Elektromotory s ochranou proti výbuchu: Ex hodnotenia, výber nebezpečných miest a štandardy

Čo robí elektromotor odolným voči výbuchu

Elektromotor s ochranou proti výbuchu nie je navrhnutý tak, aby zadržal vnútorný výbuch – je skonštruovaný tak, aby zabránil vznieteniu horľavých plynov, pár alebo prachu prítomných v okolitej atmosfére. Kryt je skonštruovaný tak, aby odolal udalostiam vnútorného vznietenia a ochladil všetky unikajúce plyny pod ich zápalnú teplotu predtým, ako sa dostanú do vonkajšieho prostredia.

Medzi hlavné konštrukčné prvky, ktorými sa vyznačujú motory odolné voči výbuchu, patria:

• Kĺby plameňovej dráhy — presne opracované tolerancie medzier (zvyčajne 0,1 – 0,4 mm) medzi dosadnutými povrchmi, ktoré umožňujú uvoľnenie tlaku pri uhasení akéhokoľvek čela plameňa
• Zosilnené kryty — odolné liatinové alebo hliníkové kryty dimenzované tak, aby odolali vnútorným tlakovým špičkám bez deformácie
• Utesnené vstupy potrubí — závitové náboje vedenia s minimálne 5-závitovým záberom, aby sa zabránilo vniknutiu vonkajšej atmosféry
• Tepelne odolná izolácia — izolačné systémy vinutia určené na zabránenie tomu, aby povrchové teploty dosiahli bod samovznietenia cieľovej skupiny plynov

Tieto konštrukčné požiadavky sa riadia medzinárodnými normami vrátane IEC 60079-0 (všeobecné požiadavky) a IEC 60079-1 (nehorľavé kryty), ako aj NEMA MG-1 a UL 674 na severoamerických trhoch. Súlad s týmito normami sa overuje testovaním tretích strán orgánmi, ako sú notifikované orgány ATEX v Európe alebo FM/UL v Spojených štátoch.

Bezpečnostné motory s mimoriadnou hodnotou : Pochopenie pojmov ochrany

Certifikačné rámce IECEx a ATEX používajú štruktúrovaný systém kódovania na popis koncepcií ochrany. Motor zn Ex db IIC T4 Gb , má napríklad špecifický význam v každom segmente tohto označenia. Pochopenie tohto označenia je nevyhnutné pri špecifikovaní alebo obstarávaní bezpečnostných motorov s označením Ex pre nebezpečné miesto.

Spoločné koncepcie ochrany pred výbuchom pre motory

Klasifikácia skupiny plynov (IIA, IIB, IIC) označuje závažnosť výbušnej atmosféry, v ktorej môže motor bezpečne fungovať. IIC pokrýva najnebezpečnejšie plyny ako je vodík a acetylén, zatiaľ čo IIA zahŕňa propán a podobné priemyselné plyny. Motor certifikovaný pre IIC je vhodný aj pre prostredia IIA a IIB, ale nie naopak.

Teplotná trieda (T1 až T6) definuje maximálnu povolenú povrchovú teplotu motora v najhorších prevádzkových podmienkach. Motory T6 obmedzujú povrchovú teplotu na 85 °C, vďaka čomu sú vhodné do prostredia s obsahom sírouhlíka (bod samovznietenia: 95 °C). Väčšina bežných priemyselných Ex motorov má hodnotenie T3 (200 °C) alebo T4 (135 °C).

Klasifikácia nebezpečných miest: zóny vs. divízie

Výber správneho motora pre nebezpečné miesto začína správnou klasifikáciou oblasti inštalácie. Súbežne sa globálne používajú dva klasifikačné systémy a špecifikujúci inžinieri musia zodpovedať certifikácii motora klasifikačnej metóde na mieste.

Zónový systém IEC (Európa, Ázia, medzinárodná)

Systém zón rozdeľuje nebezpečné miesta podľa pravdepodobnosti prítomnosti výbušnej atmosféry:

• Zóna 0 — výbušná plynná atmosféra je prítomná nepretržite alebo po dlhú dobu (napríklad vo vnútri palivovej nádrže)
• Zóna 1 — pravdepodobný výskyt pravidelne počas bežnej prevádzky (napr. čerpacie stanice v petrochemických závodoch)
• Zóna 2 — nepravdepodobné za normálnej prevádzky, ale možné za abnormálnych podmienok
• Zóna 20 / 21 / 22 — ekvivalentné zóny pre horľavé prachové atmosféry

Systém divízie NEC (Severná Amerika)

Systém divízií definovaný článkom 500 NEC a NFPA 70 používa dve divízie na triedu:

• divízia 1 — nebezpečné koncentrácie existujú za normálnych podmienok (v podstate ekvivalentné zóne 0 kombinovanej zóne 1)
• divízia 2 — nebezpečné koncentrácie existujú iba v abnormálnych podmienkach (v podstate ekvivalentné zóne 2)

Motory certifikované podľa ATEX/IECEx nie sú automaticky akceptované pre lokality klasifikované v divízii NEC bez dodatočnej certifikácie FM alebo UL a naopak. Krížová certifikácia je dostupná od väčšiny hlavných výrobcov motorov pre motory určené pre medzinárodné projekty, ale musí byť výslovne potvrdená na typovom štítku a certifikačnej dokumentácii.

Kľúčové odvetvia a typické aplikácie

Motory odolné voči výbuchu a vyhradené pre Ex sa používajú všade tam, kde procesné kvapaliny, plyny alebo prach vytvárajú trvalé riziko vznietenia. Najväčší podiel na celosvetovom dopyte majú tieto sektory:

Ropa, plyn a petrochémia

Toto zostáva dominantným koncovým trhom. Pohony čerpadiel, motory kompresorov, motory ventilátorov pre chladiče s núteným ťahom a pohony dopravníkov v rafinériách a na pobrežných plošinách vyžadujú certifikáciu Ex db alebo Ex eb. Nehorľavý (Ex db) IIC T4 je najčastejšie špecifikovaný rating v tomto sektore. Spolu s označením ochrany proti výbuchu sa zvyčajne vyžaduje odolnosť proti posypovej soli, izolačné systémy tropickej triedy a tepelné hodnotenie triedy F alebo H.

Chemická a farmaceutická výroba

Procesy manipulácie s rozpúšťadlami, miešadlá reaktorov a systémy HVAC v čistých priestoroch, kde sa používajú horľavé rozpúšťadlá, vyžadujú motory určené pre zónu 1 alebo zónu 2. Mnoho farmaceutických zariadení tiež vyžaduje materiály vyhovujúce FDA a hladké vonkajšie povrchy vhodné na umývanie spolu s certifikáciou Ex – kombinácia určená pre motory Ex z nehrdzavejúcej ocele alebo varianty z liatiny s epoxidovým povlakom.

Obilie, spracovanie potravín a biomasa

Horľavý prach (zóna 21 / zóna 22) namiesto horľavého plynu je primárnym nebezpečenstvom v obilných elevátoroch, mlynoch na múku, závodoch na výrobu peliet z biomasy a cukrovaroch. Motory odolné voči vznieteniu prachu (Ex tb IIIC) sú požadované, pričom maximálne hodnoty povrchovej teploty zodpovedajú najnižšej teplote samovznietenia prítomného prachu. Zrnitý prach (teplota vznietenia vrstvy 430 °C) umožňuje vyššie hodnotenie triedy T ako napríklad hliníkový prach (vyžaduje sa T6).

Čistiarne odpadových vôd a bioplynové stanice

Akumulácia metánu v uzavretých mokrých studniach, digestorových komorách a skladovacích priestoroch bioplynu vytvára podmienky zóny 1. Motory čerpadiel, pohony zmiešavačov a motory dúchadiel v týchto inštaláciách sú zvyčajne špecifikované ako Ex db alebo Ex eb IIB T4, čo odráža miernu úroveň nebezpečenstva metánu (skupina IIB) a nie maximálne hodnotenie IIC.

Špecifikácia a úvahy o obstarávaní

Zaobstaranie nesprávneho motora odolného proti výbuchu – či už je nadmerne špecifikovaný alebo nedostatočne certifikovaný – má značné náklady a dôsledky na bezpečnosť. Pred zadaním objednávky je potrebné potvrdiť nasledujúce parametre:

1. Správa o klasifikácii oblasti — potvrdiť zónu/divíziu, skupinu plynov a teplotnú triedu z formálneho dokumentu klasifikácie nebezpečných oblastí zariadenia, nie z neformálnych znalostí miesta
2. Certifikačný orgán a trh — ATEX pre EÚ, IECEx pre medzinárodné vzájomné uznávanie, FM/UL pre USA a Kanadu; overte, či presný certifikačný kód na typovom štítku motora zodpovedá klasifikácii miesta
3. Rozsah teplôt okolia — väčšina Ex motorov je dimenzovaná na –20 °C až 40 °C štandardné prostredie; aplikácie mimo tohto rozsahu vyžadujú varianty s nízkou teplotou alebo vysokým prostredím so samostatným potvrdením certifikácie
4. Pracovný cyklus a servisný faktor — preťažené Ex motory generujú prebytočné teplo, ktoré môže presiahnuť menovitú teplotnú triedu; zaistite, aby stály výkon motora (S1) bol adekvátny bez spoliehania sa na servisný faktor na nebezpečných miestach
5. Kompatibilita disku — motory napájané meničmi s premenlivou frekvenciou (VFD) na nebezpečných miestach vyžadujú motory so zosilnenou izoláciou vinutia (izolácia odolná proti špičkám podľa IEC 60034-17) a môžu vyžadovať dodatočné tesnenia hriadeľa s certifikáciou Ex; nie všetky štandardné Ex motory majú VFD hodnotenie
6. Hodnotenie IP verzus hodnotenie Ex — IP55 alebo IP65 je štandardom pre väčšinu Ex motorov, ale malo by byť overené nezávisle; certifikácia Ex automaticky neznamená špecifickú úroveň ochrany proti vniknutiu

Dokumentácia údržby je rovnako dôležitá. Ex motory musia byť opravované iba zariadeniami, ktoré majú príslušný certifikát Ex opravy (napr. IECEx Service Facility Certificate) s použitím komponentov schválených OEM. Neautorizované opravy – dokonca aj zdanlivo drobné opravy, ako je výmena tesnenia svorkovnice za neschválený materiál – môžu zrušiť platnosť certifikácie Ex a vytvoriť právnu zodpovednosť v prípade nehody.