Eksplosjonssikring Bakgrunn - Institutt for teknisk kybernetikk

Download Report

Transcript Eksplosjonssikring Bakgrunn - Institutt for teknisk kybernetikk

ATEX

Eksplosjonssikring

Tor Onshus

Teknisk kybernetikk Norges teknisk naturvitenskaplige universitet, NTNU tlf: 73594388 fax: 73594399 [email protected]

http://www.itk.ntnu.no/ansatte/Onshus_Tor

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

1

Bakgrunn

• EØS direktiver som blir omsatt i norske forskrifter – http://www.lovdata.no/ • FHOSEX (bedriftseier) – Helse og sikkerhet i eksplosjonsfarlig atmosfære • FUSEX (utstyrsleverandører) – Utstyr og sikkerhetssystem til bruk i eksplosjonsfarlig område • Forskrift om brannfarlig eller trykksatt stoff

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

2

1

Forebyggende tiltak og vern

Grunnleggende prinsipper a) Forhindre at det dannes eksplosiv atmosfære

3

Hvis vi ikke klarer det: b) Unngå antenning c) Begrense skadevirkning av eksplosjon

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Risikovurdering av Eksplosjonsfare

4

Skal minimum ta hensyn til: a) Sannsynlighet for eksplosiv atmosfære og varigheten av disse b) Sannsynlighet for tennkilder c) Vekselvirkning mellom anlegg og stoffer d) Konsekvenser av en eksplosjon

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

2

Eksplosjonsverndokument

• at eksplosjonsfaren er kartlagt og vurdert • at egnede tiltak er iverksatt • soneklassifisering • områder der minimumskravene gjelder • at arbeidsplass og utstyr utformes, brukes og vedlikeholdes forsvarlig • at det er iverksatt tiltak for bruk av arbeidsutstyr

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

5

Spesifisering av Anlegget

• Egenskapene til den eksplosive atmosfæren – Klassifisering av atmosfæren – Tenntemperatur • Sannsynligheten for eksplosiv atmosfære – Sone inndeling

6 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

3

Utstyrsgrupper

I Kullgruver

Beskrivelse

IIA Væsker med flammepunkt over 55 o C Tennenergi 200 μ J

Gasseksempler

Metan Propan, Bensin, Aceton,Metanol IIB Væsker med flammepunkt mellom 23 o C og 55 o C Tennenergi 60 μ J IIC Væsker med flammepunkt under 23 o C Tennenergi 20 μ J III Støvpartikler osv Etylen Hydrogen Acetylen

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

7

Flammepunkt

• Den temperaturen der væsken avgir nok damp til at dampen kan antennes med en liten flamme

8 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

4

Tenntemperatur

• Den temperaturen der en får antennelse selv om det ikke er en ekstern tennkilde tilstede

9 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Temperaturklasser

Temperaturklasse T1 T2 T3 T4 T5 T6 Max overflatetemperatur o C 450 300 200 135 100 85 Omgivelsestemperatur mellom -20 o C og +40 o C

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

10

5

Tenntemperatur i

o

C

Gass

Metan Hydrogen Etan Etylen Butan Propan Acetylen Råolje(gass)

Formel Tetthet NEG ØEG

CH4 H2 C2H6 C2H4 C4H10 C3H3 C2H2 0.5

0.1

1.05

1.0

2.1

1.6

0.9

5.0

4.0

3.0

1.5

2.1

1.5

1 15.0

75.6

15.5

8.5

9.5

80.0

10

Min tenntemp

595 560 515 425 365 470 305

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Gassgruppe

I IIC IIA IIB IIA IIA IIC

11

EKSPLOSJONSSIKRING

12 Energi Minimum tennenergi Mager LEL Eksplosiv blanding % gass i luft UEL Fet Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

6

Soneinndeling

(gass, damp og tåke) Sone Beskrivelse

Sone 0 Kontinuerlige utslippsteder Utslipp skjer kontinuerlig eller i lange perioder Typisk › 1000 timer pr år, eller mer enn 10% av total prosesstid Sone 1 Primære utslippssteder Utslipp skjer periodisk eller tilfeldig under normal drift Typisk >10 og ‹ 1000 timer pr år Sone 2 Sekundære utslippssteder Utslipp forventes ikke å skje under normal drift, unntaksvis og kortvarige utslipp Typisk ‹ 10 timer pr år og ‹ 2 timer pr gang

Eksempler

Inne i tanker Væskeoverflate Lufterør fra tanker Tappe og Fyllesteder Pakkbokser Fleksible rør Flenser Pakninger Koblinger Ventiler

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

13

Sonekart - Lagertank

Tank vents Area Classification for a fixed-roof tank with heavier than air vapour Liquid surface Key

Zone 0 Zone 1 Zone 2

14

Bund wall

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

7

Sonekart - Transmitter

Outside of pipe Zone 2 Zone 1 Zone 0

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

Inside of pipe or process vessel TTK4175

15

Soneinndeling

(støv) Sone Beskrivelse

Sone 20 Kontinuerlige utslippsteder Utslipp skjer kontinuerlig eller i lange perioder Sone 21 Primære utslippssteder Utslipp skjer periodisk eller tilfeldig under normal drift Sone 22 Sekundære utslippssteder Utslipp forventes ikke å skje under normal drift, unntaksvis og kortvarige utslipp

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

16

8

Eksplosjonstrekanten

Tennkilde Luft > vol % O2 Eksplosjonsfarlig gass, fast, støv, væske Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

17

Noen Tennkilder

• Varme overflater • Flamme eller glødende materiale • Mekanisk genererte gnister • Elektrisk genererte gnister • Elektrostatisk utladning • Kjemisk reaksjon • Atmosfæriske forstyrrelser

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

18

9

Hastighet av forbrenning

Navn Forbrennings hastighet Trykkøkning

Forpuffning cm/s < 5 bar

Lydeffekt

puff/smell Eksplosjon m/s Detonasjon km/s 5-15 bar > 20 bar kraftig smell øredøvende drønn

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

19

Krav til Utstyret

• Må oppfylle krav gitt av anlegget • Maksimal tennenergi – Utstyrs gruppe • Maksimal overflatetemperatur – Temperaturklasser

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

20

10

mA 150 mA

TENNENERGI

P

= 1 2

I

2

L

+ 1 2

CU

2

R•I 2 =konstant 21 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus 30 V II B II C V

TTK4175

Krav til Ex beskyttelse

Sone Krav til Ex beskyttelse

0, 20 Ex ia, eller utstyr godkjent for sone 0 1, 21 Utstyr godkjent i sone 0 pluss Ex ib, d, e, p, o, q, m, s 2, 22 Utstyr godkjent i sone 1 pluss utstyr spesiellt beregnet for sone 2 , og kapslet utstyr som normalt ikke danner gnister, minimum IP 44

22 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

11

Metode

Isolering Kapsling Design Spesiell Ex o Ex p Ex q Ex m Ex d Ex e Ex n Ex i Ex s

Beskyttelsesarter

Beskrivelse

Oljefyllt utførelse Overtrykkskapsling Sandfyllt utførelse Innstøpt utførelse Eksplosjonssikker utførelse Tennsikker utførelse Utstyr for bruk i sone 2 Egensikker utførelse Spesialutførelse

Sone

0 1 1 1 1 1 2 0-1 0-2

Ustyret kan benyttes i soner med mindre strenge krav enn det masimale som er tillatt.

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

23

Standarder/Normer

Beskyttelsesarter • IEC 60079 ( http://www.standard.no/no/Abonnement/Standarder/ ) – Eksplosive atmosfærer – Et undernummer per beskyttelsesart

24 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

12

Kapsling, Ex d

25 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Ex d – Ex e

• Ex d, svært mye arbeide med helt spesielle gjennomføringer – kan ha gnistgivende standard komponenter • Ex e, nesten som standard nipler – må ha spesielt ikke gnistgivende utstyr

26 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

13

Energibegrensing, Ex i

27 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Barrierer

(energibegrensning) 3 Motstand R1 Z Sikring 1 F1

Sikkert område

4 2 IS-jord 3 Motstand R1 Z = 4

Sikkert område

Sikring 1 2

28 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

14

Zenerbarrierer

• To eller tre zenerdioder for spenningsbegrensning • Motstand i serie for strømbegrensning • Sikring på primærsiden for strømbegrensning(sikker side) • Jording til IS-jord, max 1 ohm motstand

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus 29

TTK4175

Ulemper ved Zenerbarrierer:

• Trenger god jordforbindelse • Støyfølsom pga. galvanisk kobling gjennom jordforbindelsene • Feilspenninger kan slå ut store deler av anlegget • Lekkasjestrøm i zenerdiodene kan påvirke målenøyaktigheten • 28V zener lekker ved 25-26V, dvs. forskjellig strøm i felt og kontrollrom • ekvivalent barrieremotstand for 300W barriere er typisk 340W • Høy installasjonskostnad • egen IS jord • må ha stabile powersupply • dyr kabling • ofte bytte pga. kortsluttninger etc.

• Utstyr montert i Ex sone må isoleres fra jord og isolasjonsmotstand mot jord testes med 500V

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

30

15

Eksempel Zener

31 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Andre typer

32 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

16

Trafo Isolerte Barrierer

• Ikke IS jording • Galvanisk skille • Bedre enn zenerbarrierer • Dyrere i innkjøp

33 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Trafo Isoloerte Barrierer (TIB)

• Ikke krav til IS jord • Galvanisk skille mellom felt og I/O kort • Slipper IS jord, dyre power etc.

• Ingen polaritetsproblemer • Høy driftssikkerhet, støy og feil undertrykkes i trafoen • Kortsluttningssikker • Ikke nødvendig med isolasjons fra jord for utstyr i Ex sone, ingen isolasjonstest

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

34

17

Eksempel

35 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Beregning og Merking

36 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

18

SLØYFEMOTSTAND

Komponent

Indre motstand i system, inkl.. kraftforsyning Målemotstand for konvertering fra mA til Volt Negativ barriere kanal Positiv barriere kanal Kabel Transmitter

Total motstand i sløyfa Motstand (

)

10 250 80 340 10 625

1315 37 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

U = R x I

Nødvendig Spenning

• 1315 Ω x 20 mA = 26.3 V

Redusert målemotstand til 62.5

W • 1112.5 Ω x 20 mA = 22.25 V

Målenøyaktighet og A/D omformer

• 250 Ω x 20 mA =5 V • 62.5

Ω x 20 mA =1.25 V

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

38

19

MERKING og SERTIFIKATER

Transmitter

EEx ia C eq ‹ 1.3

 F IIB T4 L eq ‹ 0.3 mH 37.90

x U max = 15V

Barriere

[EEx ia] C ext ‹ 1.3

 F IIC L ext ‹ 0.3 mH U max = 15V

Betydningen av de forskjellige merkingene er:

EEx Godkjent i henhold til CENELEC normene (EN 50014 etc) ia IIB,IIC egensikker krets som tolererer to samtidige feil (sone 0) gassgruppe som utstyret er sertifisert for T4 37.90

x [..] C eq L eq U max temperaturklasse Betyr at det er knyttet spesielle vilkår til sertifikatet (må undersøkes før bruk) plasseres i sikkert område Maksimal kapasitans i utstyret Maksimal induktans i utstyret Maksimal spenning

39 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

40

ATEX merking

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

20

CENELEC/IEC merking

41 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Utstyrsmerking

42 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

21

Sonemerking

43 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

Jording

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

44

22

CPU Inn

KRYSSKOBLING

12 Rekke klemmer 24V + 220V Barriere Barriere Blå Rekke klemmer 32 Ut 8 + 24V 220V IS jordskinne for tilkobling av skjerm

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

45

Kabelavslutning i Instrument

Kabel nummer Nippel Mutter Indre isolasjon Identifikasjon av leder + Ytre kappe Signaljord/skjerm iso leres etter testing Armering kobles til jord Metallinstrumenter jor des til gods/struktur

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

46

23

JORDING

Sikkerhetsjord

(PE, gul/grønn) • Mest støyfull, skal avlede strøm og hindre berøringsfare •

Signaljord

(IE, gul/rød) • Minst mulig støy, skal

ikke

avlede strøm • Jord for

Exi

utstyr (IS, lys blå) • Spesialjord med en gitt kvalitet

Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

47

EMC

• EMC-Elektromagnetisk Kompatibilitet • EMI-Elektromagnetisk Immunitet • ESD-Elektrostatisk utladning

48 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

24

JORDSYSTEM

Ikke Exi Exi Armering Skjerm PE Signal IE Metall kapsling Struktur/Hovedjord Armering Skjerm PE Signal IS Barriere 49 Teknisk kybernetikk NTNU professor Tor Onshus

TTK4175

25