Взрывозащищенные камеры

Взрывозащищенные камеры имеют прочный корпус, сертифицированный для использования во взрывоопасных зонах, где могут присутствовать легковоспламеняющиеся материалы (жидкость, газ, пар или пыль). Зоны, классифицируемые как взрывоопасные, часто встречаются на предприятиях нефтегазовой, химической, горнодобывающей, лесозаготовительной и пищевой промышленности, где использование камер наблюдения может значительно повысить безопасность и эффективность производственного процесса.

К электроустановкам во взрывоопасных зонах предъявляются строгие требования, и их соответствие проверяется испытаниями в соответствии с отраслевыми стандартами. В основе всех стандартов лежат одни и те же критерии, в основном, касающиеся возможных концентраций горючих газов или пыли и продолжительности их присутствия. В США опасные зоны классифицируются в соответствии с системой классов/категорий, описанной в Национальных правилах эксплуатации электротехнического оборудования (NEC). Остальные страны используют систему зон, описанную в серии стандартов IEC 60079 для сертификации IECEx, или национальные версии этих стандартов.

Продукция, сертифицированная для использования во взрывоопасных зонах, должна иметь маркировку с указанием вида и уровня применяемой взрывозащиты, а также подробных сведений о сертификации.

Во взрывоопасных зонах действуют строгие правила относительно разрешенных типов оборудования. Взрывозащищенные камеры обычно используются в системах промышленной безопасности, охраны труда и окружающей среды и системах контроля производственных процессов.

В этом документе описывается понятие взрыва и основные принципы взрывозащиты. В нем также описываются отраслевые стандарты и правила сертификации и маркировки камер, которые устанавливаются во взрывоопасных средах.

Взрыв — это стремительный процесс, в ходе которого происходит выделение энергии и образование ударной волны. Для взрыва необходимы три компонента: горючее вещество, кислород и энергия. Если убрать хотя бы один из них, взрыва не произойдет.

Взрывоопасная атмосфера представляет собой смесь воздуха и легковоспламеняющихся веществ в форме газов, паров, пыли или волокон при атмосферных условиях. Энергия требуется для воспламенения горючей смеси, и после воспламенения горение распространяется на всю несгоревшую смесь.

Источником воспламенения могут быть удары молнии, открытый огонь, искры, возникающие механическим путем от ударов или трения, электрические искры, излучение, электростатический разряд, высокая температура поверхности или ударная волна. Зона, в которой существует опасность взрыва, называется взрывоопасной.

Материал может гореть только на своей поверхности, где он вступает в реакцию с кислородом. Пыль и волокна имеют большую площадь поверхности относительно их массы, из-за чего материал в виде пыли или волокон воспламеняется гораздо легче, чем тот же материал, но в сыпучей форме. Поскольку частицы очень малы, им требуется гораздо меньше энергии для воспламенения, чем сыпучему материалу из-за отсутствия потерь энергии через теплопроводность материала. Примерами горючей пыли являются угольная пыль, опилки, алюминиевая пыль, крахмал, пыльца, сахар и мука. В стандартах классификации они могут делиться на различные категории по электропроводности и размеру частиц. Примерами горючих волокон являются хлопок, вискоза и конопля.

Горючим газам обычно требуется очень мало энергии для реакции с повсеместно присутствующим в естественной среде кислородом. Часто они представляют собой соединения водорода и углерода.

Взрывоопасная зона — это такое место, куда могут попадать горючие жидкости, пары, газы или горючая пыль и волокна в количествах, которые достаточны, чтобы возник пожар или произошел взрыв. К таким зонам относятся НПЗ, буровые установки и перерабатывающие предприятия, газопроводы, автомобильные и авиационные заправочные станции, а также очистные сооружения, деревообрабатывающие предприятия и места обработки и хранения зерна.

Взрывоопасные зоны также могут обозначаться как зоны категории Ex, классифицированные зоны или опасные зоны, в совокупности — взрывоопасные условия.

Взрывозащищенные камеры предназначены для использования во взрывоопасных зонах. В невзрывоопасных (безопасных) зонах разрешается использовать оборудование из стандартного ассортимента продукции Axis. В него входит широкий спектр универсальных высококачественных камер, решений для видеоаналитики, систем контроля физического доступа и сетевых аудиоустройств для нормальных и тяжелых условий эксплуатации.

Оборудование, используемое во взрывоопасных зонах, должно иметь взрывозащищенную конструкцию. Существует три основных принципа взрывозащиты:

• Локализация

• Предотвращение

• Изоляция

Локализация означает, что в случае взрыва он будет ограничен пределами оболочки и не распространится во внешнюю среду. Этот принцип используется при изготовлении взрывобезопасных или взрывозащищенных корпусов.

Предотвращение означает ограничение электрической и тепловой энергии до безопасных уровней как во время нормальной работы оборудования, так и в случае нештатных ситуаций. Этот принцип используется при изготовлении оборудования в искробезопасном исполнении.

Изоляция означает физическое отделение электрических компонентов или горячих поверхностей от взрывоопасной атмосферы. Существуют различные методы изоляции, например герметизация и инкапсуляция.

Не все принципы могут применяться во всех зонах или условиях эксплуатации, определенных в отраслевых стандартах.

Классификация по зонам (областям применения) — это метод анализа и классификации условий, в которых могут возникать взрывоопасные газовые среды, в целях обеспечения правильного выбора, установки и безопасной эксплуатации оборудования в этих условиях. Данная классификация также учитывает характеристики воспламенения газа или пара, такие как энергия воспламенения и температура воспламенения. Она также применяется для оценки вероятности образования взрывоопасной запыленной среды.

Действует следующий порядок определения зон с присутствием горючей пыли:

1. Определение горючести материала и его характеристик с целью оценки источников воспламенения. При этом учитываются такие параметры, как размер частиц, влажность, минимальная температура воспламенения пылевого облака и слоя, а также удельное электрическое сопротивление. Определение соответствующей группы пыли: IIIA для горючих летучих веществ, IIIB для токонепроводящей пыли или IIIC для токопроводящей пыли.

2. Определение элементов оборудования, в которых могут содержаться взрывоопасные пылевые смеси или могут присутствовать источники пыли.

3. Определение вероятности выброса пыли из этих источников и, следовательно, вероятности образования взрывоопасной пылевой атмосферы в различных частях установки.

Затем определяются зоны и их границы в соответствии с системой зон, описанной в следующем разделе.

Аналогичный подход используется при классификации по системе классов/категорий, применяемой в Северной Америке.

К электрооборудованию, устанавливаемому во взрывоопасных зонах, предъявляются строгие требования, распространяющиеся как на само оборудование, так и на компетенцию специалистов по монтажу. Соответствие требованиям проверяется испытаниями по различным отраслевым стандартам.

В основе стандартов, по которым проводится классификация и сертификация взрывозащищенного оборудования, лежат одни и те же критерии. В основном они касаются вида взрывоопасной среды (газ или пыль), концентрации газа или пыли и продолжительности сохранения этой концентрации.

В США взрывозащищенное электрооборудование классифицируется в соответствии с системой классов/категорий, описанной в статье 500 Национальных правил эксплуатации электротехнического оборудования (NEC). В Канаде действует аналогичный нормативный документ — Канадские правила эксплуатации электротехнического оборудования (раздел 18).

В остальных странах применяется система зон, описанная в серии стандартов IEC 60079 для сертификации IECEx.

Могут применяться также местные версии стандартов и исключения, например ATEX, EAC и INMETRO.

Органом, отвечающим за выпуск нормативных правил в рассматриваемой сфере в США, является Ассоциация по охране труда (OSHA). OSHA выпускает нормативные акты на основе Национальных правил эксплуатации электротехнического оборудования (NEC) NFPA 70 (опубликованных Национальной ассоциацией пожарной безопасности (NFPA)), в частности на статьи NEC 500-506, устанавливающие порядок классификации. OSHA также определяет перечень стандартов испытаний в соответствии с NEC для электрооборудования, устанавливаемого во взрывоопасных зонах, а также перечень уполномоченных органов по сертификации.

Для сертификации по системе классов/категорий (описанной в статьях NEC 500–503) могут применяться несколько стандартов испытаний, таких как FM3600, FM3615 и UL1203, в то время как для сертификации по системе классов/зон (описанной в статьях NEC 505–506) может применяться серия стандартов ISA/UL 60079.

Испытания в соответствии с определенным стандартом должны проводиться испытательной лабораторией, официально аккредитованной уполномоченным органом по сертификации на проведение испытаний по этому стандарту. Примерами испытательных лабораторий, аккредитованных на национальном уровне, являются лаборатории FM, UL и CSA. Помимо выпуска стандартов испытаний, этим лабораториям, как правило, разрешается проводить испытания в соответствии со стандартами других лабораторий и собственными стандартами.

Классы определяются в зависимости от типа взрывчатых или горючих веществ, которые могут присутствовать в атмосфере.

Участки класса I — это участки, в которых могут присутствовать легковоспламеняющиеся пары и газы. Участки класса II — это участки, в которых может присутствовать горючая пыль. Участки класса III — это участки, в которых могут присутствовать легковоспламеняющиеся волокна или летучие вещества.

Каждый из трех классов делится на категорию 1 и категорию 2. Категория определяется в соответствии с вероятностью присутствия опасного материала в легковоспламеняющейся концентрации. Оборудование, разрешенное для применения в условиях, соответствующих категории 1, также может использоваться в условиях, соответствующих категории 2 того же класса.

В зонах категории 2 взрывоопасная атмосфера существует при нештатных рабочих условиях в течение 1–10 часов в год.

В зонах категории 1 взрывоопасная атмосфера существует постоянно или периодически в течение более 10 часов в год. Как правило, это происходит внутри резервуаров, заполненных легковоспламеняющимися жидкостями, и в пространствах, окружающих клапаны.

Классы I и II также делятся на группы взрывоопасных материалов. Эта классификация определяется воспламеняемостью материалов, которая, помимо прочего, зависит от максимального давления взрыва. В таблице ниже представлены часто встречающиеся горючие материалы из каждой группы. Каждому виду материалов соответствует определенная энергия воспламенения, безопасная для оборудования.

Температурные классы обозначают максимально допустимую температуру поверхности оборудования. Эта температура не должна превышать температуру воспламенения окружающей атмосферы. Температура воспламенения — это минимальная температура, необходимая при нормальном атмосферном давлении при отсутствии искры или пламени для воспламенения или самоподдерживающего горения независимо от нагревающего или нагреваемого элемента.

Температурная маркировка класса I не должна превышать температуры воспламенения конкретного газа или пара, которые могут присутствовать в рабочей среде, как указано в разделе 500-5 (d) NEC.

В Северной Америке взрывозащищенные продукты должны иметь маркировочную наклейку, на которой указываются производитель, орган, выдавший сертификат, и регистрационный номер, а также маркировку, предусмотренную стандартами NFPA 70 (NEC 500-506) и CSA C22.1.

В следующих таблицах представлены краткие сведения о маркировке продукции в США.

Международная электротехническая комиссия выпустила серию стандартов IEC 60079 для электрооборудования, применяемого во взрывоопасных средах. В разных странах применяются национальные версии этих стандартов.

В Европейском союзе оборудование должно соответствовать основным требованиям Директивы ЕС 2014/34/ЕС об оборудовании и защитных системах, предназначенных для использования в потенциально взрывоопасных средах, также известной как Директива ATEX, в которой описываются виды оборудования и рабочих сред, разрешенные к использованию во взрывоопасных средах.

Схема добровольной сертификации оборудования IECEx упрощает процесс применения оборудования, предназначенного для использования во взрывоопасных зонах, в других крупных регионах мира. IECEx — это система сертификации в соответствии со стандартами МЭК, регламентирующими использование оборудования во взрывоопасных средах.

Взрывоопасные среды делятся на зоны. Категория зоны определяется вероятностью присутствия взрывоопасного материала в окружающей атмосфере в концентрации, при которой может произойти воспламенение.

Для газовых сред зона класса 0 — это зона, в которой взрывоопасная газовоздушная смесь присутствует постоянно, часто или в течение длительных периодов времени. Зона класса 1 — это зона, в которой взрывоопасная газовоздушная смесь может присутствовать в течение коротких периодов времени при нормальных рабочих условиях. В зоне класса 2 образование взрывоопасной газовоздушной смеси маловероятно. Если это все же произойдет, то из-за нарушения нормальных условий работы и лишь на короткий период времени.

Для облаков горючей или токопроводящей пыли применяются эквивалентные зоны классов 20, 21 и 22.

Наиболее распространенными являются зоны классов 1 и 2 (или 21 и 22 для пыли), тогда как зоны класса 0 (или 20 для пыли) относятся к небольшим и труднодоступным местам или областями внутри технического оборудования. Изделия, сертифицированные для применения в зоне класса 0 (20), могут использоваться в зонах классов 0, 1 и 2 (20, 21 и 22). Изделия, сертифицированные для применения в зоне класса 1 (21), могут использоваться в зонах классов 1 и 2 (21 и 22).

Существует несколько видов взрывозащиты электрооборудования, используемого во взрывоопасных зонах. В таблице ниже перечислены виды защиты, которые можно применять в разных зонах.

Взрывозащищенные камеры Axis имеют защиту категорий Ex d или Ex t, а некоторые принадлежности соответствуют категории Ex e. Если оборудование имеет маркировку Ex d, его взрывозащищенный корпус должен предотвращать распространение любого внутреннего взрыва на окружающую газовую смесь. Ex t — это метод взрывозащиты, при котором корпус ограничивает температуру поверхности и не допускает проникновения горючей пыли в электронику. Маркировка «Ex e» (повышенная безопасность) определяет способ взрывозащиты для газообразных сред, исключающий возникновение искр и дуговых разрядов, а также наличие горячих поверхностей.

В целях сертификации взрывозащищенного оборудования все виды оборудования делятся на три группы. Группа I охватывает оборудование, используемое в подземных выработках, а группы II и III — все остальные области применения.

IIC является высшей группой взрывозащиты для газовой атмосферы, и оборудование, сертифицированное по группе IIC, также может использоваться в средах, где должно применяться оборудование групп IIB или IIA. Аналогичным образом оборудование группы IIB может использоваться в средах, где должно применяться оборудование группы IIA. Подобные правила применяются и для запыленных сред, для которых высшей группой является IIIC.

Смесь воздуха и взрывоопасных газов может воспламениться при контакте с горячей поверхностью. Вероятность воспламенения зависит от температуры поверхности и концентрации газа. Температура воспламенения или температура самовоспламенения — это самая низкая температура твердого, жидкого или газообразного вещества, при которой происходит самоподдерживающее горение. Температура поверхности оборудования, используемого во взрывоопасной зоне, не должна превышать температуру самовоспламенения ни в стандартных, ни в нештатных рабочих условиях.

Максимальная температура оборудования всегда должна быть ниже, чем температура самовоспламенения смеси газа, пара или воздуха, в которой оно находится. Сертифицированное оборудование должно пройти испытания на соответствие максимальным температурным режимам, которые проводятся органами сертификации. Прошедшему испытания оборудованию присваивается температурный код, обозначающий максимальную температуру поверхности.

Следует помнить, что присваиваемый температурный код также зависит от температуры окружающей среды. Например, если оборудование само по себе генерирует температуру 10 °C, но используется при температуре окружающей среды не более 80 °C, максимальная температура его поверхности будет составлять 90 °C, и оборудование классифицируется как T5. Оборудование классифицированное по коду T6, может использоваться в зонах, где требуется использовать оборудование с кодом T5, и так далее, тогда как оборудование с кодом T5 не может использоваться в зонах, где требуется использовать оборудование с кодом T6.

Все электрическое оборудование, сертифицированное для использования во взрывоопасных зонах, должно иметь маркировку с указанием вида и уровня взрывозащиты.

В Европе на этикетке должен быть указан знак соответствия CE и кодовый номер уполномоченного органа, который контролирует систему качества производителя. Знак CE должен быть дополнен символом ATEX Ex, за которым следует группа, категория и (для оборудования группы II) тип взрывоопасной среды: газ (G) или пыль (D). В маркировке должны также быть указаны вид взрывозащиты, группа оборудования, температурная категория и уровень защиты оборудования.

В таблицах ниже представлены краткие сведения о маркировке оборудования в соответствии со стандартом ATEX.

В этом разделе для удобства восприятия результаты сравнительного анализа представлены в таблицах.