随着科学技术的发展,对安全生产监控系统的可靠性要求越来越高,通常,检测系统的作用是不仅要提供实时的测量数据,而且往往作为整个自动化系统中必不可少的重要组成环节,直接参与和影响生产过程的控制。因此,安全生产监控系统一旦出现故障就会导致整个自动化系统无法正常工作,甚至造成严重的生产事故。
所谓可靠性是指在规定的工作条件和工作时间内,安全生产监控系统保持原有产品技术性能的能力。
1.安全监控系统的现场防护
工业生产现场通常具有易燃、易爆、高温、高压和有毒等特点,仪表在这些条件下工作,尤其是现场仪表、连接管线等直接与被测介质接触,受到各种化学介质的侵蚀。因此,在这些地方,对信号传输、仪表的保护都有严格的要求,要求应用检测仪表时,不得引燃、引爆现场的危险介质,必须采用相应的保护措施,以保障安全监控系统的正常运行。
(1)防爆问题
爆炸是由于氧化或其他放热反应引起的高温和压力突然升高的一种化学现象,具有极大的破坏力,产生爆炸的3个条件是:氧气(空气)、易爆气体和引爆源。
在煤矿、化工、炼油等生产中,爆炸性物质包括矿井甲烷、爆炸性气体和蒸汽以及爆炸性粉尘和纤维3类。根据可能引爆的最小火花能量、引燃温度再进行分组,对于生产场所的爆炸危险场所可划分为气体爆炸危险场所和粉尘爆炸危险场所。
安全监控系统的防爆措施一般有以下3类:
1)控制易爆气体。人为地在生产现场的爆炸危险场所营造一个没有易爆气体的空间,将安全监控系统或仪表安装在此空间内。典型代表为正压型防爆方法Exp,其工作原理是:在一个密封的箱体内,充满不含易爆气体的洁净气体或惰性气体,并保持箱内气压略高于箱体外气压,将仪表安装在箱内。此方法常用于在线分析仪表的防爆和将计算机、PLC、操作站或其他仪表置于现场的正压型防爆仪表柜中。
2)控制爆炸范围。人为地将爆炸限制在一个有限的局部范围内,使该范围内的爆炸不致于引起更大范围的爆炸。典型代表为隔爆型防爆方法Exd,其工作原理是:为仪表设计一个足够坚固的壳体,按标准严格地设计、制造和安装所有的界面,使在壳体内发生的爆炸不至于引发壳体外危险气体的爆炸。隔爆型防爆方法的设计与制造规范极其严格,而且安装、接线和维修的操作规程也非常严格。
3)控制引爆源。人为地消除引爆源,既消除足以引爆的火花,又消除足以引爆的表面温升。典型代表为本质安全型防爆方法Exi,其工作原理是:利用安全栅技术,将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花,又不能足以引爆的仪表表面温升的安全范围内。
(2)防腐蚀问题
由于化工介质多半有腐蚀性,所以通常把金属材料与外部介质接触而产生化学作用所引起的破坏称为腐蚀。例如,仪表的一次元件、调节阀等直接与被测介质接触,受到各种腐蚀介质的侵蚀,此外,现场仪表零件、连接管线也会受到腐蚀性气体的腐蚀。因此,为了确保安全监控系统的正常运行,必须采取相应的措施来满足系统的精度和使用寿命的要求。常用的防腐蚀措施有以下几种:
1)合理选择材料。有针对性地选择耐腐蚀金属或非金属材料来制造仪器仪表的零部件,这是工业仪表防腐蚀的根本办法。
2)添加保护层。在仪表零件或部件上加制保护层,这是工业中十分普遍的防腐蚀方法。
3)采用隔离液。采用隔离液是防止腐蚀介质与仪表直接接触的有效方法。
4)膜片隔离。利用耐腐蚀的膜片将隔离液或填充液与被测介质加以隔离,实现防腐目的。
5)吹气法。用吹入的空气(或氮气等惰性气体)来隔离被测介质对仪表测量部件的腐蚀。
(3)防冻及防热问题
当被测介质通过测量管线传送的变送器时,测量管线内的被测介质在周围环境中可能遇到最低温度时发生冻结、凝固或析出结晶,或因温度过低而影响测量的准确性,为此,必须对测量管线和仪表进行防冻处理。反之,当被测介质通过测量管线传送到变送器时,测量管线内的被测介质在较高温度下发生变化,这时就应采取防热或绝热保温。
按照保温设计要求,仪表管线内介质的温度应在20~80℃,保温箱内的温度宜保持在15~20℃,为了补偿伴热仪表管线和容器保温箱散发损失的热量,大多采用传统的蒸汽或热水伴热。近年来电热伴热技术日趋成熟,并具有独特优点,将成为继蒸汽伴热、热水伴热之后新一代的保温方法。(www.xing528.com)
(4)防尘及防振问题
仪表外部防尘方法是给仪表罩上防护罩或放在密封箱内。为了减少和防止震动对仪表元件及测量精度等的影响,通常可以采用下列方法:增设缓冲节或节流器、安装橡皮软垫吸收振动、加入阻尼装置、选用耐振的仪表。
2.安全监控系统的抗干扰
安全监控系统的干扰是指监控系统内部和外部,影响测量装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。而把消除或消弱各种干扰影响的全部技术措施,统称为抗干扰技术。
安全监控系统工作现场的环境条件通常很复杂,各种干扰通过不同的耦合方式进入监控系统,影响监控系统的正常工作,严重时甚至使监控系统不能正常工作。为了保证安全监控在各种复杂的环境条件下均能正常工作,就必须研究安全监控系统的抗干扰技术。干扰的类型和消除干扰的措施分别有以下几类:
(1)电磁干扰
电和磁可以通过电路和磁路对测量仪器产生干扰作用,电场和磁场的变化在检测仪表的有关电路或导线中感应出干扰电压,从而影响监控系统的正常工作。这种电和磁的干扰,对于传感器或各种检测仪表来说是最普遍、影响也最严重的。常用的措施有屏蔽技术、接地技术、浮置技术和滤波技术。
(2)机械干扰
机械干扰是指由于机械的振动或冲击,使仪表或监控系统中的电气元件发生振动、变形,使连接线发生位移、指针发生抖动、仪器接头松动等。这类干扰主要采取减振措施,最简单的方法是采用减振弹簧、减振橡胶、隔板消振等措施。
(3)热干扰
设备或元器件在工作时产生热量所引起温度波动以及环境温度的变化,都会引起仪表或监控装置电路元器件参数的变化。另外,某些测量装置中因一些条件的变化产生某种附加电动势等,也会影响仪表或监控系统的正常工作。对于热干扰,工程上通常采用的方法有热屏蔽、恒温法、对称平衡结构以及温度补偿。
(4)光干扰
在安全监控系统中广泛使用各种半导体元件,但半导体元件在光的作用下会改变其导电性能,产生电动势,或引起阻值的变化,从而影响检测仪表正常工作。因此,半导体元器件应封装在不透光的壳体内,对于具有光敏作用的元件,尤其应注意光的屏蔽问题。
(5)湿度干扰
湿度增加会引起绝缘体的绝缘电阻下降、漏电量增加;电介质的介电系数增加,电容量增加;吸潮后骨架膨胀使线圈阻值增加,电感器变化;应变片粘贴后,胶质变软,精度下降等。通常采取的措施是:避免将其放在潮湿处;仪器装置定时通电、加热去潮;电子元器件和印刷电路浸漆或用环氧树脂封灌等。
(6)化学干扰
酸、碱、盐等化学物品以及其他腐蚀性气体,除了化学腐蚀作用会损坏仪器设备和元器件外,还能与金属导体产生化学电动势,从而影响仪器设备的正常工作。因此,必须根据使用环境对仪器设备进行必要的防腐措施,将关键的元器件密封并保持仪器设备清洁干净。
(7)射线辐射干扰
核辐射可以产生很强的电磁波,射线会使气体电离,使金属逸出电子,从而影响监控装置的正常工作。
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