自控仪表中的防爆技术

　　1　引言

　　近年来我国很多化工企业相继从国外引进了不少先进设备和配套仪表,经过较长时间的运行,大部分仪表已接近更换期,如果再从国外引进,不但价格贵,而且供货周期长。在国内防爆仪表不能满足要求的条件下,经过对国内诸多大型化工企业用表需求量的调研之后,设计了液体压力式防爆仪表,以满足用户需求。

　　2　结构组成和工作原理

　　液体压力式防爆仪表的结构组成如图1所示。

　　液体压力式防爆仪表主要由信号采集和传输机构、信号放大机构、显示窗口终端、信号转换和壳体等部分组成,其工作原理如图2所示。

　　液体压力式防爆仪表是利用温度敏感元件中介质体积和压力变化之间的关系工作的。当外界温度变化时,由于信息采集和传递机构中温度变化引起介质体积和压力的变化,导致由弹性敏感元件组成的传感器将温度变化转换成角度位移变化,此位移经过多级放大机构放大后,一路经过显示终端对现场信息进行显示,另一路经过信号转换开关进行信号转换,完成对现场工艺装备的自动控制。

　　3　仪表的防爆设计

　　防爆电气设备通常工作在气体、蒸汽及雾状等易燃物质与空气混合物的环境中,设备内任何小能量点火源都可能引起周围易燃性的爆炸。因此,所有在爆炸环境中使用的防爆电气设备均应按国家规定进行设计和校核。防爆仪表的设计主要体现在防爆材料选择和强度设计,隔爆结构设计和薄弱环节的设计等方面。

　　3·1　防爆材料选择与强度设计

　　防爆仪表的电器元件和内部结构件在材料选择和精度等级方面与普通仪表的主要区别在于对防爆仪表壳体有特殊的要求。因为当壳体内有火源燃烧时,内部会产生很高的压力,所以仪表壳体材料的选择除了要考虑材料的铸造工艺性、耐腐蚀性、高气密性和加工工艺性及必须严格控制含镁量<0·5%之外,还要考虑工作的安全性。因此必须进行强度校核。

　　选择的壳体材料为ZL102,这种材料的铸造工艺性和耐腐蚀性能良好,易于加工,取材方便,价格适中,抗拉强度能满足σ>120MPa的防爆要求。设计的壳体壁厚分别为12mm和8mm,壳体平均直径分别为190mm和103mm,工程上把这类设备称为薄壁圆筒。

　　将壳体平均直径D,壁厚δ,选用材料的抗拉强度σb,安全系数n及爆炸压力(1MPa)分别代入有关公式(略),均能满足设计要求。

　　3·2　隔爆结构设计

　　防爆仪表的防爆原理是采用由适当壁厚和足够的接口长度组成的防爆外壳,把能点燃爆炸性混合性的部件封闭在壳体内,该壳体不但能承受由内部爆炸性混合物燃烧时产生的爆炸性压力,而且还能阻止向周围的爆炸性气体混合物传播。