【計器の防爆】計器担当者が知っておくべき計器のプロセス安全防爆技術の知識

Thread Content

この投稿は、2018年10月24日16時18分に955559によって最終的に編集されました。多くの化学工業プロセスにおいて、可燃性や爆発性のある処理媒体を取り扱う必要があります。人命と生産設備の財産を守るため、防爆技術はさまざまな業界や関連分野で活用されており、一連の業界標準や国際標準が策定されてきました。そして、産業の発展に伴ってさらに進化し続けています。自動計装機器において、一般的に使用される防爆形態は、本安型、隔爆型、および増安型です。電子技術の急速な発展と低消費電力電子デバイスの絶え間ない登場により、本安防爆技術はより広範囲に普及し、応用されるようになった。特に、本質安全形（略称：本安形）の防爆方式は、他の防爆方式と比べて構造がシンプルで適用範囲が広いだけでなく、操作やメンテナンスも容易という利点があるため、点火源のエネルギーを抑制することで防爆を図るこの本安形防爆計器は、製造業者やユーザーに受け入れられています。 本質安全防爆技術の原理　本安防爆技術は、実際には低出力設計技術の一種です。例えば水素（ⅡC）環境では、回路の出力を1.3W前後に制限する必要があります。これにより、本安技術は産業用オートメーション計器に非常に適していることがわかる。 放電火花と熱効果が爆発性危険ガスの爆発を引き起こす主要な誘因であることに着目し、本質的安全技術は、これら2つの潜在的な誘因である放電火花と熱効果を制限することによって防爆を実現する。通常の動作時および故障時において、計器が発生する電気スパークや熱効果のエネルギーが一定値未満である場合、低度計では爆発性の危険なガスを点火して爆発を引き起こすことはない。それは実際には低出力設計技術です。その原理は、エネルギーを制限することから始まり、回路内の電圧と電流を許容範囲内に確実に抑えることで、計器が正常に動作している場合や、ショートや部品の損傷などの故障が発生した際に生じる電気スパークや熱効果が、周囲に存在する可能性のある危険なガスの爆発を引き起こさないようにするものです。通常、水素環境、つまり危険度が高く爆発しやすい環境では、出力を1.3W以下に制限しなければならない。国際電気標準会議（IEC）は、危険度が高い危険場所のゾーン0では、E*a等級のベルセーフ防爆技術のみを使用できると定めている。したがって、本質的安全防爆技術は、安全で信頼性が高く、適用範囲が広い防爆技術です。本質安全型計測機器は、安全度と使用場所に応じて、E*aおよびE*bに分けられる。E*aの防爆等級はE*bよりも高い。 E*aクラスの本質的安全計装は、通常の動作状態下および回路に2つの故障が発生しても、回路部品が燃焼や爆発することはありません。IA型回路では、動作電流は100mA以下に制限され、ゾーン0、ゾーン1、ゾーン2に適しています。 E*bクラスの本質的安全計装機器は、通常の動作状態下および回路に故障が発生した場合でも、回路部品が燃焼や爆発を起こしません。IB型回路では、動作電流は150mA以下に制限され、エリア1およびエリア2に適しています。 本質安全防爆技術の特徴 1、設計製造工程が複雑で、体積が大きくかつ重い防爆ケースを必要としないため、本安計器は構造がシンプルで、体積が小さく、重量が軽く、コストも低いという特徴を持っている。資料によると、本安型と隔爆型のスイッチ伝送回路を構築する費用の比率は約1:4である。 2、帯電状態でのメンテナンス、校正、計器の一部部品の交換などが可能。 3、安全性と信頼性が高い。本安計器は、ボルトの紛失やケースの接合面の錆や傷などの人的要因によって、その安全信頼性が低下することはありません。 4、本安防爆技術は「低電圧」技術であるため、本安計器の使用により、現場のエンジニアや技術者が感電事故に遭うのを防ぐことができます。 5、適用範囲が広い。本安技術は、0区の危険場所に適用できる唯一の防爆システムです。 6、熱電対などの簡易な機器については、特別な認証を要せずにイーネット防爆システムに接続できる。 見ての通り、他のいかなる防爆方式と比較しても、イニシャル・エンプローテッド防爆技術を採用することで、産業用オートメーション計器に技術的な優位性がもたらされる。 プロセスオートメーション工学における本質安全防爆技術　本質安全防爆システムは、現場用本質安全計器、本質安全ケーブル、および本質安全関連機器の3つの部分で構成されている。現場計器には、危険な場所に設置される各種の一次検出計器が含まれ、2線式トランスミッタを代表とする本質的安全型ケーブルには専用の接地線があり、耐久性の高い純青色で他のケーブルと区別されている。関連機器には、ジーナ型セーフガード、アイソレーション型セーフガード、および電流制限・電圧制限機能を備えたその他の形式の保護装置が含まれる。現場の本安機器に侵入するエネルギーを安全な値に抑えることで、現場の機器や人員、そして生産の安全性を確保します。 本質安全型の防爆認証 1. 本質安全防爆とは、全体としての防爆の概念です。システムを構成する現場機器やセーフガードは、**認定された防爆機関による認証を受けなければならず、さらにその認定機関が発行する、本質安全型計器およびセーフガードの共同証明書によって、その本質安全回路の安全性が確認されます。現場機器が単純な機器の場合、本安認証は不要であり、既に本安認証を取得しているセーフティガードと組み合わせることで本安防爆回路を構成できる。簡易装置とは、接点スイッチ、熱電対、熱抵抗、発光ダイオード、およびブリッジ回路などで、装置内に蓄エネルギー素子は含まれていない。 2、本質的安全回路の防爆認証の原則　本質的安全型計器および回路の特別な要求　1、接地に関する要求：本質的安全型計器システムは、信頼性の高い独立した接地を備えていなければならない。全体的な自動計装システムには、本質的安全形計装システムの接地、信号回路の接地、シールドの接地、および保護接地という4種類の接地がある。信号回路のアースとシールドアースは、1つのアース極を共有することができる。本質的安全計装システムでは、独立したアースシステムを設置し、他のアース網から5m以上離して配置する必要があり、一般的に本質的安全用アースの接地抵抗は1Ω未満でなければならない。他の2種類の接地抵抗は、設計または規格の要求により、一般的に4Ω以下です。保護接地は、電気工学の低圧電気機器の保護接地網に接続できる。 2、接続ケーブルの要求事項：システム配線工事の観点から、接続ケーブルには分布容量と分布インダクタンスが存在するため、それによって接続ケーブルは蓄エネ素子となる。それらは信号伝送の過程で避けられずにエネルギーを蓄え、回路に開路や短絡が生じると、この蓄えられたエネルギーが電気スパークや熱効果として放出され、システムのインセーフ性能に影響を与える。したがって、接続された伝送ケーブルが外部の電磁場の干渉や他の回路との接触を受けないようにすると同時に、配線長や誘導起電力によって生じる余分な非本質安全なエネルギーを制限し、それに基づいてケーブルの許容分布容量および許容分布インダクタンスを決定する。世界中の防爆検査機関では、主に集中定数法によってケーブルの分布定数を考慮する方法が採用されている。 接続ケーブルのインパルス耐性に関する基本パラメータは以下の通りです：ケーブルの許容最大分布容量（Ci）：（Cc）=（Ck）×L ケーブルの許容最大分布インダクタンス（Lc）：（Lc）=（Lk）×L ここで、Ckはケーブルの単位長さあたりの分布容量です；Lk—ケーブルの単位長さあたりの分布インダクタンス；L—実際の配線長さ。 本質的安全ケーブルとは、低容量かつ低インダクタンスを持つケーブルであり、他のケーブルと比べて優れたシールド性能とノイズ耐性を有しているため、爆発の危険がある場所や、その他防爆上の安全性が求められる場所に適しています。使用する際には、以下の点に注意してください：①本安回路内のアース線とシールド接続線は、確実に絶縁されていなければなりません。 ②信号回路のアース点は制御室側に設けるべきであり、アース型熱電対や検出部が既にアースされている計器を使用する場合、制御室側はアースしない。 ③シールドケーブルの予備コア線とケーブルのシールド層は、同じ側で信号回路のグラウンドに接続されるべきである。 3、機器の温度等級：機器の温度等級は、機器表面の許容される最高温度値を定めています。これは主に技術的および経済的な考慮に基づいています。ほとんどの場合、より低い温度レベルの機器は、購入費用や安全性に関するコストが高くなります。比較すると、本安機器を選用する方がより効果的かつ経済的です。危険場所に直接設置されるインパルス安全機器では機器の温度等級を考慮する必要があるが、関連機器にはそのような項目は不要である。機器の温度等級は、その危険な場所で使用される可燃物質の着火温度よりも必ず低くしなければならず、そうでなければ燃焼爆発を引き起こす可能性があります。 4、本安電気機器の選定原則 ①シンプルな機器。GB3836.4-2000の防爆規格によれば、電圧が1.2Vを超えず、電流が0.1Aを超えず、出力が25mWを超えない電気機器は簡易機器と見なすことができる。これらの機器の典型的な特徴は、計測機器の内部等価インダクタンスLiが0、内部等価キャパシタンスCiが0であることだ。この種の機器は、現場でそのまま使用できます。 ②本安電気機器。危険な場所に設置される現場機器については、以下の点を明確にしなければならない：●DB3836.1-2000およびGB3836.4-2000の要求に従って設計され、かつ**防爆検査機関によって認定された本安電気機器であるかどうか。 ●防爆マークの規定等級が、使用される危険な場所の安全要件に適用可能かどうか。 ●本安回路が接地されているか、または接地部分の本安回路がセーフガードのインターフェース部分と有効に絶縁されているか。 ●信号伝送の方式および本安電気機器の最低動作電圧と回路の正常動作電流。 上記の問題を明確にした上で、対応するセーフガードを選択します。 ③セーフガードの選定原則 ●セーフガードの防爆マークの等級は、インパルス型現場機器の防爆マークの等級以上でなければならない。 ●セーフガードの端子抵抗および回路抵抗が、インパルス型現場機器の最小動作電圧を満たすことを確認する。 ●セーフガードのインパルス端子の安全パラメータは、Uoc≤Ui、Isc≤Ii、Ca≥Ci+Cc、La≥Li+Lcという要件を満たすことができる。 ●セーフガードは、インパルス型現場計器の安全極性および信号伝送方式に合致していなければならない。 ●適切な保護対策を講じ、セーフガードの漏れ電流がインパルス安全型現場機器の正常な動作に影響を与えないようにする。 本質安全形計器は、計器のマッチングやケーブルの使用、アースなどに多くの特別な要求があるものの、マイクロエレクトロニクス技術やマイクロプロセッサ技術の急速な発展に伴い、産業用オートメーション計器は低消費電力化、電子化、小型化の方向へと進んでおり、本質安全を実現しやすくなっている。 以上のことから、自動計装においては、本安防爆技術は比較的理想的な防爆技術であり、現場バス型のインテリジェント計装や現代の工業用自動制御システムにおいても広く利用されることになるだろう。