Взрывобезопасное оборудование
Принципы взрывобезопасности универсальны во всех странах мира. Они основаны на рекомендациях Международной Электротехнической Комиссии (МЭК), которая предложила методы проверки аппаратуры радиосвязи на соответствие этим требованиям и методы ее сертификации соответствующим центрам в Европе и в США. И хотя стандарты в разных странах имеют различные названия (ГОСТ в России, ATEX в Европе, FM в США), подходы и методы классификации у них практически совпадают. Именно поэтому, если аппаратура имеет присвоенный сертификационным центром Европы или США класс взрывозащищенности, пройдя в них соответствующую проверку, это дает основание полагать, что данная аппаратура успешно пройдет сертификацию и в Госгортехнадзоре России. Необходимо подчеркнуть, что получение российского сертификата является обязательным, независимо от наличия сертификата международного образца.
В настоящее время в России действуют следующие ГОСТы взрывобезопасности аппаратуры связи: 112.020; 12.2.020; с 22782.1 по 22782.6. В Европе – ATEX; в США – ANSI/UL-913 американского национального института стандартов.
Классификация взрывоопасных зон
Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно со специалистами проектной или эксплуатирующей организации.
Согласно российским нормативным документам выделяют следующие классы взрывоопасных зон:
- зоны класса В-1 – расположены в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и с такими свойствами, что могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы;
- зоны класса В-1а – расположены в помещениях, в которых взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются при нормальной эксплуатации, а только в результате аварий или неисправностей;
- зоны класса В-1б – аналогичны В-1а, но отличаются от них тем, что при авариях горючие газы обладают высоким нижним пределом воспламенения (15% и выше), а также при опасных концентрациях резким запахом. В этот класс входят зоны лабораторных и других помещений, в которых горючие газы и ЛВЖ имеются в малых концентрациях, недостаточных для создания взрывоопасной смеси и где работа производится без применения открытого пламени. Зоны не относятся к взрывоопасным, если работы с опасными веществами производятся в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтиками;
- зоны класса В-1г – пространства у наружных установок: технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ, открытых нефтеловушек, надземных и подземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеров), эстакад для слива и налива ЛВЖ, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой и т. п.
- зоны класса В-2 – расположены в помещениях, где выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна в таком количестве и с такими свойствами, что могут создавать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы;
- зоны класса В-2а – такие, где опасные условия при нормальной работе не возникают, но могут возникнуть в результате аварий или неисправностей.
Нормативные документы содержат определение геометрических размеров каждого класса зон. Взрывозащищённое оборудование , предназначенное для работы в пределах зоны того или иного класса, должно иметь соответствующий уровень взрывозащиты.
Уровень взрывозащищенности оборудования
Уровни взрывозащищенности электрооборудования имеют в российской классификации обозначения 2, 1 и 0:
- Уровень 2 – электрооборудование повышенной надежности против взрыва: в нем взрывозащита обеспечивается только в нормальном режиме работы;
- Уровень 1 – взрывобезопасное электрооборудование: взрывозащищенность обеспечивается как при нормальных режимах работы, так и при вероятных повреждениях, зависящих от условий эксплуатации, кроме повреждений средств, обеспечивающих взрывозащищенность;
- Уровень 0 – особо взрывобезопасное оборудование, в котором применены специальные меры и средства защиты от взрыва.
Степень взрывозащищенности оборудования (2, 1, или 0) ставится в РФ как первая цифра перед европейской маркировкой взрывозащищенности оборудования.
Методы обеспечения взрывобезопасности оборудования
Существует несколько методов обеспечения взрывобезопасности, цель которых - предотвратить возможность контакта внутренних искрообразующих или тепловыделяющих элементов аппаратуры с внешней взрывоопасной средой, либо препятствовать выходу наружу взрыва, возникшего внутри наружной оболочки аппаратуры путем его локализации:
- локализация, или сдерживание взрыва - предотвращение распространения взрыва за пределы оболочки;
- изоляция, или герметизация – заливка компаундом, лаком, поддержание высокого давления внутри оболочки продувкой оборудования сжатым воздухом или инертным газом;
- заполнение оболочки кварцевым песком, погружение оборудования в масло, применяемое, например, для обмоток трансформаторов;
- предотвращение, или ограничение электрической и тепловой выделяемой энергии - применение в методе защиты «искробезопасной электрической цепи».
В европейской классификации приводится детализация примененного в оборудовании типа взрывозащиты (она признается в РФ и встречается в сертификатах на взрывозащищенное оборудование):
- d – взрывонепроницаемая оболочка;
- e – повышенная безопасность;
- ia – искробезопасная электрическая цепь (Zone 0 – взрывоопасная атмосфера);
- ib - искробезопасная электрическая цепь (Zone 1 – взрывоопасная атмосфера, например, в случаях аварий);
- h – герметическая изоляция;
- m – герметизация;
- o – отсутствие искрообразования;
- p – метод повышенного давления;
- q – заполнение порошком;
- s – спецзащита.
Действует следующая российская классификация уровней взрывозащиты оборудования:
Категория взрывоопасности смеси |
Требуемый уровень взрывозащиты |
|
I (рудничный метан) |
II (все газы) |
|
Иа |
ia |
Особо взрывобезопасный |
Иb |
ib |
Взрывобезопасный |
Иc |
ic |
Повышенная надежность против взрыва |
Категории взрывоопасности смеси
В существующей классификации предусмотрены две категории: I и II.
Категория I определяет требования к оборудованию, предназначенному для работы в шахтах и рудниках, где имеется опасность взрыва рудничного метана.
К категории II относится оборудование, применяемое для работы в условиях возможного образования промышленных взрывоопасных смесей газов и взвесей.
Существуют три подкатегирии категории II: IIA, IIB, IIC. Каждая последующая подкатегория включает (может заменить) предшествующую, то есть, подкатегория С является высшей и соответствует требованиям всех категорий – А, В и С. Она, таким образом, является самой «строгой».
Категории взрывоопасности смеси детализируются в зависимости от температуры самовоспламенения взрывоопасных газов и смесей.
Согласно ГОСТу, действует следующая классификация по температуре самовоспламенения:
Группа смеси |
Температура самовоспламенения, °С |
Т1 |
Более 450 |
Т2 |
От 300 до 450 |
Т3 |
От 200 до 300 |
Т4 |
От 135 до 200 |
Т5 |
От 100 до 135 |
Т6 |
От 85 до 100 |
Объединенные требования к аппаратуре по категориям взрывоопасности газовых смесей и температуре самовоспламенения смесей газов.
Категория IIC взрывоопасности смеси применяется к группам:
- Т1 – водород, водяной газ, светильный газ, водород 75% + азот 25%»;
- Т2 – ацетилен, метилдихлорсилан;
- Т3 – трихлорсилан;
- Т4 – не применяется;
- Т5 – сероуглерод;
- Т6 – не применяется.
Категориям А и В соответствуют взрывоопасные смеси
IIA:
- Т1 – аммиак, …, ацетон, …, бензол, 1,2-дихлорпропан, дихлорэтан, диэтиламин, …, доменный газ, изобутан, …, метан (промышленный, с содержанием водорода в 75 раз большим, чем в рудничном метане), пропан, …, растворители, сольвент нефтяной, спирт диацетоновый,…, хлорбензол, …, этан;
- Т2 – алкилбензол, амилацетат, …, бензин Б95\130, бутан, …растворители…, спирты, …, этилбензол, циклогексанол;
- Т3 – бензины А-66, А-72, А-76, «галоша», Б-70, экстракционный. Бутилметакрилат, гексан, гептан, …, керосин, нефть, эфир петролейный, полиэфир, пентан, скипидар, спирты, топливо Т-1 и ТС-1, уайт-спирит, циклогексан, этилмеркаптан;
- Т4 – ацетальдегид, альдегид изомасляный, альдегид масляный, альдегид пропионовый, декан, тетраметилдиаминометан, 1,1,3 – триэтоксибутан;
- Т5 и Т6 – не применяются.
IIB:
- Т1 – коксовый газ, синильная кислота;
- Т2 – дивинил, 4,4 – диметилдиоксан, диметилдихлорсилан, диоксан, …, нитроциклогексан, окись пропилена, окись этилена, …, этилен;
- Т3 – акролеин, винилтрихлорсилан, сероводород, тетрагидрофуран, тетраэтоксисилан, триэтоксисилан, топливо дизельное, формальгликоль, этилдихлорсилан, этилцеллозольв;
- Т4 – дибутиловый эфир, диэтиловый эфир, диэтиловый эфир этиленгликоля;
- Т5 и Т6 – не применяются.
Как видно из приведенных данных, категория IIC является избыточной для большинства случаев применения аппаратуры связи на реальных объектах.
Категории IIA, IIB и IIC определяются следующими параметрами: безопасным экспериментальным максимальным зазором (БЭМЗ – максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду) и величиной МТВ (отношением минимального тока воспламенения смеси взрывоопасного газа и минимального тока воспламенения метана).
Категория взрывоопасной смеси |
БЭМЗ (мм) |
МТВ |
I (рудничный метан) |
более 1,0 |
1,0 |
IIA |
0,9 и более |
0,8 |
IIB |
от 0,5 до 0,9 |
от 0,4 до 0,8 |
IIC |
0,5 и менее |
менее 0,45 |
Температурный класс.
Температурный класс электрооборудования определяется предельной температурой в градусах Цельсия, которую могут иметь при работе поверхности взрывозащищенного оборудования.
Температурный класс оборудования устанавливается исходя из минимальной температуры соответствующего температурного диапазона (его левой границы): оборудование, которое может применяться в среде газов с температурой самовоспламенения класса Т4, должно иметь максимальную температуру элементов поверхности ниже 135 градусов; Т5 – ниже 100, а Т6 – ниже 85.
Рассмотрим пример маркировки (применявшейся в Европе до 1 июля 2003 года) согласно стандарту “CENELEC”:
1ExdIIAT3
ГОСТ |
1 |
Ex |
d |
IIВ |
T4 |
Знак уровня взрывозащиты* |
Знак соответствия стандартам |
Знак вида взрывозащиты** |
Знак подгруппы (категория смеси)*** |
Знак подгруппы (категория смеси)**** |
Ex – знак взрывозащищенного оборудования по стандарту CENELEC; d – тип взрывозащиты (взрывонепроницаемая оболочка); IIB – категория взрывоопасности газовой смеси II вариант В (см. выше); T4 - группа смеси по С).°температуре воспламенения (температура не выше 135)
Обозначения взрывозащищенности по американскому стандарту FM.
Factory Mutual (FM) по своей сути тождественны европейскому и российскому стандартам, но отличаются от них по форме записи. В американском стандарте также указываются условия применения аппаратуры: класс взрывоопасности среды (Class), условия эксплуатации (Division) и группы смеси по их температуре самовоспламенения (Group).
Class может иметь значения I, II, III: Class I – взрывоопасные смеси газов и паров, Class II – горючая пыль, Class III – горючие волокна.
Division может иметь значения 1 и 2: Division 1 – это полный аналог зоны В1(В2) - взрывоопасная смесь присутствует при нормальных условиях работы; Division 2 – аналог зоны В1А (В2А), в которой взрывоопасная смесь может появиться только в результате аварии или нарушений технологического процесса.
Для работы в зоне Div.1 требуется особо взрывобезопасное оборудование (в терминах стандарта - intrinsically safe), а для работы в зоне Div.2 - взрывобезопасное оборудование класса Non-Incendive.
Взрывоопасные воздушные смеси, газы, пары образуют 7 подгрупп, у которых есть прямые аналогии в российском и европейском стандартах:
- Group A – смеси, содержащие ацетилен (IIC T3, T2);
- Group B – смеси, содержащие бутадиен, акролеин, водород и окись этилена (IIС T2, T1);
- Group C – смеси, содержащие циклопропан, этилен или этиловый эфир (IIB T4, T3, T2);
- Group D - смеси, содержащие спирты, аммиак, бензол, бутан, бензин, гексан, лаки, пары растворителей, керосин, природный газ или пропан (IIA T1, T2, T3, T4);
- Group E – воздушные взвеси частиц горючей металлической пыли вне зависимости от ее электрической проводимости, либо пыль с подобными характеристиками опасности, имеющая удельную объемную проводимость менее 100 КОм – см.
- Group F – смеси, содержащие горючую пыль сажи, древесного угля или кокса с содержанием горючего вещества более 8% объема, или взвеси, имеющие проводимость от 100 до 100 000 ом-см;
- Group G – взвеси горючей пыли, имеющие сопротивление более 100 000 ом-см.
Электрические аккумуляторы, имеющие сертификацию FM, могут применяться в следующих случаях:
- Division 1; Classes I, II, III; Groups D, F, G (Intrinsically safe);
- Division 2; Class I; Groups A, B, C, D (Non-Incendive).
АТЕХ - новый европейский стандарт взрывозащищенного оборудования.
В соответствии с директивой Евросоюза 94/9/EC с 01 июля 2003 года вводится новый стандарт АТЕХ. Новая классификация заменит старую CENELEC и вводится в действие на территории европейских стран.
АТЕХ – сокращение от ATmospheres Explosibles (взрывоопасные смеси газов). Требования АТЕХ распространяются на механическое, электрическое оборудование и защитные средства, которые предполагается использовать в потенциально взрывоопасной атмосфере, как под землей, так и на поверхности земли.
В стандарте АТЕХ ужесточены требования стандартов EN50020/EN50014 в части IS (Intrinsically Safe) оборудования. Эти ужесточения предусматривают:
- ограничение емкостных параметров схемы;
- использование других классов защиты;
- новые требования к электростатике;
- использование защитного кожаного чехла.
Классификационную маркировку взрывозащищенного оборудования по АТЕХ рассмотрим на следующем примере: II 2 G EEx ib IIB T4
Ex в шестиграннике – маркировка взрывозащищенного оборудования по АТЕХ.
Следующий элемент маркировки определяет группу оборудования:
- I – шахтное;
- II – другое (не шахтное): химиндустрия, НХЗ, НПЗ и т. п. Третий элемент - арабская цифра - определяет допустимую зону работы оборудования, она может принимать значения 0,1 или 2:
- 0 – при частом возникновении взрывоопасных или воспламеняющихся концентраций опасных газов или смесей (газов, взвесей);
- 1 – то же, что и 0, но указанные концентрации могут возникать лишь время от времени (например, при аварийных ситуациях);
- 2 – то же, что и 1, но при редких случаях возникновения этих ситуаций.
Четвертый элемент : G – для газов, D – для горючих пылей, волокон и взвесей.
Дальнейшие символы (после E Е х) были рассмотрены ранее.
Отличия стандарта АТЕХ от используемых в РФ категорий взрывоопасности смеси газов (класс I и II).
Для категории I стандарт АТЕХ и требования российского ГОСТа совпадают. Рудничное оборудование должно иметь в своей маркировке индекс «….. I T1».
Различия имеются в трактовке категории II:
IIA:
- Т1 – ацетон, этан, этилацетат, аммиак, бензин (чистый), уксусная кислота, окись углерода, метанол, пропан, толуол;
- Т2 – этиловый спирт, амилацетат, бутаны, бутилы, спирты;
- Т3 – бензины, дизтопливо, авиационное топливо, керосин, нефть, топливо Т1 и ТС-1, гексаны;
- Т4 – ацетальдегид, этиловые эфиры;
- Т5 и Т6 – не применяются.
IIB:
- Т1 – коксовый газ;
- Т2 – этилен;
- Т3 и Т4 – могут применяться, но названия химвеществ отсутствуют;
- Т5 и Т6 – не применяются.
IIC:
- Т1 – водород;
- Т2 – ацетилен;
- Т3, Т4 – могут применяться, но названия химвеществ отсутствуют;
- Т5 – сероуглерод;
- Т6 – этилнитрат.
Стандарт |
Зона 0, |
Зона 1, |
Зона 2, |
CENELEC/IEC, ЕВРОПА |
Зона 0 |
Зона 1 |
Зона 2 |
ГОСТР 51330.9-99, РОССИЯ |
Зона 0 |
Зона 1 |
Зона 2 |
ПУЭ (2001), РОССИЯ |
В-I |
B-Iа, B-Iб, B-Iг |
Вид взрывозащиты |
Схематическое представление |
Основное применение |
Стандарт |
|||
Защита вида е |
е |
![]() |
Клеммные и соединительные коробки, светильники, посты управления, распределительные устройства |
ГОСТ Р 51330.8-99 |
||
Взрывонепроницаемая оболочка |
d |
![]() |
Коммутирующие приборы, пускатели электродвигателей, нагревательные элементы |
ГОСТ Р 51330.1-99 |
||
Заполнение или продувка |
p |
![]() |
Сильноточные распредшкафы, анализаторные приборы, двигатели |
ГОСТ Р 51330.3-99 |
||
Искробезопасная электрическая цепь |
i |
![]() |
Измерительная и регулирующая техника, техника сзязи, датчики, приводы |
ГОСТ З 51330.10-99 |
||
Уровни взрывозащиты Exi-- электрооборудования |
||||||
Взрывоопасная зона |
0 |
1 |
2 |
|||
Россия |
ia |
ia,ib |
ia,ib,ic |
|||
Масляное заполнение оболочки |
o |
![]() |
Трансформаторы, пусковые сопротивления |
ГОСТ З 51330.7-99 |
||
Кварцевое заполнение оболочки |
q |
![]() |
Трансформаторы, конденсаторы |
ГОСТ Р 51330.6-99 |
||
Герметизация компаундом |
m |
![]() |
Коммутирующие приборы малой мощности, индикаторы, датчики |
ГОСТ Р 51330.17-99 |
||
Защита вида n |
n |
Зона 2 |
Все устройства для зоны 2, кроме коммутирующих устройств |
ГОСТ Р 51330.14-99 |
Россия, Европа |
Типичный представитель |
I |
Метан (рудничный) |
II A |
Пропан |
II B |
Этилен |
II C |
Ацетилен, Водород |
Группа |
Температура самовоспламенения , градусы Цельсия |
Т1 |
Выше 450 |
Т2 |
От 300 до 450 |
Т3 |
От 200 до 350 |
Т4 |
От 135 до 200 |
Т5 |
От 100 до 135 |
Т6 |
От 85 до 100 |