بخاری های غوطه ور ضد انفجار: راهنمای انتخاب ایمن

بخاری های غوطه ور ضد انفجار در جایی که جوهای قابل اشتعال و گرمایش مایع وجود دارند ضروری هستند

در هر تأسیساتی که مایعات، گازها، یا غبارهای قابل احتراق در کنار نیاز به گرمایش فرآیندی وجود دارد، یک بخاری غوطه ور استاندارد نه تنها کافی نیست، بلکه یک خطر اشتعال مستقیم است. بخاری های غوطه وری ضد انفجار به طور خاص طراحی شده اند تا از خطاهای الکتریکی داخلی، گرمای بیش از حد یا ایجاد قوس الکتریکی در جو اطراف جلوگیری کنند. ، در حالی که هنوز گرمایش مایع دقیق و کارآمد مورد نیاز فرآیندهای صنعتی را ارائه می دهد.

بخاری غوطه وری ضد انفجار مناسب برای یک کاربرد خاص به طبقه بندی مکان خطرناک، سیال در حال گرم شدن، چگالی وات مورد نیاز، مواد غلاف و رتبه بندی محفظه انتهایی بستگی دارد. انجام هر یک از این اشتباهات یا یک خطر ایمنی ایجاد می کند یا واحدی را که پیش از موعد در سرویس از کار می اندازد، ایجاد می کند. این راهنما هر انتخاب و نصب حیاتی را به صورت عملی بررسی می کند.

چگونه بخاری های غوطه ور ضد انفجار با واحدهای استاندارد تفاوت دارند

یک بخاری غوطه ور استاندارد، سیال را به طور موثر گرم می کند، اما محفظه انتهایی الکتریکی آن - جایی که سیم کشی به عناصر گرمایشی متصل می شود - در برابر جوهای انفجاری مهر و موم نشده است. اگر یک قوس داخلی یا جرقه رخ دهد، می تواند بخارات قابل اشتعال موجود در محیط اطراف را مشتعل کند.

بخاری های غوطه وری ضد انفجار این موضوع را از طریق دو رویکرد مهندسی تکمیلی حل می کنند:

• محفظه های ضد انفجار (XP): محفظه ترمینال برای مهار هرگونه انفجار داخلی و جلوگیری از انتشار شعله به اتمسفر خارجی ساخته شده است. محفظه از طریق اتصالات فلنجی ماشینکاری شده با ابعاد شکاف و عمق درگیری با رزوه دقیق کنترل شده که گازهای فرار را زیر دمای احتراق خنک می کند، به این امر دست می یابد. این محفظه ها از آلیاژ آلومینیوم یا آهن با دیواره سنگین ریخته گری می شوند و به طور قابل توجهی سنگین تر و مقاوم تر از سر ترمینال های استاندارد هستند.
• طراحی های افزایش ایمنی (Ex e): این محفظه‌ها که در برخی از واحدهای دارای گواهینامه IECEx و اروپایی استفاده می‌شوند، از ایجاد قوس و جرقه‌ها از طریق افزایش الزامات عایق، فواصل خزش و کنترل‌های دما جلوگیری می‌کنند - به جای اینکه بعداً انفجاری را در خود داشته باشند.

علاوه بر این، بخاری های غوطه وری ضد انفجار نیز شامل می شوند دستگاه‌های حفاظت در برابر دمای بیش از حد - معمولاً قطع‌کننده‌های حرارتی یا ترموستات‌هایی که برای مکان‌های خطرناک رتبه‌بندی می‌شوند. - برای جلوگیری از تجاوز دمای سطح از درجه بندی کلاس T نصب، که می تواند خطر اشتعال جو اطراف را حتی بدون نقص داخلی داشته باشد.

طبقه بندی مکان های خطرناک و الزامات گواهینامه

انتخاب گواهی شده بخاری غوطه وری ضد انفجار مستلزم تطبیق گواهی واحد با طبقه بندی مکان خطرناک خاص نصب است. استفاده از بخاری تایید شده برای یک طبقه بندی در یک منطقه خطرناک متفاوت - و بالقوه شدیدتر - نقض انطباق و نقص ایمنی است.

سیستم طبقه بندی آمریکای شمالی (NEC / CEC)

کد ملی برق (NEC) و کد برق کانادا (CEC) مکان‌های خطرناک را با استفاده از سیستم کلاس/تقسیم طبقه‌بندی می‌کنند:

• کلاس I: گازها یا بخارات قابل اشتعال (پالایشگاه های نفت، کارخانه های شیمیایی، غرفه های رنگ، تاسیسات جابجایی سوخت)
• کلاس دوم: گرد و غبار قابل احتراق (آسانسور غلات، آسیاب های آرد، جابجایی زغال سنگ، پردازش پودر دارویی)
• کلاس III: الیاف یا الیاف قابل اشتعال (کارخانجات نساجی، تاسیسات نجاری)
• بخش 1: شرایط خطرناک تحت عملیات عادی وجود دارد
• بخش 2: شرایط خطرناک فقط در شرایط غیرعادی (نشت، خرابی تجهیزات) رخ می دهد.

درخواست کننده ترین و رایج ترین گواهینامه برای بخاری های غوطه وری آمریکای شمالی است کلاس I، بخش 1، گروه C و D - پوشش دادن محیط های اتیلن و پروپان/گاز طبیعی به ترتیب. UL 1203 استاندارد قابل اجرا برای محفظه های ضد انفجار در ایالات متحده است. CSA C22.2 شماره 30 کانادا را پوشش می دهد.

طبقه بندی IECEx و ATEX (بین المللی / اروپایی)

سری IEC 60079 و دستورالعمل ATEX (2014/34/EU) به جای Class/Division از سیستم Zone استفاده می کنند:

• منطقه 0 / منطقه 20: اتمسفر انفجاری که به طور مداوم یا برای مدت طولانی (به ترتیب گازها / غبارها) وجود دارد - نیاز به طبقه بندی Ex ia دارد.
• منطقه 1 / منطقه 21: احتمالاً گاهی اوقات در طول عملیات معمولی رخ می دهد - بخاری های غوطه وری Ex d (ضد شعله) یا Ex e (ایمنی افزایش یافته) مناسب هستند.
• منطقه 2 / منطقه 22: به احتمال زیاد تحت عملیات عادی نیست، اما ممکن است - محدوده وسیع تری از مفاهیم حفاظتی مجاز است

Ex d IIB T4 Gb یک علامت متداول ATEX برای بخاری های غوطه ور ضد انفجار در کاربردهای نفتی/شیمیایی است - نشان دهنده محفظه ضد شعله، گروه گاز IIB (کلاس اتیلن)، کلاس دمایی T4 (حداکثر دمای سطح 135 درجه سانتی گراد) و سطح حفاظت تجهیزات Gb (منطقه 1 مناسب).

کلاس دما (T-Rating): حیاتی ترین پارامتر ایمنی

کلاس T (کلاس درجه حرارت) یک هیتر غوطه وری ضد انفجار حداکثر دمای سطحی را که بخاری می تواند تحت هر شرایط کاری به آن برسد - از جمله شرایط خطا، تعیین می کند. این دما باید کمتر از دمای اشتعال خودکار (AIT) ماده قابل اشتعال موجود در محیط نصب باقی بماند.

یک عدد کلاس T بالاتر نشان‌دهنده محدودیت دمایی محدودتر است و برای موادی با دمای خود اشتعال پایین‌تر لازم است. بخاری با درجه T3 برای اتمسفر اتیلن (که به T4 یا بهتر نیاز دارد) مناسب نیست، حتی اگر دارای گواهینامه معتبر ضد انفجار برای تمام پارامترهای دیگر باشد. همیشه قبل از تعیین کلاس T برای هر ماده قابل اشتعال موجود AIT دریافت کنید.

چگالی وات: پارامتر مهندسی مرکزی برای طراحی المان ایمن

چگالی وات - مقدار توان تلف شده در واحد سطح عنصر، که بر حسب وات بر اینچ مربع (W/in²) یا وات بر سانتی متر مربع (W/cm²) بیان می شود - مهمترین پارامتر طراحی برای جلوگیری از گرمای بیش از حد عنصر در بخاری های غوطه وری است. چگالی بیش از حد وات باعث می شود که دمای غلاف عنصر از حد مطمئن فراتر رود، که منجر به تخریب سیال، فرسودگی عنصر و احتراق احتمالی در اتمسفرهای خطرناک بدون توجه به درجه بندی محفظه می شود.

محدودیت های چگالی وات توصیه شده بر اساس نوع سیال

• آب و محلول های مبتنی بر آب: حداکثر 60 تا 80 W/in² — رسانایی حرارتی بالای آب به طور موثر گرما را از سطح عنصر حذف می کند.
• روغن های سبک و روغن های کوره (روغن گرمایشی، گازوئیل): 10-20 W/in² - سیالات نفتی دارای ضرایب انتقال حرارت به طور قابل توجهی پایین تری هستند و در دماهای بالا تجزیه یا کک می شوند.
• روغن‌های سوخت سنگین، روغن‌های چسبناک و قطران: 5-10 W/in² - فرآورده های نفتی سنگین به چگالی بسیار کم وات نیاز دارند تا از کربن شدن روی غلاف عنصر جلوگیری شود.
• محلول های سوزاننده (NaOH، KOH): 20-40 W/in² بسته به غلظت - مواد سوز آور از نظر حرارتی رسانا هستند اما خورنده هستند. غلاف های بی رنگ یا تیتانیوم مورد نیاز است
• اسیدها: 15-30 W/in² - انتخاب مواد غلاف حیاتی است. همیشه با نمودار سازگاری خوردگی مشورت کنید
• نمک های مذاب: 20-35 W/in² با کنترل دقیق دما - در برنامه‌های ذخیره‌سازی حرارتی و عملیات حرارتی در دمای بالا استفاده می‌شود.

برای کاربردهای مکان خطرناک، همیشه محدودیت‌های چگالی وات را در انتهای پایین محدوده یا پایین‌تر از نوع سیال اعمال کنید و برای جلوگیری از شرایط آتش‌سوزی خشک، یک بریدگی سطح مایع کم داشته باشید. عنصری که در یک جو خطرناک به جای سیال در معرض هوا قرار می گیرد، می تواند در عرض چند ثانیه به دمای سطحی با قابلیت اشتعال برسد.

مواد غلاف: تطبیق شیمی با کاربرد

غلاف عنصر لوله بیرونی است که حاوی سیم مقاومت و عایق اکسید منیزیم (MgO) است. انتخاب مواد غلاف هم مقاومت خوردگی عنصر در سیال فرآیند و هم حداکثر دمای عملیاتی مجموعه را تعیین می کند.

کاربردهای معمولی برای هیترهای غوطه وری ضد انفجار

درک صنایع و کاربردهای فرآیندی خاص که در آن بخاری‌های غوطه‌ور ضد انفجار تجهیزات استاندارد هستند، به تأیید اینکه آیا یک نصب معین به گواهی XP نیاز دارد یا خیر کمک می‌کند و الزامات خاصی را که احتمالاً اعمال می‌شود، شناسایی می‌کند.

• پالایش و ذخیره سازی نفت: گرمایش نفت خام، نفت کوره و سوخت های باقیمانده در مخازن ذخیره سازی و مخازن فرآیند. محیط های کلاس I، بخش 1 یا منطقه 1 در سراسر این امکانات استاندارد هستند. گرمایش کاهش ویسکوزیته روغن سوخت معمولاً به 5-15 W/in² در عناصر Incoloy نیاز دارد. برای جلوگیری از کک شدن
• کارخانه های فرآیند شیمیایی: مخازن واکنش گرمایش، مخازن ذخیره سازی و لوله های فرآیند حاوی حلال های آلی قابل اشتعال، کتون ها و ترکیبات معطر. درجه بندی کلاس T4 یا T3 بسته به مواد شیمیایی خاص موجود است.
• تولید رنگ و پوشش: حفظ دما در سیستم‌های پوشش مبتنی بر حلال که در آن بخارات حاصل از تینرها و حلال‌ها شرایط کلاس I، بخش 1 را در مناطق بسته ایجاد می‌کنند.
• تولید دارو: حلال‌های فرآیند گرمایش شامل اتانول، ایزوپروپانول و استون - همه مواد کلاس I - در ظرف‌های واکنش و استخراج که نیاز به کنترل دقیق دما دارند.
• تصفیه فاضلاب با تولید متان: گرمایش هاضم بی هوازی به دلیل تولید متان نیاز به گواهینامه کلاس I دارد. عناصر فولادی ضد زنگ در پیکربندی های فلنجی برای گرم کردن لجن هاضم استاندارد هستند.
• فرآوری غلات و آرد: محیط های کلاس II، بخش 1 از گرد و غبار قابل احتراق به گرمکن های غوطه ور XP در هر کاربرد گرمایشی در داخل تأسیسات، از جمله گرمایش آب برای سیستم های تمیز کردن نیاز دارند.
• سکوهای نفت و گاز فراساحلی: گرمایش آب دریا، نگهداری دمای سیال فرآیند و گرمایش زمستانی در سرتاسر پلت فرم هم به گواهی XP و هم مقاومت در برابر خوردگی درجه دریایی نیاز دارند.

الزامات نصب و کنترل های ایمنی برای مکان های خطرناک

یک بخاری غوطه وری ضد انفجار فقط به اندازه نصب آن ایمن است. چندین کنترل ایمنی اجباری باید با نصب بخاری XP همراه باشد تا مطابقت با گواهینامه حفظ شود و از خرابی فاجعه‌بار جلوگیری شود.

وسایل حفاظتی اجباری

• برش سطح مایع کم: سوئیچ سطح یا کاوشگر که در صورت پایین آمدن سطح سیال به زیر بالای المنت های گرمایش، هیتر را خاموش می کند. این تنها حیاتی ترین وسیله ایمنی است - یک عنصر پرانرژی که در یک جو خطرناک در معرض بخار قرار می گیرد یک خطر اشتعال فوری است. NEC Article 500 و IEC 60079-14 هر دو به حفاظت سطح پایین برای گرمکن های غوطه ور در کاربردهای بخش 1 / منطقه 1 نیاز دارند.
• قطع کننده دمای بالا (قطع حرارتی): یک دستگاه مستقل و مجزای بیش از حد - که بالای ترموستات کارکرد اما زیر حد T-class تنظیم شده است - که مدار را برای رویدادهای دمای بیش از حد به طور دائم باز می کند. این باید یک نوع تنظیم مجدد دستی باشد تا قبل از بازگشت بخاری به سرویس، علت داغ شدن بیش از حد بررسی شود.
• ترموستات در حال کار: دمای عملیاتی معمولی را کنترل می کند. باید برای مکان خطرناک رتبه بندی شود یا در یک منطقه امن با سنسور دما در منطقه خطرناک قرار گرفته باشد.
• حفاظت از خطای زمین: برای نظارت بر یکپارچگی عنصر مورد نیاز است - خطای زمین نشان دهنده خرابی عایق عنصر است که می تواند باعث ایجاد قوس در داخل سیال یا اتصالات ترمینال شود.

الزامات لوله و سیم کشی

تمام مجرای ورودی به محفظه ترمینال ضد انفجار باید با اتصالات مهر و موم لوله XP (Crouse-Hinds EYS یا معادل آن) مورد تایید قرار گیرد. 18 اینچ ورودی محوطه به ازای NEC 501.15. ترکیب آب بندی از انتقال بخارات قابل اشتعال از طریق سیستم مجرا از منطقه خطرناک به مناطق غیرخطرناک جلوگیری می کند - پدیده ای به نام تنفس مجرای که می تواند خطرات اشتعال غیرمنتظره را از راه دور از خود بخاری ایجاد کند.

تعیین یک بخاری غوطه ور ضد انفجار: یک چک لیست عملی

هنگام درخواست قیمت یا تعیین یک بخاری غوطه وری ضد انفجار، ارائه اطلاعات کامل برنامه از قبل از خطاهای مشخصات و تحویل یک واحد نادرست جلوگیری می کند. اطلاعات زیر مورد نیاز است:

• طبقه بندی مکان های خطرناک: کلاس/بخش/گروه (NEC) یا منطقه/گروه گاز (ATEX/IECEx)، و ماده(های) قابل اشتعال خاص موجود
• کلاس T مورد نیاز: بر اساس دمای احتراق خودکار حساس ترین ماده موجود به اشتعال
• هویت و خواص سیال: نام شیمیایی، غلظت، ویسکوزیته در دمای عملیاتی، گرمای ویژه و هرگونه ویژگی خورنده
• دمای عملیاتی و حداکثر سیال: هم دمای فرآیند هدف و هم حداکثر دمای ایمن برای سیال
• ابعاد کشتی و پیکربندی نصب: قطر مخزن، طول غوطه وری موجود، اندازه اتصال فلنج یا رزوه ای، و جهت (افقی، عمودی، زاویه دار)
• درجه کیلووات مورد نیاز: محاسبه شده از بار گرم کردن (جرم × گرمای ویژه × افزایش دما ÷ زمان گرم شدن) به اضافه جبران تلفات حرارتی در حالت پایدار
• ولتاژ و فاز تغذیه: تک فاز یا سه فاز، سطح ولتاژ و آمپر موجود در محل نصب
• اولویت نهاد صدور گواهینامه: UL/CSA برای برنامه های آمریکای شمالی، ATEX برای اتحادیه اروپا، IECEx برای پذیرش بین المللی/جهانی