ما هي السلامة الجوهرية؟ التعريف والحدود وتصميم المناطق الخطرة

يقوم الفني بتثبيت كاشف التسرب على مبرد مشحون ببروبان R290. تعمل الأداة ببطارية 9 فولت، وتقع على بعد حوالي 20 ملم من المفصل الذي بدأ للتو في البكاء، ولا ينظر أحد مرتين إلى الأجهزة الإلكترونية الموجودة بداخله. الأمان الجوهري موجود لأن تلك النظرة الثانية هي ما يمنع الانفجار. يصف المصطلح تقنية الحماية التي تحافظ على الطاقة الكهربائية والحرارية داخل الدائرة تحت المستوى الذي يمكن أن يشعل الجو المحيط القابل للاشتعال، في التشغيل العادي وتحت عدد محدد من ظروف الخطأ.

يبدو التعريف متواضعا، لكنه يعيد تشكيل كل شيء في اتجاه مجرى النهر. ولأن الحماية تأتي من الحد من الطاقة وليس من احتواء الانفجار، فإنها تغطي الحلقة بأكملها، بما في ذلك الأسلاك التي تعود إلى خزانة التحكم. ويعني أيضًا أنه يمكن حساب التصميم واعتماده قبل وصول أي شيء إلى الموقع.

التعريف الرسمي والحدود الثلاثة

تأتي الصياغة الرسمية من IEC 60079-11، وهو المعيار الكامن وراء علامة Ex i، وهي مكررة في توجيه ATEX الأوروبي 2014/34/EU وفي مخطط IECEx. يعتبر الجهاز آمنًا بشكل جوهري عندما تكون الطاقة التي يمكن إطلاقها محدودة بحيث لا يمكن أن يحدث الإشعال في التشغيل العادي أو في ظل ظروف خطأ محددة.

يتم التحكم في ثلاث كميات معًا، ويمكن لأي واحدة منها إشعال النار:

• الجهد، لأن الشرارة تحتاج إلى إمكانات كافية لكسر الفجوة بين الموصلات.
• التيار، لأن الطاقة في شرارة الكسر ترتفع مع التيار ومع محاثة الدائرة.
• الطاقة ودرجة حرارة السطح، لأن السطح الساخن يمكن أن يشعل الغاز دون أي شرارة على الإطلاق.

لا يتم اختيار الحدود من قبل المصمم. يتم نشر كل جهاز ميداني معتمد بمعلمات الكيان: الحد الأقصى لجهد الإدخال Ui، وتيار الإدخال Ii، وطاقة الإدخال Pi، والسعة الداخلية والمحاثة Ci وLi. ينشر الحاجز أو المعزل الموجود في الطرف الآخر من الكابل قيم الإخراج المطابقة Uo وIo وPo، بينما يضيف الكابل السعة والتحريض لكل متر من طوله. تكون الحلقة متوافقة فقط عندما يصطف كل زوج بهامش إضافي.

القواعد محافظة عمدا. يتم تطبيق منحنيات الإشعال بالشرارة مع عامل أمان، عادةً ما يكون 1.5، وبالتالي فإن الحد المعتمد يقع بالفعل تحت الطاقة التي أشعلت الغاز في الاختبارات المعملية. بالنسبة لغازات المجموعة IIC مثل الهيدروجين والأسيتيلين، تظل الدائرة النموذجية أقل من 30 فولت، أي ما يقرب من 100 مللي أمبير وجزء من الواط، في حين أن التصميم المماثل للميثان يمكن أن يحمل المزيد بشكل ملحوظ. يحدد T6 درجة حرارة السطح عند 85 درجة مئوية وT4 عند 135 درجة مئوية، وهي أقل بكثير من درجة حرارة الاشتعال الذاتي للغازات التي تغطيها.

ما الذي تحتويه الدائرة الآمنة جوهريًا بالفعل

تشكل ثلاثة أجزاء تركيبًا صالحًا للعمل، ويجب أن تتطابق الأجزاء الثلاثة جميعها على الورق قبل طلب أي منها.

الجهاز الميداني في المنطقة المصنفة

هذا هو الجهاز أو المفتاح أو الملف أو المستشعر المعرض للهواء، وتظهر علاماته مدى تحمل الخطأ. يظل Exia آمنًا مع وجود عيبين، ويُسمح به في المنطقة 0، حيث يوجد جو قابل للاشتعال بشكل مستمر أو لفترات طويلة. يغطي Ex ib المنطقة 1 بخطأ واحد، ويغطي Ex ic المنطقة 2، حيث يكون الجو غير محتمل وقصير العمر.

الحاجز أو المعزل في المنطقة الآمنة

يحد الجهاز المرتبط من الطاقة التي تصل إلى المجال. يستخدم حاجز الزينر ثنائيات التحويل، والصمام والمقاوم، ويحتاج إلى تأريض آمن مخصص يتم قياسه بأقل من 1 أوم. يعمل العازل الجلفاني من خلال المحولات أو الوصلات الضوئية ولا يحتاج إلى تأريض آمن، ولهذا السبب يتم اختياره غالبًا عندما يكون من الصعب إثبات التأريض وصيانته.

جهاز بسيط والاتصالات السلبية

ليس كل مكون يحتاج إلى شهادة خاصة به. تسمح المواصفة القياسية IEC 60079-11 بالأجهزة البسيطة، التي يتم تعريفها على أنها جهاز لا يولد أو يخزن أكثر من 1.2 فولت، أو 0.1 أمبير، أو 20 ميكروجول أو 25 ميجاوات. تعتبر المفاتيح السلبية والمزدوجات الحرارية والصناديق الطرفية ومفاتيح تبديل الضغط البسيطة مؤهلة طالما أن الحلقة المحيطة محدودة الطاقة بالفعل. هذا هو المكان الذي تكتسب فيه وحدة التحكم في ضغط التبريد مكانها في التصميم: تشترك جهات الاتصال الخاصة بها في مبيت مع وصلة عملية قد تكون موجودة في منطقة مصنفة، ولأن تلك الاتصالات لا تحمل إلا تيارًا حلقيًا محدودًا، فليس من الضروري أن تصبح العلبة صندوقًا مقاومًا للاشتعال.

جهاز التحكم في ضغط التبريد تتميز وحدة التحكم في ضغط التبريد بصندوق مستطيل مزود بغطاء بلاستيكي أبيض مقاوم للتآكل. مؤشرات ضغط ميكانيكية على جانبي... عرض المنتج →

الكابل بينهم

الكابل هو مكون وليس ملحق. عادةً ما تكون الأسلاك الآمنة جوهريًا مغلفة باللون الأزرق ويتم فصلها عن الدوائر غير IS بمقدار 50 مم أو بواسطة قسم معدني مؤرض، ويتم إدخال السعة والتحريض لكل متر في حساب الحلقة.

السلامة الجوهرية مقارنة بطرق الحماية الأخرى

حماية المناطق الخطرة عبارة عن مجموعة من التقنيات وليست إجابة واحدة. يضع الجدول أدناه السلامة الجوهرية بجانب الطرق التي يتم مقارنتها في أغلب الأحيان.

حيث تظهر السلامة الجوهرية في التبريد وتكييف الهواء

قامت المبردات القابلة للاشتعال بنقل المادة من المصنع الكيميائي إلى غرفة التبريد. يقع R290 وR600a في المجموعة A3، بينما يقع R32 وR454B في المجموعة A2L، مما يعني أنه يمكن تصنيف المساحة المحيطة بالجهاز حيث يكون التسرب موثوقًا. بمجرد وجود منطقة ما، يجب حماية الأجزاء الكهربائية المرتبطة بتلك الدائرة وفقًا لذلك.

المكونات الكهربائية داخل غلاف مادة التبريد القابلة للاشتعال

إن ملف الملف اللولبي الذي ينفتح تحت الحمل ينتج بالضبط شرارة الكسر الحثية التي كُتبت من أجلها معلمات الكيان للتحريض، ومفتاح الضغط الذي يفتح على خطأ يفعل الشيء نفسه. ولذلك يتم اختيار الملفات والمفاتيح وأجهزة الاستشعار مع أخذ المنطقة في الاعتبار، ويتم فحص تصنيف الملف بشكل منفصل عن جسم الصمام. يعد صمام الملف اللولبي للتبريد مثل سلسلة EVR مثالًا مألوفًا لجسم تم اختياره للضغط وتوافق مادة التبريد والختم، وهو صمام يصبح مناسبًا لمنطقة مصنفة فقط عند إقرانه بملف ودائرة مصنفة بشكل صحيح.

صمام الملف اللولبي EVR صمام الملف اللولبي EVRs are key components in refrigeration and air conditioning, controlling the flow of refrigerant through electromagnetic induction. Available in direc... عرض المنتج →

يحتفظ الموقع بمذكرة فنية قصيرة حول كيفية القيام بذلك صمامات الملف اللولبي من نوع EVR في دوائر التبريد التصرف أثناء الخدمة، وهي نقطة بداية مفيدة لهذا الفحص.

الطاقة الحرارية والعمل الساخن بالقرب من دائرة مفتوحة

تغطي السلامة الجوهرية الطاقة الحرارية وكذلك الطاقة الكهربائية، وأعمال الخدمة هي المكان الذي يبرز فيه هذا التمييز. إن لحام الوصلة بالنحاس على الدائرة التي تم فتحها للتو يعني وجود لهب وأنبوب ساخن ومبرد قد لا يزال موجودًا في الخط. تتمثل أدوات التحكم العملية في تطهير النيتروجين، وفحص الغاز قبل إشعال الشعلة، وشعلة يمكن إبقاء لهبها بالحجم الذي يحتاجه المفصل فعليًا وليس بأكبر إعداد متاح.

مسدس لحام MAPP مزدوج الأنبوب تم تصميم مسدس اللحام MAPP ذو الأنبوب المزدوج لسيناريوهات مثل صيانة نظام تكييف الهواء والتبريد، واللحام الدقيق لأنابيب النحاس، وما إلى ذلك. إنه يعتمد... عرض المنتج →

ما مقدار الطاقة التي نتحدث عنها حقًا؟

طاقة الاشتعال للمواد الشائعة القابلة للاشتعال

يوضح الشكل 1 طاقة الاشتعال لخمس مواد تظهر في محطات التبريد والمعالجة. يحتاج الهيدروجين إلى حوالي 0.017 مللي جول فقط، أي ما يقرب من 16 من الطاقة التي يحتاجها الميثان. ولهذا السبب يمكن لجهاز الإرسال نفسه أن يحمل هامشًا تيارًا مريحًا في محطة للغاز الطبيعي ومع ذلك يفشل في فحص الكيان على انزلاق الهيدروجين، لأن مجموعة الغاز تغير المنحنى الذي تجري عليه العملية الحسابية. تشرح الأرقام أيضًا سبب عمل المعيار بالمللي واط، نظرًا لأن جسم الإنسان المشحون جيدًا يمكنه إطلاق أكثر من 0.017 مللي جول. ولذلك فإن التصميم العملي يهدف إلى التشغيل بالمللي واط، وهذا هو الحساب الحسابي وراء عامل الأمان 1.5.

الطاقة المخزنة في كابل التوصيل

يحول الشكل 2 سعة الكبل إلى طاقة مخزنة مع العلاقة المألوفة نصف مربعة CV عند جهد حلقي قدره 24 فولت. ويصل كبل الجهاز عند حوالي 60 pF لكل متر إلى حوالي 8.6 ميكروجول على مسافة 500 متر، بينما يمر كبل الأغراض العامة عند 200 pF لكل متر بـ 28.8 ميكروجول على نفس المسافة. يشير الخط المتقطع إلى طاقة الإشعال البالغة 0.017 مللي جول للهيدروجين، والتي يعبرها كابل الأغراض العامة على ارتفاع حوالي 300 متر ولا يصل كابل الجهاز أبدًا إلى النطاق المخطط. هذا التقاطع هو السبب في أن نوع الكابل وطول الكابل وجهد الحلقة ينتمي إلى رسم التحكم بدلاً من تركه للمثبت. ويوضح أيضًا لماذا يعد تبديل كابل في الموقع بمكافئ سعة أعلى بمثابة تغيير في التصميم وليس قرار صيانة.

مقارنتان تحددان التصميم

مقدار تصنيف الحاجز الذي تستهلكه الحلقة

يأخذ الشكل 3 ترتيبًا شائعًا، وهو جهاز إرسال 24 فولت يسحب 20 مللي أمبير من حاجز مقدر بـ 28 فولت، و93 مللي أمبير، و0.65 واط، ويوضح مقدار استهلاك الحلقة من كل حد. الجهد هو القيد الأشد عند حوالي 86 بالمائة، تليها الطاقة عند 74 بالمائة تقريبًا، والتيار بالكاد يتم لمسه عند حوالي 22 بالمائة. يعد عدم التوازن هذا أمرًا طبيعيًا، لأن حلقات المنطقة الخطرة تكون دائمًا محدودة الجهد بينما يبدو الإرتفاع الحالي سخيًا. يكون الأمر مهمًا عندما يريد شخص ما إضافة جهاز ثانٍ إلى نفس الحاجز أو إطالة المدى، نظرًا لأن ميزانية الجهد الكهربي تختفي قبل فترة طويلة من اختفاء الميزانية الحالية. إن فحص الأزواج الثلاثة، بدلاً من الزوج الذي يبدو مريحًا، هو ما يحافظ على اعتماد الحلقة.

طرق الحماية عبر خمسة معايير عملية

يسجل الشكل 4 السلامة الجوهرية والحماية ضد اللهب والحماية غير المسببة للحريق من واحد إلى خمسة وفقًا للمعايير التي تحدد المشروع عادةً: الملاءمة للمنطقة 0، وتحمل الصيانة المباشرة، وتكلفة التركيب، وبساطة الأسلاك ووزن الأجهزة. تملأ السلامة الجوهرية الشكل نحو المنطقة 0 والصيانة المباشرة، وهذا هو السبب في أنها الإعداد الافتراضي للأدوات التي يجب معايرتها أثناء تشغيل المصنع. تمتد الحماية المقاومة للاشتعال نحو بساطة الأسلاك، لأن العلبة تقوم بالعمل ولا حاجة إلى حساب الحلقة، ولكنها تحقق انخفاضًا في الصيانة المباشرة ووزن الأجهزة. تصل الحماية غير الحارقة إلى الحافة الخارجية من حيث التكلفة والأسلاك لأنها مخصصة فقط للمنطقة 2، حيث يكون الجو القابل للاشتعال غير محتمل وقصير العمر. قراءة الأشكال الثلاثة معًا تعطي القاعدة العملية: قم بمطابقة الطريقة مع المنطقة أولاً، ثم دع التكلفة والصيانة تختار بين الطرق المؤهلة.

التحقق هو ما يفصل التثبيت المتوافق عن التثبيت الذي يبدو مقنعًا فقط. قبل أن تدخل الحلقة في الخدمة، تحقق من رقم الشهادة والعلامة الموجودة على الجهاز، وتأكد من أن Uo عند Ui أو أقل منه، وأن Io عند أو أقل من Ii، وأن Po عند Pi أو أقل منه، ثم أضف سعة الكابل ومحاثته مقابل Co وLo. اقرأ الشروط الخاصة المطبوعة بعد رقم الشهادة أيضًا، لأنها غالبًا ما تحمل علامة X وقيودًا على كيفية استخدام الجهاز. أخيرًا، تأكد من فئة درجة الحرارة مقابل الغاز أو البخار الموجود فعليًا، لأن الجهاز المُصنف لـ T4 لا يكون مقبولًا تلقائيًا حيث تم تعيين حد T6.

عادةً ما يحدد اختيار المكونات مدى سهولة هذا التمرين. يعمل مفتاح الضغط مع معلمات الكيان المنشورة، وملف الملف اللولبي المُصنف للمنطقة والكابل الذي تم ذكر سعته في ورقة البيانات على تحويل الحساب الصعب إلى قائمة مرجعية قصيرة. عندما يقوم مشروع ما بخلط دوائر التبريد القابلة للاشتعال مع المناطق المصنفة، فمن المفيد مراجعة قائمة المكونات مقابل حساب الحلقة مبكرًا، قبل إصلاح الرسومات.

إذا كنت تحدد أجزاء لنظام مثل هذا، تحدث إلى فريقنا الهندسي حول المبرد والمنطقة وجهد التحكم قبل تقديم الطلب.