Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2001 №4

Взрывобезопасное промышленное измерительное оборудование

Липень Андрей


Введение

За время, прошедшее с момента основания RS Components в 1937 г., произошло множество изменений в направлениях деятельности компании. Начиная свою работу в качестве поставщика запасных частей к радиоприемникам, RS Components постепенно, на протяжении шести десятилетий, осваивала такие направления, как телевизионная техника (1947 г.), полупроводниковые приборы, вычислительная техника, компоненты промышленного электронного и электромеханического оборудования, датчики, искусственные интеллектуальные компоненты и многое другое. Сейчас номенклатура изделий, поставляемых фирмой и включенных в каталог RS, превысила 120 000 наименований продукции более чем 600 фирм-производителей и распределяется по 79 направлениям, об одном из которых и пойдет речь в предлагаемой статье. Это электронные компоненты и контрольно-измерительные приборы взрывобезопасного исполнения — одна из новых областей деятельности RS Components, особенно актуальная для нефте- и газодобывающей промышленности, химического машиностроения и нефтепереработки.

Классификация взрывоопасных зон

В целях классификации степени взрывобезопасности различных электронных компонентов и приборов следует продифференцировать область использования таких устройств по степени присутствия взрывоопасных химических соединений. Принято выделять три типа зон взрывоопасности:

  1. Зона 0 — зона постоянного или достаточно длительного присутствия взрывоопасной газовоздушной смеси.
  2. Зона 1 — область, в которой появление взрывоопасной газовоздушной смеси весьма вероятно в штатных условиях.
  3. Зона 2 — в которой появление взрывоопасной газовоздушной смеси в штатных условиях маловероятно либо вероятно, но на достаточно короткий промежуток времени.

Следует заметить, что приведенная классификация проведена лишь в областях присутствия горючих газов, аэрозолей и паров и не рассматривает случай горючей пыли.

Степени защиты электронных устройств

Во втором приближении рассматриваемой классификации производится подразделение по типу конструктивного исполнения электронных устройств, обеспечивающего ту или иную степень взрывобезопасности:

  • Тип d (взрывозащищенные) охватывает устройства, способные выдерживать внутреннее воспламенение горючих газов без возникновения опасности взрыва газа в пространстве, окружающем прибор. Компоненты такого класса пригодны для использования в зонах 1 и 2.
  • Тип е (повышенной безопасности) включает приборы, в которых с высокой вероятностью исключена возможность нагрева внутренних или внешних элементов, либо искрообразования, приводящих к воспламенению горючих компонентов. Такой тип пригоден для эксплуатации в зонах 1 и 2.
  • Тип i (искрозащищенные) — устройства, использующие маломощные электронные схемы, в которых величины напряжений и токов ограничены значениями, достаточно малыми для предотвращения возможности искрообразования или какого-либо иного воспламенения горючих газов, присутствующих в зоне эксплуатации. Искрозащищенные устройства пригодны для использования в зонах 0, 1 и 2.
  • Тип р (защищенные наддувом) охватывает устройства, корпуса которых заполнены воздухом или инертным газом под избыточным давлением, препятствующем проникновению горючих газообразных компонентов извне. Другой метод защиты, также относящийся к этому классу, основан на снижении концентрации огнеопасного компонента газовоздушной смеси ниже взрывоопасного уровня за счет использования специального резервуара. Тип р пригоден для эксплуатации в зонах 1 и 2.
  • Тип о (маслозаполненные) — приборы, в которых возможность воспламенения предотвращена путем погружения отдельных частей в масло. Этот тип принято использовать в зоне 2.
  • Тип g (засыпные) — устройства, по принципу защиты аналогичные маслозаполненным, в которых в качестве наполнителя используется кварцевый песок. Тип g пригоден для зоны 2.
  • Тип m (герметичные) — приборы, части которых, потенциально способные вызвать воспламенение горючих газообразных компонентов, помещены в герметичные оболочки.

Атмосферное подразделение

Третья ступень классификации состоит в подразделении зон 0, 1 и 2 по типу газовой смеси, определяющей взрывоопасность каждой из них. В табл. 1 приведен ряд стандартных газовых атмосфер, сгруппированных соответственно CENELEC (E.C.). Ввиду различия в подходах к определению стандартных групп взрывоопасных газовых атмосфер в табл. 2 определено перекрестное соответствие унифицированных стандартных групп ЕЕС и специфических, принятых в США, Великобритании, Франции и Германии.

Таблица 1
Газы и пары Группа Температура воспламенения, °С Т-класс
Метан (природный газ) I 535 -
Амил – ацетат IA 375 T2
Этил – ацетат IA 425 T2
Метил – ацетат IA 500 T1
Бутил – ацетат IA 420 T2
Лропил – ацетат IA 450 T2
Ацетон IA 535 T1
Аммиак IA 650 T1
Бензол IA 560 T1
Бутан IA 405 T2
Бутанол IA 340 T2
Хлорэтилен IA 470 T2
Циклогексан IIA 260 T3
Децил IIA 205 T4
Этилметилацетон IIA 505 T1
Гептан IIA 220 T3
Этан IIA 515 T1
Гексан IIA 230 T3
Изооктан IIA 410 T2
Метанол IIA 385 T2
Этил – нитрат IIA 90 T6
Моноокись углерода IIA 605 T1
Пентан IIA 260 T3
Пропан IIA 450 T2
Ксилол IIA 460 T1
Бутадиен 1.3 IIB 425 T2
Диэтиловый эфир IIB 160 T4
Этилен IIB 490 T1
Бытовой газ IIB - -
Этилен – оксид IIB 425 T2
Водород IIC, IIB+H2 400 T2
Сульфур-углерод IIC, IIB+CS2 90 T6
Ацетилен IIC, IIB+C2H2 300 T3
Этилен-нитрат IIC, IIB+C2H5 90 T6
Таблица 2
Газ ЕЕС UK France Germany USA
  группа группа группа группа группа
Метан I I IA, IB 1 D
Пропан IIA IIA IIA, IIB 1 D
Этилен IIB IIB IIIA 2 C
Водород IIC IIC - 3a B
Дисульфид IIC - - 3b -
Ацетилен IIC - - 3c A

Максимальная поверхностная температура (Т-класс)

Максимальная поверхностная температура, обычно обозначаемая как Т-класс, являясь четвертой ступенью рассматриваемой классификации, определяется как верхняя граница величин температуры поверхности классифицируемых устройств, используемых в наиболее жестких условиях эксплуатации. Шесть наиболее употребительных Т-классов описаны в табл. 3. Ясно, что температура воспламенения газовой атмосферы, определяющей взрывоопасную группу, должна быть выше максимальной поверхностной температуры оборудования, достигающейся при его работе.

Таблица 3
Т-класс Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6
Макс. температура поверхности 450 300 200 135 100 85

Результирующая классификация

В результате описанного четырехступенчатого приближения мы получаем классификационную схему взрывобезопасных устройств, учитывающую тип зоны эксплуатации, степень защиты, группу взрывоопасной газовой атмосферы и температурный класс поверхности:

E Ex i IIC T6, (1)
где Е обозначает унифицированную (CENELEC) сертификацию Е.С., Ex — (Explosion protected) — взрывобезопасность, i — степень защиты устройства, IIC — группа взрывоопасной газовой атмосферы, в которой может эксплуатироваться данное устройство, Т6 — максимальная поверхностная температура (Т-класс).

Теперь, когда каждое устройство взрывобезопасного исполнения описано выражением (1), возникает вопрос о сертификационном подтверждении соответствия устройства заявленному классу. Принятая в странах Западной Европы практика доверия позволяет особо выделить следующие бюро сертификации:

  • BASEEFA — British Approvals Service for Electrical Equipment in Flammable Atmo-sphere (U.K.).
  • PTB — Physikalisch-Technische Bindesanstalt (Germany).
  • INIEX — Institute Nationale des Industries Extractives (Belgium).
  • HSE — Health and Safety Executive (U.K.).

Взрывобезопасные компоненты промышленного электронного оборудования

Каталог RS Componens предоставляет в распоряжение инженеров и конструкторов более 1000 наименований электронных компонентов и контрольно-измерительных приборов взрывобезопасного исполнения. Среди них в первую очередь обращают на себя внимание компоненты систем автоматизированного контроля технологических процессов, протекающих во взрывоопасной атмосфере. Для сбора данных о физических параметрах подобных процессов предлагается семейство датчиков Pepperl & Fuchs:

  • резонансные камертоны Vibracon с микропроцессорным управлением;
  • индуктивные и емкостные датчики приближения;
  • оптоэлектронные датчики отражательного и диффузно-рассеивательного типов;
  • оптические датчики Erwin Sick повышенной защищенности, датчики давления Druck, предназначенные для работы в агрессивных средах.

Резонансные камертоны Pepperl & Fuchs Vibracon LVL1S-G3S-EU-EXD и LVL1S-G3S-NV1, класс защиты EЕx d IIC T6/5, предназначены для регистрации изменений уровня жидкости или положений твердых тел за счет изменения резонансной частоты камертона в переменных внешних условиях. Анализ смещения резонансной частоты производится программируемым микропроцессорным модулем, определяющим порог срабатывания датчика и формирующим выходной сигнал.

Оптоэлектронные модули пространственного сканирования Pepperl & Fuchs OCS1000-F3-NO и OCT150-F3-NO, класс защиты EЕx i IIC T6, предназначены для регистрации объектов во взрывоопасных промышленных зонах. Два типа исполнения таких модулей, регистрирующих отраженное излучение видимого диапазона и диффузно-рассеянное инфракрасного, обеспечивают регулируемую глубину сканирования до 1000 мм для выделенного диапазона и до 50 мм для инфракрасного соответственно, причем датчик в ИК-исполнении пригоден для регистрации прозрачных и полупрозрачных тел.

Оптический датчик прямого сканирования Pepperl & Fuchs OCS2000-M1K-N2, класс защиты EЕx i IIC T6, предназначен для сканирования пространства глубиной до 2000 мм в отраженном свете видимого диапазона, рекомендован к использованию в химической промышленности в соответствии с требованиями DIN19234.

Особого внимания заслуживает оптический модуль глубокого сканирования Erwin Sick WL24-X2301, класс защиты EЕx i IIC T6, предназначен для обнаружения объектов на расстоянии до 8000 мм в отраженном видимом свете и отличающийся низкой чувствительностью к внешнему фону излучения.

Датчик давления Druck РТХ 14000, класс защиты EЕx i IIC T4, способен работать в зоне 0, во взрывоопасной газовой атмосфере группы IIC в агрессивных внешних условиях и обеспечивает стандартный линейный аналоговый выходной сигнал 4–20 мА, пропорциональный измеренному давлению.

Оригинальным решением проблемы измерения давления во взрывоопасных зонах 0 газовых атмосфер IIC является прецизионный сенсорный модуль Druck STX 2000, класс защиты EЕx i IIC T3, T4, T5. Он обеспечивает точность измерения давления 0,1 %, с аналоговым выходом 4–20 мА и снабжен 6-разрядным жидкокристаллическим дисплеем.

Непосредственное измерение скорости и пути, пройденного объектами во взрывоопасной зоне, осуществляется при помощи группы оптоэлектронных энкодеров Pepperl & Fuchs 14-1436-... , класс защиты EЕx d IIC T6, с разрешением от 30 до 1024 импульса/оборот.

Для питания подобного рода датчиков, находящихся во взрывоопасной зоне, сбора данных с них и вывода полученной информации на анализирующую аппаратуру стандартного исполнения необходимо использовать интерфейсные развязывающие устройства (барьеры) соответствующего назначения.

Барьер аналогового ввода с гальванической развязкой Pepperl & Fuchs KFD2-STC1-Ex1, класс защиты EЕx i IIA, IIB, IIC, предназначен для питания и перепрограммирования датчиков с терминалов стандартного исполнения, находящихся в безопасной зоне, сбора данных со стандартных и SMART-датчиков 4–20 мА аналогового выхода.Температурный программируемый гальванический барьер Pepperl & Fuchs KFD2-UT-Exn1, класс защиты EЕx i IIA, IIB, IIC, предназначен для сбора данных с термопар типов B, E, J, L, N, R, S, T, эталонных элементов Pt100 и Ni100, обеспечивая линеаризованный аналоговый выход 4–20 мА, гальванически развязанный со входом, программирующим выходом и цепью питания. Программирование параметров преобразования барьера осуществляется через стандартный интерфейс RS-232.

Решение обратной задачи — ввода аналогового сигнала 4–20 мА во взрывоопасную зону через гальваническую развязку — осуществляет барьер аналогового выхода Pepperl & Fuchs KFD2-SD-Ex1.32, класс защиты EЕx i IIA, IIB, IIC, предназначенный для управления устройствами преобразования данных, контрольными клапанами взрывобезопасного исполнения и передачи данных на индикаторы и дисплеи, находящиеся во взрывоопасной зоне.Передачу цифрового сигнала из взрывоопасной зоны осуществляют одно- и двухканальные изолированные усилители с цифровым входом Pepperl & Fuchs KFD2-SR2-Ex2.W, класс защиты EЕx i IIC. В качестве входного устройства для таких усилителей могут использоваться индуктивные и емкостные датчики приближения взрывобезопасного исполнения.

Используя гальванически-развязанные интерфейсы, можно осуществлять контроль различных параметров и калибровку при помощи соответствующих измерительных приборов стандартного исполнения. В то же время каталог RS Components представляет ряд контрольных модулей и калибраторов взрывобезопасного исполнения для проведения измерений непосредственно во взрывоопасной зоне. Среди них портативный калибратор давления Druck DPI 610/IS, класс защиты EЕx i IIC Т4, класс точности 0,025 % в индустриальном исполнении, осуществляющий функции калибровки, сбора и записи данных о давлении и температуре, имитацией аналогового выхода 4–20 мА, калибровкой и измерениями напряжения и тока и накоплением всех перечисленных параметров и их вывода через стандартный интерфейс RS-232. Калибратор снабжен встроенным насосом, обеспечивающим разрежение/давление от –850 до +20 бар.

В завершение нашего обзора укажем на многофункциональный калибратор Druck TRX-IS, класс защиты EЕx i IIC Т6, предназначенный для калибровки и сбора данных с датчиков температуры, термопар типов K, J, T, U, B, R, S, E, N и имитации источников напряжения и тока. Для компенсации погрешностей температурных измерений, возникающих в силу нагрева калибратора при работе, используется специальный термокомпенсационный блок, содержащий эталон Pt100.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке