在線工業(yè)色譜儀的正壓防爆系統(tǒng)

趙一喆 劉 濤 胡述杰

(天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計(jì)院有限公司，蘭州 730060)

天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計(jì)院有限公司開發(fā)設(shè)計(jì)的TH1013在線工業(yè)色譜儀，適用于煉油、石化及化工等行業(yè)。由于化工產(chǎn)品大多都具有一定的易燃和易爆性，為確保生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行，在線工業(yè)色譜儀電氣部件需按照國家防爆規(guī)程(GB 3836.1-2000《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備——通用要求》，GB 3836.5-2004《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備——正壓型電氣設(shè)備“P”》)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和使用。國家標(biāo)準(zhǔn)對正壓防爆安全措施的要求：必須有可靠的措施保證正壓防爆裝置投入運(yùn)行前先進(jìn)行換氣工作，即用足量的保護(hù)氣體通過正壓外殼內(nèi)，使正壓外殼內(nèi)爆炸性混合物濃度降至爆炸下限以下的過程，要滿足此項(xiàng)要求必須保證足夠的換氣量和換氣時間；必須有可靠的措施保證正壓外殼未形成正壓前，正壓外殼內(nèi)電器設(shè)備不能帶電，只有滿足或高于標(biāo)準(zhǔn)要求的50Pa正壓值時，方可送電；必須有可靠的措施保證正壓防爆裝置投入運(yùn)行時，保護(hù)氣體連續(xù)通過正壓外殼，使外殼內(nèi)保持相對環(huán)境的正壓力，阻止外部混合物進(jìn)入正壓外殼；必須有可靠的措施保證正壓防爆裝置投入運(yùn)行時，正壓外殼內(nèi)正壓值低于或高于規(guī)定值時，正壓防爆裝置能自動切斷電源。

TH1013在線工業(yè)色譜儀的安裝儀表控制電器的電器腔就設(shè)計(jì)為正壓吹掃防爆型式。正壓防爆是指向正壓腔體內(nèi)連續(xù)通入潔凈的保護(hù)氣體，通過各種保護(hù)裝置和自動控制裝置，使正壓腔體內(nèi)的保護(hù)氣體相對于外部危險性環(huán)境大氣有一定的正壓，從而阻止易燃易爆混合物進(jìn)入正壓腔體，使點(diǎn)燃源與外界的易燃易爆混合物隔離，實(shí)現(xiàn)防爆目的。正壓防爆設(shè)計(jì)對內(nèi)裝電器元件無任何附加要求，通用性與互換性好，發(fā)熱元件亦可在正壓腔體內(nèi)正常工作，相對其他防爆型式有一定的優(yōu)越性。

在此，詳細(xì)介紹TH1013在線工業(yè)色譜儀正壓防爆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成和聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)工作原理。

TH1013在線工業(yè)色譜儀電器腔正壓防爆系統(tǒng)由電器腔體、保護(hù)的電氣器件、重錘式排氣閥和聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)組成。電器腔體外殼由鋼板制成，是符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的正壓外殼；內(nèi)部安裝有控制部件的印刷電路板、接線端子板、電磁閥、交流-直流轉(zhuǎn)換器及顯示器等；重錘式排氣閥是保持電氣腔內(nèi)壓力恒定的排氣機(jī)構(gòu)；聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)正壓防爆的自動聯(lián)鎖控制裝置，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對正壓防爆安全措施的要求，聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)配置如圖1所示。

2 聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)的工作原理

聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)的動作，包括換氣過程、正壓保護(hù)過程、斷電保護(hù)過程、儀表調(diào)試狀態(tài)和保護(hù)氣源。

2.1 換氣過程

用鎖匙將帶鎖調(diào)試/運(yùn)行開關(guān)置于運(yùn)行位，儀表風(fēng)通過正壓通風(fēng)口和補(bǔ)氣換氣口向電器腔(正壓充氣防爆腔)通入空氣，并通過重錘式排氣口排放置換。電器腔箱門關(guān)閉，門聯(lián)鎖閥閉合，延時氣閥開始計(jì)時15min后，驅(qū)動梭動閥，使氣/電繼電器吸合給色譜儀送電。

調(diào)節(jié)正壓通風(fēng)口流量Q1為10L/min，補(bǔ)氣換氣口流量Q2為70L/min，電氣腔(正壓充氣防爆腔)凈容積V為140L，換氣時間T取15min，則換氣量N=T×(Q1+Q2)/V=15×80/140≈8，即換氣過程的換氣量為電器腔凈容積的8倍。

2.2 正壓保護(hù)過程

正常送電后，儀表空氣繼續(xù)連續(xù)通入色譜電器腔，使電器腔內(nèi)保持相對色譜安裝環(huán)境的正壓力，阻止外部爆炸性混合物進(jìn)入電器腔。此時，自動補(bǔ)壓裝置、正壓值過高、過低的聯(lián)鎖裝置和門聯(lián)鎖裝置均處于工作狀態(tài)。正常運(yùn)行時，差壓變送器一直監(jiān)測正壓充氣防爆腔的壓力，電器腔內(nèi)的正常壓力在450Pa左右，當(dāng)壓力低于某一設(shè)定值(通常設(shè)為350Pa)時補(bǔ)氣閥動作，開始對電器腔進(jìn)行補(bǔ)氣；當(dāng)壓力高于某一設(shè)定值(通常設(shè)為550Pa)時停止補(bǔ)氣動作。

2.3 斷電保護(hù)

當(dāng)電器腔內(nèi)的壓力不足200Pa或高于800Pa時，監(jiān)測電路判定色譜處于非防爆安全環(huán)境，通過電磁閥驅(qū)動三通氣動閥，切斷空氣氣路，使氣/電繼電器斷開，從而自動切斷色譜整機(jī)電源，使色譜處于安全保護(hù)狀態(tài)。

聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了門聯(lián)鎖裝置。當(dāng)色譜工業(yè)運(yùn)行時，由于誤操作打開電器腔的前門時，門聯(lián)鎖裝置動作，切斷空氣氣路，使氣/電繼電器斷開，從而自動切斷色譜整機(jī)電源，避免因誤操作打開箱門而引起的爆炸危險。

色譜處于安全保護(hù)狀態(tài)時，需要由人工解除儀表的安全保護(hù)狀態(tài)，即打開色譜電器腔的箱門，按下正壓防爆聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)的復(fù)位閥按鈕，此時故障指示消除，然后再關(guān)閉色譜電器腔箱門，使色譜重新開始正壓換氣過程，15min后色譜恢復(fù)正常送電運(yùn)行。

2.4 儀表調(diào)試狀態(tài)

儀表調(diào)試狀態(tài)指儀表在出廠調(diào)試或檢修維護(hù)需打開電器腔箱門進(jìn)行電器及電路等器件的調(diào)試與檢修時，可用鎖匙將帶鎖調(diào)試/運(yùn)行開關(guān)置于調(diào)試方式，儀表風(fēng)驅(qū)動梭動閥使氣/電繼電器吸合，給色譜送電。此時，儀表的正壓防爆聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)的聯(lián)鎖保護(hù)失效，可打開電器控制部件箱門進(jìn)行電器及電路等器件的調(diào)試與檢修。在保護(hù)氣體氣源不中斷的情況下儀表可正常供電，但此時儀表處于非防爆保護(hù)狀態(tài)。在調(diào)試方式時需確認(rèn)儀表工作環(huán)境爆炸性混合物的濃度在安全范圍內(nèi)。

2.5 保護(hù)氣源

聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)正常工作時，需要保護(hù)氣源連續(xù)供氣。氣源要求為無塵無油的潔凈儀表空氣，壓力400～600kPa，流量80L/min。

3 電器腔體的吹掃

TH1013色譜儀的電器腔有電器安裝腔、爐體后接線腔和前門腔。吹掃聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)共設(shè)計(jì)3根吹掃管分別吹掃3個腔體，并通過重錘式排氣口排放置換，保證電器腔內(nèi)吹掃置換時無爆炸性混合物殘留。吹掃工作原理如圖2所示。

圖2 電氣腔吹掃工作原理

4 結(jié)束語

TH1013在線工業(yè)色譜儀電器腔正壓防爆的設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了功能實(shí)驗(yàn)，以氣動元件為主的聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)的防爆、抗震和運(yùn)行可靠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全滿足設(shè)計(jì)要求，并且符合國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。