北美危险区域标准和认证

关于危险位置设备的检定、安装及检查的北美系统包括以下要素：

安装法则
－如NEC, CEC
标准开发组织（SDO）
－如UL、CSA、FM
国家认证实验室（NRTL）
－第三方证明者，如ARL、CSA
ETI、FM、ITSNA、MET、UL
检验机构
－如OSHA、IAEI、USCG

CENELEC成员国：

奥地利
比利时
塞浦路斯
捷克
丹麦
爱沙尼亚
芬兰
法国
德国
希腊
匈牙利
冰岛
爱尔兰
意大利
拉脱维亚
立陶宛
卢森堡
马耳他
荷兰
挪威
波兰
葡萄牙
斯洛伐克
斯洛文尼亚
西班牙
瑞典
瑞士
英国

 

ATEX

 

ATEX＝爆炸性空气

自2003年7月起已经成为法律的欧洲 指 令 有 两 个 ， 它 们 详 细 规 定 了制 造 商 和 用 户 在 危 险 区 域 设 计 和使用设备的责任。

 

 

 

 

 

ATEX指令就爆炸性空气问题分别对雇主和制造商制定了最小规定。雇主的责任是进行爆炸风险评估并采取必要措施消除或降低风险。
ATEX指令94／9／EC条款100A条款100a描述了制造商的责任：
• 对即将在潜在爆炸性空气环境中使用的设备和安全系统（如气体探测器）的要求。
• 为了设备和安全系统（如控制器）的安全运行，对于不准备在潜在爆炸性空气环境中使用的安全和控制设备的要求。
• 将设备组分类。
• 基本卫生与安全要求（EHSR）。与设备／系统的设计和构建相关。为了与ATEX指令相符合，设备必须：
• 显示CE标志。
• 具备必要的危险区域认证。
• 符合经认证的性能标准，如关于易燃气体探测器的EN 61779-1:2000。
 

 

设备标志

 

 

 

 ATEX指令1992／92／EC条款137条款137描述了雇主责任。新工厂从2003年7月起必须遵循。现有工厂从2006年7月起必须遵循。在英国，该指令（也就是所谓的“Use”指令）由卫生安全局（HSE）完成，作为2002年的危险物质和爆炸性空气条例（DSEAR）。

爆炸风险评估
雇主必须进行风险评估，包括：
1. 爆炸性空气的可能性
2. 火源的可能性设备类型
3. 易燃性物质的性质气体组别、着火温度（额定温度）、气体、蒸   汽、烟雾和粉尘
4. 爆炸的影响范围人员、装置、环境

爆炸性空气警告符号
雇主必须在可能形成爆炸性空气的场所的进口点标注醒目的符号：

 

雇主在执行爆炸风险评估时必须制定防爆炸文件，证明下列事项：
• 已经确定并评估了爆炸风险的场所
• 将采取措施确保符合规定的场所
• 已经被分区的场所
• 将采用最少要求的场所
• 在应有安全的情况下对工作场所和设备进
行了设计、操作及维护
雇主可将现行爆炸风险评估和根据其他委员会法令所做出的文件或等效报告结合起来。雇主必须对这些文件进行修订，包括做出有效修改、扩展或转换等。

区域分类
在一个工厂或工业场所内，并不是所有的区域都被认为是同等危险的。例如，地下煤矿总被认为是最危险的区域，因为其中总存在一些甲烷。另一方面，若在一个工厂内，自储存箱偶尔会存放一些甲烷，那么，我们只能认为在这个工厂的储存箱周围区域或任何相连管道系统中存在潜在危险。在这样的例子中，只需要在那些“可合理”预见到可能发生气体泄漏的区域采取预防措施。

所以，为了对这个行业进行规范的控制，人们已经根据所观察到的危险可能性将之分类为区域（或“区”）。所分类出来的三个区分别为：

ZONE 0
爆炸性气体／空气混合物持续存在或长期存在的区域

ZONE 1 
在装置正常操作的情况下可能产生爆炸性气体／空气混合物的区域

ZONE 2 
正常操作情况下不太可能产生爆炸性气体／空气混合物的区域

在北美，最常用的分类（NEC500）通常包含两个级别，即所谓的“部分”。第1部分等同于欧洲的0区和1区的结合，而第2部分则大致相当于欧洲的2区。

设备设计

为确保电气设备在易燃空气中的安全操作，现在，已经推出了几种设计标准。生产用于危险区域的设备的制造商必须遵循这些设计标准，这些设计标准还必须经过认证，符合与其用途相适应的标准。同样，用户也需负责确保在危险区域只使用设计正确的设备。

对于气体探测设备而言，最广泛使用的两种电气安全设计级别是“防火”（有时称为“防爆”，识别符号为Ex d）与“内在安全”，符号为Ex i。防火设备的设计标准是：其机壳足够的坚固，经得起其内部的易燃气体爆炸，而不遭受任何损伤。设备内部任何爆炸性燃料／空气混合物的意外着火都可能导致这样的爆炸。所以，必须计算出防火箱或防火盒上任何间隙的尺寸（如一个法兰接头），以防止火焰穿过间隙蔓延到外部空气中。内部安全设备的设计标准是：设备和与之互联的接线的最大内部能量始终保持在着火（当内部存在故障或任何相连设备存在故障时，火花或加热效应可能会引起着火）所需的能量之下。内部安全防护有两种类型。较高级别的为Ex ia，同时适用于0、1和2区，另一个则适用于区域1和2。防火设备则只能在区域1或区域2中使用。

增加性安全（Ex e）是一种保护方法，在这种方法中，应用了附加程序，为电气设备提供了附加安全。它适用于这样的设备，即设备的任何部分在正常操作下都不会产生火花或电弧或超过限制温度。另外一个标准，封装（Ex m）是通过封装各种成分或整个电路达到安全的一种手段。现在在市场上可买到一些产品，它们通过结合各单独部分的安全设计而获得安全认证。如终端室的安全设计使用Ex e，电路机壳使用Ex i，封装的电子元件使用Ex m，而可能含有危险气体的室则使用Ex d。

危险区域设计标准

 

  最新标准中未使用Ex s，但早期设备仍在使用Ex s。

设备分类
作为选择在不同环境状态中能够安全使用的设备的帮助手段，现在广泛使用两种标示，设备组和温度分类来定义设备的局限性。

如欧洲电气标准委员会（即欧洲电工标准化委员会或CENELEC）EN50014号标准所定义，用于潜在爆炸性空气中的设备分为两个设备组：
组1用于存在沼气（甲烷）可能性的矿井
组2用于除组1之外的，其他具有潜在爆炸性空气的场所组2明显覆盖了各种潜在爆炸性空气，包含了多种形成了各种等级的危险的气体或蒸汽。所以，为了在用于特殊气体或蒸汽时更清楚的分离所要求的不同设计性质，组2的气体又被进一步划分，具体情况如表中所示。由于乙炔通常被认为是很不稳定的，所以，尽管它也包含在组2的气体中，但却被单独列出。欧洲标准EN50014中还包含了一个更广泛的气体清单。

在气体或气体混合物的探测设备的选择上，安全设备的温度级别也是很重要的。（在混合气体中，最好采用所有混合气体中“最坏的情况”）。温度分类以一台设备所能允许的最高表面温度为标准。这是为了确保不超过设备可能接触到的气体或蒸汽的着火温度。

范围从T1（450°C）变化到T6（85°C）。合格设备是经其所能使用的限定气体或蒸汽测试的。设备组和温度分类都会在安全合格证及设备自身上表示出来。

北美及IEC在其温度或T－法则上是一致的。然而，与IEC不同，北美则包括增值，如下页所示。

温度级别

 

 设备组

 

 机壳的进口保护

现在，编码分类已经广泛用于指示机壳防止液体与固体物质进入的防护等级。该分类还包括了对人员的保护，保护人员不与机壳内任何带电部件或运动部件接触。应记住的是，这是对危险区域内所用电气设备防护分类的补充，而不是替换。

在欧洲，用于指示进口保护的标志包含了字母IP，后面跟随这两个“特征数”，特征数用于表示防护级别。第一个数字指示了防止人员与内部带电或运动部件接触的防护级别，而第二个数字则表示了机壳防水进入的防护级别。例如，一个等级为IP65的机壳完全防止了人员与带电或运动部件的接触，粉尘的进入，还防止了水喷洒或喷射的进入这就适用于和气体探测设备，如控制器等一起使用，但应采取措施确保电子设备充分冷却。两个数字的IP等级是一个较短的形式，它在英国使用的更普遍。完全的国际版本在IP之后使用了3个数字，而不是两个，如“IP653”。第三个数字代表了防冲击。这些数字的意义在下表中给出。

 

 IP codes (IEC / EN 60529)

 

在北美，机壳是按NEMA系统分类的。下表约略的对NEMA等级与IP等级进行了比较。

安全完整性水平 (SIL)

合格证从本质上与一种产品在其工作环境内的安全性是密切相关的，即它本身不会造成
危险。合格验证程序（尤其是在欧洲，带有关于安全相关设备的ATEX标准的介绍）现在
也转移到包括产品的测量／实际性能等。通过与在需要时能发挥安全作用的产品的安全
性相联系，SIL补充了安全标准的范围（参考：IEC 61508 制造商要求）。因为安装设
计者和操作者必须设计并记录其安全仪表系统（参考：IEC61511用户要求），故对此的
需求正越来越多。
根据IEC61508，已经开发出一些适用于特定类型设备的个别标准。与气体探测设备相关
的标准是EN50402：2005探测与测量易燃性或毒性气体或蒸汽或氧气的电气设备。

对固定气体探测系统功能安全的要求
安全管理与降低风险有关。所有的作业都具有风险因素。安全管理的目的是为了将风险降低到0％。但这实际上是不太可能的，所以就设置了一个可接受的风险水平－即可合理可实现的低水平。安全的装置设计和规格是主要的风险降低因素。安全的操作程序则进一步降低风险，因其执行了一个综合维护制度。E/E/PES（电气／电子／可编程的电子系统）是事故预防的防御底线。SIL是对E/E/PES的安全性能的一种可变措施。在典型应用中，这涉及到－F&G系统、探测器、逻辑分解器及安全开动／通知。

众所周知，所有设备都会产生故障。关键的问题就是要有能力在故障发生时探测到故障并能采取适当措施。在一些系统中，冗余可用于保持一项功能。在另外一些系统中，应用自检也可以达到同样的效果。主要的设计目的就是为了避免不能探测到阻碍系统执行其安全功能的故障这样的情况。在可靠性和安全性之间有一个关键的区别。看上去可靠的产品可能含有隐含的故障，然而，一台看起来表现出很多故障的设备却可能是更安全的，因为后者从不／很少出现无法执行其安全功能或显示其无法执行安全功能的状态。已定义的SIL有4个水平。一般而言，SIL水平越高，所能调节的故障模式的数量也越多。对于消防和气体系统而言，其水平是用“无法立即响应执行所要求的功能的平均概率”来定义的。

当前很多消防和气体探测产品在引入SIL之前很久就已经被设计了，所以，在个别评估时，它们只能符合较低的SIL等级或不符合SIL等级。这个问题可以通过缩短安全试验的间隔或在系统中并入不同系统（并因此消除普通模式故障）以增加有效的SIL等级等技术来克服。对于一个要达到一个限定SIL的安全系统而言，其平均PFD总和必须考虑。

关于SIL2
PDF(传感器)+PFD(分解器)+PDF(促动器)< 1x10-2

对安装所必须的SIL的选择必须与工艺设计本身的内部安全管理水平结合起来。不能将E/E/PES看作主要的安全系统。设计、操作和维护是任何工业工艺的安全的最重要的组合。