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近年来，随着我国炼化一体化进程的推进，石油炼化厂越来越多。 由于石油及其相关产品大多易燃易爆，因此必须采用安全有益的防爆方法来确保安全。 安全栅作为连接本质安全电气设备和非本质安全电气设备的电气设备，可以有效提高石化企业生产过程中的安全性。

仪器安全原理与本质安全技术

仪器安全原则

当爆炸物质、氧气和爆源三种情况同时出现时，就会发生爆炸。 如果能够消除任何一种形成爆炸的条件，现场仪表设备的安全就可以得到保证。 空气中的氧气是无法控制的，所以爆炸性物质的控制和爆源的控制是目前比较常用的安全原则。 在仪器仪表行业，控制爆炸范围也被列为通用的安全原则。 安全屏障可以限制现场仪表的电能，使其不能产生可起爆的火花和可起爆仪表的表面温度。 本质安全技术可以消除隐患，确保现场安全。

危险区域分类、分类、分组（TITLE CONTENT）

爆炸性气体分类如下表所示：

危险气体场所分为3个不同的区域，见下表：

爆炸性气体的温度组别如下表所示：

安全栅的作用

本质安全 (IS) 是一种用于仪表系统的防爆技术。 安全栅设置在安全区域的控制室设备与危险区域的本安设备之间，用以传输信号或能量。 安全栅是利用电路对电流和电压进行限制，从而限制能量从安全区向危险区设备的传递。 危险场所的本质安全设备在这种能量下可以正常工作，但这种能量不足以点燃爆炸性环境。 即使本质安全设备本身发生故障，也不会产生任何足以引燃的火花或加热表面。 因此，无论是安全场所的控制室设备，还是危险场所的本安设备发生故障，只要安全栅限流限压电路正常工作，整个系统就处于安全状态。状态，不会爆炸。

安全屏障的种类

安全栅有两种类型：齐纳安全栅和隔离式安全栅。 齐纳安全栅是最早的安全栅。 其核心元件是齐纳二极管、限流电阻和快速保险丝。 示意图如下图所示：

齐纳安全栅示意图

稳压管电流简单，在野外使用时容易受到系统电源的波动和干扰，造成设备损坏，且由于需要本质安全接地，在实际应用中很少使用。

隔离安全栅不仅可以限制电压和电流，还可以隔离电流。 隔离室安全屏障主要由能量限制单元、信号与电源隔离单元、信号处理单元组成。 基本功能电路如下图所示。

隔离式安全栅示意图

与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅在性能上要比齐纳安全栅好很多：

①采用三方隔离方式，无需使用隔离仪器；

②降低危险区域对仪表的要求，现场无需使用隔离仪表；

③ 运行过程中的稳定性和抗干扰能力大大增强，大大提高了整个系统的可靠性；

④信号处理能力强，可以接受和处理多种信号，如热电偶、热电阻、频率等信号；

⑤为同一信号源的两台设备提供两路隔离信号，两台设备的信号互不干扰，同时也提高了被连接设备之间的电气安全绝缘性能。

1个齐纳安全屏障

齐纳安全栅的核心元件是齐纳二极管、限流电阻和快速保险丝。 其原理简单，电路易于实现，价格低廉。 但由于其自身原理的缺陷，在应用中的可靠性受到很大影响，应用范围受到限制。 原因如下：

(1) 安装位置必须有非常可靠的接地系统，齐纳安全栅的接地电阻必须小于1Ω，否则将失去防爆安全保护性能。 显然，这样的要求非常苛刻，在实际工程应用中难以保证。

(2)齐纳安全栅对电源的影响很大，也容易因电源波动造成稳压安全栅损坏。

齐纳管用于限制电压。 与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅不仅具有限压、限流功能，还具有电流隔离功能。

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隔离安全栅

隔离式安全栅主要由电路能量限制单元、信号与电源隔离单元、信号处理单元组成。 它不仅具有限能功能，还具有隔离功能。 基本上有检测端安全栅和操作端安全栅两种。

检测端子安全栅与两线制变送器配套使用； 由于隔离式安全栅采用限压、限流、隔离等措施，不仅可以防止危险能量从本安端子进入危险场所，还可以提高系统的本安防爆性能，同时也增加了系统的抗干扰能力，大大提高了系统运行的可靠性。

24VDC电源经DC-AC-DC变换后，可输出模块电路所需的各种电压。

(1)检测端隔离式安全栅原理

模块电路将输入的电流或电压信号通过本安型限能电路转换成0.2-1VDC，送入模块进行采集、放大、计算和抗干扰处理，再经调制输出隔离电流和电压。 transformer 信号供二次仪表或后面的其他仪表使用。 模块还需要输出隔离的18.5∽28.5VDC电压，通过本安型限能电路作为两线制变送器的工作电压。 本安型能量限制电路可限制大电流或高压危险信号进入危险现场。

(2)操作端隔离式安全栅的原理

将调节器或操作器输出的4-20mA直流信号隔离后输出4-20mA直流信号，再通过本安型限能电路供给现场的电气转换器或电动阀门定位器。

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底板安全栅

底板式安全栅是在导轨式安全栅的基础上，针对大型系统的装配和维护困难而设计的，是安全栅结构的一种变化。 底板式安全栅结构，实现快装快拆设计。 安全屏障通过专用的集成底板供电。 线材的快速连接大大提高了系统的安全性能。

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导轨式安全栅转接板

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选择底板式安全栅的应用优势

1、检查信号过程中无需拆线，以免误拆、误触、误接以免检修造成生产事故。

2、解决综合省布线产品检测问题信号隔离器电路图，快速排除故障，提高维修效率。

3、支持各类AI AO DI DO，支持安全栅、隔离器、继电器、直连四种主要传输方式，支持主流品牌DCS PLC控制系统，支持主流品牌安全栅隔离器互换。

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选择隔离式安全栅的应用优势

与齐纳式安全栅相比，隔离式安全栅的价格更高，但其诸多优点和特点还是给用户带来了很多方便，使得越来越多的用户更愿意选择隔离式安全栅。

(1)采用隔离式安全栅，可以有效隔离危险区域的现场回路信号和安全区域的回路信号。 这样，本安自动控制系统就不需要本安接地系统，简化了应用本安防爆系统时的施工。

(2)采用隔离式安全栅，大大增强了检测和控制电路的抗干扰能力，提高了系统的可靠性。

(3)使用隔离式安全栅，使现场仪表接地，使现场仪表不隔离。

(4)隔离式安全栅保护功能回路多，意外损坏的可能性小，允许现场仪表带电维修，可缩短工程开工准备时间，减少停车时间。

(5)隔离式安全栅信号处理能力强。 如开关量输入状态控制，mV，Pt100变为4～20mA等。 这为现场仪表和控制系统的应用提供了更大的便利性、合理性和有效性。

(6) 当用户同时应用DCS和ESD时，可采用一进两出安全栅有效隔离两个系统，避免系统间相互影响。

(7) 回路供电型隔离安全栅既保持了有源隔离安全栅的优点，又具有与齐纳型安全栅相同的接线方便性。 无需另加24V电源，特别适用于I/O卡直接供电的DCS。 系统。

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安全栅常见故障如何处理

1.电源指示灯不亮或液晶不显示

(1) 检查仪器电源连接是否正确、可靠。

(2) 检查电源电压是否正常。

(3)检查24V电源正负极是否接反。

2.输出无信号

(1)输入信号是否已正确连接到输入端。

(2) 输入信号类型是否与仪表输入类型一致。

(3) 输出端子是否紧固。

(4) 可拆卸的外部端子是否插到位。

(5) 外部输出电路开路。

3、输出值偏差大

(1)热电偶输入时正负引线是否接反。

(2)热电阻输入时三线连接是否正确。

(3)输出接线正负极性是否接反。

(4)电流输出时，外接负载电阻之和是否大于规定欧姆(4-20mA输出)。

(5)电压输出时，外接负载电阻是否小于500kohms。

(6)电源电压过低。

4.输出信号不稳定

(1) 检查接线是否牢固。

(2) 检查输入信号是否稳定。

(3)检查输出回路接线是否可靠。

(4) 检查仪器周围环境是否有大功率电磁设备。

安全栅在仪表中的应用在石化生产过程中，需要使用现场仪表对压力、温度、流量、液位等进行监测，以保证生产能够正常顺利进行. 安全栅作为仪表控制系统的安全载体信号隔离器电路图，需要接收和处理来自危险区域的信号，并将处理后的安全信号传输到安全区域或危险区域。

现场仪表信号的种类虽然不同，但从整体上基本上可以分为两种：输入安全栅和输出安全栅。 输入安全栅主要根据标准4~20mA信号/1~5V信号、热电阻和热电偶信号、开关量信号、通讯信号、交流信号和其他非标准信号等几类信号进行设计；

输出型安全栅主要根据标准4~20mA信号/1~5V信号、开关量输出信号、通讯信号等几种信号进行设计。 在生产设计中，模拟量输入安全栅和模拟量输出安全栅被广大设计人员所接受并应用于工程中。 模拟量输入安全栅通常与2线、3线制变送器或4~20mA信号组合使用，模拟量输出安全栅通常与调节阀组合使用。 隔离式安全栅的应用大大提高了仪表系统的稳定性。 它为现场仪表阀提供适当的电源，同时将仪表阀输出的4~20mA直流电流信号隔离转换成直流电流信号或直流电压信号，再输出给仪表阀。

安全栅在石化生产工艺中的应用注意事项

从目前来看，本质安全系统已被视为一种设计标准，并应用于各个领域。 在生产中，安全栅的选型必须满足现场的需要，在使用过程中应注意以下问题，才能达到预期的效果。

01关于防爆

安全栅需要满足现场要求的防爆等级要求，以保证电缆和现场设备的储能，从而保证电缆和现场设备的容抗和感抗功能。

02 关于接地

安装齐纳安全栅时，需要非常可靠的接地系统，其接地电阻必须小于1欧姆。

03关于仪器

根据现场仪表的信号类型选择合适的安全栅。

04关于电缆

本质安全系统设备需要使用本质安全电缆，电缆敷设时本质安全电缆应与非本质安全电缆分开敷设。 并做个记号。

近年来，随着我国炼化一体化进程的推进，石油炼化厂越来越多。 由于石油及其相关产品大多易燃易爆，因此必须采用安全有益的防爆方法来确保安全。 安全栅作为连接本质安全电气设备和非本质安全电气设备的电气设备，可以有效提高石化企业生产过程中的安全性。