防爆工业电视高清监控系统方案

一、防爆工业电视监控简述

    石油、化工、煤炭和科研、军事等国家许多工业企业或研究部门，在实验、生产、加工、运输和贮存的各过程中，经常可能泄漏和溢散出各种各样的易燃、易爆气体、液体和各种粉尘及纤维，这类物质与空气混合后，将变成易发生爆炸危险的混合物，它周围的场所也成了程度不同的爆炸危险场所。当易爆物的浓度达到爆炸的临界点，一旦出现引爆源便会产生爆炸、火灾等严重事故，造成人员伤亡和财产损失。

    最初有防爆要求的需求是来自于煤矿。随着国家工业化进程，防爆要求的需求扩大至各个领域--石油、化工、航海、航天、冶金、科研和军事工业等需求更甚，要求各异，针对性更强，特别是我国石化工业的迅猛发展，加速了防爆工业监控产品的发展。逐渐实行工业现代化，大量电器设备被采用于生产，使用的电器设备、安全装备和照明灯具也不可避免地产生在一般情况下允许的电火花、电弧及高温，但由于现场条件等因素，爆炸危险的混合物浓度可能不断升高，达到一定的浓度时，被引爆源--电火花、电弧及高温引爆，后果不堪设想。

    国家一贯重视作业安全，其中防爆安全问题更被列为研究方向，防爆安全问题实质上目前还都是世界各国的研究课题，主要是涉及--

　　1.科学技术的不断发展，防爆领域不断扩大，防爆要求不断提高，防爆理论的可靠性；

　　2.防爆措施研究的可行性；

　　3.防爆要求实施的可能性。

    在防爆理论方面已有很多论述，对易爆气体、粉末的爆炸特性、威力指数、爆炸压力和爆炸压力增长速度和能量释放等等进行了研究。

    防爆措施研究方面，我国处于世界前列，涉及防爆领域的研究机构数十家，国家制定了一系列防爆标准，防爆措施的形式目前采用隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、充油型、充沙型、浇封型隔爆兼本质安全型等混合形式；防爆型式分等分级，目前我国防爆等级已与世界主要国家的防爆等级标准相对应，并很多参数高于欧美诸国；防爆措施的落实严格控制、形成法律法规。

    作为防爆电气产品的研究、开发、生产的制造企业，我们不但要熟悉防爆理论，掌握防爆措施的运用，更把着力点放在防爆要求实施的可能性的研究方面。防爆要求实施的可能性，是面广量大的基础工作，也是防爆措施落实之处，防爆工业监控就是需要研究按这规定条件(即国家有关标准制造)下，不会引起周围爆炸性混合物爆炸的可靠的电视设备及监控功能的发挥和扩展。

    按规定条件设计制造的防爆应用电视设备，均须送国家授权的安全设备检验单位，检验通过并取得防爆合格证。

    对于防爆应用电视设备，不得根据使用需要而随意更改尺寸和容积。这必须由防爆理论的指导，当进行局部更改且涉及到设计输入条件变更时，必须慎重地重新计算，并将更改的图纸和有关说明送原检单位重新复核和批准。

    在各防爆区域内正确安装、使用防爆应用电视设备是必要的，可有效降低各种安全隐患。使用防爆应用电视产品时严格按照操作规程也是防爆安全落实之处。

二、防爆应用电视设备的选型

1、爆炸物和爆炸性危险区域：   

爆炸危险区域，是指存有爆炸危险性气体或（液体、蒸汽）与空气混合形成爆炸性气体混合物，当有引爆源时，即可产生爆炸或燃烧的区域（以下简称危险区域）。

 爆炸性物质的状态划分为两种：一种是气体、液体或液体蒸气与空气混合而形成爆炸性气体的危险区域，称为第一种区域。另一种是爆炸性粉尘的危险区域，称为第二种区域。

 爆炸性气体混合物的传爆能力，标志着其爆炸危险程度的高低，传爆能力越大，其危险性越高。爆炸性混合物的传爆能力可用最大试验安全间隙表示。同时，爆炸性气体、液体蒸气、薄雾被点燃的难易程度也标志着其爆炸危险程度的高低，它用最小点燃电流比表示。II类隔爆型电气设备或本质安全型电气设备，按其适用于爆炸性气体混合物的最大试验安全间隙或最小点燃电流比，进一步分为IIA、IIB和IIC类。参见下表：

Ⅱ类可燃性气体、蒸气级别，温度组别

2、电气设备的最高表面温度与温度组别

 爆炸性气体混合物的引燃温度是能被点燃的温度极限值。电气设备按其最高表面温度分为T1～T6组，使得对应的T1～T6组的电气设备的最高表面温度 不能超过对应的温度组别的允许值。温度组别与引燃温度的关系，参见下表：

从表二中看出,不同的爆炸性气体的引燃温度不同.温度组别为T1的气体引燃温度最高，而温度组别为T6的气体则最易被点燃。

 通过图表，就很明显的告诉我们，标注为ⅡCT6的防爆摄像机防爆等级最高.

 3、工程商选择产品注意事项：

 产品选型必须符合使用场所的安全标准，如防爆类型和隔爆型的级别、组别。当区域内存在两种或两种以上不同级、组的爆炸性混合物时，应按危险程度较高的级别和组别选用相适应的防爆类型。

 一些石化厂的腐蚀性气体和液体较为严重，应选择不锈钢材质的防爆摄像机；

 有安全隐患的防爆摄像机不可使用，如缺少紧固螺钉、电缆引入装置的密封圈无压紧装置或密封圈已丢失、隔爆面磨损、铭牌已严重腐蚀或丢失；

 使用在户外的防爆摄像机必须具备较强的防水性能；

  防爆产品具有标牌和标志，标牌(铭牌或警告牌)是采用金属制成。标牌内容除产品型号、规格、制造厂名称、出厂日期或出厂编号之外，有“Ex”标志、防爆标志和防爆合格证编号。

 从国外引进的防爆电气产品必须经过我国防爆质检机构检验认可。

三、防爆工业监控系统整体典型方案及其说明

    防爆工业监控由简单传输图像开始，随着防爆领域不断扩大，功能要求不断提高，就产生了由防爆设备组合构成系统，该系统在防爆区域使用标准防爆设备，在安全区域结合现代化监控的特点充份利用网络的便利，实现了基于TCP/IP的点对点、点对多点、多点对多点等远程视频实时编码组播和监控、远程控制摄像机和云台的功能。它综合了计算机IP视频技术、视频和音频数据的压缩及解压处理技术、互联网应用技术。

　　1.防爆工业电视监控系统典型方案

2、系统组成：（如上图）

（1）      前端监视设备：隔爆摄像仪、隔爆云台、隔爆解码器；

（2）       视频控制、传输设备：视频分配器、多画面分割器、视频切换器、光端机；

（3）       网络传输设备：硬盘录像系统、网络交换机、网络摄像机、视频服务器、数字编码解码器、数字微波传输/接收器

（4）       控制设备：矩阵控制器、键盘、硬盘录像机、云镜控制器；

（5）       存贮系统：数字硬盘录像机

（6）       终端显示设备：专业监视器、等离子显示器、彩色背投显示器、PC工作站。

3、系统的性能及特点：

■ 远程监控系统可对镜头和云台进行全方位操作。

■ 控制信号的传输采用RS-485（RS-422）协议，具有强抗干扰性、传输距离远，特别适合于环境恶劣的场所。

■ 采用现时流行的H.264视频编码技术，压缩比和帧率可调，网络用户实时共享。

■ 终端显示设备根据不同需要选配，若一对一显示或同时显示路数较多时可采用电视墙，也可进行画面分割后输出到大屏幕的等离子显示器或背投显示器；预算不充足时可选配视频切换器。

　　■ 智能化的远程网络管理。系统提供支持TCP/IP协议的网络接口，充分满足局域网内用户对远端站点进行网络化的统一控制管理，并交互使用数据、图表、视频等多种信息。

　　■ 计算机视窗图形控制台可代替传统文字控制键盘。操作人员只需鼠标点按即可控制系统的各种设备，操作形象、简单，无须记忆各个烦琐功能。

　　■ 网络视频解码器通过网络接收经过编码视频信号，再将视频还原成模拟信号，用普通监视器输出。其优点是充分利用现有网络环境，省去布置大量视频线的繁琐，经济且易于维护。

　　■ 编码/解码器具有双向通讯功能。编解码器具有独立的地址编码，采用数字化信号进行寻址。

　　■ 分布式计算机控制。系统由中心计算机和各级子站组成，通过网络构成控制网。控制子站独立完成某一区域的控制或实现某一控制功能，使用中只需增加控制子站和在子站上增挂监控点即可，所以监控点的多少几乎没有限制且不增加系统的复杂性，系统配置十分灵活，扩展性好，极易实现对较大区域的控制。并且某一监控子站本身的设备故障不影响其他子站的正常工作，系统整体的可靠性。

　　■ 建立在TCP/IP协议基础之上的图像传输系统的线路可为DDN、CDMA、HDSL、ISDN、ATM、LAN、WAN、微波等。

四、防爆工业监控系统的安装

在爆炸性危险环境中工业电视系统的安装施工除了要遵守通用工业电视系统相关的国家标准和规范以外，还要遵照有关的爆炸性危险环境电气设备的安装标准与规范，在二者出现矛盾之处应以爆炸性危险环境电气设备安装标准执行。

1、 线缆的敷设

根据规范要求和经验，在易燃易爆环境车间的配电线路设计一般都以桥架为主，钢管与电缆沟的敷设为辅，所有使用的电缆应使用阻燃电缆。

线缆敷设的路由应尽量远离爆炸源和爆炸性物质输送的管道。对于爆炸性气体环境中应考察易燃易爆气体的比重，如果危险气体的比重比空气轻，线缆应尽量敷设在下面（沿墙或地埋）；而对于危险气体比空气重的环境，线缆应尽量敷设在上面（沿墙或架空）。

正常情况下，在±0.00m平面，先由室外桥架引入，进入室内后至设备附近沿墙或柱引下至电缆沟（敷设完毕后封死，以防进水和白蚁侵害），然后穿管沿地面敷设至设备旁，再用防爆挠性管接入到防爆设备。

对于高出±0.00m的平面上，电气线路基本上都是由桥架架空引入，然后由桥架穿管架空敷设至防爆设备旁，再用防爆挠性管接入防爆设备。

敷设电气线路的沟、桥架或钢管所穿过的不同区域之间墙或楼板处的空洞应采用非燃性材料（如100#水泥砂浆）严密堵塞。

电缆线路不应有接头，穿线钢管应采用壁厚不小于2．5毫米的镀锌水煤气管。管道连接处需套丝连接，32mm以下管径至少需要套接5扣，32mm以上管径至少需要套接6扣（丝扣有效长度不得小于8毫米），并用防松螺帽固定拧紧，在螺纹部分涂以不干性防锈油，严禁缠麻及涂油漆。

管道中间连接处还需要使用电气连接线，确保管道电气贯通。

2、 专用防爆工具

通常由钢铁材料制成的钎、镐、锤、钳、扳手、吊具等工具与设备在激烈动作或失手跌落时发生的摩擦、撞击火花时隐蔽的点火源，因此在危险环境中安装设备需要使用不发生摩擦及撞击火花，甚至不产生炽热高温表面，由特殊材料制成的专用防爆工具。

钢铁材料的硬度时随含碳量的增加而提高的，而钢铁材料中的碳时产生摩擦火花的根源。防爆工具采用铜合金，在强度和硬度都较低的纯铜中添加铍、铝、钛、镍、镁等熔炼成铜基合金，强度和硬度得到提高，由于不含碳摩擦或撞击时不会产生火花；铜合金的强度、硬度及导热性都比钢铁材料好，局部摩擦点会发生塑性变形而避免摩擦能量集中在个别接触点上，并且能将摩擦产生的热量迅速分散到基体而减少摩擦撞击点出现炽热高温的危险。

当前工业上已由铰青铜、铝青铜、J892铜合金等多种铜基合金成功地应用在防爆工具中。 

防爆工具一般分为防爆手工具、防爆气动和液动工具以及专用工具等，包括各种扳手、钳子、锤凿、刀具等。

3、 设备的安装

防爆设备的自身重量和载重一般都较大，在实际安装时首先要选择稳定、坚固的安装面和足以承载设备总成的支撑设备。

设备的所有电气连接接头都应该处于防爆设备腔体或隔爆型防爆接线箱腔体内部，设备之间的连接使用防爆挠性管，防爆密封引线管应使用防爆设备随机提供的产品或选择符合现场环境防爆等级的产品，根据危险区域的不同对于引线管穿入电缆后应加胶泥密封。

如果设备具有转动或移动功能，引入设备的电缆和挠性管应该留有足够的余量，避免引设备转动拉断挠性管接口及电缆，使裸线暴露在危险环境之中。

4、 接地

·系统的接地，宜采用一点接地方式。接地母线应采用铜质线。接地线不得形成封闭回路，不得与强电的电网零线短接或混接；

·系统采用专用接地装置时，其接地电阻不得大于4Ω；采用综合接地网时，其接地电阻不得大于1Ω；

·光缆传输系统中，各监控点的光端机外壳应接地，且宜与分监控点统一联接接地。光缆加强芯、架空光缆接续护套应接地；

·架空电缆吊线的两端和架空电缆线路中的金属管道应接地；

·在0区至1区、1区至2区过渡应用中，在进入另一危险区域之前必须做接地；

·地线不能小于6mm²；

·设备与接入设备前的隔爆接线盒间用防爆挠性管连接，分别重复接地并保证电气贯通。

5、 防雷

在危险环境中的是设备主要是前端设备，而且有的是安装在室外。对于危险环境中设备防雷主要是指前端防爆设备的防雷。对于处于非危险区域的控制设备按照应用电视系统控制机房的防雷方法执行。

在中华人民共和国国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94中的第二章有关于“凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者；具有0 区或1区爆炸危险环境的建筑物；具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。”等情况的列为第一类防雷建筑。

室外监控点安装应按照国家标准安装防直击雷设备（接闪器）。同时需要注意对感应雷的防护。

·建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。

·金属屋面周边每隔18－24m应采用引下线接地一次。

·现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝士屋面，其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路，并应每隔18－24m采用引下线接地一次。

·平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于 100mm时应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m；交叉净距小于100mm时，其交叉处亦应跨接。

·当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。

·防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，其工频接地电阻不应大于10Ω。

·屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接，不应少于两处。

前端设备同样需要在电源引入的总配电箱处安装设过电压保护器，同时视频信号是输出、控制通讯信号的接口都要安装适当的防雷器加以保护。

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