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用于危险(粉尘)环境的先进在线过程传感器

优化流程,确保安全

    1. 在严苛环境下实现卓越流程

    在存在易燃物质(包括可燃粉尘、气体或蒸汽)的行业中,确保操作安全并维持工艺效率至关重要。危险环境要求仪器不仅要提供准确可靠的数据,还要满足严格的防爆要求。

    Rheonics 我们致力于提供尖端的在线过程监测解决方案,助力各行业安全高效地优化运营。我们基于本质安全原理的防爆认证传感器,专为无缝集成到危险场所的各种流程中而设计,有助于预防点火源,提升工厂整体安全性。

    本文概述了危险环境(特别是存在粉尘爆炸风险的环境)所带来的挑战,并介绍了…… Rheonics“本质安全的在线粘度计和密度计,专为这些关键应用中的可靠性和合规性而设计。”

    2. 了解危险(粉尘)环境

    2.1 粉尘爆炸的本质

    粉尘爆炸是指悬浮在封闭或半封闭空间内的细小粉尘颗粒快速燃烧的现象。当可燃粉尘浓度达到一定程度并接触到点火源时,就可能引发爆炸。许多有机物、合成材料和金属都能形成可燃粉尘。

    粉尘爆炸的发生必须满足五个条件:

    1. 可燃粉尘: 该物质本身必须具有可燃性。对于粒径小于0.5毫米的可燃粉尘,当其在空气中的浓度超过最低爆炸浓度(MEC)时,就会发生爆炸。最低爆炸浓度是指能够点燃并引发爆炸的最低粉尘云浓度(通常以克/立方米为单位)。与气体不同,可燃粉尘通常没有明确的爆炸上限(UEL),因为在极高浓度下,粉尘云容易失去扩散,氧气供应不足以维持燃烧。

    材料MEC(g/m³)澄清
    粮尘125高爆炸性,常见于农业领域
    煤炭粉末30极细的煤尘可能具有爆炸性。
    面粉60工厂中广为人知的爆炸危险
    125细糖粉极易爆炸
    铝粉100高活性金属粉尘
    污水污泥250取决于干燥程度和成分

    表1. 最小爆炸浓度

    表格中的数值仅供参考;最终用户必须确认其应用程序的实际 MEC 值。 爆炸标准 建议使用 针对您特定粉尘的测量值在设计保护系统时,不仅要考虑通用方法,还要考虑其他方法。

    1. 分散: 空气中必须悬浮着足够浓度的尘埃颗粒。

    图1. 粉尘扩散
    图1. 粉尘扩散
    1. 氧: 必须有空气(或其他氧化剂)才能进行燃烧。

    2. 点火源: 足以点燃分散的尘埃云的能量(例如火花、高温表面、静电)。

    3. 遏制: 一个封闭的空间或密闭空间,可以让压力积聚。

    去除这些因素中的任何一个都可能防止粉尘爆炸。在这些区域使用的设备必须经过特殊设计,以防止其成为点火源。

    图 2. 粉尘爆炸五边形
    图 2. 粉尘爆炸五边形

    2.2. 可燃粉尘存在于哪些地方?

    可燃粉尘在众多行业和工艺流程中都构成危害。任何产生或处理可燃材料产生的细小干燥颗粒物的活动都可能带来风险。

    易受粉尘危害的行业:

    农产品

    粮仓、饲料厂、面粉厂(处理谷物、面粉、糖、动物饲料)。

    食品加工

    糖精炼、香料研磨、奶粉生产、咖啡和可可加工、淀粉生产。

    木材加工

    锯木厂、家具制造、造纸(锯末、木粉)。

    金属加工

    对铝、镁、锌、铁等金属进行研磨、抛光和打磨。

    化学制造

    生产药品、杀虫剂、塑料、树脂和各种粉末状化学品。

    制药

    压片、粉末混合和处理。

    塑料和橡胶制造

    塑料和橡胶粉末的研磨、成型和处理。

    纺织品

    棉、麻和合成纤维的加工。

    矿业与矿产

    煤炭开采,某些矿石的加工。

    电力

    燃煤电厂(煤尘)

    回收作业

    纸张、塑料和木材的加工

    产生粉尘的常见过程:

    研磨、碾碎和粉碎
    打磨、切割和锯切
    输送和运输(皮带输送机、气动系统)
    粉末的混合与搅拌
    筛分
    灌装、装袋和包装作业
    干燥工艺
    喷砂

    可燃粉尘的类型:

    有机粉尘

    木材、面粉、谷物、糖、淀粉、香料、茶叶、烟草、棉花、纸张。

    合成有机粉尘

    塑料(例如酚醛树脂、聚乙烯)、橡胶、杀虫剂、药品。

    金属粉尘

    铝、镁、锌、铁、青铜、钛。

    煤和含碳粉尘

    煤、木炭、炭黑。

    2.3 影响粉尘爆炸性的关键因素

    虽然“粉尘爆炸五角大楼”概述了必要条件,但粉尘本身及其环境的若干特性会显著影响爆炸的可能性和严重程度。了解这些因素对于风险评估和实施有效的安全措施至关重要。

    特点描述与意义对爆炸性的影响
    颗粒尺寸和形状粒径小于 500 微米的颗粒具有更大的表面积,从而加快燃烧速度。这些细颗粒相对于其质量而言具有更大的表面积,这使得它们在空气中更具反应活性——它们更容易点燃和燃烧。

    片状或纤维状物体也可能增加风险。
    颗粒越细小,风险和严重程度越高。
    水分含量干燥的粉尘更容易扩散和燃烧。水分可以使颗粒结合并吸收热量。湿度越低,风险越高
    最低爆炸浓度 (MEC)空气中能使火焰传播的最低粉尘浓度。低于此浓度,空气过于稀薄,无法爆炸。最低有效浓度 (MEC) 越低,风险越高(爆炸所需的粉尘量越少)。
    最小点火能量(MIE)在最佳条件下点燃尘埃云所需的最小能量(单位:毫焦耳)。MIE值越低,风险越高(更容易点燃)。
    Kst 值(爆燃指数)测量试验爆炸中的压力上升速率(bar·m/s)。用于对粉尘进行分类(St 0 至 St 3)。Kst值越高,爆炸越剧烈。
    Pmax(最大爆炸压力)最佳粉尘-空气混合物爆炸时产生的最大压力。对通风和防护设计至关重要。Pmax越高,破坏力越大。
    尘埃云(MIT云)的燃点尘埃云与热表面接触时发生燃烧的最低温度(°C)。

    2.4. 粉尘环境危险区域分类

    危险区域根据存在爆炸性气体环境的可能性被划分为不同的区域。对于可燃粉尘,典型的分类(根据……) IEC 标准是:

    描述爆炸性粉尘大气的可能性
    20区存在爆炸性粉尘环境 一直,为 长期频繁.非常高
    21区爆炸性粉尘环境是 容易 发生于 正常操作偶尔.
    22区爆炸性粉尘环境是 不见得 正常运行过程中会发生;如果发生,持续时间很短。
    图 3. 尘埃大气分区
    图 3. 尘埃大气分区

    2.5. 设备防护等级 (EPL)

    适用于危险区域的设备会被赋予一个设备防护等级(EPL),该等级表示其对不同区域的适用性。

    英超适宜区域防护等级
    Da20区非常高
    Db21区
    Dc22区品牌影响力提升

    2.6 防爆原理

    在危险区域,为了确保设备安全,采用了多种防护技术。 Rheonics 传感器,主要方法是 本质安全(“Ex i”).

    本质安全(Ex i)

    这种保护理念将设备及其线路中的电能(电压和电流)和热能限制在低于可能点燃特定危险气体的水平,即使在故障情况下(例如短路或元件故障)。

    防护等级

    “Ex ia” 它提供非常高的防护等级,适用于 0 区(气体)或 20 区(粉尘),因为即使发生两个独立的故障,它仍然安全。

    “Ex ib” 提供高水平的防护,适用于 1 区(气体)或 21 区(粉尘),即使出现一个故障也能保持安全。

    Rheonics 应用领域

    Rheonics 传感器主要通过了“Ex ia”认证,使其适用于部署在所有危险场所(0/20 区)。

    认证

    Rheonics 传感器持有以下机构的认证: ATEX (2014/34/EU)和IECEx,确保符合在爆炸性环境中使用的国际安全标准。 Rheonics 同时拥有 JPEx(日本出口认证)和韩国(KCs)认证。

    技术实施

    实现本质安全通常需要使用经过认证的相关设备,例如齐纳二极管屏障或电隔离屏障。这些屏障安装在安全区域内,用于精确控制危险区域内传感器所获得的能量。正确的布线拓扑结构和接地对于确保本质安全系统完全合规和安全至关重要。

    其他常见的防护方法包括防爆外壳(“Ex d”)、增强型安全外壳(“Ex e”)、封装(“Ex m”)等,每种方法都有其特定的原理和应用。

    保护方法原则区域适宜性粘度/密度应用背景粉尘环境中的典型应用案例主要优势
    外壳保护(Ex t)防尘外壳(IP6X)防止灰尘进入;控制表面温度以避免灰尘点燃。20/21/22区非常适合用于封闭 Rheonics 适用于多尘环境的发射器。保护包装、研磨或粉末处理过程中的电子元件。用于食品、谷物、制药、化工等空气中粉尘持续或频繁存在的行业。简单、坚固耐用、广泛接受用于除尘。
    本质安全(Ex i)限制电路中的电能和热能,防止点火——即使在故障情况下也是如此。20区(Ex ia),21区(Ex ib)Rheonics SRV/SRD 传感器采用 Ex ia 防护等级,可在含有细粉的反应堆、筒仓或管道内安全使用。非常适合用于在线监测含有悬浮固体的液体的粘度/密度,或溶剂蒸发过程中的粘度/密度监测。安全性高;允许带电维修。
    加压(Ex pD)外壳内部的轻微正压可防止灰尘进入。通常在通电前进行吹扫。区域 21 / 22可容纳标准 Rheonics 面板内的变送器或转换器。需要吹扫控制器。用于大型电气柜或批量混合系统的控制面板。允许使用非防爆组件。
    封装(Ex m)关键电子元件被密封在化合物中,以与大气隔绝。区域 21 / 22可保护多尘环境下的小型接口模块或信号调理器。用于空间有限、多尘容器内的紧凑型发射器或定制电子设备。小巧且具有防护性。
    防尘点燃 (DIP)密封外壳可防止内部火源引燃外部灰尘环境。II 类,1/2 区(NFPA/NEC)与 Ex t 类似。在北美,与 NEMA 9 外壳一起用于传感器电子设备。粮仓、木屑、面粉厂。筒仓内通常装有在线密度传感器。北美规范认可。
    增强安全性 (Ex e)正常运行情况下无火花或高温。不适用于可能产生电弧或火花的部件。区域 21 / 22可用于接线盒或端子块 Rheonics 传感器安装在安全的备用位置。最适合保持低能耗连接的被动设备。成本低,设计简单。
    NEMA类型9北美适用于多尘环境的防护罩标准。防止内部火源引燃灰尘并扩散到外部。第二类,第一组用于需要防爆外壳的传感器变送器或转换器的外壳类型。适用于粉尘较多的食品饮料或塑料添加剂生产工艺。UL/CSA认证的防尘外壳。
    防爆型(Ex d)内部可控制爆炸;防止外部粉尘或气体环境被点燃。主要用于气体(粉尘含量有限)由于灰尘积聚会导致通风和冷却问题,不建议在多尘环境中直接使用。可与防尘外壳配合使用,但很少用于多尘地区的粘度/密度应用。具有强大的物理防护能力,可穿戴防毒服。
    NEMA类型10矿山安全防护罩——内部可防止爆炸。采矿专用未与 Rheonics 传感器;更适用于重型矿用控制器。专为地下煤矿开采或存在可燃岩粉的区域而设计。获得采矿认证。

    3. Rheonics 解决方案:本质安全型在线过程监控

    Rheonics 专注于创新型流体传感技术。我们的在线粘度计(SRV)以及密度和粘度计(SRD这些产品专为满足严苛的工艺条件而设计,并拥有全球防爆认证,使其成为各行业危险环境部署的理想选择。

    主要优点 Rheonics 经认证的传感器:

    本质安全

    经认证为“Ex ia”,按照安全说明安装后,可在 0、1、2 区(气体/蒸汽)和 20、21、22 区(粉尘)使用,确保最高级别的安全性。

    实时数据

    持续监测关键流体特性(粘度、密度、温度),以实现精确的过程控制。

    健壮的设计

    所有金属(通常为 316L 不锈钢或哈氏合金 C22)接触液体的部件,密封,无活动部件,确保使用寿命长,维护量少。

    准确可靠

    专利平衡谐振器技术可提供稳定且可重复的测量结果,不受流量、振动或安装方向的影响。

    多才多艺的安装

    设计紧凑,配有各种工艺接头(螺纹、法兰、卫生级),可轻松集成到新建或现有的管道和储罐中。

    全球认证

    ATEXIECEx 和其他区域认证(例如 KC、JPEx),以获得全球认可。

    4. Rheonics 经认证的传感器产品组合

    4.1. Rheonics SRV – 在线粘度计

    SRV 是一款功能强大且可靠的在线过程粘度计,可提供实时粘度和温度测量。

    SRV-3/4“ NPT-在线过程粘度传感器,适用于印刷,涂料,食品,混合和研磨应用
    图 4. 粘度计 SRV NPT 3/4

    工作原理

    采用专利的对称平衡扭转谐振器。测量流体对谐振元件的粘性阻力,并由此计算动态粘度。 Pt1000 传感器可提供准确的温度读数。

    主要特征:

    • 连续、实时粘度测量。
    • 集成高精度温度测量(Pt1000).
    • 没有活动部件、密封件或轴承——几乎无需维护。
    • 对流速、湍流和振动不敏感。
    • 粘度范围广。
    • 紧凑且易于安装。
    • 提供多种工艺连接方式。
    参数值/范围单位
    粘度范围例如,0.1 – 50,000+(请咨询具体模型)cP
    温度范围例如,-40 至 +300(请参考具体模型)°C
    压力范围例如,最多 500(请咨询具体型号)酒吧
    接液材料316L不锈钢,哈氏合金C22(可选) -
    过程连接NPT螺纹、法兰、 Tri-Clamp等等(选项) -
    出口认证ATEX、IECEx(Ex ia) -
    出口认证(典型)

    ATEx

    ATEX:II 1 G Ex ia IIC/IIB/协会 T6 … T1 Ga 或 II 1 D Ex ia 国际认证委员会 T200 85°C … 435°C Da

    IECEx认证

    IECEx认证:Ex ia IIC/IIB/协会 T6…T1 Ga 或 Ex ia 国际认证委员会 T 200 85°C … 435°C Da

    • JPEx: 埃克亚 IIC/IIB/协会 T6…T1 Ga 或 Ex ia 国际认证委员会 T 200 85°C … 435°C Da(日本防爆认证)
    • KCs: 埃克亚 国际认证委员会 T200 85 °C…435 °C Da(韩国防爆认证)
    • 区域适宜性:
      • 0、1、2区 (气体、蒸汽)
      • 20、21、22区 (灰尘)

    食品加工

    监测面糊粘度、糖果涂层、乳制品稠度(在处理粉末状物质(面粉、糖、奶粉)的情况下)。

    制药

    制粒、包衣工艺、涉及粉末状物质的原料药生产。

    化工

    聚合反应、树脂生产、粉末状催化剂或添加剂的处理。

    油漆与涂料

    在颜料和填料存在的混合和应用阶段监测粘度。

    矿业与矿产

    控制产生细矿物粉尘的浆料粘度。

    造纸

    涂层厨房,淀粉制备。

    4.2. Rheonics SRD – 在线密度和粘度计

    SRD 扩展了的能力 SRV 通过同时在线测量密度、粘度和温度。

    图 5. 粘度计 SRD NPT 3/4

    工作原理

    类似于 SRVSRD 它采用专利的平衡扭转谐振器。先进的算法分析谐振器在流体中的行为,从而独立确定流体的密度、粘度以及嵌入式传感器测得的温度。 Pt1000.

    主要特征:

    • 同时实时测量密度、粘度(动态和运动学)和温度。
    • SRV 的所有特性(坚固耐用、无活动部件、精度高等)都具备。唯一的区别在于粘度范围。
    • 提供浓度测量、质量控制和相检测的关键数据。
    • 密度和粘度操作范围广。
    参数值/范围单位
    密度范围例如,0-4(请参考具体模型)克/立方厘米
    粘度范围例如,0.1 – 10,000+(请咨询具体模型)cP
    温度范围例如,-40 至 +300(请参考具体模型)°C
    压力范围例如,最多 500(请咨询具体型号)酒吧
    接液材料316L不锈钢,哈氏合金C22(可选) -
    过程连接NPT螺纹、法兰、 Tri-Clamp等等(选项) -
    出口认证ATEX、IECEx(Ex ia) -
    出口认证(典型)

    ATEx

    ATEX:II 1 G Ex ia IIC/IIB/协会 T6 … T1 Ga 或 II 1 D Ex ia 国际认证委员会 T200 85°C … 435°C Da

    IECEx认证

    IECEx认证:Ex ia IIC/IIB/协会 T6…T1 Ga 或 Ex ia 国际认证委员会 T 200 85°C … 435°C Da

    区域适宜性:

    • 0、1、2区 (气体、蒸汽)
    • 20、21、22区 (灰尘)

    食品加工

    奶粉复原、糖溶解、配料混合(密度表示浓度)。

    化工

    监测使用粉状原料时的溶液浓度、反应终点和产品质量。

    矿业与矿产

    浆料密度和粘度用于优化输送和加工。

    建筑材料

    水泥浆稠度,混凝土生产中的添加剂。

    农产品

    监测饲料混合物的一致性、肥料生产情况。

    5. 确保安全:设计、质量和合规性

    Rheonics 致力于确保产品达到最高的安全和质量标准。

    • 本质安全设计: 我们通过防爆认证的传感器从设计之初就秉承本质安全原则。这包括精心挑选元器件、采用限制能量的电路设计以及坚固耐用的结构以防止故障。
    • 质量管理: Rheonics 公司采用经认证的质量管理体系(例如 ISO 9001),确保产品质量始终如一,并不断改进。
    • 符合标准: 我们的传感器经过权威机构(例如 TÜV 莱茵)的严格测试和认证,符合国际和地区危险区域设备标准,包括:
      • ATEX 指令2014 / 34 /欧盟
      • IECEx 方案(例如, IEC 60079系列)
    • 卓越制造: 严格的生产流程和质量控制检查确保每个传感器都符合其认证规格。

    6. 危险区域的安装和维护

    正确的安装对于保持防爆设备的安全性和性能至关重要。

    图 6. 本质安全型安装 Rheonics 在线粘度计 SRV
    图 6. 本质安全型安装 Rheonics 在线粘度计 SRV
    图 7. 本质安全型安装 Rheonics 在线粘度计 SRD。
    图 6. 本质安全型安装 Rheonics 在线粘度计 SRV图 7. 本质安全型安装 Rheonics 在线粘度计 SRD。
    • 遵守操作手册:始终安装 Rheonics 严格按照提供的防爆安装和本质安全手册以及相关的国家/地方规范进行防爆认证传感器的安装。
    • Ze电隔离器/电隔离器:本安电路要求在安全区域内,于传感器(位于危险区域)与其相关电子设备之间安装经认可的齐纳二极管安全栅或电隔离器。SME (传感器模块电子元件)。这些装置限制了可以传递到危险区域的能量。
    • 布线和接地: 必须遵守电缆布线(例如,类型、隔离)和接地的具体要求。
    • 低维护: 由于其设计没有活动部件且结构坚固, Rheonics SRVSRD 传感器所需的维护量极少,从而减少了在危险区域进行干预的必要性。通常情况下,定期目视检查和回路完整性验证就足够了。

    7.服务与支持

    Rheonics 我们为客户提供全方位的支持,包括初步咨询、传感器选型、安装指导和售后服务。我们的专家团队随时准备协助您解答应用方面的疑问,并确保我们的传感器在您特定的工艺环境中发挥最佳性能。

    8。 关于 Rheonics

    Rheonics 是全球领先的在线粘度计和密度计研发及制造商。我们的使命是为各行业提供可靠、精准的流体传感解决方案,从而提升效率、质量和安全性。我们专注于研发,不断致力于提供尖端技术,以满足全球客户不断变化的需求。

    9。 联系我们 Rheonics

    欲了解更多关于芝加哥艺术学院 Rheonics 如需适用于危险环境的防爆认证传感器和解决方案,请联系我们:

    Rheonics 有限公司

    瑞士

    Rheonics 公司

    美国

    免责声明

    本文件仅供参考。请务必以官方文件为准。 Rheonics 在安装或使用任何产品之前,请查阅产品文档、证书和安装手册,以了解具体的技术细节、安全说明和批准的操作条件。 Rheonics 本产品不得用于危险环境。用户有责任遵守所有适用的地方和国家安全法规。

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