Взрывозащищенная контрольно-измерительная и аппаратура автоматики - Основные положения правил и норм конструирования

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРАВИЛ И НОРМ КОНСТРУИРОВАНИЯ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОЙ КОНТРОЛЬНО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ
И АППАРАТУРЫ АВТОМАТИКИ
Общеизвестно, сколь велико количество различных веществ, используемых для переработки на предприятиях нефтяной, газовой и других отраслей промышленности. Среди них большое место занимают газы, пары или пыли, которые в смеси с воздухом или другими окислителями могут образовывать взрывоопасные смеси.
Чтобы обеспечить нормальный режим работы того пли иного технологического агрегата или всего предприятия в целом, необходим непрерывный контроль за протекающими процессами, постоянная корректировка работы агрегата. Эту роль выполняют контрольно-измерительная аппаратура и аппаратура автоматики.
В настоящее время отечественные приборостроительные заводы выпускают взрывозащищенную контрольно-измерительную аппаратуру для измерения самых различных параметров: температуры газов и жидкостей, давления, состава различных смесей, расхода, вибрации оборудования и т. д.
Эта аппаратура позволяет: автоматизировать большинство технологических процессов; организовать технический учет работы агрегатов; повысить надежность работы и безопасность обслуживания оборудования.
Автоматизация производства и необходимость своевременного вывода людей из участков и мест с токсичными и взрывоопасными условиями вынуждают непрерывно совершенствовать взрывозащищенную контрольно-измерительную аппаратуру автоматики, повышать ее точность, чувствительность и надежность в работе.
Основные положения правил и норм конструирования, а также элементы конструкций и особенности конструирования контрольно-измерительной аппаратуры и аппаратуры автоматики приведены в настоящей книге с учетом требований, предъявляемых при ее ремонте.

Глава 1

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОЙ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ И ЕЕ МАРКИРОВКА

Основным отличием взрывозащищенных приборов от общепромышленных является то, что их конструкция удовлетворяет требованиям Правил изготовления взрывозащищенного электрооборудования (ПИВЭ) и область применения их регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), гл. VII-3, «Электрооборудование взрывоопасных производств», которые устанавливают несколько видов взрывозащиты.
Прежде чем перейти к рассмотрению отдельных видов исполнения взрывозащищенной контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) и аппаратуры автоматики (АА), рассмотрим основные взрывоопасные свойства газо- и паро-воздушных смесей, в условиях, в которых чаще всего работает эта аппаратура.
Горючие газы и пары в смеси с кислородом воздуха или другими окислителями могут образовать взрывоопасные смеси, которые при воздействии на них источниками тепла определенной энергии могут воспламеняться (взрываться). При этом происходит большое выделение тепла и возникает взрывная волна с высоким давлением.
К взрывоопасным веществам относятся:
пары легковоспламеняющихся жидкостей, если температура вспышки паров равна 45° С или ниже, или превышает температуру окружающей среды не более чем на 10° С;
горючие газы при любых температурах окружающей среды;
горючие пыли или волокна, если нижний предел их взрываемости не превышает 65 г/м³.
В остальных случаях горючие вещества относятся к пожароопасным.
В основу существующей классификации взрывоопасных смесей легло распределение смесей по категориям и группам. В зависимости от температуры самовоспламенения* все смеси распределены на четыре группы, как указано в табл. 1.

*Температурой самовоспламенения взрывоопасной смеси газов или паров легковоспламеняющейся или горючей жидкости с воздухом называется определенная стандартным методом наинизшая температура, до которой должна быть нагрета указанная смесь для того, чтобы она воспламенялась без внесения в нее постороннего источника зажигания (ПУЭ, § VII-3-12).

В зависимости от передачи взрыва через фланцевые зазоры, установленные на стандартной сферической оболочке, приняты четыре категории воспламеняемости взрывоопасных смесей, согласно табл. 2.
Проведенные в СССР и за рубежом исследования позволили установить для одной и той же взрывоопасной смеси определенное соотношение между зазорами, определенными на стандартной ободочке, и воспламеняющими токами*, полученными с помощью специального искрообразующего механизма от электрической цепи. Это позволило унифицировать общую классификационную таблицу взрывоопасных смесей, распространив ее действие и на искробезопасное электрооборудование. 

*Воспламеняющими токами, применительно к искробезопасному электрооборудованию, называются токи электрической цепи, вызывающие при искрении воспламенение взрывоопасной смеси с вероятностью, равной  10-3.

Таблица 1
Классификация взрывоопасных смесей по группам

Таблица 2
Классификация взрывоопасных смесей по категориям

Кроме того, это дало возможность выделить для каждой категории воспламеняемости «представительную взрывоопасную смесь» (табл. 3). Искробезопасное электрооборудование, выполненное для эксплуатации в представительной смеси, может быть использовано и во всех остальных смесях данной категории. Представительная взрывоопасная смесь также используется для испытания электрооборудования на взрывозащищенность.

Таблица 3
Представительные взрывоопасные смеси по категориям воспламеняемости

Распределение исследованных в настоящее время взрывоопасных смесей по категориям и группам приведено в табл. 4. Обращает на себя внимание тот факт, что ацетилено-воздушная смесь в силу присущих ей особенностей вынесена из классификационной таблицы.
Определение и отнесение к категориям и группам взрывоопасных смесей, не указанных в табл. 4, согласно ПУЭ, возложено на Государственный институт по проектированию и исследованию взрывобезопасного электрооборудования (Гипронисэлектрошахт).

Таблица 4
Распределение горючих веществ по категориям и группам взрывоопасности

Примечание. Ацетилено-воздушная смесь по температуре самовоспламенения относится к группе Б, критический зазор (категория) у ацетилена отсутствует.

Все электрооборудование, независимо от его назначения, является взрывозащищенным при условии, что оно исключает поджигание взрывоопасной смеси от возможных искрений, нагревов и т. п., либо за счет такого конструктивного выполнения оболочки, которое может выдержать внутреннее давление взрыва без передачи его наружу, либо вследствие ограничения проникновения взрывоопасной смеси к искрящим или нагревающимся частям электрооборудования, либо в результате выбора таких параметров электрической схемы, что возникновение опасных искрений или нагревов будет исключено.
Для обеспечения взрывозащиты контрольно-измерительная аппаратура и аппаратура автоматики (КИА и АА) может быть сконструирована в следующих основных исполнениях, предусмотренных Правилами изготовления взрывозащищенного электрооборудования (ПИВЭ).

1. Взрывонепроницаемом, при котором оболочка может выдерживать максимальное давление внутреннего взрыва газо-, паро- или пыле-воздушных смесей, попавших извне или образовавшихся внутри оболочки, без повреждения последней и распространения воспламенения через зазоры или отверстия в окружающую взрывоопасную среду, для работы в которой конструкция оболочки предназначена. В этом исполнении конструируют, как правило, сравнительно сильноточные приборы и аппараты, содержащие пусковые и регулирующие элементы, различные исполнительные механизмы и т. п. или аппаратуру, используемую при больших давлениях, температурах, ударах, трясках.
2. Искробезопасном, когда электрическая схема аппаратуры рассчитана и конструктивно выполнена таким образом, что образующиеся при нормальной работе аппаратуры пли при различных повреждениях (обрыв, короткое замыкание, выход из строя каких-либо элементов, пробой изоляции и т. п.), как внутри ее, так и в соединительных линиях, искры или нагревы не могут воспламенить окружающую взрывоопасную среду. Это наиболее приемлемый вид взрывозащиты для измерительных приборов и слаботочных электрических систем. В таком исполнении чаще всего изготовляются датчики различных параметров технологического процесса. Этот вид исполнения допущен ПУЭ для установки внутри технологического оборудования.
3. Повышенной надежности против взрыва — когда КИА и АА приходится конструировать таким образом, что в нем предусматривают средства и меры, препятствующие возникновению опасных искр, электрических дуг или нагрева отдельных его частей при нормальной работе до опасных температур. Если в аппаратуре имеются нормально искрящие части, они должны иметь любое другое взрывозащищенное исполнение: взрывонепроницаемое, маслонаполненное или искробезопасное.

В таком исполнении можно изготовлять исполнительные механизмы (электромагниты, клапаны и т. п.),  с повышенной изоляцией, пониженной нагрузкой, т. е. значительно более надежном, нежели общепромышленное исполнение.

1. Маслонаполненном, при котором все нормально искрящие и неискрящие токоведущие части погружены в масло таким образом, что исключается возможность соприкосновения между этими частями, с одной стороны, и взрывоопасными смесями газов, паров или пыли с воздухом, — с другой.

Необходимо отметить, что в практике конструирования взрывозащищенной КИА и АА этот вид не нашел широкого распространения ввиду сложности эксплуатации.

1. Специальном, которое характерно тем, что все электрические части КИА и АА заключены в оболочку с избыточным давлением воздуха или инертного газа без продувки, или залито термореактивным компаундом, засыпано песком и т. п.

Разработка аппаратуры в таком исполнении определяется, как правило, специальными условиями эксплуатации, например, наличием в месте установки аппаратуры сжатого воздуха или инертного газа, отсутствием необходимости разборки аппаратуры (например, герметическая оболочка).
Для взрывозащищенной КИА и АА установлен следующий порядок маркировки. В начале обозначения в зависимости от исполнения ставятся буквы:
Взрывонепроницаемое.......... В
Искробезопасное с письменным наименованием газа или пара, в котором испытано это электрооборудование ................ И
Маслонаполненное .................. М
Повышенной надежности против взрыва .... Н
Специальное ................С

Далее ставится обозначение физических свойств взрывоопасной смеси. Оно состоит из: цифры, соответствующей категории воспламеняемости взрывоопасной смеси, согласно табл. 2, которая ставится только для взрывонепроницаемого исполнения; для остальных видов исполнения вместо значащей цифры ставится 0 (нуль);
буквы, обозначающие группу взрывоопасной смеси, согласно табл. 1, которая ставится после цифры. Для искробезопасного исполнения условное обозначение группы не указывается, а указывается наименование представительной смеси (табл. 3), в которой это КИА и АА испытана.
В обозначении КИА и АА комбинированного исполнения, содержащего взрывонепроницаемые элементы, буква «В» опускается.
При маркировке искробезопасной КИА и АА дополнительно указывается еще тип электрической системы (сокращенно), в которую входит рассматриваемый элемент. Например, датчик для сред 4 категории воспламеняемости (см. табл. 3) маркируется так:
Таблица 5
Условные обозначения и маркировка взрывозащищенной аппаратуры

Если в искробезопасную электрическую систему входят приборы и аппараты общепромышленного исполнения, устанавливаемые в невзрывоопасных помещениях, на них также устанавливается маркировка, указывающая на то, какие цепи являются искробезопасными. Обычно пишется «Вход» или «Выход», а далее следует обозначение искробезопасности «И» с наименованием той представительной смеси, для которой рассчитана эта искробезопасная цепь.
Например,
Если же искробезопасность обеспечена только для какой-то индивидуальной взрывоопасной смеси, указывается наименование только этой смеси. В соответствии с этим сужается и область применения КИА и АА:
Например, обозначение ацетоно-воздушной смеси:

для прибора общепромышленного исполнения, а для искробезопасного датчика этой же электрической системы:

Кроме того, в искробезопасной КИА и АА крышки, закрывающие искробезопасные цепи снабжаются предупредительной надписью:
Искробезопасная цепь
или
Внимание! Искробезопасная цепь
Примеры условных обозначении и маркировки на аппаратах приведены в табл. 5.