eksplosjonssikring - institutt for teknisk kybernetikk, ntnu · 2011-03-14 · 6 teknisk...

1

Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus

1

TTK4175

ATEXEksplosjonssikring

Tor OnshusTeknisk kybernetikk

Norges teknisk naturvitenskaplige universitet, NTNU

tlf: 73594388

fax: 73594399

[email protected]

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


2

TTK4175

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

2


3

Hva handler ATEX om?

• Forhindre ansamling av EX-atmosfære– Risikovurdering, deteksjon, ventilasjon,

rengjøring, soneklassifisering

• Hvis ikke, kontroll med alle tennkilder– Eliminere tennkilder

• Hvis tennkilder ikke kan utelukkes– Tennkilder for avlastning og demping

TTK4175


4

Risikovurdering av Eksplosjonsfare

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

TTK4175

3


5

Forebyggende tiltak og vern

Grunnleggende prinsipper

a) Forhindre at det dannes eksplosiv atmosfære

Hvis vi ikke klarer det:

b) Unngå antenning

c) Begrense skadevirkning av eksplosjon

TTK4175


6

Spesifisering av Anlegget

• Egenskapene til den eksplosive atmosfæren– Klassifisering av atmosfæren

– Tenntemperatur

• Sannsynligheten for eksplosiv atmosfære– Sone inndeling

TTK4175

4


7

GassgrupperBeskrivelse Gasseksempler

I Kullgruver Metan

IIA Væsker med flammepunkt over 55 oCTennenergi 200 μJ

Propan, Bensin, Aceton,Metanol

IIB Væsker med flammepunkt mellom 23 oCog 55 oCTennenergi 60 μJ

Etylen

IIC Væsker med flammepunkt under 23oCTennenergi 20 μJ

HydrogenAcetylen

TTK4175


8

Flammepunkt

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

TTK4175

5


9

Tenntemperatur

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

TTK4175


10

Tenntemperatur i oC

Gass Formel Tetthet NEG ØEG Min tenntemp Gassgruppe

Metan CH4 0.5 5.0 15.0 595 I

Hydrogen H2 0.1 4.0 75.6 560 IIC

Etan C2H6 1.05 3.0 15.5 515 IIA

Etylen C2H4 1.0 425 IIB

Butan C4H10 2.1 1.5 8.5 365 IIA

Propan C3H3 1.6 2.1 9.5 470 IIA

Acetylen C2H2 0.9 1.5 80.0 305 IIC

Råolje(gass) 1 10

TTK4175

6


11

Soneinndeling (gass, damp og tåke)

Sone Beskrivelse Eksempler

Sone 0 Kontinuerlige utslippstederUtslipp skjer kontinuerlig eller i lange perioderTypisk › 1000 timer pr år, eller mer enn 10% avtotal prosesstid

Inne i tankerVæskeoverflate

Sone 1 Primære utslippsstederUtslipp skjer periodisk eller tilfeldig under normal driftTypisk >10 og ‹ 1000 timer pr år

Lufterør fra tankerTappe og FyllestederPakkbokserFleksible rør

Sone 2 Sekundære utslippsstederUtslipp forventes ikke å skje under normal drift, unntaksvis og kortvarige utslippTypisk ‹ 10 timer pr år og ‹ 2 timer pr gang

FlenserPakningerKoblingerVentiler

TTK4175


12

Sonekart - Lagertank

TTK4175

Bund wall

Tank vents

Liquid surface

Area Classificationfor a fixed-roof tankwith heavier than airvapour

Zone 1Zone 0

Zone 2

Key

7


13

Sonekart - Transmitter

TTK4175

Inside of pipe orprocess vessel

Zone 0Zone 1Outside of pipe Zone 2


14

Soneinndeling (støv)

TTK4175

Sone Beskrivelse

Sone 20 Kontinuerlige utslippstederUtslipp skjer kontinuerlig eller i langeperioder

Sone 21 Primære utslippsstederUtslipp skjer periodisk eller tilfeldig under normal drift

Sone 22 Sekundære utslippsstederUtslipp forventes ikke å skje under normal drift, unntaksvis og kortvarige utslipp

8


15

Eksplosjonstrekanten

TTK4175

LuftTennkilde

Eksplosjonsfarlig

> vol % O2

gass, fast, støv, væske


16

Noen Tennkilder

• Varme overflater

• Flamme eller glødende materiale

• Mekanisk genererte gnister

• Elektrisk genererte gnister

• Elektrostatisk utladning

• Kjemisk reaksjon

• Atmosfæriske forstyrrelser

TTK4175

9


17

Kategorier av forbrenning

NavnForbrennings

hastighetTrykkøkning Lydeffekt

Forpuffning cm/s < 5 bar puff/smell

Eksplosjon m/s 5-15 bar kraftig smell

Detonasjon km/s > 20 bar øredøvende drønn

TTK4175


18

Krav til Utstyret

• Må oppfylle krav gitt av anlegget

• Maksimal tennenergi– Utstyrs gruppe

• Maksimal overflatetemperatur– Temperaturklasser

TTK4175

10


19

EKSPLOSJONSSIKRING

TTK4175

Energi

% gass i luft

Mager Eksplosiv blanding Fet

LEL UEL

Minimumtennenergi


20

TENNENERGI

TTK4175

V

mA

II B

II C

30 V

150 mA

R•I2=konstant

P 12---I2L 1

2---CU2+=

11


21

Temperaturklasser

Temperaturklasse T1 T2 T3 T4 T5 T6

Max overflatetemperatur oC 450 300 200 135 100 85

TTK4175

Omgivelsestemperatur mellom

-20 oC og +40 oC


22

Krav til Ex beskyttelse

Sone Krav til Ex beskyttelse

0, 20 Ex ia, eller utstyr godkjent for sone 0

1, 21Utstyr godkjent i sone 0 pluss Ex ib, d, e, p, o, q, m, s

2, 22Utstyr godkjent i sone 1 pluss utstyr spesielltberegnet for sone 2 , og kapslet utstyr som normaltikke danner gnister, minimum IP 44

TTK4175

12


23

BeskyttelsesarterMetode Beskrivelse Sone

Isolering

Ex o Oljefyllt utførelse 0

Ex p Overtrykkskapsling 1

Ex q Sandfyllt utførelse 1

Ex m Innstøpt utførelse 1

Kapsling Ex d Eksplosjonssikker utførelse 1

DesignEx e Tennsikker utførelse 1

Ex n Utstyr for bruk i sone 2 2

BegrenseEnergi

Ex i Egensikker utførelse 0-1

Spesiell Ex s Spesialutførelse 0-2

TTK4175

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


24

Standarder/NormerBeskyttelsesarter

• IEC 60079 (http://www.standard.no/no/Abonnement/Standarder/)

– Eksplosive atmosfærer

– Et undernummer per beskyttelsesart

TTK4175

13


25

Kapsling, Ex d

TTK4175


26

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

TTK4175

14


27

Energibegrensing, Ex i

TTK4175


28

Barrierer (energibegrensning)

TTK4175

SikringMotstand3

4

1

2

R1 F1Z

SikringMotstand3

4

1

2

R1 F1=

=

IS-jord

Z

Sikkertområde

Sikkertområde

15


29

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

TTK4175


30

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

TTK4175

16


31

Eksempel Zener

TTK4175


32

Andre typer

TTK4175

17


33

Trafo Isolerte Barrierer

• Ikke IS jording

• Galvanisk skille

• Bedre enn zenerbarrierer

• Dyrere i innkjøp

TTK4175


34

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

TTK4175

18


35

Eksempel

TTK4175


36

Beregning og Merking

TTK4175

19


37

SLØYFEMOTSTAND

Komponent Motstand(Ω)

Indre motstand i system, inkl.. kraftforsyning 10Målemotstand for konvertering fra mA til Volt 250Negativ barriere kanal 80Positiv barriere kanal 340Kabel 10Transmitter 625

Total motstand i sløyfa 1315

TTK4175


38

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

TTK4175

20


39

MERKING og SERTIFIKATER

TTK4175

TransmitterEEx ia IIB T4 37.90 xCeq ‹ 1.3F Leq ‹ 0.3 mH Umax = 15V

Barriere[EEx ia] IICCext ‹ 1.3F Lext ‹ 0.3 mH Umax = 15V

Betydningen av de forskjellige merkingene er:EEx Godkjent i henhold til CENELEC normene (EN 50014 etc)ia egensikker krets som tolererer to samtidige feil (sone 0)IIB,IIC gassgruppe som utstyret er sertifisert forT4 temperaturklasse37.90 Godkjennings organisasjon 37 og prøvenummer 90x Betyr at det er knyttet spesielle vilkår til sertifikatet

(må undersøkes før bruk)[..] plasseres i sikkert områdeCeq Maksimal kapasitans i utstyretLeq Maksimal induktans i utstyretUmax Maksimal spenning


40

ATEX merking

TTK4175

21


41

CENELEC/IEC merking

TTK4175


42

Utstyrsmerking

TTK4175

22


43

Sonemerking

TTK4175


44

Jording

TTK4175

23


45

KRYSSKOBLING

TTK4175

Inn

Ut

12

8

24V+ -

Barriere

32

220V

Rekkeklemmer

Blå Rekkeklemmer

24V+ -

220V

Barriere

CPU

IS jordskinne fortilkobling av skjerm


46

Kabelavslutning i Instrument

TTK4175

+-

Kabel nummer NippelMutter

Ytre kappe

Indre isolasjon

Signaljord/skjerm isoleres etter testing

Armering kobles tiljord

Metallinstrumenter jordes til gods/struktur

Identifikasjon av leder

24


47

JORDING

• Sikkerhetsjord (PE, gul/grønn)

• Mest støyfull, skal avlede strøm og hindreberøringsfare

• Signaljord (IE, gul/rød)

• Minst mulig støy, skal ikke avlede strøm

• Jord for Exi utstyr (IS, lys blå)

• Spesialjord med en gitt kvalitet

TTK4175


48

EMC

• EMC-Elektromagnetisk Kompatibilitet

• EMI-Elektromagnetisk Immunitet

• ESD-Elektrostatisk utladning

TTK4175

25


49

JORDSYSTEM

TTK4175

IEPE

Armering

SkjermSignal

Metall kapsling

Struktur/Hovedjord

ISPE

Armering

SkjermSignal

Ikke Exi Exi

Barriere

eksplosjonssikring - institutt for teknisk kybernetikk, ntnu · 2011-03-14 · 6 teknisk...

Documents