7.5. Выбор аппаратных средств

Изложенный ниже материал не является официальным и его нельзя использовать при решении юридических вопросов, связанных с деятельностью в области промышленной безопасности. Руководствоваться нужно только официальными документами, на которые даны ссылки.

7.5.1. Виды опасных промышленных объектов

Следует различать опасные и взрывоопасные производственные объекты. Например, грузоподъемный механизм или сталеплавильная печь являются опасными, но не взрывоопасными объектами. Это понятие является существенным при выборе оборудования. Оборудование для опасных производственных объектов должно иметь разрешение Ростехнадзора, но для него не требуется маркировка взрывозащиты. Оборудование для взрывоопасных производственных объектов должно иметь разрешение Ростехнадзора и маркировку взрывозащиты на корпусе.

Примером оборудования для опасных производственных объектов без маркировки взрывозащиты являются модули ввода-вывода серии NL фирмы RealLab!, которые могут применяться, например, на опасных производственных объектах по производству токсичных веществ или для автоматизации грузоподъемных механизмов, а также в металлургии. В то же время они не могут использоваться во взрывоопасных зонах, где необходимо применять, например, искробезопасные модули серии NL-Ex фирмы RealLab! [Денисенко] с маркировкой взрывозащиты.

Отнесение производственных объектов к категории опасных производится организацией, эксплуатирующей эти объекты, по результатам их идентификации в соответствии с перечнем типовых видов опасных производственных объектов, который разрабатывается Ростехнадзором России [ПБ].

Взрывоопасные производственные объекты

Частным случаем опасных производственных объектов являются взрывоопасные объекты. Система стандартов по взрывобезопасности является достаточно сложной и описана в серии из более чем 20-ти ГОСТов. Ниже дано только общее представление о принципах построения и применения технических средств для взрывоопасных объектов.

Следует различать взрывоопасные объекты, опасные по воспламенению смеси горючей пыли или волокон с воздухом и объекты, в которых существует возможность воспламенения смеси горючих газов или паров с воздухом. Это различие является существенным при выборе оборудования с нужной маркировкой взрывозащиты. Принципиальное различие между газом и пылью заключается в том, что пыль, в отличие от газа, может оседать на нагретые поверхности. Вентиляция, используемая для снижения опасности взрыва в среде газа, может привести к подъему осевшей пыли в воздух в среде, опасной по воспламенению горючей пыли и создать взрывоопасную концентрацию.

Для смесей горючих газов или паров с воздухом используют такие средства защиты, как:

• взрывонепроницаемая оболочка (d);
• заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением (р);
• кварцевое заполнение оболочки (q);
• масляное заполнение оболочки (о);
• защита вида "е";
• искробезопасная электрическая цепь (i); имеет уровни искробезопасности ia, ib, ic;
• герметизация компаундом (m);
• защита вида "n";
• специальный вид защиты "s".

В среде со смесью горючей пыли или волокон с воздухом приведенные выше методы взрывозащиты в общем случае не используют. Защита от воспламенения горючей пыли основана на ограничении доступа пыли к электрооборудованию посредством использования пыленепроницаемых (IP6X) или пылезащитных (IP5X) оболочек и на ограничении максимально возможной температуры поверхности оболочки и тех поверхностей электрооборудования, на которые может осесть пыль. В случаях, когда отсутствует электрооборудование, предназначенное для использования во взрывоопасных зонах со смесями горючей пыли или волокон с воздухом, в зонах класса В-II допускается применять взрывозащищенное* электрооборудование, предназначенное для работы в средах со взрывоопасными смесями газов и паров с воздухом.

Следует также отметить, что взрывоопасные зоны класса В-IIа не требуют применения взрывозащищенного оборудования [Правила, п. 7.3.63]. Достаточно использовать защитную оболочку со степенью защиты не хуже IP54 при условии, если температура поверхности электрооборудования, на которую могут осесть горючие пыль или волокна (при работе оборудования с номинальной нагрузкой и без наслоения пыли) будет не менее чем на 50 ºС ниже температуры тления пыли для тлеющей пыли или не более двух третей от температуры самовоспламенения для нетлеющей пыли. Например, для мучной пыли (пшеницы, ржи и других зерновых культур) температура самовоспламенения составляет 205 ºС, следовательно, температура поверхности электрооборудования в этой среде должна быть не более 136,7 ºС.

Отметим, что применение сертифицированной защитной оболочки не исключает необходимости получения разрешения Ростехнадзора на оборудование, помещенное в эту оболочку.

*Термин "взрывозащищенное оборудование", по нашему мнению, имеет ошщибочный смысл: по правилам семантики русского языка "взрывозащищенное" означает, что само оборудование защищено от взрыва. Однако на самом деле имеется в виду, что от взрыва защищается не это оборудование, а окружающее его. Поэтому было бы правильно заменить термин "взрывозащищенное обрудование" на "взрывозащищающее" или "взрывобезопасное". Однако ПУЭ и ГОСТ устанавливают именно этот термин.

7.5.2. Классификация взрывоопасных зон

Опасные производственные объекты могут иметь взрывоопасные зоны разных классов, в том числе и взрывобезопасные зоны. Класс взрывоопасной зоны определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации [Правила, п.7.3.38]. По ГОСТ Р 51330.9 класс взрывоопасной зоны устанавливается специалистами, знакомыми со свойствами горючих газов и паров, знающими технологический процесс и оборудование, в сотрудничестве с инженерами по безопасности, электриками и другим техническим персоналом.

Классы взрывоопасных зон конкретного предприятия должны указываться специальной штриховкой по ГОСТ Р 51330.9 на чертежах проектной документации на объект.

Классификация взрывоопасных зон установлена в ПУЭ (гл.7.3), в ГОСТ Р 51330.9 и ГОСТ Р МЭК 61241-3. Классификация по ПУЭ и ГОСТ различаются между собой, что часто вводит пользователей взрывозащищенного оборудования в замешательство. Более того, к настоящему времени не существует документа, который бы устанавливал соответствие между классификацией ПУЭ и классификацией ГОСТ. Предполагается [ГОСТ], что гл. 7.3 ПУЭ будет со временем пересмотрена и приведена в соответствие с ГОСТ, что вызвано необходимостью гармонизации Российский стандартов с международными стандартами МЭК, которые явились основой для разработки отечественных стандартов серии ГОСТ Р 51330.Х и ГОСТ Р МЭК 61241‑Х.

В среде смесей горючих газов или паров с воздухом взрывоопасные зоны подразделяют на три класса [ГОСТ]:

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

В среде смеси горючей пыли или волокон с воздухом используется следующая классификация взрывоопасных зон [ГОСТ]:

• зона класса 20: зона, в которой горючая пыль в виде облака присутствует постоянно или часто при нормальном режиме работы оборудования в количестве, способном произвести концентрацию, достаточную для взрыва горючей или воспламеняемой пыли в смесях с воздухом и/или где могут формироваться слои пыли произвольной или чрезмерной толщины. Такие зоны бывают обычно внутри оборудования.
• зона класса 21: зона, не классифицируемая как зона класса 20, в которой горючая пыль в виде облака может присутствовать при нормальном режиме работы электрооборудования в количестве, способном произвести концентрацию, достаточную для взрыва горючей пыли в смесях с воздухом.
• зона класса 22: зона, не классифицируемая как зона 21, в которой облака горючей пыли могут возникать редко и сохраняются только на короткий период или в которых накопление слоев горючей пыли может иметь место при ненормальном режиме работы, что может привести к возникновению способных воспламеняться смесей пыли с воздухом.

В ПУЭ, гл. 7.3 устанавливается иная классификация взрывоопасных зон для смесей газов и паров с воздухом:

• зона класса B-I - зона, расположенная в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) в таком количестве и с такими свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасную смесь при нормальных режимах работы, например, при загрузке или разгрузке технологических аппаратов;
• зона класса B-Iа - зона, расположенная в помещении, в котором при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или пара ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей;
• зона класса B-Iб - зона, расположенная в помещении, в котором 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 рядом особенностей, перечисленных в п.7.3.42 ПУЭ;
• зона класса B-Iг - пространства у наружных установок: технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ, эстакад для слива и налива ЛВЖ, открытых нефтеловушек, и т. п.

Для смесей пыли или волокон с воздухом устанавливаются следующие классы взрывоопасных зон:

• зона класса B-II - зона, расположенная в помещении, в котором 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 нормальной работе (например, при разгрузке и загрузке технологических аппаратов);
• зона класса B-IIa -зона, расположенная в помещении, в котором опасные состояния, указанные для зоны B-II, не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

Таким образом, для взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом ГОСТ устанавливает три класса зон, а ПУЭ - четыре; для смесей горючей пыли или волокон с воздухом ГОСТ устанавливает три класса зон, а ПУЭ - два. Поэтому формальное соответствия между этими двумя классификациями установить невозможно, хотя попытки такого сопоставления имеются [Смелков], см. табл. 7.40 Сопоставление в случае необходимости должно выполняться по существу, т.е. путем содержательного анализа основных признаков, по которым производятся обе классификации. В новых проектах автоматизации опасных промышленных объектов следует пользоваться понятиями ГОСТ, а не ПУЭ, поскольку ПУЭ со временем будет приведено в соответствие с ГОСТ, а не наоборот [ГОСТ].

7.5.3. Классификация взрывоопасности технологических блоков

Технологический блок - это аппарат или группа (с минимальным числом) аппаратов, которые в заданное время могут быть отключены (изолированы) от технологической системы без опасных изменений режима, которые могли бы привести к развитию аварии в смежной аппаратуре или системе [ПБ]. Выбор технических средств, обслуживающих взрывоопасные технологические блоки, определяется их категорией взрывоопасности. Категория взрывоопасности определяется в зависимости от величины относительного энергетического потенциала взрывоопасности технологического блока, который рассчитывается исходя из общей энергии сгорания парогазовой фазы, поступившей в окружающую среду при аварийной разгерметизации блока по формулам, приведенным в [ПБ]. Для определения категории взрывоопасности можно также использовать расчетную величину массы m горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака, приведенной к единой удельной энергии сгорания. Категория технологического блока определяется по табл. 7.35.

В зависимости от категории взрывоопасности формулируются требования к техническим средствам контроля, управления, противоаварийной защиты и сигнализации по надежности, быстродействию, допустимой погрешности измерительных систем и другим техническим характеристикам. Могут быть также предъявлены требования к повышению надежности путем резервирования, использования временной или функциональной избыточности. Конкретные требования для блоков разных категорий и различного функционального назначения сформулированы в [ПБ]. Например, на объектах с технологическими блоками I и II категории взрывоопасности необходимо использовать дублирование систем контроля параметров, применять системы самодиагностики с индикацией рабочего состояния, с сопоставлением значений технологически связанных параметров. Для объектов с технологическими блоками III категории таких требований нет.

Маркировка взрывозащиты напрямую не связана с категорией взрывоопасности технологического блока.

7.5.4. Взрывопожарная и пожарная опасность

По взрывопожарной и пожарной опасности здания и их помещения делятся на категории [НПБ]. Категория помещений устанавливается на стадии их проектирования в зависимости от количества и свойств находящихся в них веществ и материалов с учетом особенностей размещенных в них производств (табл. 7.36). Деление помещений и зданий на категории используется для установления нормативных требований по обеспечению взрывопожарной и пожарной безопасности при планировке и застройке, определении этажности, площадей, размещении помещений, инженерного оборудования, для конструктивных решений. Категория помещения обычно указывается на двери, ведущей в это помещение.

Прямой связи между категорией помещения и классом взрывоопасной зоны не существует, поскольку в одном и том же помещении могут быть взрывоопасные зоны разных классов.

В пределах помещения и вне его выделяются также пожароопасные зоны П-I, П-II, П-IIa, П-III (ПУЭ, гл. 7.4) (табл. 7.37), т.е. области пространства, в пределах которых постоянно или периодически обращаются горючие (сгораемые) вещества, которые могут появляться при нормальном технологическом процессе или его нарушениях.

Для оборудования, применяемого в пожароопасных зонах, не требуется маркировка взрывозащиты. Однако это оборудование должно иметь оболочку (корпус), которая разделяет потенциальный источник воспламенения (оборудование) от горючих веществ, находящихся в пожароопасной зоне. В табл. 7.38 приведены требуемые ПУЭ степени защиты оболочками по ГОСТ 14254-80 [ГОСТ] в зависимости от вида оборудования (установки) и условий его работы.

7.5.5. Требования к техническим устройствам

Организации, эксплуатирующие опасный производственный объект, должны иметь разрешение Ростехнадзора РФ на применение используемых технических устройств [ПБ, п.2.2]. Копия разрешения должна быть предоставлена поставщиком технического устройства.

Технические устройства могут иметь также сертификат соответствия требованиям промышленной безопасности. Для взрывозащищенного оборудования это сертификат ССЕх в системе ГОСТ Р [ПБ]. Однако одного сертификата недостаточно. Он служит только основанием для того, чтобы Ростехнадзор выдал разрешение на применение технического устройства на опасных производственных объектах [ПБ, п.6.6]. Разрешение Ростехнадзора может быть выдано также и на основании экспертного заключения о промышленной безопасности, выданного организацией, имеющей соответствующую лицензию и область аккредитации.

Если техническое устройство, используемое на опасном производственном объекте, содержит в своем составе средства измерений, то они должны иметь сертификат об утверждении типа средств измерений [Инструкция, Правила]. Соответственно, в документации на устройство должна быть ссылка на методику и периодичность поверки.

В правилах сертификации электрооборудования для взрывоопасных сред [ПБ] сказано (п.3.13), что сертификат утверждения типа нужен только для средств измерения, которые используются в сферах, на которые распространяется действие государственного метрологического контроля и надзора, т.е. в сферах, в которых безопасность зависит от точности измерений [Закон], например, в устройствах технологических защит или в системах контроля температуры в силосах элеваторов.

7.5.6. Маркировка взрывозащищенного оборудования

Оборудование, используемое на взрывоопасных объектах, может иметь три типа знаков маркировки взрывозащиты:

• для оборудования, работающего во взрывоопасной среде смеси газа или паров с воздухом, например, 0[ Exib]IICT4 или PBExdI/IExdIIBT3 [ГОСТ];
• для оборудования, работающего во взрывоопасной среде смеси горючей пыли или волокон с воздухом, например, DIP А21 TA T3 [ГОСТ];
• может быть без маркировки, но в оболочке со степенью защиты не хуже IP54 для взрывоопасных зон В-IIa, В-Iб [Правила].

Выбор оборудования осуществляется на основании предварительных знаний о типе взрывоопасной смеси, категории взрывоопасности технологического блока, классе взрывоопасной зоны и допустимой температуре поверхности оборудования.

Маркировка и выбор оборудования, работающего в среде газа

Знак "Ех" в маркировке указывает, что электрооборудование удовлетворяет стандартам на взрывозащиту. Для связанного электрооборудования знак "Ех" и следующее за ним обозначение вида взрывозащиты заключается в квадратные скобки.

Символы перед "Ех" обозначают уровень взрывозащиты.

Для электрооборудования группы I (рудничное) установлены следующие обозначения уровни взрывозащиты [ГОСТ]:

• РПдля электрооборудования повышенной надежности против взрыва;
• РВдля взрывобезопасного электрооборудования;
• РОдля особовзрывобезопасного электрооборудования.

Для электрооборудования группы II (не рудничного) установлены другие обозначения уровня взрывозащиты:

• 2 - для электрооборудования повышенной надежности против взрыва (низший уровень взрывозащиты, взрывозащита обеспечивается только при нормальном режиме работы);
• 1 - для взрывобезопасного электрооборудования (в котором взрывозащита обеспечивается не только при нормальном режиме работы, но и при вероятных повреждениях, кроме повреждения средств взрывозащиты);
• 0 - для особовзрывобезопасного электрооборудования (с дополнительными средствами взрывозащиты по сравнению с взрывобезопасным оборудованием).

После знака "Ех" следует обозначение вида взрывозащиты (о, p, q, d, e, ia, ib, ic, m, n, s, см. выше).

Далее указывается группа электрооборудования:

I - для электрооборудования, предназначенного для подземных выработок шахт и рудников и их наземных строений, опасных по рудничному газу и пыли;

II или IIA, IIB, IIC - для электрооборудования внутренней и наружной установки, используемого в газовой среде, кроме шахт. Буквы A, B, C используются только для искробезопасного электрооборудования и защищенного взрывонепроницаемой оболочкой (вид d). Группа электрооборудования выбирается исходя из состава (категории) взрывоопасной смеси, в которой используется электрооборудование. Если электрооборудования предназначено для использования в среде только одного газа, сразу за обозначением "II" следует химическая формула или название газа.

При испытании взрывозащищенного электрооборудования используются испытательные газовые смеси [ГОСТ], состав которых приведен в табл. 7.39.

При использовании классификации взрывоопасных зон по ГОСТ трем уровням взрывозащиты ("Повышенная надежность против взрыва", "взрывобезопасный" и "особовзрывобезопасный") соответствуют три класса взрывоопасных зон: 2, 1, 0 для среды газа или 22, 21, 20 для среды пыли [ГОСТ]. При классификации взрывоопасных зон по ПУЭ такого простого соответствия привести нельзя и следует пользоваться рекомендациями ПУЭ, гл. 7.3.

Следует отметить, что согласно ПУЭ не существует зон, в которых следует использовать только особовзрывобезопасное электрооборудование (уровень 0) и нельзя использовать взрывобезопасное (уровень 1). Согласно ГОСТ такие зоны имеются.

Для электрооборудования группы II после обозначения группы указывают температурный класс (табл. 7.41) или максимальную температуру поверхности, или и то, и другое одновременно.

Пример:

0ExdibIICT6

Здесь:

0 - особо взрывобезопасное электрооборудование;

d - взрывозащита с помощью взрывонепроницаемой оболочки и с помощью искробезопасной цепи с уровнем безопасности i b;

IIC - тип взрывоопасной смеси (см. табл. 7.39);

Т6 - температура поверхности оборудования ниже 85 град.

[Exia]IIC

Здесь квадратные скобки указывают на то, что оборудования является связанным;

ia - уровень искробезопасности;

IIC - подгруппа (см. табл. 7.39).

Маркировка и выбор оборудования для среды пыли

Маркировка оборудования для использования в среде взрывоопасной смеси горючей пыли или волокон с воздухом начинается с условного обозначения защиты от воспламенения пыли (DIP). Далее следует вид исполнения оборудования: А или В.

Исполнение А отличается от исполнения В следующим:

• максимальная температура поверхности исполнения А определяется при условии отсутствия пыли, а для исполнения В - при наличии слоя пыли;
• максимально допустимая температура поверхности для исполнения А определяется при толщине пыли до 5 мм, а для исполнения В - до 12,5 мм;
• пыленепроницаемость оборудования исполнения А испытывается методом искусственного разряжения, а для исполнения В - методом циклического нагревания.

Следующим указывается максимальная температура поверхности ТА для исполнения А или ТВ для исполнения В или температурный класс, или и то и другое вместе.

Пример:

DIP A21 ТА T3 или DIP A21 ТА 170ºС - оборудование, предназначенное для работы в среде пыли, во взрывоопасной зоне класса 21 с температурой поверхности не более 170ºС, с исполнением А.

При выборе электрооборудования следует учитывать, что допустимая температура поверхности не должна превышать 2/3 от температуры самовоспламенения пыли для нетлеющей пыли и быть не менее чем на 50 ºС ниже температуры тления для тлеющей пыли [ПУЭ, гл 7.3].

Выбор оборудования для работы в среде пыли производится в соответствии с табл. 7.42.

Если нет устройств, предназначенных для работы в середе пыли, то можно использовать устройства для среды газа, если ограничить температуру поверхности до безопасных значений (ПУЭ, гл. 7.3).

7.5.7. Монтаж взрывоопасного технологического оборудования

Лицензия Ростехнадзора на монтаж (или проектирование) систем автоматизации на опасных промышленных объектах не требуется после утверждения закона "О лицензировании отдельных видов деятельности" [О лицензировании]. Однако монтаж технологического оборудования и систем автоматизации на производственном объекте является частным случаем строительства [ГОСТ - СНиП]. Поэтому для выполнения работ по монтажу и пуско-наладке систем автоматизации необходимо членство в СРО (саморегулируемой организации [О саморегулируемых организациях] ) с указанием перечня работ по строительству [Приказ].

Проект строительства на опасном производственном объекте должен пройти экспертизу промышленной безопасности в экспертной организации, имеющей соответствующую лицензию и область аккредитации, а при строительстве проектировщик должен осуществлять авторский надзор за ходом строительства.

Перед началом монтажных работ на опасном производственном объекте должен быть оформлен акт-допуск. Ответственность за безопасность при монтаже несут как строитель, так и заказчик.

К обслуживанию, монтажу и пусконаладке технических устройств, предназначенных для применения на опасных производственных объектах, допускаются лица, прошедшие соответствующее обучение, что должно быть подтверждено удостоверением установленного образца.

• 1 Архитектура системы
• 2 Промышленные сети и интерфейсы
• 3 Защита от помех
• 4 Измерительные каналы
• 5 ПИД-регуляторы
• 6 Контроллеры
• 7 Автоматизация опасных объектов
  • 7.1 Искробезопасная электрическая цепь
  • 7.2 Блоки искрозащиты
  • 7.3 Правила применения искробезопасных устройств
  • 7.4 Функциональная безопасность
  • 7.5 Выбор аппаратных средств
  • 7.6 Заключение
• 8 Аппаратное резервирование
• 9 Программное обеспечение
• Литература

© НИЛ АП, ООО, 1989-2024