Требования к выполнению электрической части систем автоматизации во взрыво- и пожароопасных зонах

Лекция 18

 

18.1 Общие сведения

18.1.1 Классификация взрывопожароопасных зон

Взрывоопасная зона – это помещение или ограниченное пространство в помещении и наружной установке, в которых имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси.

Правила устанавливают следующие классы взрывоопасных зон.

Зоны класса B-I – зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и обладающие 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. д.

Зоны класса В-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.

Зоны класса В-1б – 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. К зонам класса B-I6, например, относятся:

· зоны, в которых имеются горючие газы, обладающие высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15% и более) и резким запахом при предельно допустимых концентрациях по ГОСТ 12.1.005–76 (например, машинные залы аммиачных компрессорных и холодильных абсорбционных установок);

· помещения производств, связанных с обращением газообразного водорода, в которых по условиям технологического процесса исключается образование взрывоопасной смеси в объеме, превышающем 5% свободного объема помещения, и имеется взрывоопасная зона только в верхней части помещения. Взрывоопасная зона в данном случае условно принимается от отметки 0,75 общей высоты помещения, считая от уровня пола, но не выше подкранового пути, если он имеется (например, помещения электролиза воды, зарядные станции); указанное не распространяется на электромашинные помещения турбогенераторов с водородным охлаждением, если эти помещения оборудованы вытяжной вентиляцией с естественным побуждением ;

· лабораторные и другие помещения, в которых горючие газы и ЛВЖ имеются в зоне в небольших количествах, недостаточных для создания в зоне взрывоопасной смеси, превышающей 5% свободного объема помещения, и работа с горючими газами и ЛВЖ производится без применения открытого пламени; эти зоны не относятся к взрывоопасным, если работа в них производится в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами.

Зоны класса В-1г – пространства у наружных технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ (за исключением наружных аммиачных компрес­сорных установок); у наземных и подземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеры); у эстакад для слива и налива ЛВЖ; у открытых нефтеловушек, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой и т. д.; у проемов за наружными ограждающими конструкциями помещений с взрывоопасными зонами классов B-I, B-Ia, B-II (исключение – проемы окон, заполненные стеклоблоками); у наружных ограждающих конструкций, если на них расположены устройства для выброса воздуха систем вытяжной вентиляции из помещений, с взрывоопасными зонами всех классов или если они находятся в пределах наружной взрывоопасной зоны; у предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами и ЛВЖ.

Взрывоопасная зона в наружных установках устанавливается в пределах:

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

до 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 с взрывоопасными зонами любого класса;

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

до 8 м по горизонтали и вертикали от резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдерами); при наличии обвалования – в пределах всей площади внутри обвалования;

до 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 до 3 м по горизонтали и вертикали от запорной арматуры и фланцевых соединений трубопроводов, в пределах которых электрооборудование должно быть взрывозащищенным для соответствующей категории и группы взрывоопасной смеси (зоны).

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

Зоны класса В-IIа – зоны, расположенные в помещениях, в которых опасные состояния, указанные для зон класса В-II, не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

К невзрывоопасным зонам (в части выбора электрооборудования) относятся:

1) зоны в помещениях или наружных установках, находящиеся на расстоянии до 5 м по горизонтали и вертикали от аппарата, в котором имеются или могут возникнуть взрывоопасные смеси, но технологический процесс, в котором идет с применением открытого огня, либо в аппарате имеются раскаленные части или поверхности, нагретые до температуры самовоспламенения горючих газов, паров ЛВЖ, горючих пылей или волокон. За пределами 5-метровой зоны классификация зон помещений или наружных установок устанавливается в зависимости от характера технологического процесса;

2) зоны в помещениях или наружных установках, в которых твердые, жидкие и газообразные вещества сжигаются в качестве топлива или утилизируются путем сжигания. Однако в помещениях котельных, встроенных в здания и работающих на газообразном или жидком топливе с температурой вспышки 61 °C и ниже, электродвигатели вентиляторов, включаемые перед началом работы котельной установки, их пускатели, включатели и другая аппаратура и приборы, установленные внутри помещения, должны быть взрывозащищенными, соответствующими категории и группе взрывоопасной смеси.

Электрическая проводка к вентиляционному электрооборудованию, приборам и аппаратам должна также соответствовать классу взрывоопасной зоны.

Для пожароопасных установок (в помещениях и наружных) ПУЭ введено понятие «пожароопасная зона».

Пожароопасная зона – это пространство внутри и вне помещения, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие (сгораемые) вещества и в котором они могут находиться в условиях нормального технологического процесса или при его нарушениях.

Пожароопасные зоны подразделяются на следующие классы.

Зоны класса II-I – зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °С.

Зоны класса П-II – зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие пыль или волокна с нижним концентрационным пределом воспламенения более 65 г/м³ к объему воздуха.

Зоны класса П-IIа – зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые или волокнистые горючие вещества.

Зоны класса П-III – зоны, расположенные вне помещений, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °С или твердые горючие вещества.

 

Вопросу правильной классификации взрывоопасных и пожароопасных зон должно уделяться исключительное внимание.

От правильной классификации взрыво- и пожароопасных зон зависит, с одной стороны, безаварийная работа установки (технологического процесса), а с другой – капитальные затраты на ее сооружение. Последнее особенно сказывается во взрывоопасных установках.

Приведенная выше классификация взрыво- и пожароопасных зон различных производств предусмотрена ПУЭ для выбора электрического оборудования, приборов, аппаратов, способов выполнения электропроводок, устанавливаемых и прокладываемых в пределах этих зон.

Помимо этой классификации Строительные нормы и правила, в частности СНиП II-90-81 «Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проек­тирования», подразделяют производства, где обращаются вещества и материалы, при переработке, применении, производстве, обработке, хранении которых возможны выделения взрыво- и пожароопасных газов, паров и пылей, на взрывоопасные, взрыво- и пожароопасные шести категорий: А, Б, В, Г, Д, Е.

Взрыво- и пожароопасные производства категории А – производства, в которых обращаются: горючие газы, нижний предел взрываемости которых 10% и менее к объему воздуха; жидкости с температурой вспышки паров до 20 °С включительно при условии, что указанные газы и жидкости могут образовать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5 % объема помещения; вещества, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом.

Взрыво- и пожароопасные производства категории Б – производства, в которых обращаются: горючие газы, нижний предел взрываемости которых более 10% к объему воздуха; жидкости с температурой вспышки паров выше 20 и до 61 °С включительно; жидкости, нагретые в условиях производства до температуры вспышки и выше; горючие пыли или во­локна, нижний предел взрываемости которых 65 г/м³ и менее к объему воздуха, при условии, что указанные газы, жидкости и пыли могут образовать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5 % объема помещения.

Пожароопасные производст­ва категории В– производства, в которых обращаются: жидкости с температурой вспышки паров выше 61°С; горючие пыли или волокна, нижний предел взрываемости которых более 65 г/м³ к объему воздуха; вещества, способные только гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом; твердые сгораемые вещества и материалы.

Производства категории Г – производства, в которых обращаются: несгораемые вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; твердые, жидкие и газообразные вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.

Производства категории Д – производства, в которых обращаются не­сгораемые вещества и материалы в холодном состоянии.

Взрывоопасные производства категории Е – производства, в которых обращаются газы без жидкой фазы и взрывоопасной пыли в таком количестве, что они могут образовать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5% объема помещения, и в которых по условиям технологического процесса возможен только взрыв (без последующего горения); вещества, способные взрываться (без последующего горения) при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом.

В ПУЭ дана связь между классификацией взрыво- и пожароопасных производств по ПУЭ и по СНиП.

Так, в ПУЭ имеется указание на то, что в помещениях с производствами категорий А, Б и Е приборы и аппараты должны выбираться в соответствии с требованиями гл. 7.3 ПУЭ к электроустановкам во взрывоопасных зонах соответствующих классов, а в помещениях с производствами (складами) категории В – требованиями гл. 7.4 ПУЭ к электроустановкам в пожароопасных зонах соответствующих классов.

Таким образом, с установлением связи: между классификациями ПУЭ и СНиП решение вопроса определения классов взрывоопасных зон для выбора электрического оборудования, приборов, аппаратов значительно упрощается.

 

18.1.2 Классификация и маркировка взрывозащищенного электрооборудования

 

Во взрывоопасных зонах производственных помещений и наружных установок применяются взрывозащищенные исполнения приборов, аппаратов и других средств автоматизации.

Классификация и маркировка взрывозащищенного электрооборудования по ГОСТ 12.2.020 – 76. По указанному стандарту взрывозащищенное электрооборудование классифицируется по уровням и видам взрывозащиты, группам и температурным классам.

Под взрывозащитной понимаются специальные конструктивные средства и меры, которые обеспечивают невоспламенение окружающей взрывоопасной газо-, паро-, пылевоздушной смеси от электрических искр, дуг, пламени и нагретых частей электрооборудования.

Уровень взрывозащиты – это степень взрывозащиты электрооборудования при установленных нормативными документами условиях; вид взрывозащиты – совокупность средств взрывозащиты электро-оборудования, установленная нормативными документами.

Установлены следующие три уровня взрывозащиты: электрооборудование повышенной надежности против взрыва, взрывобезопасное электрооборудование и особовзрывобезопасное электрооборудование.

 

По видам взрывозащиты электрооборудование подразделяется на семь видов:

с взрывонепроницаемой оболочкой, выдерживающей давление взрыва внутри ее и предотвращающей распространение взрыва из оболочки в окружающую взрывоопасную среду; условный знак этого вида взрывозащиты в маркировке электрооборудования – буква d;

с искробезопасной электрической цепью, выполненной таким образом, что электрический разряд или ее нагрев не может воспламенить взрывоопасную среду при предписанных условиях испытания; условный знак – буква i;

с защитой вида е, заключающейся в том, что в электрооборудования или его части, не имеющем нормально искрящихся элементов, принят ряд мер дополнительно к используемым в электрооборудовании общего назначения, затрудняющих появление опасных нагревов, электрических искр и дуг; условный знак – буква е;

с заполнением или продувкой оболочки под избыточным давлением, осуществляемым чистым воздухом или инертным газом; условный знак – буква р;

с масляным заполнением оболочки, осу­ществляемым маслом или жидким негорючим диэлектриком; условный знак – буква о;

с кварцевым заполнением оболочки; условный знак – буква q;

со специальным видом взрывозащиты, основанным на принципах иных, чем перечисленные выше виды взрывозащиты, но признанным достаточным для обеспечения взрывозащиты; условный знак – буква s.

Подразделение взрывозащищенного электрооборудования по группам производится в зависимости от области его применения. Предусмотрено две группы: группа I – рудничное взрывозащищенное электрооборудование, предназначенное для подземных выработок шахт и рудников, опасных по газу или пыли, и группа II – взрывозащищенное электрооборудование для внутренней и наружной установок (кроме рудничного взрывозащищенного).

Электрооборудование группы II используется в системах автоматизации технологических процессов взрывоопасных производств.

В свою очередь, электрооборудование группы II, имеющее виды взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка» и (или) «Искробезопасная электрическая цепь», подразделяется на три группы: IIА, IIB, IIС, соответствующие категориям взрывоопасных смесей по ГОСТ 12.1.011-78.

Согласно ГОСТ 12.1.011–78 все взрывоопасные смеси классифицируются по категориям и группам.

Категория взрывоопасной смеси устанавливается в зависимости от размера безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ – максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе) согласно таблице 18.1.

 

 

Таблица 18.1 – Категории взрывоопасных смесей

Категория и наименование взрывоопасных смесей	Значение БЭМЗ, мм
I Рудничный метан	Более 1,0
II Промышленный газы и пары: IIА IIВ IIС	Более 0,9 0,5-0,9 до 0,5

Взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на группы в зависимости от температуры самовоспламенения согласно таблице 18.2.

Таблица 18.2 – Группы взрывоопасных смесей

Группа взрывоопасной смеси	Температура самовоспламенения, 0С
Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6	Более 450 300-450 200-300 135-200 100-135 85-100

Группы, подгруппы и температурные классы электрооборудования, их условные знаки в маркировке и соответствующие категории и группы взрывоопасных смесей, для которых это электрооборудование является взрывозащищенным, даны в таблица 18.3, 18.4.

Таблица 18.3 – Группы и подгруппы взрывозащищенного электрооборудования

Знак группы электрооборудования в маркировке	Знак подгруппы электрооборудования в маркировке	Категория взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным
II - - -	- IIА IIВ IIС	IIA IIB IIC IIA IIA IIB IIA IIB IIC

Маркировка взрывозащищенного электрооборудования образуется последовательной записью (в одну строку) соответствующих знаков, располагаемых в прямоугольнике.

На первом месте – знак уровня взрывозащиты: 2 – для электрооборудования повышенной надежности против взрыва; 1 – для взрывобезопасного электрооборудования ; 0 – для особовзрывобезопасного электрооборудования.

На втором месте – знак Ех, указывающий на то, что электрооборудование соответствует ГОСТ 12.2.020-76 и стандартам на виды взрывозащиты.

Таблица 18.4 – Температурные классы взрывозащищенного электрооборудования

Знак температурного класса электрооборудования	Предельная температура, 0С	Группа взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным
Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6		Т1 Т1,Т2 Т1,Т2,Т3 Т1,Т2,Т3,Т4 Т1,Т2,Т3,Т4,Т5 Т1,Т2,Т3,Т4,Т5,Т6

На третьем месте – знак вида взрывозащиты : d – взрывонепроницаемая оболочка; i – искробезопасная электрическая цепь; е – защита вида е; о – масляное заполнение оболочки; р – заполнение или продувка обо­лочки под избыточным давлением; q – кварцевое заполнение оболочки; s – специальный вид взрывозащиты.

На четвертом месте – знак группы или подгруппы электрооборудования: II – для электрооборудования, не подразделяющегося на подгруппы; IIА, IIВ, IIС – для электрооборудования, подразделяющегося на подгруппы (указывается один из знаков).

На пятом месте – знак температурного класса электрооборудования по таблице 18.4.

Таким образом, маркировка электрооборудования

расшифровывается следующим образом: знак 1 указывает на то, что это электрооборудование имеет уровень взрывозащиты «Взрывобезопасное электрооборудование»; знак Ех – соответствие ГОСТ 12.2.020-76; знак d – вид взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка»; знак IIА – электрооборудование подгруппы IIА; знак ТЗ – электрооборудование темпе­ратурного класса ТЗ.

В маркировке взрывозащищенного электрооборудования могут быть дополнительные знаки и надписи, если они предусмотрены стандартами на электрооборудование с отдельными видами взрывозащиты.

В таблице 18.5 приведены примеры маркировки взрывозащищенного электрооборудования по ГОСТ 12.2.020-76.

 

 

Таблица 18.5 – Примеры маркировки взрывозащищенного электрооборудования по ГОСТ 12.2.020-76

Уровень взрывозащиты электрооборудования	Вид взрывозащиты	Группа (подгруппа) температурный класс электрооборудования	Маркировка
Повышенной надежности против взрыва	Защита вида е	Группа II, температурный класс Т6
То же	Защита вида е и взрывонепроницаемая оболочка	Подгруппа IIВ, температурный класс Т3
» »	Искробезопасная электрическая цепь	Подгруппа IIС, температурный класс Т6
» »	Продувка оболочки под избыточным давлением	Группа II, температурный класс Т6
» »	Взрывонепронецаемая оболочка и искробезопасная электрическая цепь	Группа IIВ, температурный класс Т5
Взрывобезопасное	Взрывонепронецаемая оболочка	Подгруппа IIА, температурный класс Т3
То же	Искробезопасная электрическая цепь	Подгруппа IIС, температурный класс Т6
» »	Заполнение оболочки под избыточным давлением	Группа II, температурный класс Т6
» »	Масляное заполнение	То же
» »	Кварцевое заполнение	» »
» »	Специальный	» »
Взрывобезопасное	Специальный и взрывонепронецаемая оболочка	Подгруппа IIА, температурный класс Т6
То же	Специальный, искробезопасная электрическая цепь и взрывонепронецаемая оболочка	Подгруппа IIВ, температурный класс Т4
Особовзрывобезопасное	Искробезопасная электрическая цепь	Подгруппа IIС, температурный класс Т6
То же	Искробезопасная электрическая цепь и взрывонепронецаемая оболочка	Подгруппа IIА, температурный класс Т6
» »	Специальный и искробезопасная электрическая цепь	Подгруппа IIС, температурный класс Т4
» »	Специальный	Группа II, температурный класс Т4

 

18.2 Выбор средств измерения и автоматизации

 

Электрические аппараты, приборы и другие средства автоматизации во всех случаях следует стремиться выносить за пределы взрыво- и пожароопасных зон, если это допустимо по условиям эксплуатации и не влечет за собой неоправданных затрат.

В случае необходимости установки приборов, аппаратов и других средств автоматизации во взрывоопасных зонах должны быть выполнены требования, приведенные в гл. 7.3 ПУЭ, а сами приборы и аппараты, вносимые во взрывоопасные зоны, должны удовлетворять требованиям действующих стандартов на изготовление взрывозащищенного электрооборудования.

При необходимости установки приборов, аппаратов и других средств автоматизации в пожароопасных зонах должны быть выполнены требования гл. 7.4 ПУЭ.