Phoenix Contact. Обеспечение взрывобезопасности. Теория и практика

60 Pages·3.039 MB·Russian

Обеспечение
взрывобезопасности
Теория и практика
Обеспечение взрывобезопасности
Цель настоящей брошюры по теме
обеспечения взрывобезопасности —
дать понимание строителям,
проектировщикам и организациям,
эксплуатирующим оборудование,
связанное со взрывоопасными
средами, тех особых рисков, которые
связаны с этой эксплуатацией, а также
обеспечить техническую поддержку
в их повседневной работе. Этот
предмет требует внимания не только
при эксплуатации обычных установок
химической и нефтеперерабатывающей
промышленности. Даже такие, на
первый взгляд, безопасные отрасли,
как пищевая промышленность,
обладают значительным взрывоопасным
потенциалом. Как правило, взрывозащиту
связывают с технологическими
процессами с использованием газов.
Однако взрывоопасные атмосферы могут
возникать и при работе с пылевидными
веществами.
2 PHOENIX CONTACT
Содержание Страница
1 Основы взрывозащиты 4
1.1 Директивы, нормы, предписания 7
1.2 Распределение по зонам 13
1.3 Виды взрывозащиты 16
1.4 Обозначение взрывозащищенных устройств 25
2 Сооружение установок
во взрывоопасных зонах 28
2.1 Прокладка искробезопасных электрических
цепей 30
2.2 Защита от перенапряжений во взрывоопасных
зонах 34
2.3 Техника соединений 36
2.4 Системы ввода кабелей 39
2.5 Примеры монтажа 40
2.6 Подтверждение искробезопасности 42
3 Технические основы 48
3.1 Контрольно-измерительные приборы (КИП) 52
3.2 Основы функциональной безопасности 56
3.3 Термины и сокращения 58
Более детальную информацию по рассмотренным
в настоящей брошюре продуктам можно найти в
каталогах Phoenix Contact: www.phoenixcontact.ru
В первой части данной брошюры даются Вторая часть брошюры обеспечивает здесь также содержится информация по
основы обеспечения взрывобезопасно- техническую поддержку в процессе присоединительным клеммам и защите от
сти. Это обеспечит понимание особых эксплуатации электрооборудования во перенапряжения во взрывоопасных зонах.
рисков эксплуатации соответствующего взрывоопасных средах. Здесь в нагляд-
оборудования. По всему миру систе- ной форме показано, какими критериями В третьей части брошюры приводят-
ма обеспечения взрывобезопасности в взрывобезопасности следует руководство- ся основные технические сведения по
основном базируется на европейских ваться. Наряду с данными по контрольно- контрольно-измерительным приборам и
и американских нормах, стандартах и измерительным приборам и автоматике средствам автоматики, а также функцио-
директивах. для искробезопасных электрических цепей нальной безопасности.
PHOENIX CONTACT 3
1 Основы взрывозащиты
Важнейшими целями является
обеспечение безопасности людей,
надежных и безаварийных
производственных процессов, а
также свободной от загрязнений
окружающей среды. Главной
Кислород
предпосылкой для реализации
этих целей является наличие
знаний относительно
Горючее
возможности возникновения
вещество
и предотвращения взрывов во всех
местах, где имеет место одновременное
нахождение горючих вещества,
кислорода и источников инициирования Источник
инициирования взрыва
взрыва.
4 PHOENIX CONTACT Основы взрывозащиты 1
Возникновение взрыва
Полное сгорание Взрыв Обычно встречающиеся на практике
Полное сгорание представляет собой про- Взрыв может произойти тогда, когда воз- туман, аэрозоли и пыль имеют размеры
цесс быстрого окисления. Оно обознача- частиц между 0,001 и 0,1 мм.
никает сочетание горючего вещества,
ется как «огонь, приносящий ущерб» когда
кислорода и источника инициирования
при достаточном поступлении кислорода
взрыва. Если один из этих компонентов Кислород
происходит экзотермическое разложение
горючего материала. По мере увеличения отсутствует, то экзотермическая реакция При соединении взрывоопасного вещества
скорости распространения его вначале обо- не происходит. с кислородом возникает взрывоопасная
значают как вспышку, далее как взрыв, а в атмосфера.
крайнем случае как детонацию. При полном
сгорании происходит возникновение ущер- Воспламеняющееся вещество
ба, значительно возрастающего по мере уве-
Горючее вещество в форме газа, тумана,
личения скорости распространения.
пара или пыли обозначается как взрывоо-
Порядок скорости распространения:
пасное вещество. Туман и пыль являются
• вспышка см/с взрывоопасными, если капельки или части-
• взрыв м/с цы соответственно имеют размер не более
• детонация км/с 1 мм. Пыли с более крупными размерами
частиц обычно не являются горючими.
Обзор эффективных источников инициирования взрыва
Источник инициирования взрыва Пример возникновения причины
Искра Искры механического происхождения (например, в результате процессов трения, удара
или съема/разъема), электрические искры
Электрическая дуга Короткое замыкание, коммутационные процессы
Нагретые поверхности Нагревательные элементы, обработка со снятием стружки, технологический нагрев
Пламя и горячие газы Реакции горения, разлетающиеся искры при сварочных работах
Электрооборудование Размыкание/замыкание контактов, прерывающийся контакт
Применение безопасного сверхнизкого напряжения (U< 50 B) нельзя рассматривать как
меру обеспечения взрывобезопасности. Даже при безопасном сверхнизком напряжении
может выделяться достаточное количество энергии для создания взрывоопасной атмос-
феры.
Статическое электричество Разряд статически заряженных, изолированных элементов конструкции, что, например,
характерно для многих видов пластмасс
Ток неустановившегося режима, катод- Обратный ток генераторов, замыкание на корпус или на землю при ошибочных действи-
ная антикоррозионная защита ях, индукция
Электромагнитные волны в диапазоне 3 Лазерный луч при измерении дальности, особенно при его фокусировании
x 1011 – 3 x 1015 Гц
Высокие частоты 104 –3 x 1012 Гц Радиосигналы, промышленные высокочастотные генераторы для нагрева, сушки или резки
Удар молнии Атмосферные возмущения
Ионизирующее излучение Рентгеновское оборудование, радиоактивные материалы, абсорбция энергии, ведущая к
нагреву
Ультразвук Поглощение энергии в твердых/жидких веществах, ведущее к нагреву
Адиабатическая компрессия и ударные Внезапное открывание вентилей
волны
Экзотермические реакции Химические реакции, ведущие к нагреву
1 Основы взрывозащиты PHOENIX CONTACT 5
Верхний и нижний предел С повышением давления и температуры
зона взрывоопасности материала имеет
взрывоопасности
тенденцию к расширению.
Применительно к газам возможность взры-
Данные по пылевидным веществам
ва определяется соотношением концентра-
аналогичны данным по газам, хотя
ций. Смесь может воспламениться только
значения пределов взрывоопасности
тогда, когда концентрация вещества в воз-
различаются Облака пыли имеют, как
духе находится в диапазоне между нижним
правило, неоднородный характер,
и верхним пределом взрывоопасности —
и концентрация вещества внутри
НПВ и ВПВ.
такого облака сильно варьируется. Для
Некоторые химически нестойкие вещества пылевидных субстанций характерен
(например, ацетилен, этиленоксид) в нижний предел взрывоопасности порядка
результате самопроизвольного разложения 20 – 60 г/м3 и верхний предел порядка 2 –
могут вызвать экзотермические реакции 6 кг/м3.
и без присутствия кислорода. Верхний
предел взрывоопасности (ВПВ) достигает
величины до 100 объемных процентов.
Пределы взрывоопасности для водорода
слишком обеднен переобогащен
нижний предел верхний предел
взрывоопасности взрывоопасности
Взрывоопасная атмосфера
Объемный процент горючего
вещества, % 0 4 50 77 100
Примеры газов под нормальным атмосферным давлением
Ацетон
2,5 13
Ацетилен
2,3 78 1111111100000000000000
Аммиак
15,5 33,6
Бутан
111111111,,,,,,,4444444 9,3
Дизельное топливо
00000000,,,,,,,,66666666 6,5
Окись углерода
10,9 76
Метан
4,4 16,5
Топливо для
карбюраторных двигателей
00000000,,,,,,,,66666666 8
Сероуглерод
00000000,,,,,,,66666666 60
Водород
4 77
Объемный процент горючего
вещества, % 0 50 100
6 PHOENIX CONTACT Основы взрывозащиты 1
1.1 Директивы, нормы, предписания
Обеспечение взрывобезопасности в Европе
Директивы Европейского Группы и категории оборудования в соответствии с Директивами
союза по обеспечению ATEX 94/9/EG
взрывобезопасности ATEX
Директивы Европейского союза по
обеспечению взрывобезопасности
ATEX определяют рамки свободного
Группа оборудования II «Для наземной работы»
товарообмена в Европе. Сокращение ATEX
Взрывоопасные зоны
сделано на основе французского термина
«ATmosphere EXplosible» (взрывоопасная
атмосфера).
В рамках концепции Европейского Союза Группа оборудования I «Для подземной работы»
введены следующие директивы ATEX по Помещения с опасностью взрыва рудничного газа (метано-
обеспечению взрывобезопасности: 94/9/ воздушной смеси) = угледобывающая промышленность
EG для изготовителей оборудования и
1999/92/EG для тех, кто его эксплуатирует.
В странах-членах ЕС эти директивы
будут введены в рамки соответствующих
национальных законодательств. С целью определения процедуры оценки Группа оборудования II:
соответствия нормам изготовитель, исходя Оборудование для применения в других
из целевого применения продукта, должен зонах, которые могут быть подвержены
Целевая группа Директивы Принятое определить, к какой группе и категории опасности из-за взрывоопасной среды.
обозначе- приборов относится данный продукт (см.
В рамках Директив 94/9/EG определенным
ние * таблицу на следующей странице).
группам оборудования соответствуют
Изготовитель 94/9/EG ATEX 100a определенные категории. В группе
ATEX 95 Группа оборудования I: оборудования II определены три категории
Пользователь 1999/92/EG ATEX 118a Оборудование для подземных работ в —
ATEX 137 шахтах или их наземных сооружениях, 1, 2 и 3. В Директивах 1999/92/EG для
подверженных опасности взрыва эксплуатирующих организаций через
* Директивы основываются на
рудничных газов (метана) и/или горючих категории устанавливается привязка к
соответствующей статье Договора о
пылеобразных субстанций. зонам опасности.
создании Европейского союза. Номер этой
статьи изменился.
1.1 Директивы, нормы, предписания PHOENIX CONTACT 7
Требования к группе и категории оборудования
Группа Кате- Степень Обеспечение защиты Условия эксплуатации
обору- гория защиты
дования
I M1 Очень Две независимые меры защиты. Из соображений безопасности во взры-
высокая Надежно в случае, когда имеют место две независи- воопасной среде оборудование должно
степень мые друг от друга ошибки. быть пригодно к дальнейшей эксплуа-
безопас- тации.
ности
I M2 Высокая При обычном режиме эксплуатации защитные меры При взрывоопасной среде для этого
степень эффективны даже при усложненных условиях. оборудования должна быть предусмо-
безопас- трена возможность отключения.
ности
II 1 Очень Две независимые меры защиты. Оборудование остается готовым к экс-
высокая Надежно в случае, когда имеют место две независи- плуатации в зонах 0, 1, 2 (G) и 20, 21, 22
мые друг от друга ошибки. (D) и продолжает эксплуатироваться.
II 2 Высокая Надежно при обычном режиме эксплуатации и при Оборудование остается готовым к экс-
возникновении типичных ошибок. плуатации в зонах 1, 2 (G) и 21, 22 (D) и
продолжает эксплуатироваться.
II 3 Нормаль- Надежно при обычном режиме эксплуатации. Оборудование остается готовым к экс-
ная плуатации в зонах 2 (G) и 22 (D) и про-
должает эксплуатироваться.
Оценка соответствия
требованиям ЕС
Группа II
Основой для оценки соответствия нормам
и требованиям является отнесение элек-
Группа I
трического оборудования к определен-
ной группе и категории. Эта взаимосвязь
представлена графически на приведенном
рисунке. В рамках оценки соответствия
требованиям и нормам ЕС требуется про-
Категория 1 Категория 2 Категория 3
ведение испытаний опытных образцов, что M1 M2
не относится к оборудованию категории 3
*
и поштучным испытаниям.
Проверка модулей осуществляется уполно-
моченным на это учреждением. Проведение испытаний опытных образцов по нормам
ЕG
В качестве примера можно указать: CE
0344. *
CE означает соответствие требованиям и
нормам ЕС для оборудования. Узлы и части Производство в Продукт, Внутренний контроль Поштучное испытание
соответствии со соответствующий производства
оборудования знаком CE не маркируются.
стандартом качества стандарту качества
0344: уполномоченное учреждение, в дан- Или проверка продукта Или соответствие типу
конструкции
ном случае KEMA.
0344 0344 0344
Категория 3 — оборудование не подлежит
маркировке индексом уполномоченного
* в качестве опции, аналогичная процедура
учреждения, поскольку для него не требу-
ется контроль производственного процесса Оценка соответствия нормам ЕС согласно Директиве 94/9/EG для электрооборудования
со стороны этого учреждения.
8 PHOENIX CONTACT Директивы, нормы, предписания 1.1
Уполномоченное учреждение
Уполно- Страна Идентифи-
(Notified Body) в соответствии с моченное катор
Директивой 94/4/EG (выписка) испытательное
учреждение
Сертификат испытания опытного образца
по нормам ЕС свидетельствует об испыта- PTB Германия 0102
нии, проведенном одним из уполномочен- DEKRA EXAM Германия 0158
ных учреждений. Уполномоченные учреж- TÜV Nord Германия 0044
дения определяются Европейским союзом. IBExU Германия 0637
ZELM Ex Германия 0820
BAM Германия 0589
SIRA Великобритания 0518
INERIS Франция 0080
LCIE Франция 0081
LOM Испания 0163
KEMA Голландия 0344
CESI Италия 0722
UL DEMKO Дания 0539
NEMKO Норвегия 0470
Обеспечение взрывобезопасности в Северной Америке
Основополагающие правила по обеспече- тори Мьючуэл Рисеч» — Factory Mutual пожарной защиты — National Fire
нию взрывобезопасности устанавливаются Research (FM), Protection Association (NFPA),
на основе предписаний Североамерикан- • Институт инженеров по электротехнике • Береговая охрана США — United States
ской системы контроля мест расположе- и электронике — Institute of Electrical and Coast Guard (USCG).
ния взрывоо пасных материалов — North Electronics Engineers (IEEE), В качестве основы обеспечения взрыво-
American Hazardous Location Systems • Ассоциация по приборам, системам безопасности в Северной Америке дей-
(HazLoc). и средствам автоматизации — The ствуют: Национальный свод стандартов
Следующие организации участвуют в фор- Instrumentation, Systems and Automation США по электротехнике (National Electrical
мировании системы HazLoc: Society (ISA), Code — NEC) применительно к США и
• Некоммерческая организация по сер- • Управление по охране труда и промыш- Электротехнические стандарты Канады
тификации эксплуатационной безопас- ленной гигиене в горнодобывающей про- (Canadian Electrical Code — CEC) при-
ности «Андеррайтерз Лэбо-рэтриз» — мышленности — Mine Safety and Health менительно к Канаде. Приведенные ниже
Underwriters Laboratories Inc. (UL), Administration (MSHA), выборки из NEC и CEC относятся к обе-
• Канадская ассоциация по испытаниям • Национальная ассоциация производи- спечению взрывобезопасности.
и стандартизации — CSA International телей электротехнического оборудова-
(CSA), ния — National Electrical Manufacturers
• Компания по страхованию рисков «Фэк- Association.
• Национальная ассоциация противо-
Национальный свод законов и стандартов США по Электротехнические нормы и правила Канады (Canadi-
электротехнике (National Electrical Code — NEC) an Electrical Code — CEC)
Статья Содержание Статья Содержание
500 Общие требования к разделам класса I, II и III 18-000 Общие требования к классу I/зоны и классу II и III/
разделов
501 Требования к разделам класса I
18-090 Требования к зоне 0 класса I
502 Требования к разделам класса II
503 Требования к разделам класса III 18-100 Требования к зоне 1 и 2 класса II
504 Требования к разделам класса I, II и III в отношении
18-200 Требования к разделам класса II
искробезопасности (IS)
505 Общие и специальные требования к зонам 0, 1 и 2 18-300 Требования к разделам класса III
Прило- Общие и специальные требования к разделам клас-
506 Общие и специальные требования к зонам 20, 21
жение J са I
и 22
1.1 Директивы, нормы, предписания PHOENIX CONTACT 9
Нормирование в области взрывозащиты электрооборудования
Соблюдение определенных норм при потребителями оборудования на взрывоопасных атмосфер) возможно лишь
разработке приборов и оборудования основе гармонизированных норм или при соблюдении соответствующих норм
обеспечивает их изготовителям, а затем и соответствующей собственной концепции. IEC (Международной электротехнической
потребителям определенную уверенность Гармонизированные нормы публикуются комиссии).
и безопасность в работе. В зависимости в официальном бюллетене Европейского
от сферы применения этого оборудования союза, и их применение дает основание
могут быть использованы те или иные предполагать наличие соответствия этим
нормы и стандарты. нормам. Если изготовитель выбирает
Директивы ATEX, например, собственную концепцию, то он должен
предписывают необходимость соблюдения представить детальное обоснование.
Основных требований по обеспечению Получение Сертификата соответствия
безопасности и здоровья. Их реализация от IECEx (Система сертификации по
может быть обеспечена изготовителями/ стандартам электрооборудования для
Нормы и стандарты для работы электрооборудования в зонах с опасностью взрыва газа
Вид Соответствующие Принцип Нормы EN Нормы IEC FM (США) UL UL CSA (Канада)
взрывозащиты нормы США (США, разд.) (США, зона)
Общие Основа видов взрывоза- EN 60079-0 IEC 60079-0 FM 3600 CSA E60079-0
положения щиты (ISA 12.00.01)
Искробезопас- Ex i Ограничение по количе- EN 60079-11 IEC 60079-11
ность ству энергии
AEx i NEC505 FM 3610 UL 913 UL 60079-11 CSA E60079-11
(IS) NEC504 FM 3610
Повышенная Ex e Конструктивные меры за EN 60079-7 IEC 60079-7
безопасность счет подбора опреде-
AEx e NEC505 FM 3600 UL2279 Pt.7 UL 60079-7 CSA E60079-7
ленных промежутков и
(ISA 12.16.01)
оптимальных размеров/
параметров
Невоспламеняю- (NI) NEC500 Конструктивные меры за FM 3611 ISA 12.12.01 C22.2 No. 213
щийся счет подбора определен-
ных промежутков
Взрывобезопас- (XP) NEC500 Конструктивные меры за FM 3615 Например, C22.2 No. 30
ный счет заключения в обо- корпуса:
лочку UL 1203
Заключение в Ex d Конструктивные меры за EN 60079-1 IEC 60079-1
герметичную счет заключения в обо-
AEx d NEC505 FM 3600 UL2279 Pt.1 UL 60079-1 CSA E60079-1
взрывонепро- лочку
(ISA 12.22.01)
ницаемую обо-
лочку
Заливка компа- Ex m Недопущение возник- EN 60 079-18 IEC 60079-18
ундом новения взрывоопасной
AEx m NEC505 FM 3600 UL2279 Pt.18 UL 60079-18 CSA E60079-18
атмосферы
(ISA 12.23.01)
Герметизация Ex o Недопущение возник- EN 60079-6 IEC 60079-6
масляным запол- новения взрывоопасной
AEx o NEC505 FM 3600 UL2279 Pt.6 UL 60079-6 CSA E60079-6
нением атмосферы
(ISA 12.16.01)
Герметизация Ex q Недопущение возник- EN 60079-5 IEC 60079-5 FM 3622
кварцевым новения взрывоопасной
AEx q NEC505 FM 3600 UL2279 Pt.5 UL 60079-5 CSA E60079-5
заполнением атмосферы
(ISA 12.25.01)
Заполнение Ex p Недопущение возник- EN 60079-2 IEC 60079-2
оболочки под новения взрывоопасной
AEx p NEC505 --- --- UL 60079-2 CSA E60079-2
избыточным атмосферы
давлением Тип x, Y, Z NEC500 FM 3620 NFPA 496
Вид взрывоза- Ex n Улучшенное промышлен- EN 60079-15 IEC 60079-15
щиты „n“ ное качество
AEx n NEC505 FM 3600 UL2279 Pt.15 UL 60079-15 CSA E60079-15
(ISA 12.12.02)
Искробезопас- Ex i Ограничение по энергии EN 60079-25 IEC 60079-25
ные электриче- в параллельных искробе-
ские системы зопасных электрических
„i-Sys“ цепях
Искробезопас- Ex i Ограничение по энергии EN 60079-27 IEC 60079-27
ные системы
полевой шины
Оптическое Ex op Ограничение мощности EN 60079-28 IEC 60079-28
излучение излучения
10 PHOENIX CONTACT Директивы, нормы, предписания 1.1