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主题 2020年9月15日
人和机器的防爆保护

防爆保护话题源于采矿业。在上世纪下半叶之前,采煤时产生的、一定比率的爆炸性甲烷空气混合气体都是通过引爆销毁的。当前又是通过何种方式进行处理呢?

依托大量技术成果和保护法规,已无需将沼气进行燃烧处理。即便如此,防爆保护这一话题仍有重要意义。如今,爆炸性物质并不止局限于采矿业,在其他行业中也同样存在。例如,常见于化工行业的原油和天然气生产过程和食品行业。

优势概览:

  • 系统运行经济高效
  • 模块化设计,缩短启动和服务时间
  • 采用免维护和防振动连接技术,降低运营成本
  • 最佳规格,用途广泛,方便调整

易爆混合物

这些物质与氧气混合,形成“危险的爆炸性环境”。在出现热表面或电火花的情况下,会迅速导致在所有情况下都必须防止的情况。因为此类事件可能会对很多人造成伤害,更不用说会对环境或生产系统产生影响了 基于这种情况,当前欧洲有关成员国已经制定了十分完善的指令和法律:ATEX指令(针对易爆性气体环境)。其中包括面向工厂运营者的1999/92/EC和面向设备制造商的2014/34/EU(替代之前的94/9/EC)。美国市场与欧洲ATEX指令相对应的则是NEC和CEC中的“已分类危险场所”(HazLoc)的相关条款以及EAC Ex。其他重要法规还包括俄罗斯、哈萨克斯坦、白俄罗斯的EAC认证流程(欧亚一致性),其取代了之前的GOST进口流程,且与ATEX和CE十分类似。

防爆保护

通常分为一级、二级和三级防爆保护。基本防爆措施旨在防止或限制形成易爆性气体环境。次级防爆措施用于防止易爆性气体环境着火,即防止出现可能的引火源。第三级防爆措施用于将爆炸的影响限制在无害等级。 在由各工厂运营者必须执行的危险评估过程中,运营者必须询问,是否可能从一开始就防止潜在爆炸性物质发生爆炸(作为基本防爆的一部分)。如果这种方法行不通,则要求工厂运营者根据存在的危险对工厂进行分区,并标记出入口。分区模型是全球最常用的方法,并且在1999/92/EG中有详细规定。在美国和加拿大,多个“分区”的方式比较常见。

WDP_116_Vorsicht explosiv_Kläranlage.png

储罐内部总是会形成爆炸性环境,因此属于0区。控制阀或排气孔归类于1区。在正常工作过程中此处会形成易爆性气体环境。但是,2区通常不会出现这种情况,即使偶有出现,持续时间也非常短暂。

防爆区域

在粉尘环境中,分区模型可根据当前危险将工厂区域分为0区、1区和2区,对于多尘环境,分为20、21和22区。在风险分析过程中,工厂运营者必须对工厂不同区域内产生易爆性气体环 境的频率和持续时间进行评估。并根据评估结果将工厂划分为相应区域。在此种情况中,0区和20区是最危险的区域(图:分区描述表)。示例:对于装满液态原油并装有压力开关的油罐,其分区如图所示。

设备选择

在欧洲,用于易爆性气体环境0区和1区或20区和21区的所有设备必须经过认证机构认证,而且必须具有型式测试证书中所列的相关认证标志。此识别标志包含易爆区域使用所需的相关信息。并提供有关设备组和类别的信息。设备组可分为以下两组:用于因存在甲烷而危及生命的采矿作业设备(I),分为M1类和M2类;用于所有其他应用的设备(II),分为1类、2类和3类以及附录G(适用于气体)和附录D(适用于粉尘)。这种分类显示了设备可用的分区。此外,该识别标志还包含有关防护类型的信息,对于气体或粉尘组,如果设备已根据某个标准进行测试,还会标出温度等级。从原则上讲,还可采用多种方式来防止爆炸。在过去几十年间,这些方式的潜能不断被挖掘出来,而且已在相关标准中进行考量。对于电气设备,定义了许多不同的防护类型。但是,有些防护类型并不适用于所有分区。例如,Ex n防护类型只适用于2区。相反,Ex i型防护(本质安全型)经认证甚至可用于0区的设备。在此,我们选择本质安全型作为例子进行介绍。它是最受青睐、应用最为广泛的防护类型之一。

WDP_116_Vorsicht explosiv_Produktbezeichnung.png

本质安全型

这种防护类型基于能量限制原理:对于在测量和控制过程中用于易爆区域的电路,其电流、电压和功率值必须足够小才可确保不会产生火花或变得过热。因此,本质安全型电路需由本质安全型设备和相关设备构成。相关设备安装在防爆区域的外围。对于前文提到的油罐示例,这意味着:首先,本质安全型设备,即压力开关使用的传感器,必须用于1区。其次,连接到此传感器的以下装置和相关设备必须确保传感器在不升温的条件下在可承受范围内对能源进行处理。允许的发热程度取决于易爆性气体环境的构成,即所用气体引燃温度的高低。此外,这种能量限制必须确保不会产生点火火花,或者即使出现点火火花也仍然低于所用气体所需的点火能量。

本质安全验证

对于“本质安全”型防护,必须考虑另一个重要方面:技术安全数据。这一数据涉及本质安全型操作设备和相关设备。有关Ui、Ii、Pi、Ci和Li的信息说明了输入端设备在不出现本质安全型电路防护功能失效时可承受的最大值。Uo、Io、Po、Co和Lo信息指示设备的最大输出值。将输入和输出值进行比较,可确保不会生成明显的点火火花,并防止本质安全型设备表面温度超过规定的合理范围。因而,必须对输入和输出值进行比较。“本质安全与验证”图中所示情况符合此条件。这种对比称为“本质安全验证”。与所有其他文档一样,必须将其纳入防爆文档(见下图)。

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本质安全验证

两个点火防护类别

很多设备,尤其是通常必须安装在防爆区域外围的相关电气设备,在2区使用时,常常要进行额外的验证。标志如下所示:

在2区安装时的标记示例:

Ex II 3 G Ex nA IIC T4 Gc

本质安全型标志示例,表示如果“本质安全验证”允许,则该设备可以与防爆区域中的本质安全型传感器或执行器相连:

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

新ATEX指令2014/34/EU

新版ATEX指令2014/34/EU已于2016年4月20日生效。其中包括与应用领域、理念、市场供应、测试机构资质认证和市场监管等相关的新要求。增加了制造商在设备标识和用户信息方面的义务。作为国家法律,该指令与2016年1月6日起实施的新防爆产品法规同步执行。据德国原材料与化工行业劳动保护协会(BG RCI)称,“一般说来,新版ATEX指令2014/34/EU是为了符合第768/2008/EG号决议早前的正式要求,与原有ATEX指令94/9/EG相比,并未做出任何实质性的更改。好消息是:所有于2016年4月19日前认证的设备均无需重新进行测试。2014/34/EU指令仅适用于新产品。

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全新、明确的规定

此外,必须注意的是,在某些特定情况下工厂运营者会转变为“制造商”,因此,也应遵守新ATEX指令2014/34/EU。这指的是在过去仅视为安装的内部生产。原有指令中的灰色地带在新版本中进行了更为明确的规定。根据PTB规定,汽车等所有理论上可销售产品都必须被视为内部生产。除了危险评估和防爆文档,还要求提供EC一致性声明和EC型式试验证书。新防爆法规在§5“制造商的一般义务”中作出如下规定:“如果制造商销售产品或者将产品主要留作自用,则制造商应确保产品的设计和生产符合2014/34/EU指令附录II中有关健康与安全的主要要求。” 这意味着相关文档在调试前必须编制完成。新ATEX指令对“认证”机构提出了更高的要求,其中规定,所涉及的测试方案和设备,现在必须在布鲁塞尔进行验证。此外,还提高了对市场监管的要求, 将强化市场监管局的监管作用。经济活动中涉及的所有角色,包括经销商,都必须向市场监督管理局提供有关产品从何处购买以及将销往何处等信息。

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