Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
Перейти:  
 


 

Основы АСУ ТП и КИП - в статьях Ua.Automation.com

Взрывоопасные зоны

Взрывоопасные зоны

Роберт Щоскер, Pepperl+Fuchs, для InTech

Эта статья отвечает на вопросы: «что такое взрывоопасные зоны, и какими они бывают?». Описываются и сравниваются подходы к классификации взрывоопасных зон в США и ЕС, включая методы защиты, предотвращения и различения.

Что такое взрывобезопасность?

Концепция взрывобезопасного оборудования существует уже довольно давно. Ее суть – ограничение энергии до уровня ниже, чем необходимый для воспламенения материалов и веществ, применяемых в том или ином технологическом процессе.

Понятие взрывобезопасности «возникло из пепла», оставшегося после крупной катастрофы на одной из британских шахт в 1913 г. Взрыв был вызван низковольтной системой сигнализации, использовавшейся для оповещения наземного персонала о том, что вагонетки с углем можно поднимать на поверхность. Последовавшее после взрыва исследование показало, что самым важным в определении уровня безопасности электрической цепи, является энергия циркулирующего в ней тока. Так родилась концепция взрывобезопасности (intrinsic safety).

Почему так важно досконально разбираться в различных аспектах взрывобезопасности? Дело в том, что многие аварии, связанные с нарушением требований взрывобезопасности, явились следствием недостаточной информированности сотрудников из-за некачественного обучения, отсутствия документации и неэффективных мер безопасности. По сути, эти бедственные результаты могли бы быть предотвращены правильным обучением, новым оборудованием, своевременными проверками и ТО, или усовершенствованными процедурами безопасности.

Конечно, даже если предприятие сделало все необходимое, взрыв все равно может состояться. Тем не менее, каждое усилие, направленное на уменьшение «остаточного риска», «зачтется». «Остаточный риск» - уровень риска после того, как были приняты все необходимые меры, включая использование механических средств защиты и предотвращения.

«Взрывоопасная зона» (англ.: hazardous area), это зона, в которой находятся или могут находиться горючие концентрации легковоспламеняющихся газов, паров, пыли, и взрыв которых может быть вызван электрической искрой достаточной энергии. 

Впрочем, взрыв может произойти только при условии, когда окислитель, взрывоопасное вещество (газ, пар или пыль), и энергия (термическая или электрическая) встречаются одновременно. Эти три элемента вместе известны как составные части «взрывоопасного треугольника». Если один из элементов «уравнения взрыва» устраняется, взрыв произойти не может. Как мы не раз увидим из данной статьи, методы обеспечения взрывобезопасности основаны, так или иначе, как раз на устранении одного из элементов.

В статье будут даны ответы на некоторые базовые вопросы о взрывоопасных зонах. Мы уже знаем, что беспокойство, связанное с этими зонами, обосновано, но, о чем именно мы беспокоимся? Что такое взрывоопасная зона? Кто или что определяет их? Какая разница между разными классами и категориями взрывоопасных зон? Это очень хорошие вопросы, и их очень часто задают.

Мы уже знаем, что взрывоопасная зона, это зона, в которой содержится горючая концентрация легковоспламеняющегося газа, пара или пыли. Как только мы выяснили, что определенная зона является взрывоопасной, мы можем ее классифицировать на соответствие том или иному классу или категории. Хотя основные принципы предотвращения взрывов во взрывоопасных условиях одинаковы во всем мире, за 100 лет в соответствующем законодательстве разных стран накопились некоторые различия, особенно в плане классификации зон.

Как видно из рисунка выше, в Северной Америке для дифференциации взрывоопасных зон используют 4 понятия: классы, категории, группы, температуры.

Дифференциация происходит следующим образом:

Класс 1. Опасность вызвана присутствием легковоспламеняющихся веществ, таких как газы или пары.

Класс 2. Опасность вызвана присутствием легковоспламеняющихся веществ, таких как горючая пыль.

Класс 3. Опасность вызвана присутствием легковоспламеняющихся веществ, таких как волокна или пух.

Эта категоризация осуществляется в Северной Америке в соответствии с NEC 500. Классы 1, 2 или 3 обозначают, с каким взрывоопасным материалом идет работа во взрывоопасной зоне.

Категория обозначает вероятность того, что вещества будут присутствовать в потенциально опасном количестве (Категория 1 и Категория  2).

Категория 1. Опасность может присутствовать во время нормальной работы, ремонта, технического обслуживания, или в случае, где неисправность может взывать одновременный отказ электрического оборудования.

Категория  2. Горючее вещество присутствует, в закрытой емкости или системе, с нормальной вентиляцией; или находится в зоне, соседней с зоной, отнесенной к Категории 1.

Классы взрывоопасных зон подразделяются на подгруппы, в зависимости от типа взрывоопасной воздушной смеси, газа или пара.

Класс 1

Группа А: смеси, содержащие ацетилен.

Группа В: смеси, содержащие водород; легковоспламеняющиеся газовые смеси, в составе которых более 30% водорода по объему; а также, содержащие бутадиен, акролеин, окись этилена.

Группа С: смеси, содержащие этилен или этиловый эфир, а также газы или пары, представляющие сходный уровень риска.

Группа D: смеси, содержащие спирты, аммиак, бензол, бутан, бензин, гексан, лаки, пары растворителей, керосин, природный газ или пропан, а также газы или пары, представляющие сходный уровень риска.

Класс 2

Группа Е: воздушные взвеси частиц горючей металлической пыли, такой как алюминий, марганец и их коммерческие сплавы, вне зависимости от ее электрической проводимости, либо пыль с подобными характеристиками опасности и с удельной объемной проводимостью, представляющей опасность при использовании электротехнического оборудования.

Группа F: воздушные смеси, содержащие горючую пыль сажи, древесного угля или кокса с содержанием горючего вещества более 8% объема.

Группа G:  воздушные взвеси горючей пыли веществ, не вошедших в другие группы, таких как мука, зерно, дерево, пластик и различные химические соединения.

Наконец, оборудование, устанавливаемое непосредственно во взрывоопасных зонах, должно классифицироваться по максимальной температуре, которую может иметь его поверхность во время нормальной работы или в случае неисправности. Максимальная температура поверхности должна быть ниже температуры воспламенения присутствующих газов.

Максимальная температура:

       (°C)    (°F)    Температурный класс в Северной Америке

  • 450    842    T1
  • 300    572    T2
  • 280    536    T2A
  • 260    500    T2B
  • 230    446    T2C
  • 215    419    T2D
  • 200    392    T3
  • 180    356    T3A
  • 165    329    T3B
  • 160    320    T3C
  • 135    275    T4
  • 120    248    T4A
  • 100    212    T5
  • 85      185    T6

На рисунке ниже представлена концепция разделения на взрывоопасные зоны:

В Европе используется зональный метод категоризации. Европейский подход изложен в стандарте IEC/EN 60079-10. В соответствии с ним, любой зоне, в которой может присутствовать легковоспламеняющийся газ или взвешенная в воздухе пыль, должна быть присвоена та или иная категория:

  • 0-я зона — зоны, в которых взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или в течение долгих промежутков времени.
  • 1-я зона — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования выделяются горючие газы или пары легковоспламеняющихся жидкостей, образующие с воздухом взрывоопасные смеси.
  • 2-я зона — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования взрывоопасные смеси горючих газов или паров легковоспламеняющихся жидкостей с воздухом не образуются, или образуются на короткие промежутки времени.
  • 20-я зона — зоны, в которых взрывоопасные смеси горючей пыли с воздухом присутствуют постоянно, или в течение долгих промежутков времени.
  • 21-я зона — зоны, в которых при нормальном режиме работы оборудования выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна, способные образовывать с воздухом взрывоопасные смеси.
  • 22-я зона — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальном режиме работы оборудования взрывоопасные смеси горючей пыли или волокон с воздухом образуются только на короткое время или в результате аварии или повреждения технологического оборудования.

Часть II

Кроме того, в Европе оборудование должно быть отнесено к одной из двух групп, в соответствии со стандартом IEC/EN 60079-0. В общем и целом, отнесение к одной из двух групп зависит от того, будет ли оборудование использоваться над или под поверхностью земли.

Группа 1. Оборудование для использования в рудниках, в которых опасность вызвана присутствием метана или угольной пыли.

Группа 2. Оборудование для использования на поверхности, в помещениях или рядом с ними, где опасность представляют газы или пары, относящиеся к одной из трех групп: А, В, С.

Как и в случае с категориями, у Групп 1 и 2 есть подгруппы. Каждая ассоциируется с некоторым количеством газов, обладающих определенной энергией воспламенения.

Температурный код необходим так же, как и категории. В границах и зон и категорий максимальная температура поверхности устройства должна быть ниже температуры воспламенения присутствующих газов.

Рисунок ниже иллюстрирует концепцию разделения на взрывоопасные зоны.

В статье описаны взрывоопасные зоны и их классификации, однако, какие существуют методы защиты от взрывов? Как мы указывали раньше, для того, чтобы уменьшить риск взрыва, необходимо устранить один из компонентов «взрывоопасного треугольника». Есть три базовых метода защиты: взрывозащита, сегрегация и предотвращение.

Взрывозащита: единственный метод, в рамках которого взрыв допустим, однако, жестко ограничивается определенной зоной, таким образом, его распространение в окружающую среду предотвращается. Огнеупорные и взрывоупорные корпуса создаются с расчетом на этот метод.

Сегрегация: метод, основанный на физическом разделении или изоляции электрических частей или горячих поверхностей от взрывоопасных смесей. Этот метод включает различные техники, такие как герметизация или инкапсуляция.

Предотвращение: метод, ограничивающий уровень энергии, электрической или термической, до безопасного уровня, и при нормальной работе и в случае неисправностей. Обеспечение взрывобезопасность – самая типичная техника в рамках этого метода. 

Методы защиты, основанные на взрывозащите и сегрегации – это методы, которые ограничивают, регулируют взрыв для того, чтобы источник термической или электрической энергии не контактировал с потенциально взрывоопасными смесями. В обоих случаях предполагается использование специфических корпусов, проводов и т.д.

Обеспечение взрывобезопасности предотвращает воспламенение взрывоопасной атмосферы, упрощает инсталляцию и использование необходимого оборудования, подсоединенного к электрической цепи, расположенной непосредственно во взрывоопасной зоне.

Выбор специфического метода защиты зависит от степени безопасности, требуемой для данного типа взрывоопасной зоны. Суть состоит в том, чтобы выбрать метод защиты, обеспечивающий наименьшую вероятность одновременного присутствия источника энергии и смеси газа и воздуха в опасной концентрации. Конечно же, другие важные факторы, которые надо учитывать, это размер устройства, которое надо защитить, гибкость системы, необходимость в ТО, стоимость инсталляции. С точки зрения этих факторов, взрывобезопасность имеет много преимуществ.

Что же такое взрывобезопасность? Она основана на принципе ограничения энергии до уровня ниже, чем необходимый для воспламенения газа или пыли. Ограничения касаются, также, термической энергии. Таким образом, и при нормальной работе, и в случае неисправностей, не могут возникнуть искры или термические эффекты, ведущие к воспламенению потенциально взрывоопасной атмосферы.

Понимать взрывобезопасность как концепцию это хорошо, но главное – уметь применять ее на практике. Как видно из рисунка ниже, во взрывобезопасную цепь входят три компонента.

  • Полевое устройство – взрывобезопасное оборудование, расположенное во взрывоопасной зоне.
  • Взрывобезопасный барьер или схожее оборудование, расположенные в невзрывоопасной зоне.
  • Соединительный кабель, проложенный между двумя устройствами.

Пример простой, поскольку ошибочных комбинаций мало, и понимания параметров безопасности устройства и кабеля будет достаточно для проверки безопасности системы. Более сложная система (комбинации барьеров или использование многочисленных кабелей) требует более сложного анализа, так как существует больше вариантов ошибочных комбинаций, требующих проверки, и они не всегда очевидны.

Как уже упоминалось выше, взрывобезопасность требует более сложного анализа, однако, с учетом этого, она предлагает больше преимуществ по сравнению с другими методами. В частности, она позволяет обученному персоналу работать с оборудованием, не прерывая технологических процессов. Гарантируется безопасность при коротких разрывах цепи. Только метод взрывобезопасности позволяет отсоединять коннекторы и взрывобезопасные устройства, и заменять их эквивалентными устройствами во взрывоопасных зонах. Также этот метод позволяет использовать во взрывоопасных зонах кабели общего назначения. Эти преимущества позволяют экономить существенные средства на инсталляции и ТО, поскольку ту же поддержку уже можно осуществлять без остановки производства.  Взрывобезопасность также, в целом, обеспечивает более высокую надежность, благодаря использованию более надежных компонентов, в соответствии с предписаниями стандартов.

Взрывобезопасность возникла как следствие аварий, и успела стать самым надежным способом защиты. Она не только ограничивает напряжение и силу тока, но, также, позволяет 50% допустимое отклонение от безопасных параметров при различных неисправностях. Никакой другой метод защиты этого не обеспечивает.

В конечном итоге, именно пользователи определяют классификацию своих взрывоопасных зон, какое процессное оборудование и метод защиты будут использоваться. Если выбор будет сделан в пользу взрывобезопасности, то этот метод обеспечит наилучшую комбинацию умеренных расходов и требуемого уровня безопасности.

Об авторе:

Роберт Щоскер (Robert Schosker) является менеджером продуктов в области взрывобезопасности,HART, кондиционеров сигналов и защиты от коротких замыканий в Pepperl+Fuchs. Работает в компании с 1995 г.