Автоматизация взрывоопасных зон

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

Факультет экономики и управления в нефтегазовом комплексе

и экологической безопасности

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

Тема:

Автоматизация взрывоопасных  зон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013 г.

 

Содержание:

 

Введение………………………………………………………………….3

1. Взрывоопасные зоны…………………………………………..……..4

1.1. Понятие и определение  взрывоопасных зон……………….…4

1.2. Классификация взрывоопасных  зон………………………..….5

2. Автоматизация взрывоопасных зон………………………………..12

2.1. Требования к оборудованию во взрывоопасных зонах……..12

2.2. Основные виды оборудования……………………………......15

3. Производство взрывозащищенного оборудования…………….….19

Заключение………………………………………………………….….22

Библиографический список…………..………………………………..23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Большинство технологических процессов в нефтехимической и химической и промышленности проходят во взрывоопасных зонах. С точки зрения нефтехимической отрасли, опасную область можно определить как «местоположение объекта, где при нормальных рабочих условиях вероятно присутствие в атмосфере легковоспламеняющихся газов или паров».

Системы автоматизации таких  процессов традиционно проектируются  на базе панелей управления, вынесенных за пределы взрывоопасной зоны. Существенным недостатком таких систем автоматизации  является то, что оператор не может  своевременно контролировать многие параметры, которые отображаются непосредственно  на установках, компрессорах и другом оборудовании, также как не может  управлять технологическим процессом, находясь в непосредственной близости от установки.

Во всех электрических  приборах, устанавливаемых в опасных  областях, принимаются специальные  меры, предотвращающие воспламенение  окружающей воздушно-газовой смеси, которое могло бы в противном  случае произойти от случайной искры  или контакта с горячей поверхностью. Эти специальные меры следует  рассматривать как обеспечивающие защиту только при нормальных рабочих  условиях, в аварийной ситуации (такой  как взрыв или детонация) от них  нельзя ожидать того же уровня безопасности.

Современные установки, особенно в нефтегазовом комплексе и атомной  энергетике, часто очень плотно заполнены  оборудованием. Все взрывоопасные  и пожароопасные зоны на подобных объектах имеют строгие требования относительно оборудования, безопасности и освещения.

 

1. Взрывоопасные зоны.

1.1. Понятие и определение взрывоопасных зон.

Понятие «взрывоопасная зона»  в «Правилах устройств электроустановок»  (ПУЭ) трактуется следующим образом: взрывоопасная зона — это помещение или ограниченное пространство в помещении и наружной обстановке, в котором имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси. В этих зонах для обеспечения безопасной эксплуатации электрооборудования и электротехнических установок должны применяться соответствующие виды взрывозащиты [1].

При определении взрывоопасных зон принимается, что:

а) взрывоопасная зона в  помещении занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси  превышает 5% свободного объема помещения;

б) взрывоопасной считается  зона в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали  от технологического аппарата, из которого возможно выделение горючих газов  или паров легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ), если объем взрывоопасной смеси равен или менее 5% свободного объема помещения. Помещение за пределами взрывоопасной зоны следует считать невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность;

В дополнение хочется отметить, что объемы взрывоопасных газо- и паровоздушной смесей, а также время образования паровоздушной смеси определяются в соответствии с "Указаниями по определению категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности".

C химической точки зрения, окисление, горение и взрыв являются экзотермическими реакциями, происходящими с различными скоростями. Для осуществления таких реакций необходимо наличие нескольких компонентов. В подавляющем большинстве случаев взрыв или пожар возникают в результате комбинации трех ключевых составляющих, получивших название «треугольник риска». Для воспламенения взрывоопасного материала необходимо наличие каждой составляющей [2].

Горючее может присутствовать в виде газа, пара или пыли.

Кислород всегда присутствует в большинстве случаев, так как содержится в воздухе в количестве 21% по объему.

Воспламенитель  искры или горячие поверхности могут быть потенциальными причинами воспламенения.

Если концентрация пыли, газа или пара в воздухе находится  между верхним и нижним пределами  воспламенения и воспламенитель имеет достаточную энергию или  температуру, может произойти пожар  или взрыв.

 

 

 

2. Классификация взрывоопасных зон.

Классификация – это метод анализа и классификации окружающей среды, в которой может присутствовать взрывоопасная смесь, проводимый с целью выбора электрооборудования у устройства электроустановок, эксплуатация которых в присутствии данной смеси должна быть безопасной. Классификацию проводят с учетом разделения взрывоопасных смесей по категориям и группам.

Набор критериев для классификации  взрывоопасных зон базируется на вероятности и продолжительности  присутствия огнеопасных смесей, а также концентрации и типе огнеопасных  веществ (газ, пар, жидкость, пыль) в  совокупности с такими физическими  параметрами, как температура вспышки, температура самовоспламенения  и минимальная электрическая  энергия поджигания. Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации.

По ГОСТ Р 51330.9-99 взрывоопасные зоны в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывчатой газовой смеси разбиваются на три класса [2]:

Зона класса 0 – зона, в которой взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени.

Зона класса 1 – зона, в которой существует вероятность присутствия газовой смеси в нормальных условиях эксплуатации.

Зона класса 2 – зона, в которой маловероятно присутствие взрывоопасной смеси в нормальных условиях эксплуатации, а если она возникает, то редко, и существует очень непродолжительное время.

 

В классификации согласно ГОСТ Р-52350.10-2005 (МЭК 60079-10:2002) «Электрооборудование взрывозащищенное (Часть 10) Классификация взрывоопасных зон» содержится ряд уточнений в значениях критериев, которые применяются для классификации. Учитываются следующие факторы [3]:

• Источники утечки, при этом каждую утечку горючего вещества классифицируют как постоянную (непрерывную), первой или второй степени.
• Размеры взрывоопасной зоны.
• Интенсивность утечки газа или пара
• Нижний концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) (НКПР)
• Вентиляцию
• Относительную плотность газа или пара при утечке.

 

По ПУЭ предусмотрены  следующие классы взрывоопасных  зон:

1. Зоны класса B-I — зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и с такими свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке или разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании ЛВЖ, находящихся в открытых емкостях, и т. п.).

 

2. Зоны класса B-Ia — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

 

3. Зоны класса B-Iб — зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей и которые отличаются одной из следующих особенностей:

а). Горючие газы в этих зонах обладают высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15% и более) и резким запахом при предельно допустимых концентрациях по ГОСТ 12.1.005-88 (например, машинные залы аммиачных компрессорных и холодильных абсорбционных установок).

б). Помещения производств, связанных с обращением газообразного водорода, в которых по условиям технологического процесса исключается образование взрывоопасной смеси в объеме, превышающем 5% свободного объема помещения, имеют взрывоопасную зону только в верхней части помещения.

Взрывоопасная зона условно  принимается от отметки 0,75 общей  высоты помещения, считая от уровня пола, но не выше кранового пути, если таковой имеется (например, помещения электролиза воды, зарядные станции тяговых и статерных аккумуляторных батарей).

Пункт 2 не распространяется на электромашинные помещения с турбогенераторами с водородным охлаждением при условии обеспечения электромашинного помещения вытяжной вентиляцией с естественным побуждением; эти электромашинные помещения имеют нормальную среду.

К классу В-16 относятся также зоны лабораторных и других помещений, в которых горючие газы и ЛВЖ имеются в небольших количествах, недостаточных для создания взрывоопасной смеси в объеме, превышающем 5% свободного объема помещения, и в которых работа с горючими газами и ЛВЖ производится без применения открытого пламени. Эти зоны не относятся к взрывоопасным, если работа с горючими газами и ЛВЖ производится в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами.

 

4. Зоны класса В-Iг — пространства у наружных установок: технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ (за исключением наружных аммиачных компрессорных установок), надземных и подземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами, эстакад для слива и налива ЛВЖ, открытых нефтеловушек, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой и т. п.

К зонам класса В-Iг также относятся: пространства у проемов за наружными ограждающими конструкциями помещений со взрывоопасными зонами классов В-I, В-Ia и В-II (исключение - проемы окон с заполнением стеклоблоками); пространства у наружных ограждающих конструкций, если на них расположены устройства для выброса воздуха из систем вытяжной вентиляции помещений со взрывоопасными зонами любого класса или если они находятся в пределах наружной взрывоопасной зоны; пространства у предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами и ЛВЖ.

Для наружных взрывоопасных  установок взрывоопасная зона класса В-1г считается в пределах до:

а) 0,5 м по горизонтали  и вертикали от проемов за наружными  ограждающими конструкциями помещений  со взрывоопасными зонами классов В-I, B-Ia, B-II;

б) 3 м по горизонтали и  вертикали от закрытого технологического аппарата, содержащего горючие газы или ЛВЖ; от вытяжного вентилятора, установленного снаружи (на улице) и  обслуживающего помещения со взрывоопасными зонами любого класса;

в) 5 м по горизонтали и  вертикали от устройств для выброса из предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами или ЛВЖ, от расположенных на ограждающих конструкциях зданий устройств для выброса воздуха из систем вытяжной вентиляции помещений с взрывоопасными зонами любого класса;

г) 8 м по горизонтали и вертикали от резервуаров с ЛВЖ или горючими газами; при наличии обвалования - в пределах всей площади внутри обвалования;

д) 20 м по горизонтали и  вертикали от места открытого  слива и налива для эстакад  с открытым сливом и наливом ЛВЖ.

 

Эстакады с закрытыми  сливно-наливными устройствами, эстакады и опоры под трубопроводы для  горючих газов и ЛВЖ не относятся  к взрывоопасным, за исключением  зон в пределах до 3 м по горизонтали  и вертикали от запорной арматуры и фланцевых соединений трубопроводов, в пределах которых электрооборудование  должно быть взрывозащищенным для соответствующих  категорий и группы взрывоопасной  смеси.

5. Зоны класса В-II — зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна в таком количестве и с такими свойствами, что они способны образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке и разгрузке технологических аппаратов).

 

6. 3оны класса В-lla — зоны, расположенные в помещениях, в которых опасные состояния, не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

 

 Зоны в помещениях и зоны наружных установок в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от аппарата, в котором присутствуют или могут возникнуть взрывоопасные смеси, но технологический процесс ведется с применением открытого огня, раскаленных частей либо технологические аппараты имеют поверхности, нагретые до температуры самовоспламенения горючих газов, паров ЛВЖ, горючих пылей или волокон, не относятся в части их электрооборудования к взрывоопасным. Классификацию среды в помещениях или среды наружных установок за пределами указанной 5-метровой зоны следует определять в зависимости от технологических процессов, применяемых в этой среде.

Зоны в помещениях и  зоны наружных установок, в которых  твердые, жидкие и газообразные горючие  вещества сжигаются в качестве топлива  или утилизируются путем сжигания, не относятся в части их электрооборудования  к взрывоопасным.

В помещениях отопительных котельных, встроенных в здания и  предназначенных для работы на газообразном топливе или на жидком топливе с температурой вспышки 61°С и ниже, требуется предусматривать необходимый минимум взрывозащищенных светильников, включаемых перед началом работы котельной установки. Выключатели для светильников устанавливаются вне помещения котельной.

Электродвигатели вентиляторов, включаемых перед началом работы котельной установки, и их пускатели, выключатели и др., если они размещены  внутри помещений котельных установок, должны быть взрывозащищенными и  соответствовать категории и  группе взрывоопасной смеси. Проводка к вентиляционному электрооборудованию  и светильникам должна соответствовать  классу взрывоопасной зоны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Автоматизация взрывоопасных зон.

В общем случае системой автоматизации называется комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. Автоматизированные системы применяются  в различных отраслях промышленности. Термин «автоматизированная» подчеркивает сохранение за человеком-оператором некоторых  функций либо наиболее общего характера, либо не поддающихся автоматизации.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) предприятий горнодобывающей, химической, нефтехимической, газовой промышленности, применяющих в технологических процессах или производящих взрывоопасные и токсичные вещества, работают на объектах, где определенные участки производства характеризуются либо постоянным наличием взрывоопасной среды, либо существует потенциальная опасность появления такой среды в случае аварий или отклонений от нормального течения технологического процесса. Именно поэтому выбор надежных технических решений, обеспечивающих защиту предприятия от возможных возгораний и взрывов, является важнейшей задачей при проектировании АСУ ТП [4].

2.1. Требования к оборудованию во взрывоопасных зонах.

На практике очень трудно гарантировать эксплуатацию промышленных объектов, связанных с переработкой горючих материалов, таким образом, чтобы  в воздухе отсутствовали горючие газы и в электрооборудовании не возникали источники воспламенения. Поэтому при наличии взрывоопасной газовой смеси следует использовать электрооборудование, конструкция которого до минимума снижает вероятность возникновения источника воспламенения. Одновременно необходимо учитывать то обстоятельство, что если вероятность возникновения взрывоопасной смеси мала, то требования по взрывозащите к конструкции электрооборудования могут быть менее жесткими.

Следует стремиться к тому, чтобы количество и размеры зон  классов 0 и 1 были минимальными. Это  можно обеспечить выбором конструкции  технологического оборудования и условиями  его эксплуатации. Необходимо обеспечить, чтобы все зоны в основном относились к классу 2 или не были взрывоопасными.

Если утечка горючего вещества неизбежна, необходимо использовать такое  технологическое оборудование, которое  является источником утечек второй ступени, а если и это невозможно, то их количество должно быть минимальным.

Электрооборудование (особенно с частями, искрящими при нормальной эксплуатации) должно, как правило, размещаться в невзрывоопасных  зонах. Если это невозможно, его следует  устанавливать в зоне, характеризующейся  наименьшим уровнем взрывоопасности.

Все электрооборудование  и электропроводка во взрывоопасных зонах должны выбираться с дополнительными требованиями для взрывозащиты конкретного вида и дополнительными требованиями к электрооборудованию конкретного вида.

Электрооборудование должно устанавливаться в соответствии с требованиями технической документации на него. Необходимо следить за тем, чтобы установленные сменные  элементы, например лампы, имели требуемый  тип и номинал. По завершении установки  должна быть выполнена первичная  проверка электрооборудования и  его монтажа в соответствии с  ГОСТ Р 51330.16.

Кроме того, если используют светильники с люминесцентными лампами, то, пока не предприняты необходимые меры, предотвращающие разрушение ламп, перед транспортированием ламп через взрывоопасную зону или их замене следует удостовериться, что в атмосфере взрывоопасной зоны отсутствует газ (пар). Натриевые лампы низкого давления не должны использоваться в любой взрывоопасной зоне или над ней из-за риска воспламенения взрывоопасной газовой среды от свободного натрия разбитой лампы.

Электрооборудование и системы, используемые в исключительных обстоятельствах, например при научных исследованиях, модернизации, опытном производстве (эксплуатации) и другой новой работе, могут не отвечать требованиям, если установка применяется только в  течение ограниченного периода  времени, находится под надзором специально обученного персонала и по крайней мере одна из предпринятых мер гарантирует:

- что взрывоопасная газовая  среда не образуется;

- что это электрооборудование  будет отключено в случае появления  взрывоопасной газовой среды,  а воспламенение после отключения, например из-за нагретых частей, не произойдет;

- что персонал и окружающая  среда не будут подвергаться  опасности при возникновении  пожара или взрывах в экспериментальной  установке. 

Кроме того, необходимые  меры безопасности должны быть доведены в письменной форме до сведения персонала, который должен:

- знать требования стандартов  и инструкций, относящихся к установленному  электрооборудованию и системам  и определяющих порядок его  использования во взрывоопасных  зонах; 

- иметь доступ ко всей  информации, необходимой для оценки  безопасности.

 

Взрывозащищённые системы  управления применяются в теx же случаяx, что и обычные, с той лишь разницей, что они могут безопасно функционировать во взрывоопасной среде. При проектировании взрывозащищённыx систем управления учитываются следующие специфические факторы: Системы проектируются максимально компактно, т.к. взрывозащищённые корпуса очень дороги и с ростом размера корпуса его цена растёт нелинейно. При построении сxем обработки датчиков не используются барьеры искробезопасности, т.к. такие барьеры вносят значительные помеxи в показания датчиков. Для обработки датчиков используются функциональные электронные модули производства нашего предприятия, которые обеспечивают требования искробезопасности и при этом не вносят искажений в показания датчиков. В сxемы максимально закладываются возможности самодиагностики, т.к. взрывозащищённые системы обычно запечатаны и труднодоступны для обслуживания и диагностики.

 

2.2. Основные виды  оборудования.

Суть взрывозащищённого  электрооборудования заключается  в таком его конструктивном исполнении, при котором исключается возможность  возгорания взрывоопасной окружающей среды, вызванного работой этого  электрооборудования. В остальном  взрывозащищённое электрооборудование  не отличается от обычного.

Существуют два основныx пути обеспечения взрывозащищённого исполнения [5]:

1. Не позволить образоваться очагу возгорания. Электрический ток обладает определённой энергией, которая в ряде случаев проявляется в виде высокотемпературныx явлений. Кроме того, ударное соприкосновение металлическиx частей электромеxаническиx компонентов также может приводить к искрообразованию. Существует ряд конструктивныx приёмов, позволяющиx избежать высокотемпературныx проявлений работы оборудования, а значит, избежать появления потенциальныx очагов возгорания.
2. Изолировать потенциальный очаг возгорания от взрывоопасной среды. В ряде случаев гарантированно избежать искрообразования при работе электрооборудования бывает очень затруднительно. В такиx случаяx потенциально опасные электрокомпоненты заключают в специальную оболочку, которую называют взрывозащищённой.

 

Взрывозащищенное оборудование подразделяется по уровням взрывозащиты:

Уровень взрывозащиты	Характеристика
Особовзрывобезопасное оборудование	Взрывозащищенное электрооборудование, в котором по отношению к взрывобезопасному электрооборудованию приняты дополнительные средства взрывозащиты, предусмотренные стандартами на виды взрывозащиты.
Взрывобезопасное оборудование	Взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается как при нормальном режиме работы, так и  при признанных вероятных  повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждений средств взрывозащиты
Оборудование повышенной надежности против взрыва	Взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается только в признанном нормальном режиме работы.

 

Особовзрывобезопасное электрооборудование обеспечивается:

• взрывозащитой вида «i» с уровнем искробезопасной электрической цепи «ia»;
• специальным видом взрывозащиты «s»;
• взрывобезопасным электрооборудованием с дополнительными средствами взрывозащиты (например заключением искроопасных частей во взрывонепроницаемую оболочку)

 

Взрывобезопасное электрооборудование обеспечивается:

• взрывозащитой вида «i» с уровнем искробезопасной электрической цепи не ниже «iв»;
• взрывозащитой вида «р» с устройством сигнализации и автоматического отключения напряжения питания, кроме искробезопасных цепей уровня «ia», при недопустимом снижении давления;
• взрывозащитой вида «d»;
• специальным видом взрывозащиты «s»;
• защитой вида «е», заключенной во взрывонепроницаемую оболочку;
• заключением в оболочку.

 

Электрооборудование повышенной надежности против взрыва может обеспечиваться:

• взрывозащитой вида «i» с уровнем искробезопасной электрической цепи «ic» и выше;
• взрывозащитой вида «р», имеющей устройство сигнализации о недопустимом снижении давления;
• взрывозащитой вида «q»;
• защитой вида «е»;
• защитой вида «т»;
• взрывозащитой вида «d»;
• масляным заполнением и заполнением негорючей жидкостью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Производство взрывозащищенного оборудования

Поставкой оборудования для  автоматизации взрывоопасных производств  занимается множество компаний. Рассмотрим продукцию некоторых из них.

 

Компания  Bartec – всемирно известный разработчик взрывозащищенного оборудования. Компания была основана в 1975 году в Германии, и на протяжении всего своего существования защищает людей и окружающую среду, обеспечивая безопасность компонентов, систем и установок. Компания занимается производством наиболее современных технических средств автоматизации процессов, происходящих во взрывоопасных зонах. Это взрывоопасные компьютеры, мониторы, панели управления, сканеры штрих-кодов, периферийные устройства (клавиатуры, мыши, тачпады) [6].