Pobierz artykuł - epsilon-x

Piotr Madej
Przykłady wątpliwych sytuacji
przy ocenie bezpieczeństwa przeciwwybuchowego instalacji przemysłowych
Examples of questionable situations in explosionproof safety assessment
of the industrial installations
Streszczenie:
W niniejszym referacie przedstawiono problemy najczęściej spotykane na obiektach – dotyczą one doboru urządzeń,
prawidłowego ich montażu, prowadzenia oprzewodowania na instalacji, błędów popełnianych przy stosowaniu
obwodów iskrobezpiecznych, źródeł światła w oprawach oświetleniowych budowy wzmocnionej, silników
w wykonaniu przeciwwybuchowym zasilanych za pośrednictwem przetwornic częstotliwości oraz urządzeń
nieelektrycznych w wykonaniu przeciwwybuchowym. Prawidłowy dobór urządzeń przeciwwybuchowych do
istniejącego zagrożenia, który jest kluczowy dla bezpieczeństwa instalacji, jest uzależniony od prawidłowo
przeprowadzonej klasyfikacji stref zagrożonych wybuchem i podania wszystkich informacji dotyczących właściwości
występujących substancji. Błędy w montażu, stosowaniu nieodpowiednio dobranych urządzeń, części zamiennych,
zła konserwacja mogą doprowadzić do katastrofy.
Abstract:
In present report introduced problems mostly met on establishment, buildings – they are related with choice of
devices, proper mounting, cable leading on installation, mistakes made during intrinsically safe circuits are used,
sources of light in increased safety luminaires, explosionproof electric motors supplied by frequency converters and
nonelectric explosionproof devices. A proper selection explosionproof device to existing danger, that is fundamental
in safety of the installation, depends on properly conducted hazardous area classification and given all information
related with characteristic of occurred substances. Mistakes in mounting, application of unsuitable chosen devices,
spare parts, bad maintenance can lead to catastrophe.
————————————
1. Instalacje
W niniejszym referacie przedstawione zostaną informacje
dotyczące najczęściej spotykanych sytuacji na obiektach
i instalacjach, gdzie występują strefy zagrożone
wybuchem, które mają wpływ na ostateczny kształt
takiego dokumentu.
Kłopoty dotyczące prawidłowego doboru urządzeń
w wykonaniu przeciwwybuchowym zaczynają się już na
początku projektowania instalacji. Jest to związane
z brakiem wyczerpujących informacji na temat stref
zagrożonych wybuchem – bardzo często podawane są
tylko informacje dotyczące strefy – brak jest informacji
jaka jest grupa i jaka jest klasa temperaturowa. Informacje
te są kluczowe dla prawidłowego doboru urządzeń
w wykonaniu przeciwwybuchowym. Oczywiście można
zastosować urządzenia kategorii 1G grupy IIC i klasy
temperaturowej T6, jednakże w wielu przypadkach jest to
trudne do osiągnięcia, a w wielu wręcz niemożliwe do
realizacji. Stąd bardzo ważne jest zapoznanie się z normą
PN-EN 60079-10-1 dotyczącą klasyfikacji stref
zagrożonych wybuchem oraz normą PN-EN 60079-20-1
dotyczącą podziału substancji łatwopalnych na grupy
i klasy temperaturowe, która zawiera listę substancji
łatwopalnych. Błędne przeprowadzenie klasyfikacji
doprowadzi do zastosowania nieodpowiednich urządzeń
do rzeczywistego zagrożenia. Jeśli zawyżono rodzaj stref
–
kłopotem
będzie
znalezienie
urządzenia
w odpowiednim
wykonaniu
przeciwwybuchowym.
Jednakże, jeśli błąd polegał na niedoszacowaniu stref
(zbyt mały zasięg lub strefa 2 w miejsce strefy 1)
nieprawidłowy dobór urządzeń, biorąc pod uwagę realne
zagrożenia, będzie wiązał się nie z poprawą
bezpieczeństwa przeciwwybuchowego, lecz z jego
pogorszeniem. Jako przykład mogą posłużyć dwie
sytuacje, jakie miały miejsce w rzeczywistości: realnie
występowała strefa 1, jednakże właściciel obiektu
stwierdził, iż lepszym rozwiązaniem będzie w protokole
podać strefę 0 – niestety problemem okazało się
znalezienie odpowiednich urządzeń, które byłyby
kategorii 1G. Innym przykładem jest zastosowanie
urządzeń w wykonaniu nie przeciwwybuchowym
w miejscu, w którym realnie występuje strefa 2, a zgodnie
z protokołem klasyfikacji stref zagrożonych wybuchem
zagrożenia nie ma – w tym przypadku zastosowano
urządzenia, których wykonanie nie przeciwwybuchowe
Sympozjum naukowo-techniczne
„Bezpieczeństwo techniczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.” EpsilonX 2013
Główny Instytut Górnictwa, Katowice
stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa całości
instalacji.
Przykładem błędnego doboru urządzeń może być
również ten, związany z warunkami środowiskowymi
panującymi w miejscu montażu – wewnątrz
pomieszczenia zamkniętego, czy też w przestrzeni
otwartej, w miejscu nasłonecznionym lub w miejscu
narażonym na działanie substancji mniej lub bardziej
żrących (siarka, sól). Brak uwzględnienia tych czynników
może doprowadzić, na skutek różnego rodzaju korozji,
do utraty właściwości przeciwwybuchowych, np.:
odporność na udary, a w konsekwencji stopnia ochrony.
Prawidłowy stopień ochrony, odnośnie warunków pracy
urządzenia, ma istotne znaczenie dla budowy
wzmocnionej – może okazać się, że IP54 jest
niewystarczający do stosowania urządzenia w przestrzeni
otwartej bez dodatkowej ochrony przed bezpośrednim
oddziaływaniem wody.
Obecnie bardzo często stosowanym rozwiązaniem,
związanym z zasilaniem silników elektrycznych, jest ich
zasilanie za pośrednictwem przetwornicy częstotliwości.
Biorąc od uwagę wszystkie zalety takiego rozwiązania,
należy zdać sobie sprawę z występujących również
zagrożeń związanych tego rodzaju układem zasilania.
Przede wszystkim należy zdawać sobie sprawę z tego, iż
nie wszystkie silniki w wykonaniu przeciwwybuchowym
mogą być w ten sposób zasilane – silniki przeznaczone
do tego muszą mieć taką informację podaną w instrukcji
obsługi i innych dokumentach towarzyszących
urządzeniu. Na fot. 1 przedstawiono przykładowe
rozwiązanie silnika w wykonaniu przeciwwybuchowym
przeznaczonego do zasilania za pośrednictwem
przetwornicy częstotliwości. Następnym problemem
może okazać się dobór odpowiedniej przetwornicy
częstotliwości – nie każde tego typu urządzenie może
współpracować z dowolnym, przeznaczonym do tego
celu silnikiem. Zgodnie z wymaganiami podanymi
w normach PN-EN 60079-0, PN-EN 60079-7 oraz
PN-EN 60079-14, układ silnik – przetwornica powinien
być oceniony. Innymi słowy każdy silnik przeznaczony
do tego rodzaju zasilania powinien być poddany badaniu
łącznie z przetwornicą w celu zweryfikowania wpływu
przetwornicy na parametry pracy silnika. Dotyczy to
temperatury, przepięć, dynamiki przyrostu napięcia,
zawartości harmonicznych oraz zakresu częstotliwości –
minimalna i maksymalna. Oczywiście nie wszystkie te
informacje dotyczą wszystkich rodzajów wykonań
przeciwwybuchowych. Nie zmienia to jednak faktu, że
stosowanie dowolnego silnika i dowolnie wybranej
przetwornicy może przynieść więcej szkód niż korzyści.
Dlatego też przy doborze przetwornicy częstotliwości do
silnika należy zwrócić szczególną uwagę na informacje
podane w instrukcjach zarówno dotyczącej silnika, jak
i przetwornicy. Niestety zdarzają się sytuacje, kiedy nie
ma podanych szczegółowych informacji w instrukcji
przetwornicy czy to silnika. W takiej sytuacji zachodzi
konieczność przeprowadzenia badań takiego układu
w celu zweryfikowania, czy taki dobór nie spowoduje
utraty właściwości przeciwwybuchowych silnika.
Oczywiście użytkownik nie może wprowadzać, żadnych
zmian w układzie zasilania, które mogłyby się wiązać z
pogorszeniem właściwości przeciwwybuchowych.
Fot. 1 Silnik w wykonaniu Ex przystosowany do zasilania za
pośrednictwem przetwornicy częstotliwości – silnik z obcym
chłodzeniem
Kolejnym zagadnieniem sprawiającym bardzo wielkie
kłopoty niektórym projektantom sprawiają urządzenia
iskrobezpieczne, a ściślej mówiąc stosowanie na jednym
obiekcie urządzeń w wykonaniu iskrobezpiecznym
i nieiskrobezpiecznym. Aktualnie bardzo często zdarza
się, iż wszelkiego rodzaju przetworniki wielkości
nieelektrycznych na prąd lub napięcie w wykonaniu
innym niż iskrobezpieczne, podłączane są do
iskrobezpiecznych urządzeń towarzyszących. Niestety nie
jest to dobre rozwiązanie, a wręcz szkodliwe
i niebezpieczne. By sobie to uświadomić należy zwrócić
uwagę na istotę iskrobezpieczeństwa i jakie informacje
podawane są w instrukcji obsługi urządzeń w wykonaniu
iskrobezpiecznym. W tego rodzaju urządzeniach
podawane są informacje związane z napięciem
wejściowym/wyjściowym,
prądem
wejściowym/wyjściowym, mocą wejściową/wyjściową,
pojemnością wewnętrzną/zewnętrzną, indukcyjnością
wewnętrzną/zewnętrzną i/lub stosunkiem L/R –
zależnie czy jest to urządzenie iskrobezpieczne, czy
towarzyszące urządzenie iskrobezpieczne. W przypadku
obwodów iskrobezpiecznych należy również uwzględnić
pojemność i indukcyjność przewodów łączących.
Wartości te powinny zostać zweryfikowane na drodze
obliczeniowej, przy wykorzystaniu danych producenta
przewodów/kabli, przyjmują wartości podane w normie
PN-EN 60079-14 lub przeprowadzając pomiary, przy
czym ta ostatnie metoda jest najlepsza – szczególnie,
kiedy jesteśmy na granicy. W urządzeniach innych niż
iskrobezpieczne, nie znamy wszystkich istotnych
z punktu widzenia iskrobezpieczeństwa parametrów.
Dlatego też obwód taki nie może być traktowany, jako
obwód iskrobezpieczny. Rozwiązanie takie może
doprowadzić do uszkodzenia iskrobezpiecznego
urządzenia towarzyszącego, w konsekwencji może
spowodować to uszkodzenie innego urządzenia
towarzyszącego, skutkującego utratą właściwości
Sympozjum naukowo-techniczne
„Bezpieczeństwo techniczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.” EpsilonX 2013
Główny Instytut Górnictwa, Katowice
przeciwwybuchowych przetwornika zamontowanego
przykładowo w strefie 0. Innym zagrożeniem
wynikającym z ww. rozwiązania jest prowadzenie
obwodów
nieiskrobezpiecznych
łącznie
z iskrobezpiecznymi w jednym kablu – co jest
niedopuszczalne.
Bardzo często spotykanym błędem, dotyczącym
obwodów iskrobezpiecznych, jest oprzewodowanie
wewnątrz szaf sterowniczych i rozmieszczenie w ich
wnętrzu iskrobezpiecznych urządzeń towarzyszących.
Niestety w szafach rozdzielczych/sterowniczych
nagminnie nie przestrzega się odstępu 50mm między
zaciskami obwodów iskro- i nieiskrobezpiecznych, jak
i wymogu osobnego prowadzenia przewodów obwodów
iskro- i nieiskrobezpiecznych [5].
Problemem może okazać się również wymiana źródła
światła w oprawie oświetleniowej budowy wzmocnionej.
W związku z odchodzeniem od żarowych źródeł światła
i zastępowaniu
ich
żarówkami
halogenowymi,
świetlówkami kompaktowymi lub diodowymi źródłami
światła napotykamy na całkiem prozaiczny problem
z chwilą przepalenia się starej „klasycznej” żarówki,
a mianowicie – jakie źródło zastosować w zamian? Otóż
są dwa rozwiązania: albo zastosowanie źródła światła
zgodnego z instrukcją producenta oprawy, albo wymiana
oprawy oświetleniowej. Niestety innego rozwiązania nie
ma.
W 2004 roku wraz ze wstąpieniem RP do Unii
Europejskiej pojawiły się wymagania dotyczące urządzeń
nieelektrycznych w wykonaniu przeciwwybuchowym.
O ile w przypadku urządzeń elektrycznych wiedza jest
szerzej znana w tym zakresie, o tyle co do urządzeń
nieelektrycznych było to pewne novum. Co prawda były
normy dotyczące wentylatorów oraz napędów
spalinowych, ale normy te obejmowały swym zakresem
jedynie dwa z pośród wielu urządzeń nieelektrycznych.
Konsekwencją takiego stanu rzeczy jest częste
stosowanie urządzeń nieelektrycznych w strefach
zagrożonych wybuchem, które do tego rodzaju
zastosowań się nie nadają – nie posiadają żadnych
dokumentów potwierdzających ich przeciwwybuchowe
wykonanie i nie są oznakowane w sposób zgodny
z wymaganiami dyrektywy 94/9/WE i norm serii PNEN 13463. Skutkiem takiego stanu rzeczy,
w przypadkach skrajnych, może być, tak samo jak
w przypadku urządzeń elektrycznych, unicestwienie
obiektu. Przykład takiego urządzenia przedstawia fot. 2.
Fot. 2 Przykład nieprawidłowego zastosowania urządzenia
nieelektrycznego – urządzenie nieprzeciwwybuchowe
zastosowane w przestrzeni zagrożonej wybuchem
Powyżej omówione przykłady sytuacji wątpliwych
związane były w mniejszym lub większym stopniu
z prawidłowym doborem urządzeń, obwodów i/lub
klasyfikacją stref zagrożonych wybuchem oraz
informacjami, które powinny być podane odnośnie
właściwości występujących na obiekcie substancji
łatwopalnych. Innym istotnym czynnikiem, który ma
wpływ na bezpieczeństwo instalacji jest prawidłowość
montażu poszczególnych urządzeń. Dotyczy to takich
spraw jak przestrzeganie warunków bezpiecznego
stosowania urządzeń, prawidłowego podłączania
przewodów i kabli, stosowania odpowiednich wpustów
kablowych – zgodnie z rodzajem wykonania
przeciwwybuchowego urządzenia, ich prawidłowym
dokręcenie,
stosowanie
odpowiednich
metod
zabezpieczenia końców przewodów, które nie są
wykorzystane, zaślepiania niewykorzystanych otworów
do wprowadzania przewodów i kabli do urządzeń
elektrycznych przy pomocy przeznaczonych do tego celu,
podzespołów. Niestety te, wydawałoby się prozaiczne,
przyczyny są bardzo częstym powodem, który sprawia iż
pomimo zastosowania urządzeń w wykonaniu
przeciwwybuchowym, instalacja jako całość nie spełnia
wymagań bezpieczeństwa przeciwwybuchowego.
Fot. 3 Przykład nieprawidłowego zadławienia przewodu
Ważnym również, z punktu widzenia bezpieczeństwa
przeciwwybuchowego instalacji, jest zastosowanie
ekwipotencjalizacji. Jest to istotne, gdyż w obecnej dobie
mnogość fal elektromagnetycznych i prądów błądzących
jest na tyle duża, że może prowadzić do powstawania
różnic potencjałów na elementach, konstrukcjach,
Sympozjum naukowo-techniczne
„Bezpieczeństwo techniczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.” EpsilonX 2013
Główny Instytut Górnictwa, Katowice
urządzeniach i innych częściach składających się na
instalację, a które wykonane są z materiałów
przewodzących, zdolnych do spowodowania zapłonu
mieszaniny wybuchowej na skutek przepływu prądu
(temperatura) lub wyładowania iskrowego. Jest to
również istotne ze względu na indukowanie prądów
w konstrukcjach stalowych na skutek stosowanej ochrony
katodowej lub wyładowań atmosferycznych. Wykonanie
takich połączeń powinno być zrealizowane przy
zastosowaniu środków adekwatnych do występującego
zagrożenia i przewidywanych prądów wyrównawczych
(przekroje przewodów łączących, miejsca połączeń,
sposoby połączeń, zabezpieczenia przed pogorszeniem
rezystancji połączeń).
Fot. 4 Uszkodzony system przewodów ochronnych
2. Podsumowanie
Powyżej opisano tylko niektóre ze spotykanych sytuacji
występujących na instalacjach, gdzie występuje zagrożenia
wybuchem. Wynika z nich, iż najtrudniejsze i najbardziej
kosztowne do wyeliminowania błędy są te, które
powstają na początku – te związane z ustaleniem stref
zagrożonych wybuchem. Jest to spowodowane tym, że
projektanci dysponując błędną klasyfikacją – zastosują
nieodpowiednie urządzenia.
Brak znajomości zagadnień dotyczących rodzajów
wykonania przeciwwybuchowego prowadzi również do
niebezpiecznych sytuacji, jednakże ich usunięcie jest już
mniej czasochłonne, np.: łączenie iskrobezpiecznych
urządzeń
towarzyszących
z
urządzeniami
nieiskrobezpiecznymi czy też sposoby zasilania silników
elektrycznych, nieprawidłowe wykonanie instalacji
elektrycznych lub źle wykonywana konserwacja urządzeń
składających się na instalację.
Najłatwiejsze do usunięcia są błędy wynikające
z nieprawidłowego podłączenia urządzeń (zadławienie
przewodów, nieodpowiednie wpusty kablowe).
Wszystkie ww. błędy, niektóre łatwiejsze do
poprawienia/wyeliminowania inne trudniejsze mają
fundamentalne
znaczenie
dla
bezpieczeństwa
przeciwwybuchowego całej instalacji. Niestety najmniej
istotny element z punktu widzenia prawidłowego
funkcjonowania instalacji ma dokładnie takim sam
wpływ na jej bezpieczeństwo przeciwwybuchowe jak
każdy inny jej element.
3. Literatura
[1] PN-EN 13463-1:2010 Urządzenia nieelektryczne w
przestrzeniach zagrożonych wybuchem – Część 1: Podstawowe
założenia i wymagania
[2] PN-EN 60079-0:2009 Atmosfery wybuchowe – Część 0:
Sprzęt – podstawowe wymagania
[3] PN-EN 60079-7:2010 Atmosfery wybuchowe – Część 7:
Zabezpieczenie urządzeń za pomocą budowy wzmocnionej "e"
[4] PN-EN 60079-10-1:2009 Atmosfery wybuchowe – Część
10-1: Klasyfikacja przestrzeni – Gazowe atmosfery wybuchowe
(oryg.)
[5] PN-EN 60079-14:2009/AC:2011 Atmosfery wybuchowe
– Część 14: Projektowanie, dobór i montaż instalacji
elektrycznych (oryg.)
[6] PN-EN 60079-20-1: Atmosfery wybuchowe – Część 20-1:
Właściwości materiałowe dotyczące klasyfikacji gazów i par –
Metody badań i dane tabelaryczne
4. Informacje dodatkowe o autorze
mgr
inż.
Piotr
Madej,
pracownik
Bezpieczeństwa
Przeciwwybuchowego
Doświadczalnej „BARBARA” GIG.
tel. (32) 32 46 552
e-mail: [email protected]
www.kdbex.eu
* K O N I E C *
Sympozjum naukowo-techniczne
„Bezpieczeństwo techniczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.” EpsilonX 2013
Główny Instytut Górnictwa, Katowice
Zakładu
Kopalni