Tematy
Ochrona przeciwwybuchowa ludzi i maszyn

Temat ochrony przeciwwybuchowej wywodzi się z sektora górniczego. Wybuchowe mieszanki metanu z powietrzem, powstające przy wydobyciu węgla, były do drugiej połowy zeszłego stulecia w sposób kontrolowany doprowadzane do wybuchu. Jak to wygląda dzisiaj?

Dzięki osiągnięciom technicznym i przepisom bezpieczeństwa nie jest na szczęście konieczne wypalanie gazów wybuchowych. Nie oznacza to jednak, że temat ochrony przeciwwybuchowej stracił na aktualności. Ochrona przeciwwybuchowa jest obecnie stosowana nie tylko w górnictwie, lecz także innych sektorach, w których występują materiały potencjalnie wybuchowe. Na przykład w przemyśle chemicznym, przy wydobyciu ropy naftowej lub gazu ziemnego, bądź w przemyśle spożywczym.

Zalety:

ekonomiczna eksploatacja instalacji
krótki czas uruchamiania/serwisowania dzięki budowie modularnej
redukcja kosztów eksploatacji dzięki technice łączeniowej odpornej na wibracje i niewymagającej konserwacji
łatwe dostosowanie dzięki optymalnej budowie i wszechstronności instalacji

Mieszanka wybuchowa

W połączeniu z tlenem substancje te powodują powstanie „niebezpiecznej atmosfery wybuchowej“. Zapłon spowodowany przez gorącą powierzchnię lub iskrę elektryczną to zdarzenie, którego należy za wszelką cenę unikać. Jego efekty mogą być bowiem bezpośrednio zagrażać ludziom oraz mieć szkodliwy wpływ na środowisko i urządzenia produkcyjne. Z tego względu od wielu lat obowiązują w Europie odpowiednie dyrektywy i bazujące na nich akty prawne państw członkowskich: dyrektywy ATEX (atmosphere explosible). Należy do nich dyrektywa 1999/92/WE dla użytkowników urządzeń i 2014/34/UE (wcześniej 94/9/WE) dla producentów urządzeń. Najważniejszymi odpowiednikami europejskich norm ATEX na rynku amerykańskim są odpowiednie artykuły do „Hazardous classified locations“ (HazLoc) NEC i CEC, w Rosji, Kazachstanie i Białorusi procedura zgodności EAC Ex lub EAC (Eurasian Conformity), zastępująca dawną procedurę importową GOST i bazująca na ATEX i CE.

Ochrona przeciwwybuchowa

Rozróżniamy środki pierwotnej, wtórnej i wyższej (konstrukcyjnej) ochrony przeciwwybuchowej: ochrona pierwotna ma na celu zapobieganie lub ograniczenie powstawania atmosfery wybuchowej. Środki wtórnej ochrony przeciwwybuchowej mają na celu zapobieganie zapłonowi atmosfer wybuchowych – a więc unikanie potencjalnych źródeł zapłonu. Środki wyższej (konstrukcyjnej) ochrony przeciwwybuchowej mają na celu zredukowanie skutków wybuchu do jak najmniejszych rozmiarów. Dlatego przy ocenie ryzyka należy przeanalizować, czy, mając na względzie pierwotnę ochronę przeciwwybuchową, można czymś zastąpić potencjalnie wybuchowy materiał, aby z góry wykluczyć ryzyko wybuchu. Jeżeli nie jest to możliwe, użytkownik instalacji powinien podzielić instalację na obszary różnicujące stopień zagrożenia oraz odpowiednio oznaczyć dostęp do nich. Podział na strefy został opisany w dyrektywie 1999/92/WE i jest najbardziej rozpowszechnioną metodą na świecie. W USA oraz Kanadzie stosowany jest często podział na tak zwane „dywizje“.

Strefy zagrożone wybuchem

W modelu strefowym obszary instalacji w zależności od ich zagrożenia podzielono na strefy 0, 1 i 2 dla gazów oraz 20, 21 i 22 dla pyłów. W ramach analizy ryzyka użytkownik instalacji musi ocenić, jak często i jak długo atmosfera wybuchowa może występować w poszczególnych obszarach. Na tej podstawie musi podzielić instalację na odpowiednie strefy. Strefy 0 lub 20 należą do stref najniebezpieczniejszych (patrz tabela z opisem stref). W przypadku zbiornika ropy naftowej z przełącznikiem ciśnieniowym podział na strefy może wyglądać tak, jak to pokazano na naszym rysunku.

Wybór urządzenia

Wszystkie urządzenia stosowane na terenie Europy w strefach 0 i 1, bądź 20 i 21 obszaru zagrożonego wybuchem muszą mieć odpowiedni certyfikat oraz oznaczenie na świadectwie z badań typu. Oznaczenie to musi zawierać wszystkie informacje niezbędne do zastosowania na obszarach zagrożonych wybuchem. Zawiera ono informacje na temat grupy urządzeń i kategorii. Grupa urządzeń wprowadza podział urządzeń elektrycznych na dwie kategorie: urządzenia przeznaczone do instalowania w podziemnych wyrobiskach kopalń zagrożonych wybuchem mieszanin metanu z powietrzem i pyłem węglowym (I) z podziałem na kategorie M1 i M2, oraz urządzenia do innych zastosowań (II) z podziałem na kategorie 1, 2 i 3 oraz G dla gazów i D dla pyłów. Kategoria informuje o tym, w jakiej strefie można zastosować dane urządzenie. Jeżeli urządzenie zostało zbadane zgodnie z normą, oznaczenie zawiera informacje na temat rodzaju ochrony przeciwwybuchowej, grupy gazów lub pyłów oraz klasy temperatur. Istnieje wiele możliwości zapobigania wybuchom. Wszystkie zostały starannie opracowane w ciągu ostatnich dziesięcioleci i ujęte w odpowiednich normach. Dla urządzeń elektrycznych zdefiniowano różne środki ochrony przeciwwybuchowej. Nie każdy środek ochrony przeciwwybuchowej nadaje się jednak do zastosowania we wszystkich strefach. Środki ochrony Ex-n mogą być na przykład stosowane tylko w strefie 2. Środki ochrony przeciwwybuchowej Ex-i (wykonanie iskrobezpieczne) mogą być stosowane nawet w strefie 0. Omówimy wykonanie iskrobezpieczne. Jest to jeden z najczęściej i najchętniej stosowanych rodzajów ochrony.

Iskrobezpieczeństwo

Środki ochrony przeciwwybuchowej działają na zasadzie ograniczania dopływu energii: prąd, napięcie oraz moc, które przy pomiarze i regulacji trafiają do obszaru zagrożonego wybuchem, muszą być na tyle niskie, aby nie powodować iskrzenia i dużego nagrzewania. Iskrobezpieczny obwód prądowy składa się więc z iskrobezpiecznego urządzenia elektrycznego i przynależnego urządzenia. Przynależne urządzenie jest zainstalowane poza strefą Ex. W naszym przykładzie ze zbiornikiem oleju oznacza to, że po pierwsze urządzenie iskrobezpieczne, czyli czujnik przełącznika ciśnieniowego, musi być przystosowany do pracy w strefie 1. Po drugie, urządzenie połączone z czujnikiem musi być tak dobrane, aby do czujnika nie trafiło więcej energii, niż może on przyjąć bez nagrzewania się. Stopień rozgrzania zależy również od właściwości atmosfery wybuchowej. A więc od temperatury zapłonu zastosowanego gazu. Ograniczenie dopływu energii zapobiega również iskrzeniu, które może wywołać zapłon. Jeśli jednak do niego dojdzie, wartość iskrzenia jest mniejsza od energii zapłonu zastosowanego gazu.

Weryfikacja iskrobezpieczeństwa

W przypadku środków ochrony przeciwwybuchowej „wykonanie iskrobezpieczne“ należy uwzględnić kolejny istotny aspekt, jakim są parametry iskrobezpieczeństwa, zarówno urządzenia iskrobezpiecznego, jak i przynależnego. Parametry iskrobezpieczeństwa Ui, Ii, Pi, Ci i Li informują o maksymalnych wartościach, które są możliwe w urządzeniu po stronie wejścia bez utraty funkcji iskrobezpiecznego obwodu prądowego. Parametry Uo, Io, Po , Co i Lo to maksymalne wartości wyjściowe urządzenia elektrycznego. Porównanie ma zagwarantować, że nie będą powstawały duże iskry zapłonowe, oraz że powierzchnia iskrobezpiecznego urządzenia elektrycznego nie rozgrzeje się bardziej, niż jest to dozwolone w danym zastosowaniu. Wartości należy ze sobą porównywać. Obowiązuje tu warunek pokazany na ilustracji „Wykonanie iskrobezpieczne i weryfikacja“. Porównanie to nazywamy „Weryfikacją iskrobezpieczeństwa“. Należy je podać, podobnie jak wszystkie inne dane, w dokumencie o ochronie przeciwwybuchowej (patrz rysunek poniżej).

Dwa rodzaje ochrony przeciwwybuchowej

Wiele urządzeń, zwłaszcza tak zwanych przynależnych urządzeń elektrycznych, które zazwyczaj są instalowane poza obszarem zagrożonym wybuchem, ma dodatkowe dopuszczenie do instalacji w strefie 2. Oznaczenia wyglądają wówczas następująco:

Przykładowe oznaczenie dla instalacji w strefie 2:

Ex II 3 G Ex nA IIC T4 Gc

Przykładowe oznaczenie parametrów iskrobezpieczeństwa świadczące o tym, że urządzenie może być połączone z czujnikiem lub elementem wykonawczym zainstalowanym w obszarze Ex, jeżeli pozwala na to „Weryfikacja iskrobezpieczeństwa“:

Ex II (1) G [Ex ia Ga] IIC

Nowa dyrektywa ATEX 2014/34/EU

Od 20 kwietnia 2016 r. obowiązuje nowa dyrektywa ATEX dla producentów urządzeń – 2014/34/UE. Zawiera one nowe wymogi dotyczące obszaru zastosowania, terminologii, wprowadzania na rynek, akredytacji placówek badawczych oraz nadzoru rynku. Zwiększono zakres obowiązków producenta w zakresie oznaczania urządzeń oraz informacji dla użytkownika. Wraz z nowym rozporządzeniem dotyczącym produktów do zastosowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem z 6 stycznia 2016 roku w prawie krajowym wdorżono nową dyrektywę ATEX. „Zasadniczo w nowej dyrektywie ATEX 2014/34/ UE chodzi o jej dostosowanie do raczej formalnych wymogów uchwały 768/2008/WE, bez wprowadzania zmian samej istoty dyrektywy ATEX 94/9/ WE“, wypowiada się zrzeszenie branżowe ds. surowców i przemysłu chemicznego (BG RCI). Dobra wiadomość jest taka, że wszystkie urządzenia, które do 19. kwietnia 2016 roku otrzymały certyfikat, nie muszą być ponownie poddawane badaniom. Dyrektywa 2014/34/UE obowiązuje tylko w odniesieniu do nowych produktów.

Nowe, jednoznaczne uregulowania

Poza tym należy pamiętać, że użytkownicy urządzeń mogą stać się „producentami“, a tym samym podlegać zakresowi obowiązywania nowej dyrektywy 2014/34/WE. Dotyczy to przypadków działaności, która wcześniej traktowana była tylko jako instalacja. Szara strefa z poprzedniej wersji dyrektywy została więc wyraźnie uregulowana. Zgodnie z PTB wszystkie obszary, które można było teoretycznie również wprowadzić do obrotu, gdyż były na przykład mobilne, są traktowane jako produkcja własna. Oprócz oceny ryzyka oraz dokumentu ochrony przeciwwybuchowej wymagana jest dodatkowo deklaracja zgodności WE oraz świadectwo badania typu konstrukcyjnego WE. Nowe rozporządzenie w sprawie wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej w §5 w taki sposób określa „Ogólne obowiązki producenta“: „Producent zagwarantuje, że wyroby wprowadzane przez niego do obrotu lub stosowane na własne potrzeby zostały zaprojektowane i wykonane zgodnie z wymaganiami bezpieczeństwa i ochrony zdrowia wg załącznika II dyrektywy 2014/34/UE.“ Oznacza to, że przed uruchomieniem musi zostać skompletowana odpowiednia dokumentacja. Nowa dyrektywa ATEX stawia również wysokie wymagania względem tzw. „notyfikowanych“ jednostek, między innymi w odniesieniu do możliwości badań i wyposażenia do badań, które należy poświadczyć teraz w Brukseli. Stawiane są również wyższe wymagania w zakresie nadzoru rynku. Wzmocniono uprawnienia organu nadzoru rynku. Każdy podmiot gospodarczy, również sprzedawcy, muszą być w stanie poinformować organ nadzorujący rynek, od kogo produkt został nabyty a komu sprzedany.

WAGO w praktyce

Referencje dotyczące ochrony przeciwwybuchowej

WAGO jako partner i lider innowacji realizuje wiele interesujących projektów. Poznaj nasze kreatywne i efektywne rozwiązania w przemyśle procesowym.

Bezpieczne napełnianie w strefach Ex

Firma Feige FILLING GmbH jest liderem rynku w dziedzinie napełniania beczek płynnymi substancjami chemicznymi. Aby spełnić wymagania ATEX dla kategorii 1 producent linii napełniających wybrał rozwiązania WAGO dla obszarów Ex.

Nowoczesna technologia w budowie tuneli

Błoto, wibracje, wysoka temperatura: takie warunki nie są przeszkodą dla sterowników WAGO, które firma Demostene + Partner AG wykorzystuje w swoim układzie sterowania dla urządzenia do tworzenia mieszanin wybuchowych

Bezpieczeństwo pod ziemią

W kopalniach węgla kamiennego mogą pracować tylko takie urządzenia, które nie spowodują zapłonu. Dlatego firma HAZEMAG & EPR zdecydowała się na sterowniki WAGO.

Twoja osoba kontaktowa w WAGO.

Paweł Frankowski

Menedżer rynku automatyki przemysłowej

Dowiedz się więcej:

To może Cię zainteresować

Powiązane tematy i rozwiązania

Ochrona przeciwwybuchowa, modularna automatyka procesowa i rewolucja Proces 4.0 – poznaj aktualne trendy i wyzwania w tej branży.

Proces 4.0

Cyfryzacja i modyfikacja procesów: WAGO pomoże Ci je zaprojektować i wdrożyć.

Modularna automatyka procesowa

Modułowa automatyka procesowa

Koncepcja instalacji modułowej jest odpowiedzią na stale zmieniające się wymagania rynku. W ten sposób WAGO pomaga swoim klientom sprostać rosnącym wymaganiom.

Przeczytaj więcej

WAGO w innych branżach

Systemy automatyki i technika połączeń sprężynowych WAGO sprawdzają się nie tylko w technice procesowej. Sprawdź, jakie rozwiązania dla innych branż oferuje WAGO.

Przemysł okrętowy

Przemysł morski i offshore

Nowoczesne napędy, integracja podsystemów w jedną sieć – automatyzacja i cyfryzacja są dziś standardem w przemyśle okrętowym.

Energetyka

Dzięki nowoczesnym technologiom automatyzacji i cyfryzacji powstają inteligentne sieci komunikacyjne Smart Grid.

Tematy Ochrona przeciwwybuchowa ludzi i maszyn