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計装機器の安全原理 Instrument Safety Principle 可燃性物質、酸素、点火源という3つが同時に存在すると、爆発が起こります。もし爆発が起こる条件のいずれかを取り除くことができれば、現場の計測機器の安全を確保できる。空気中の酸素は制御できないため、可燃性物質と起爆源を制御することが、現在よく用いられる安全原理です。計測器業界においても、爆発範囲の制御は一般的な安全原理として挙げられています。 セーフガードは、現場の計器の電気エネルギーを制限し、爆発を引き起こすスパークや計器表面の温度上昇が生じないようにします。本質安全技術は潜在的な危険を排除し、現場の安全を確保することができます。 危険領域の危険度の分類、分級、分組 TITLE CONTENT 安全ゲートの機能と種類 インヒビタードセーフティ（IS）は計装システムで採用される防爆技術であり、安全ゲートは安全領域の制御室にある機器と危険領域のインヒビタードセーフティ機器との間に設置され、信号やエネルギーを伝送する。セーフガードは回路による電流制限と電圧制限を利用し、安全領域から危険領域の機器へエネルギーが伝わるのを制御する。危険な場所にあるベーシックインターナルセーフ装置は、この程度のエネルギーでは正常に動作できますが、このエネルギーでは爆発しやすい環境を引き起こすには不十分です。たとえベーシックインターナルセーフ装置自体に故障が生じても、火災を引き起こすほどの電気スパークや発熱した表面は生じません。したがって、安全な場所の制御室機器であれ、危険な場所のリーズナブルな安全機器であれ、故障が発生しても、セーフガードの電流・電圧制限回路が正常に動作していれば、システム全体は安全な状態を保ち、爆発は起こりません。セーフガードには、ジーナ型セーフガードと絶縁型セーフガードの2種類があります。ジーナ型セーフガードは、最も最初に登場したセーフガードです。そのコア部品はジーナダイオード、電流制限抵抗、および高速ヒューズで、回路図は下図の通りです。ジーナ型セーフガードの回路図。ジーナダイオードの電流は小さいため、現場で使用する際にシステムの電源が不安定になったり干渉が生じたりして機器が損傷することがあります。また、アインランド接地が必要なため、実際の利用はあまり行われていません。 隔離型セーフガードは、電圧・電流を制限するだけでなく、電流の隔離も行うことができます。隔離室のセーフガードは、主に出力制限ユニット、信号および電源隔離ユニット、信号処理ユニットで構成され、基本的な機能回路は下図の通りです。アイソレーション型セーフガードの回路図を見ると、ジーナ型セーフガードと比較して、アイソレーション型セーフガードの性能は**ジーナ型セーフガードよりも優れている。①3点式のアイソレーション方式を採用しており、アイソレーション型計器を使用する必要がない；②危険区域の計器要件を緩和し、現場では隔離型計器を使用する必要がない；③動作中の安定性とノイズ耐性が**向上し、システム全体の信頼性が大幅に高まります；④強力な信号処理能力を持ち、熱電対、熱抵抗、周波数など、さまざまな信号を受信して処理することができる；⑤同一の信号源から2台の機器に、互いに干渉しない2つの独立した信号を供給し、接続された機器同士の電気的な絶縁性能も向上させます。 安全ゲートの計装機器への応用について、石油化学製造プロセスにおいては、生産が正常かつ円滑に進行するために、圧力、温度、流量、液面などを現場の計装機器を用いて監視する必要がある。セーフガードは計装制御システムの安全保持装置として、危険領域からの信号を受信・処理し、安全領域または危険領域で処理された安全信号を送信する必要がある。現場の計器信号の種類は様々ですが、全体的に見ると基本的に2つに分けられます：入力セーフガードと出力セーフガードです。入力セーフガードは、主に4～20mA信号／1～5V信号、熱抵抗および熱電対信号、スイッチング信号、通信信号、交流信号、その他の非標準信号といった数種類の信号に基づいて設計されます；出力型セーフガードは、主に4～20mA信号／1～5V信号、デジタル出力信号、通信信号といった数種類の信号に基づいて設計されます。製造設計において、アナログ入力セーフガードとアナログ出力セーフガードは、多くの設計者に受け入れられ、プロジェクトで活用されています。アナログ入力セーフガードは通常、2線式や3線式のトランスミッタ、または4～20mA信号と組み合わせて使用され、アナログ出力セーフガードは通常、調節弁と組み合わせて使用されます。隔離型セーフガードの使用により、計装システムの安定性が大幅に向上しました。それは、現場の計器やバルブに適切な電力を供給すると同時に、計器やバルブから出力される4～20mAのDC電流信号を絶縁変換してDC電流信号またはDC電圧信号にし、再び計器やバルブに供給する。石油化学製造技術におけるセーフガードの利用上の注意点 現時点では、本安方式は設計基準として各分野で採用されている。製造においては、セーフガードの選定は現場のニーズに合致していなければならず、使用時には以下の点にも注意することで、期待される効果を得ることができます。01 防爆セーフガードについては、現場で求められる防爆等級の要件を満たす必要があり、ケーブルおよび現場機器のエネルギー貯蔵を確保することで、ケーブルと現場機器の容量インピーダンスおよび誘導インピーダンス機能を維持する。02 接地型ジーナ安全ゲートの設置にあたっては、非常に信頼性の高い接地システムが必要であり、その接地抵抗は1オーム未満でなければなりません。03計器については、現場の計器信号の種類に応じて適切なセーフガードを選択する。04 ケーブル型バイオン安全システムの機器にはバイオンケーブルを使用する必要があり、ケーブルの敷設時にはバイオンケーブルと非バイオンケーブルを分けて敷設しなければならない。そして、標識板を作る必要がある。