Ex d — взрывонепроницаемая оболочка, щель фланцевого соединения и группы газов по IEC 60079-1

Руководство о Ex n — неискрящем оборудовании для зоны 2 (IEC 60079-15) и руководство о искробезопасности Ex i рассматривают два концепта защиты, предотвращающие воспламенение путём ограничения энергии или исключения искрообразования. Ex d выбирает принципиально иной подход: источник воспламенения (коммутирующий контакт, электрическая дуга, перегретая поверхность) может находиться внутри оболочки, и внутренний взрыв может даже произойти — при условии, что этот взрыв не может распространиться наружу. Этот концепт защиты нормирован в IEC 60079-1.

Основной принцип: оболочка сдерживает взрыв

Оболочка Ex d (взрывонепроницаемая оболочка) механически построена достаточно прочной, чтобы выдержать волну давления от внутреннего воспламенения взрывоопасной газовой смеси, не разрушаясь. Опасность заключается не в самом давлении, а в горячих продуктах сгорания, образующихся при этом внутреннем взрыве: если эти газы могут беспрепятственно выйти наружу, они всё равно могут воспламенить окружающую взрывоопасную среду. IEC 60079-1 решает эту проблему через точно нормированные щели фланцевых соединений (flame paths) в каждом месте, где оболочка соприкасается с наружным воздухом — например, между крышкой и корпусом, вокруг подшипника вала или вокруг кабельного ввода.

Как щель фланцевого соединения останавливает передачу пламени

Щель фланцевого соединения работает не за счёт полной герметизации отверстия, а за счёт выбора сочетания ширины и длины щели таким образом, чтобы выходящие горячие продукты сгорания при прохождении через щель достаточно охлаждались, а фронт пламени достаточно замедлялся, так что температура газов, в конечном итоге достигающих наружной стороны щели, оставалась ниже температуры воспламенения окружающей взрывоопасной среды. Более длинная щель (больше площади для отвода тепла) допускает большую ширину щели; более короткая щель требует меньшей ширины для достижения того же уровня защиты.

Группы газов определяют допустимую ширину щели

Не каждую горючую газовоздушную смесь одинаково легко воспламенить через узкую щель. Это свойство выражается через максимальный экспериментальный безопасный зазор (MESG): наибольшую ширину щели, при которой данная газовая смесь, при стандартизированных условиях испытаний, ещё не вызывает передачу пламени наружу. На основе MESG взрывоопасные среды подразделяются на группы газов:

• Группа IIA (например, пропан): относительно большой MESG, что допускает самые широкие щели фланцевых соединений из трёх групп.
• Группа IIB (например, этилен): меньший MESG, чем у IIA, поэтому более узкая допустимая щель фланцевого соединения.
• Группа IIC (например, водород и ацетилен): наименьший MESG и, следовательно, самое строгое требование к щели фланцевого соединения — эти газы имеют наименьшую минимальную энергию воспламенения среди распространённых промышленных газов и поэтому воспламеняются легче всего через узкое отверстие.

Чем выше группа газов, тем уже (и точнее с точки зрения изготовления) должна быть щель фланцевого соединения при той же длине щели, и тем меньше допустимый допуск изготовления.

Обратите внимание: точные минимальные длины щелей и максимальные ширины щелей, предписанные для каждой группы газов и каждого класса внутреннего свободного объёма, установлены в таблицах самой нормы IEC 60079-1; эта статья рассматривает основной принцип, а не полные табличные значения. В случае сомнений применяется сертификат и разрешение типа конкретной оболочки, а не эмпирическое правило.

Почему это важно на практике

Оболочка Ex d (распределительный шкаф, клеммная коробка двигателя, светильник) никогда не должна открываться или ремонтироваться после монтажа или технического обслуживания без соблюдения исходных, сертифицированных размеров щели фланцевого соединения: повреждённая, корродированная или неправильно обработанная поверхность соединения (например, из-за чрезмерной шлифовки, покраски по взрывонепроницаемой поверхности или установки неоригинального уплотнения) может увеличить эффективную ширину щели и тем самым незаметно свести на нет защиту от передачи пламени — даже если оболочка снаружи всё ещё выглядит полностью целой. См. также руководство о вводах кабеля ATEX Ex d/Ex e о дополнительных требованиях к кабельным вводам в оболочке Ex d и руководство о периодической проверке ATEX (IEC 60079-17) о периодической проверке взрывонепроницаемых поверхностей на коррозию, повреждения и правильность сборки.

Часто встречающиеся ошибки

1. Обработка, шлифовка или покраска взрывонепроницаемой поверхности соединения оболочки Ex d без осознания того, что это может изменить сертифицированные размеры щели — любая обработка этой поверхности требует переоценки компетентной стороной.
2. Применение оболочки более низкой группы газов (например, сертифицированное для IIA оборудование в среде IIC с водородом) — тогда щель фланцевого соединения слишком широка для фактически присутствующей взрывоопасной среды.
3. Недооценка коррозии или загрязнения на взрывонепроницаемой поверхности, поскольку это может локально увеличить эффективную ширину щели или нарушить отвод тепла через щель, не будучи сразу заметным при поверхностном визуальном осмотре.
4. Предположение, что "прочно построено" равнозначно "сертифицировано по Ex d" — механическая прочность против внутренней волны давления является лишь одним требованием; без правильного, сертифицированного размера щели фланцевого соединения оболочка непригодна для применения Ex d, независимо от того, насколько массивной она кажется.

Связанные материалы

• Ex n — неискрящее оборудование для зоны 2 (IEC 60079-15)
• Искробезопасность Ex i — барьер и entity-параметры
• Кабельные вводы ATEX Ex d/Ex e
• Периодическая проверка ATEX (IEC 60079-17)