در هر تأسیساتی که گازهای قابل اشتعال، بخارات قابل احتراق یا گرد و غبارهای انفجاری وجود دارد، تجهیزات الکتریکی استاندارد نه تنها کافی نیستند بلکه یک خطر اشتعال مستقیم هستند. یک قوس، جرقه، یا دمای سطحی که بیش از نقطه اشتعال خودکار یک ماده باشد، برای ایجاد یک رویداد فاجعهبار کافی است. تجهیزات الکتریکی ضد انفجار به گونه ای طراحی شده است که این خطر را از بین ببرد: یا حاوی هرگونه اشتعال در داخل است، یا اصلاً از وقوع اشتعال جلوگیری می کند، یا اتمسفر انفجاری را از تماس کامل با اجزای الکتریکی حذف می کند. درک چگونگی کارکرد این تجهیزات، نحوه طبقه بندی مناطق خطرناک، و معنای واقعی گواهینامه ها، پایه و اساس هر گونه نصب ایمن و سازگار در صنایع نفت و گاز، شیمیایی، پتروشیمی، دارویی یا معدنی است.
تجهیزات الکتریکی ضد انفجار - همچنین به عنوان تجهیزات Ex یا تجهیزات منطقه خطرناک شناخته می شود - به دستگاه ها و سیستم هایی اشاره دارد که به طور خاص برای کار ایمن در محیط هایی که ممکن است جو انفجاری وجود داشته باشد مهندسی شده اند. هنگامی که گازهای قابل اشتعال، بخارات، مه یا غبارهای قابل احتراق با هوا در غلظت هایی که قابلیت اشتعال دارند مخلوط می شوند، جو انفجاری تشکیل می شود.
خطر ناشی از مثلث احتراق است: سوخت (ماده قابل اشتعال)، اکسیژن (موجود در هوا) و منبع احتراق. تجهیزات الکتریکی استاندارد می توانند منبع احتراق را از طریق ایجاد قوس در تماس های سوئیچ، جرقه های ناشی از برس های موتور یا دمای سطح روی عناصر گرمایشی فراهم کنند. تجهیزات ضد انفجار این خطر را از طریق یکی از چندین استراتژی مهندسی خنثی می کند - شامل هرگونه احتراق داخلی، محدود کردن انرژی زیر آستانه احتراق، یا جداسازی فیزیکی اجزای الکتریکی از جو خطرناک.
توجه به این نکته مهم است که "ضد انفجار" همانطور که در استانداردهای آمریکای شمالی استفاده می شود (به ویژه UL و CSA) به طور خاص به مهار رویکرد: محفظه ای که به اندازه کافی ناهموار است که حاوی انفجار داخلی و گازهای خنک فراری کمتر از دمای اشتعال قبل از رسیدن به جو اطراف باشد. اصطلاح بین المللی گسترده تر است تجهیزات سابق ، که مفاهیم حفاظتی متعددی را فراتر از مهار به تنهایی در بر می گیرد.
قبل از انتخاب تجهیزات الکتریکی ضد انفجار، منطقه خطرناک باید به طور رسمی طبقه بندی شود. دو سیستم طبقهبندی موازی در سطح جهانی مورد استفاده قرار میگیرند: سیستم Zone (که تحت ATEX و IECEx در اروپا و در سطح بینالمللی استفاده میشود) و سیستم Class/Division (که تحت NEC و کد برق کانادا در آمریکای شمالی استفاده میشود). بسیاری از امکاناتی که در سراسر مناطق فعال هستند باید هر دو را برآورده کنند.
| ATEX / IECEx (منطقه) | معادل آمریکای شمالی | توضیحات |
|---|---|---|
| منطقه 0 | کلاس I، بخش 1 (شدید) | اتمسفر گاز انفجاری به طور مداوم یا برای مدت طولانی وجود دارد |
| منطقه 1 | کلاس I، بخش 1 | این احتمال وجود دارد که گاهی در طول عملیات عادی رخ دهد |
| منطقه 2 | کلاس I، بخش 2 | به احتمال زیاد تحت عملیات عادی نیست، اما در شرایط غیرعادی امکان پذیر است |
| منطقه 20 | کلاس II، بخش 1 | گرد و غبار قابل احتراق به طور مداوم یا برای مدت طولانی وجود دارد |
| منطقه 21 | کلاس II، بخش 1 | گرد و غبار قابل احتراق احتمالاً گهگاهی در طول عملیات عادی ایجاد می شود |
| منطقه 22 | کلاس II، بخش 2 | گرد و غبار قابل احتراق در شرایط عادی محتمل نیست |
طبقه بندی گروه گاز انتخاب را محدودتر می کند: گازها بر اساس حداقل انرژی احتراق و حداکثر شکاف ایمن آزمایشی گروه بندی می شوند. گروه IIC (هیدروژن) خطرناک ترین است و به بالاترین سطح حفاظت نیاز دارد. گروه IIA (پروپان) کمترین تقاضا را در دسته گازهای قابل اشتعال دارد. تجهیزات رتبه بندی شده برای گروه IIC برای استفاده در محیط های IIB و IIA مناسب هستند، اما عکس آن اعمال نمی شود.
استاندارد بین المللی IEC 60079 بیش از دوجین مفهوم حفاظتی شناخته شده را تعریف می کند. چهار موردی که بیشتر در تجهیزات الکتریکی و گرمایشی صنعتی با آن مواجه می شوند در زیر توضیح داده شده اند.
مفهوم Ex d پرکاربردترین روش حفاظتی برای تجهیزات فرآیند، تابلو برق و جعبه ترمینال بخاری است. محفظه با ضخامت دیوار کافی و سطوح مفصلی ماشینکاری شده ساخته شده است تا هرگونه اشتعال داخلی را بدون پارگی مهار کند و هرگونه گاز داغ فراری را زیر دمای احتراق جو اطراف خنک کند. این روش حفاظتی است که در محفظه های ترمینال اکثر بخاری های ضد انفجار صنعتی استفاده می شود. محفظه ها معمولاً از آلیاژ آلومینیوم با دیواره سنگین یا آهن داکتیل ریخته گری می شوند و به طور قابل ملاحظه ای سنگین تر از سر ترمینال های استاندارد هستند.
رویکرد Ex e به جای مهار انفجار پس از وقوع، از اقدامات مهندسی اضافی برای جلوگیری از جرقه، قوس، یا دمای بیش از حد در وهله اول استفاده می کند. این معمولاً برای جعبههای ترمینال، جعبههای اتصال، موتورها و وسایل روشنایی که در طول کارکرد عادی هیچ جزء قوس الکتریکی وجود ندارد، اعمال میشود. تجهیزات Ex e اغلب با Ex d در یک واحد ترکیب می شوند - برای مثال، یک بخاری غوطه وری با محفظه ترمینال Ex d و عایق سیم پیچ Ex e.
ایمنی ذاتی انرژی الکتریکی موجود در مدار - در هر دو شرایط عادی و خطا - را به سطحی کمتر از آنچه برای احتراق جو خطرناک لازم است محدود می کند. این مفهوم به طور گسترده برای ابزار دقیق، سنسورها و سیم کشی کنترل به جای تجهیزات انرژی مصرفی مانند بخاری ها یا موتورها استفاده می شود. Ex ia بالاترین سطح، مناسب برای منطقه 0 است. Ex ib برای منطقه 1 مناسب است. Ex ic برای Zone 2.
حفاظت Ex p فشار داخلی مثبت گاز محافظ (معمولاً هوای تمیز یا گاز بی اثر) را در داخل محفظه نگه می دارد و از ورود و تماس جوهای قابل اشتعال با اجزای الکتریکی جلوگیری می کند. این رویکرد معمولاً برای پانلهای کنترل بزرگ، آنالایزرها و درایوهای سرعت متغیر استفاده میشود که در غیر این صورت ساختن آنها در یک محفظه Ex d دشوار یا غیرعملی است. یک واحد کنترل تصفیه و فشار، فشار داخلی را کنترل می کند و در صورت کاهش فشار به زیر آستانه ایمن، تجهیزات را خاموش می کند.
گواهی تایید می کند که تجهیزات به طور مستقل آزمایش و تأیید شده اند تا الزامات استاندارد حفاظتی قابل اجرا را برآورده کنند. نهاد صدور گواهی، استاندارد اعمال شده و منطقه جغرافیایی نصب، همگی تعیین می کنند که کدام گواهینامه ها مورد نیاز است.
| گواهینامه / استاندارد | منطقه | اساس |
|---|---|---|
| ATEX (دستورالعمل 2014/34/EU) | اتحادیه اروپا | سری IEC 60079; اجباری برای بازار اتحادیه اروپا |
| IECEx | بین المللی | سری IEC 60079; در 50 کشور پذیرفته شده است |
| UL 1203 / UL 60079 | ایالات متحده آمریکا | سیستم کلاس/بخش NEC؛ توسط OSHA به رسمیت شناخته شده است |
| CSA C22.2 شماره 30 | کانادا | سیستم کلاس/بخش؛ برای تاسیسات کانادایی اجباری است |
| NEPSI / GB 3836 | چین | بر اساس IEC 60079؛ برای بازار داخلی چین مورد نیاز است |
برای تولیدکنندگان صادرات محور و پیمانکاران پروژه های جهانی، گواهینامه IECEx از نظر استراتژیک ارزشمند است، زیرا توسط تعداد فزاینده ای از سازمان های صدور گواهینامه ملی به رسمیت شناخته می شود و نیاز به آزمایش های جداگانه کشور به کشور را کاهش می دهد. گواهینامه ATEX برای تجهیزات فروخته شده در اتحادیه اروپا بدون توجه به وضعیت IECEx اجباری است. بسیاری از تولیدکنندگان معتبر - از جمله تولیدکنندگان بخاری های صنعتی برای پروژه های نفت و گاز - دارای گواهینامه های ATEX و IECEx در خطوط تولید ضد انفجار خود هستند.
طبقهبندی دما یکی از مهمترین پارامترها - و اغلب نادرستترین - در انتخاب تجهیزات ضد انفجار است. کلاس T حداکثر دمای سطحی که تجهیزات می تواند تحت هر شرایط عملیاتی، از جمله شرایط خطا، به آن برسد را تعیین می کند. این دمای سطح باید کمتر از دمای اشتعال خودکار (AIT) هر ماده قابل اشتعال که ممکن است در محیط نصب وجود داشته باشد، باقی بماند.
| کلاس تی | حداکثر دمای سطح | ماده مثالی که به این کلاس نیاز دارد |
|---|---|---|
| T1 | 450 درجه سانتی گراد | متان (537 درجه سانتیگراد AIT) |
| T2 | 300 درجه سانتی گراد | اتانول (365 درجه سانتیگراد AIT) |
| T3 | 200 درجه سانتی گراد | سوخت دیزل (210-220 درجه سانتیگراد AIT) |
| T4 | 135 درجه سانتی گراد | اتیلن (125 درجه سانتیگراد AIT - حداقل T4 نیاز دارد) |
| T5 | 100 درجه سانتی گراد | دی سولفید کربن (90 درجه سانتیگراد AIT) |
| T6 | 85 درجه سانتی گراد | دی اتیل اتر (160 درجه سانتیگراد AIT - استفاده در جایی که کمترین حاشیه مورد نیاز است) |
یک عدد کلاس T بالاتر، محدودیت دمای سطح محدودتری را تحمیل میکند، که معمولاً به عناصر چگالی وات کمتر، طراحی حرارتی محافظهکارانهتر یا کنترل فعال دما نیاز دارد. بخاری با درجه T3 هرگز برای فضای اتیلن مناسب نیست، حتی اگر دارای گواهینامه Ex d معتبر برای تمام پارامترهای دیگر باشد. همیشه قبل از تأیید سازگاری با کلاس T برای هر ماده قابل اشتعال که بالقوه وجود دارد، AIT را دریافت کنید. برای درمان فنی کامل انتخاب کلاس T در زمینه کاربردهای گرمایش مایع، به ما مراجعه کنید راهنمای انتخاب بخاری های غوطه وری ضد انفجار .
در میان دستهبندیهای تجهیزات الکتریکی ضد انفجار، بخاریهای برقی صنعتی یک چالش مهندسی خاص هستند. عملکرد اصلی بخاری - تبدیل انرژی الکتریکی به گرما - به این معنی است که دمای سطح بالا در طراحی ذاتی است. مدیریت آن دماها در محدوده های کلاس T و در عین حال حفظ راندمان گرمایش نیازمند دقت در چگالی وات عنصر، انتخاب مواد غلاف و معماری کنترل حرارتی است.
بخاری های غوطه وری ضد انفجار این موضوع را از طریق دو رویکرد مکمل برطرف می کنند. محفظه ترمینال - جایی که سیمکشی به عناصر گرمایشی متصل میشود و از نظر تئوری ممکن است قوسبندی ایجاد شود - بهعنوان یک محفظه ضد شعله Ex d ساخته میشود که معمولاً از آلیاژ آلومینیوم دیوار سنگین یا آهن شکلپذیر با اتصالات فلنجی ماشینکاری شده ساخته میشود. عناصر گرمایشی خود برای چگالی وات کنترلشده و یکنواخت طراحی شدهاند و مواد غلاف برای سازگاری با سیال فرآیند و دمای عملیاتی انتخاب شدهاند.
مواد غلاف متداول برای بخاری های غوطه ور ضد انفجار عبارتند از Incoloy 825 و 840 برای سیالات و روغن های فرآیند عمومی، Inconel 600 و 625 برای کاربردهای با دمای بالا و خورنده، Hastelloy C-276 برای محیط های شیمیایی تهاجمی، و تیتانیوم برای آب دریا و سیال کلرید-be. ترکیبی از محفظه ترمینال Ex d و مواد المان با دقت مشخص شده، هم رتبه ایمنی و هم طول عمر دستگاه را تعیین می کند.
برای تأسیسات در محیطهای منطقه 1 و منطقه 2 - از جمله پردازش نفت و گاز، کارخانههای پتروشیمی، پایانههای LNG و سکوهای دریایی - معمولاً دو پیکربندی محصول مشخص میشود. را بخاری غوطه وری سیال ضد انفجار صنعتی طراحی فلنجی همه کاره مناسب برای مایعات، روغنها و گازهای فرآیندی در طیف وسیعی از توان را ارائه میکند که دارای گواهینامه استانداردهای ATEX و IECEx (Ex d، Ex e، IIC Gb، T1–T6) با حفاظت ورودی IP66 است. برای برنامههایی که نیاز به جایگزینی آسانتر عنصر در میدان دارند، بخاری غوطه وری فلنجی ضد انفجار دارای طراحی عنصر سنجاق سر با گزینه های اتصال بایت یا جوش مستقیم است که امکان تعمیر و نگهداری آفلاین را بدون برداشتن کل مجموعه از ظرف فراهم می کند.
مشخصات صحیح تجهیزات الکتریکی ضد انفجار نیازمند یک رویکرد ساختاری است که قبل از اتخاذ هر گونه تصمیم خرید، به هر پارامتر حیاتی ایمنی می پردازد. چارچوب زیر در گروههای تجهیزات اعمال میشود - از بخاریها و موتورها گرفته تا جعبههای اتصال و ابزار دقیق.
نقشه رسمی طبقه بندی مناطق خطرناک را برای محل نصب دریافت کنید. تأیید کنید که آیا سیستم منطقه (ATEX/IECEx) یا سیستم کلاس/بخش (NEC/CSA) اعمال میشود. در صورت وجود، منطقه یا تقسیم، گروه گاز و دسته گرد و غبار را شناسایی کنید.
دمای اشتعال خودکار (AIT) هر گاز، بخار یا گرد و غبار قابل اشتعال را که ممکن است به طور همزمان یا متوالی وجود داشته باشد را جمع آوری کنید. پایین ترین AIT در لیست، حداقل T-class مورد نیاز را تعیین می کند. این مرحله اغلب در تاسیساتی با پردازش چند محصولی یا تغییرات فرآیند فصلی نادیده گرفته می شود یا دست کم گرفته می شود.
نوع تجهیزات را با مناسب ترین مفهوم حفاظتی مطابقت دهید: Ex d برای تجهیزات قدرت با اجزای قوس دار. Ex e برای ترمینال و جعبه های اتصال بدون قوس. Ex ia/ib برای ابزار دقیق و مدارهای حسگر کم انرژی. Ex p برای پانل های بزرگ یا محفظه هایی که عملاً نمی توان آنها را با ابعاد Ex d ساخت.
بررسی کنید که گواهی تجهیزات (ATEX، IECEx، UL، CSA، یا NEPSI) با حوزه قضایی نصب و منطقه خاص، گروه گاز و کلاس T مورد نیاز مطابقت داشته باشد. تاریخ انقضای گواهینامه را بررسی کنید و تأیید کنید که مرجع صدور گواهینامه برای استاندارد قابل اجرا معتبر است.
تاسیسات در فضای باز، محیط های شستشو، و تاسیسات گرد و غبار نیاز به رتبه بندی IP مناسب مستقل از طبقه بندی ضد انفجار دارند. IP66 محافظت در برابر جت های آب قدرتمند و ورود گرد و غبار سنگین را فراهم می کند و حداقل معمولی برای تاسیسات صنعتی در فضای باز است. IP67 یا IP68 ممکن است برای مکان های غوطه ور یا آبگرفتگی مکرر مورد نیاز باشد.
برای بخاریها، محفظهها و هر گونه اجزای خیسشده، بررسی کنید که مصالح ساختمانی از نظر شیمیایی با سیال فرآیند، محیط محیط و روشهای تمیز کردن یا استریلسازی مورد استفاده در تاسیسات سازگاری دارند. خرابی محفظه ناشی از خوردگی یکی از دلایل رایج تخریب تجهیزات Ex در سرویس است.
