انواع تجهیزات EX و کلاس های دمایی سطح تجهیز

قبلتر در مقالات محیطهای پرریسک صنعتی بر اساس “Zone System” و “Class/Division System” با Hazardous Area آشنا شدیم . در این مطلب هم پیروی مطالب قبلی و با تبعیت از استاندارد IEC60079 قصد داریم با انواع روش های حفاظت از تجهیزات (انواع تجهیزات Ex) در این محیط ها آشنایی پیدا کنیم و بتوانیم تشخیص دهیم که چه ابزاردقیقی به فراخور محیطی که درش قرار میگیرد مناسب کدام پروژه ها میباشد . 

در سیستم Class/Division دسته بندی تجهیزات بطور کلی تر و در سیستم Zone به موارد ریزتر و دقیقتری اشاره شده است.پس در ابتدا موارد کلی را بیان میکنیم و سپس به سراغ بحث بعدی میرویم.چهار دسته ی اصلی در سیستم یاد شده به شرح زیر هستند :

این گروه از تجهیزات اولین،پرکاربردترین و شاید مهمترین دسته باشند.احتمالاً عبارت “تجهیز ضد انفجار” یا تجهیز “Explosion Proof” را شنیده باشید.اما آیا تا به حال به این فکر کرده ایید که منظور از ضد انفجار بودن چیست؟

در Hazardous Area هر لحظه امکان انفجار در پی بی احتیاطی وجود دارد.پس هر کس باید نهایت دقت را در عملکرد خود داشته باشد.بطور مثال در دسته بندی ها پمپ بنزین یک محیط بسیار خطرناک است.استفاده از تلفن همراه که امواج الکترومغناطیسی را جابه جا می کند میتواند به راحتی موجب تحریک هیدروکربن های معلق در هوا شده و انفجار را در پی داشته باشد.یا پلنت های نفتی و پالایشگاهی نیز همین ویژگی را دارند.پس تمام تجهیزاتی که در این محیط های پر خطر استفاده میشود باید ضد انفجار یا Explosion Proof باشد. حتی برای برقراری ارتباط استفاده از تلفن همراه اشتباه محض است و باید از بیسیم های ضدانفجار استفاده کرد.یا تجهیزاتی که روی خطوط پلنت ها بسته میشود از جمله سوییچ ها،گیج ها،ترانسمیترها و… همگی باید ضدانفجار باشند.اما این مفهوم یعنی چه؟ آیا بدین معنا است که تجهیز در برابر انفجار هیچ واکنشی نشان نمی دهد؟

وقتی صحبت از ضدانفجار بودن یک تجهیز است درواقع به معنای مقاومت آن در برابر انفجار نیست.بلکه بدین معنا است که آن تجهیز خود سبب انفجار نمیشود.محیط را منفجر نمی کند.محیط نسبت به آن تجهیز خیالش راحت است،ایمن است.تجهیزات ضدانفجار که در Zone System اختصاراً با نام  Ex d نام برده میشوند،دارای بدنه ی به شدت تقویت شده و عموماً با ضخامت بالایی هستند.بدنه ی این تجهیزات مانند یک گاوصندوق عمل میکند. و هرگونه انفجار و آتش سوزی داخلیِ آن ها،به هیچ وجه به محیط بیرون سرایت نمی کند.

نمونه ای از سوئیچ فشار ضدانفجار برند UE

این مفهوم برای تجهیزات بدان معناست که مدار داخلی آن ها به شکلی طراحی شده است که سطح انرژی تجهیز را به حدی پایین نگه میدارند که اگر جرقه ای هم رخ داد سبب حادثه نشود.اما چگونه؟یک کنترل ولو را در نظر بگیرید که روی خطوط نفت و گاز در حال فعالیت است.این ولو توسط کابل ابزاردقیق به یک کارت آنالوگ که در اتاق کنترل (Safe Area) قرار دارد متصل است.در این مدار یک اتصال کوتاه رخ می دهد و مقداری انرژی در محیط آزاد می شود و همین انرژی برای یک انفجار کافی است.راهکار چیست؟

جهت کارکرد صحیح،جریانی که ولو را کنترل می کند باید در محدوده ی 4 الی 20 میلی آمپر باشد.اما زمانی که اتصال کوتاه رخ میدهد جریان کشی بیشتر،سبب به وجود آمدن توان و در نتیجه انرژی بزرگی میشود.در این مرحله باید از فیوزی استفاده کنیم تا به محض بالارفتن جریان بیش از 20 میلی آمپر با سرعت زیاد جریان قطع شود.استفاده از المان  Barrier Fuse در اتاق کنترل و کنار کارت این کار را می تواند انجام دهد.بدین ترتیب سطح انرژی پایین نگه داشته می شود و از انفجار جلوگیری میشود.استفاده از تجهیز Barrier سبب پایین نگه داشتن سطح انرژی سیستم شد.اما آیا این کافی است؟

اگر خود تجهیز(در این مورد خاص کنترل ولو) دارای المان ذخیره کننده ی انرژی همچون سلف و خازن های بزرگ باشد هم باعث می شود جرقه ی ایجاد شده تقویت شود و سطح انرژی بالا برود.پس در طراحی خود تجهیز هم نباید از سلف و خازن بزرگ استفاده شده باشد.نکته دیگر اینکه حتی کابل ابزاردقیق هم می تواند باعث بالابردن انرژی شود و جرقه ی ایجاد شده را تقویت کند پس در انتخاب کابل هم باید دقت کنیم که کابل نیز باید ذاتاً ایمن باشد.یعنی در ساختارش سلف و خازن بزرگ استفاده نشده باشد.این کابل ها معمولاً به رنگ آبی هستند.

شمای کلی از ساختار یک تجهیز Intrinsically Safe

این دسته به تجهیزاتی اشاره دارد که به شکلی طراحی شده اند که در محیط های پر گرد و غبار مانند معادن،مانع از ورود ذرات غبار به داخل تجهیز میشوند و حتی گرمای داخلی یا جرقه ی ایجاد شده در ساختار داخلی آن ها هم نمیتواند ذرات غبار خارجی را مشتعل کند و باعث انفجار شود.

روش حفاظت در این گروه از تجهیزات بدین صورت است که طراحی آنها به شکل خاصی انجام شده و در شرایط نرمال توانایی ایجاد شعله ی منتج به انفجار حاصل از گاز یا بخارات قابل اشتعال را ندارند.

اما برخلاف سیستم Class/Division که تجهیزات را در چهار دسته ی اصلی قرارداده بود روش های حفاظت از تجهیزات در سیستم Zone شامل 12 زیرمجموعه هستند که همگی به اختصار با Ex همراه هستند و به ضدانفجار بودن هریک از این متدها اشاره دارند :

الف ) Ex d :

همانطور که اشاره شد این گروه همان تعریف تجهیزات Explosion Proof را دارند و شامل بدنه ی بسیار سنگین و مقاوم در برابر انفجار داخلی هستند  . از این دسته از تجهیزات با نام تجهیزات Flame Proof (تجهیزات ضدآتش) هم یاد میشود. به بدنه ی گاوصندوقی تصویرِ مثال دقت کنید که مانع از انتقال هرگونه آتش ، جرقه یا انفجار به محیط احتمالاً پرخطر (Hazardous Area) بیرونی است .

نمونه ای از یک تجهیز الکتریکی EX d با بدنه ای سنگین و مقاومت بسیار بالا

ب ) Ex i :

تجهیزات این گروه همان تجهیزات Intrinsically Safe هستند .دو نوع Ex i وجود دارد. دسته ی اول با نام Ex ia تجهیزاتی هستند که اجازه ی رخ دادن دو خطا(Fault) در حین کارکرد سیستم را می دهند؛در حالیکه دسته ی دوم با نام Ex ib اجازه ی رخ دادن تنها یک خطا را می دهند.

پ و ت ) Ex t و Ex n :

در Zone System تجهیزات Dust Ignition Proof را اختصاراً Ex t و تجهیزات Non Incendive را Ex n میگویند.

ث ) Ex e :

به تجهیزاتی Ex e اتلاق میشود که در طراحی داخلی آن ها از المان اکتیو استفاده نشده باشد.یعنی اصلاً عامل به وجود آمدن جرقه داخل آن موجود نباشد.به طور مثال یک ترانسمیتر نمیتواند Ex e باشد چرا که دارای برد الکترونیکی است . به تجهیزات Ex e تجهیزات Increased Safety هم گفته میشود . یعنی تجهیزات دارای ایمنیِ افزوده . این تجهیزات بیشتر مختص جعبه های ترمینالی می باشند. یک سمت جعبه پایانه های مثبت و سمت دیگر پایانه های منفی را شامل شده و بین این دو یک جدا کننده(Divider) جهت امنیت بیشتر.داخل جعبه نباید سیمی وجود داشته باشد که بتواند پایانه های مثبت و منفی را به یکدیگر متصل کند.با این طراحی دیگر نیازی به بدنه ی گاوصندوقی(همچون Ex d) جهت محافظت نیست چرا که جرقه ای رخ نخواهد داد که نگران نشت آن به محیط بیرون و انفجار بشویم.

بطور مثال در تصویر روبرو  دو سمت پایانه ها به کمک یک جداکننده با فاصله ی 50 میلی متر از یکدیگر فاصله دارند و با توجه به پسیو بودن المان های داخلی،این طراحی مانع هرگونه جرقه و ایجاد خطر است.

نمونه ای از یک Junction Box با استاندارد Ex e

ج ) Ex p :

کلمه ی P به عبارت Pressurized به معنی فشرده شده اشاره دارد.تجهیزات Ex p معمولاً با فشار هوای ابزار دقیق (فشاری بالاتر از فشار محیط خطرناکی که قرار است تجهیز در آن قرار گیرد) پر می شوند. به علت اختلاف فشار و مثبت بودن فشار هوای تجهیز نسبت به فشار بیرونی،از ورود جو خارجی به داخل تجهیز جلوگیری شده و آن را ایمن نگه می دارد.

چ ) Ex q :

تجهیزات این گروه به المان های پر شده با پودر(Filling Powder) شهرت دارند.یکی از راه های محافظت از تجهیزاتی که امکان تخلیه ی الکتریکی در مدار آن ها وجود دارد همین روش است.در داخل بدنه ی تجهیز با کوارتز یا شیشه ی پودر شده پر می شود که این عامل از ایجاد جرقه جلوگیری می کند.

ح ) Ex o :

این گروه از حفاظت تجهیزات توسط غوطه وری در روغن اتفاق می افتد و مخصوص دستگاه هایی با قطعات الکتریکی است که احتمال تخلیه ی الکتریکی و جرقه در آن ها بالا است.با غوطه وری تمام تجهیزات الکتریکی در یک عمق خاصِ منطبق با استاندارد،از تجهیز در Zone های 1 و 2 محافظت می شود. مثال استفاده از این روش حفاظت را می توان در ترانس های بزرگ الکتریکی مشاهده کرد.

خ ) Ex m :

Ex m که به Encapsulation نیز شهرت دارد به تجهیزاتی نسبت داده میشود که به شکلی طراحی شده اند که بخش های اکتیو الکتریکی آنها که ممکن است باعث ایجاد جرقه شوند در یک بخش شامل رزین قرار داده میشوند تا باعث ایجاد انفجار در محیط پرخطر نشوند.

د ) Ex h :

به تجهیزاتی اتلاق میشود که ذاتاً الکتریکی نیستند اما با خود انرژی همراه دارند. مانند برخی سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی .

ذ ) Ex op :

این روش حفاظت به Optical Protection شهرت دارد که نوعی از حفاظت از تجهیزات در برابر انرژی نوری است.در واقع انرژی حاصل از نور به روشهای متفاوت میتواند باعث ایجاد انفجار شود که در این روش،طراحی ها به خوبی نسبت به این مورد رعایت شده اند.

ر ) Ex S :

حفاظت ویژه یا Special Protectin نام دیگر این مورد است.در واقع این روش متد خاصی ندارد و هر روشی غیر از روش های بالا است که میتواند حفاظت تجهیز را در برابر انفجار برقرار کند.

مورد مهم دیگری که در استاندارد های حفاظتی به آن اشاره شده است بحث کلاس های دمایی تجهیزات است.طبق استانداردها دماهای متفاوتی  از T1 تا T6 برای سطح تجهیزات در نظر گرفته شده است.دمای ماکزیمم برای هریک از این گروه ها در جدول،روبروی آنها نوشته شده است.اما هرکدام به چه معنا هستند ؟ این اعداد در واقع بیشترین میزان دمایی است که سطح تجهیز میتواند داشته باشد.بطور مثال اگر در یک پلنت پالایشگاهی،هم تجهیز T1 و هم تجهیز T6 داشته باشیم و بمب اتم هم در آن محیط منفجر شود دمای سطح تجهیز T6 نهایتاً 85 درجه اما دمای سطح T1 تا 450 درجه سانتی گراد بالا خواهد رفت.پس در مقایسه ی بین این دو تجهیز T6 بدلیل ماکزیمم دمای سطح پایینتر ایمن تر میباشد.

کلاس های دمایی تجهیزات طبق استاندارد های اروپایی و آمریکایی