在線工業色譜儀的正壓防爆系統

趙一喆 劉 濤 胡述杰

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司，蘭州 730060)

天華化工機械及自動化研究設計院有限公司開發設計的TH1013在線工業色譜儀，適用于煉油、石化及化工等行業。由于化工產品大多都具有一定的易燃和易爆性，為確保生產裝置的安全運行，在線工業色譜儀電氣部件需按照國家防爆規程(GB 3836.1-2000《爆炸性環境用防爆電氣設備——通用要求》，GB 3836.5-2004《爆炸性環境用防爆電氣設備——正壓型電氣設備“P”》)的要求進行設計、制造和使用。國家標準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行前先進行換氣工作，即用足量的保護氣體通過正壓外殼內，使正壓外殼內爆炸性混合物濃度降至爆炸下限以下的過程，要滿足此項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，正壓外殼內電器設備不能帶電，只有滿足或高于標準要求的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行時，保護氣體連續通過正壓外殼，使外殼內保持相對環境的正壓力，阻止外部混合物進入正壓外殼；必須有可靠的措施保證正壓防爆裝置投入運行時，正壓外殼內正壓值低于或高于規定值時，正壓防爆裝置能自動切斷電源。

TH1013在線工業色譜儀的安裝儀表控制電器的電器腔就設計為正壓吹掃防爆型式。正壓防爆是指向正壓腔體內連續通入潔凈的保護氣體，通過各種保護裝置和自動控制裝置，使正壓腔體內的保護氣體相對于外部危險性環境大氣有一定的正壓，從而阻止易燃易爆混合物進入正壓腔體，使點燃源與外界的易燃易爆混合物隔離，實現防爆目的。正壓防爆設計對內裝電器元件無任何附加要求，通用性與互換性好，發熱元件亦可在正壓腔體內正常工作，相對其他防爆型式有一定的優越性。

在此，詳細介紹TH1013在線工業色譜儀正壓防爆系統的結構、組成和聯鎖控制機構工作原理。

TH1013在線工業色譜儀電器腔正壓防爆系統由電器腔體、保護的電氣器件、重錘式排氣閥和聯鎖控制機構組成。電器腔體外殼由鋼板制成，是符合國家標準規定的正壓外殼；內部安裝有控制部件的印刷電路板、接線端子板、電磁閥、交流-直流轉換器及顯示器等；重錘式排氣閥是保持電氣腔內壓力恒定的排氣機構；聯鎖控制機構是實現正壓防爆的自動聯鎖控制裝置，依據國家標準對正壓防爆安全措施的要求，聯鎖控制機構的結構配置如圖1所示。

2 聯鎖控制機構的工作原理

聯鎖控制機構的動作，包括換氣過程、正壓保護過程、斷電保護過程、儀表調試狀態和保護氣源。

2.1 換氣過程

用鎖匙將帶鎖調試/運行開關置于運行位，儀表風通過正壓通風口和補氣換氣口向電器腔(正壓充氣防爆腔)通入空氣，并通過重錘式排氣口排放置換。電器腔箱門關閉，門聯鎖閥閉合，延時氣閥開始計時15min后，驅動梭動閥，使氣/電繼電器吸合給色譜儀送電。

調節正壓通風口流量Q1為10L/min，補氣換氣口流量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 正壓保護過程

正常送電后，儀表空氣繼續連續通入色譜電器腔，使電器腔內保持相對色譜安裝環境的正壓力，阻止外部爆炸性混合物進入電器腔。此時，自動補壓裝置、正壓值過高、過低的聯鎖裝置和門聯鎖裝置均處于工作狀態。正常運行時，差壓變送器一直監測正壓充氣防爆腔的壓力，電器腔內的正常壓力在450Pa左右，當壓力低于某一設定值(通常設為350Pa)時補氣閥動作，開始對電器腔進行補氣；當壓力高于某一設定值(通常設為550Pa)時停止補氣動作。

2.3 斷電保護

當電器腔內的壓力不足200Pa或高于800Pa時，監測電路判定色譜處于非防爆安全環境，通過電磁閥驅動三通氣動閥，切斷空氣氣路，使氣/電繼電器斷開，從而自動切斷色譜整機電源，使色譜處于安全保護狀態。

聯鎖控制機構設計了門聯鎖裝置。當色譜工業運行時，由于誤操作打開電器腔的前門時，門聯鎖裝置動作，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。

色譜處于安全保護狀態時，需要由人工解除儀表的安全保護狀態，即打開色譜電器腔的箱門，按下正壓防爆聯鎖機構的復位閥按鈕，此時故障指示消除，然后再關閉色譜電器腔箱門，使色譜重新開始正壓換氣過程，15min后色譜恢復正常送電運行。

2.4 儀表調試狀態

儀表調試狀態指儀表在出廠調試或檢修維護需打開電器腔箱門進行電器及電路等器件的調試與檢修時，可用鎖匙將帶鎖調試/運行開關置于調試方式，儀表風驅動梭動閥使氣/電繼電器吸合，給色譜送電。此時，儀表的正壓防爆聯鎖機構的聯鎖保護失效，可打開電器控制部件箱門進行電器及電路等器件的調試與檢修。在保護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狀態。在調試方式時需確認儀表工作環境爆炸性混合物的濃度在安全范圍內。

2.5 保護氣源

聯鎖控制機構正常工作時，需要保護氣源連續供氣。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。吹掃聯鎖控制機構共設計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 結束語

TH1013在線工業色譜儀電器腔正壓防爆的設計完成后，進行了功能實驗，以氣動元件為主的聯鎖控制機構的防爆、抗震和運行可靠。實驗結果完全滿足設計要求，并且符合國家標準的有關規定。