发生。这种能量可以以电火花或灼热表面的形式存在。

本质安全的主要优点是它为危险区域的所有问题提供了解决方案（对于需要有限电力的设备），并且是唯一符合这一标准的技术。此外，本质安全技术是普遍接受的技术，并纳入了所有地方立法：包括ATEX和OSHA。尽管如此，关于本质安全的普遍误解依然存在。以下是我们为您解读的五种误解。

误解1：添加IS接口将使我的设备真正变得安全

这是一个常见的误解，但也是一个潜在的危险。增加IS接口（隔离栅或安全栅）并不能使任何设备真正变得安全。只有通过安装经过专门设计以满足IS要求的设备以及合适的IS接口，才能达到减轻爆炸风险的目的。在通过导线让本质安全型设备互相连接后，每个设备的安全性会受到电路中其他设备性能的影响。IS技术依赖于正确的系统设计，本质安全成为了一个系统概念。其他防爆方法在一定程度上也依赖于系统概念，但它是本质安全的一个根本要求。

误解2：IS接口的安全描述与IS设备兼容，设计完成

仅通过检查IS接口的电压，电流和功率输出（Uo, Io和 Po）是否小于IS设备的电压，电流和功率输入（Ui, Ii和 Pi）来评估安全描述兼容性并不能保证为IS环境选择的元件有效工作。第一步是确保设备完全合规，符合相关安全要求。第二步与实用性有关。设备能正常工作吗？对于接口而言，这需要仔细检查电压和电流等运行参数。

为了说明这一点，让我们考虑一个带2线制回路供电变送器模拟量输入的应用（见图1）。这将具有最小工作电压，一般为10.5 V。IS接口必须能够在减去电缆中的压降后提供该电压。

图1—本图显示了一个带2线制回路供电变送器的模拟量输入

因此，我们可以看到，电缆电阻可能为26Ω，当电缆电阻为50Ω/km时，可以支持520米的电缆。然而，只要电源电压有很小的下降（0.6 V），就会导致环路故障。

隔离安全栅和有源安全栅提供最小保证电压，对于本应用中使用的典型隔离栅（如Eaton的MTL5541）而言，20mA时的最小电压为16.5V。因此，当可用的电缆压降为16.5-10.5=6V时，该解决方案提供了更大的工作裕量。

本质安全用户广泛采用的IS接口有两类：IS齐纳安全栅和IS隔离安全栅。最终用户现场通常会选择使用其中一种，因此建议他们继续使用相同的接口类型。这些接口具有完全不同的安装和维护要求，因此了解它们很重要。

大多数IS齐纳安全栅都是简单，多功能，回路供电的接口，需要一个严格控制的电源，危险和安全区域连接的可用电压有限。它们需要一个定期测试的安全接地，因为这是这项技术的安全性的基本要求。IS隔离栅更复杂，平均无故障时间（MTTF）更短。它们是专用的，可以与电压范围更宽的电源一起使用，可以在危险和安全区域连接中均可提供更高的电压，并简化了定期检查要求。

误解4：如果设备是经过认证的，使用什么电缆并不重要

由于电缆具有电感和电容，因而具有储能能力，可能影响系统安全。因此，系统设计对这些参数中的每一个参数的值施加了限制：但很少对可用电缆施加严重限制。

由于电缆故障是在系统分析时考虑的，因此在系统标准中并没有详细规定各个装置中的电缆类型。因此，选择哪种取决于可靠系统操作的需要。如果本质安全系统组合在一个多芯电缆中，那么就有特殊的要求。这些决定了必须考虑哪些额外的故障。

本质安全不需要用铠装或导管对电缆进行机械保护，允许使用常规仪器仪表用电缆，从而降低成本。电缆参数检查非常简单，只需电缆和现场设备的电容和电感小于安装设备的气体组的IS接口所允许的电容和电感。通常的做法是计算特定装置所允许的最大电缆长度，确保在设计电缆路线时不超过这一长度。

误解5：在Ex ic下，IS系统规则在2区不如在1区严格

这一误解源于对以前命名的曲解。本质安全采用“ia”，“ib”和“ic”三个级别的保护，平衡了存在易爆气体环境的可能性和发生可点燃情况的可能性。使用这些保护级别可确保适用于每个风险级别的设备可用（通常在0区使用'ia'，在1区使用'ib'，在2区使用'ic')。2区的命名表示爆炸风险罕见。

在将Ex ic纳入本质安全标准之前，设计人员必须评估不同布线方案的风险，并提供最低限度的安装指引。对于应如何在2区指定区域安装和维护本质安全型设备，现已有明确的指引。一个例子是要求从暴露的IS导体与非IS电路之间至少间隔50mm，这使得对过渡柜盘面的布局的要求变得清晰。

IS系统设计人员必须对设计的充分性以及与危险区域相关的系统使用的安全问题承担责任。因此，设计师必须具备适当的知识水平和培训，并应认识到正确进行分析的重要性。