Ex d — вибухонепроникна оболонка, щілина фланцевого з'єднання та групи газів за IEC 60079-1

Посібник про Ex n — неіскрове обладнання для зони 2 (IEC 60079-15) та посібник про іскробезпечність Ex i розглядають два концепти захисту, що запобігають займанню шляхом обмеження енергії чи виключення іскроутворення. Ex d обирає принципово інший підхід: джерело займання (комутувальний контакт, електрична дуга, перегріта поверхня) може перебувати всередині оболонки, і внутрішній вибух може навіть статися — за умови, що цей вибух не може поширитися назовні. Цей концепт захисту нормовано в IEC 60079-1.

Основний принцип: оболонка стримує вибух

Оболонка Ex d (вибухонепроникна оболонка) механічно побудована достатньо міцною, щоб витримати хвилю тиску від внутрішнього займання вибухонебезпечної газової суміші, не руйнуючись. Небезпека полягає не в самому тиску, а в гарячих продуктах згоряння, що утворюються під час цього внутрішнього вибуху: якщо ці гази можуть безперешкодно вийти назовні, вони все одно можуть запалити навколишнє вибухонебезпечне середовище. IEC 60079-1 вирішує цю проблему через точно нормовані щілини фланцевих з'єднань (flame paths) у кожному місці, де оболонка контактує із зовнішнім повітрям — наприклад, між кришкою та корпусом, навколо підшипника вала чи навколо кабельного вводу.

Як щілина фланцевого з'єднання зупиняє передачу полум'я

Щілина фланцевого з'єднання працює не за рахунок повної герметизації отвору, а за рахунок вибору поєднання ширини та довжини щілини таким чином, щоб гарячі продукти згоряння, що виходять, під час проходження через щілину достатньо охолоджувалися, а фронт полум'я достатньо сповільнювався, тож температура газів, які врешті-решт досягають зовнішньої сторони щілини, залишалася нижчою за температуру займання навколишнього вибухонебезпечного середовища. Довша щілина (більше площі для відведення тепла) допускає більшу ширину щілини; коротша щілина потребує меншої ширини для досягнення того самого рівня захисту.

Групи газів визначають допустиму ширину щілини

Не кожну горючу газоповітряну суміш однаково легко запалити через вузьку щілину. Ця властивість виражається через максимальний експериментальний безпечний зазор (MESG): найбільшу ширину щілини, за якої дана газова суміш, за стандартизованих умов випробувань, ще не спричиняє передачу полум'я назовні. На основі MESG вибухонебезпечні середовища поділяються на групи газів:

• Група IIA (наприклад, пропан): відносно великий MESG, що допускає найширші щілини фланцевих з'єднань з трьох груп.
• Група IIB (наприклад, етилен): менший MESG, ніж у IIA, тому вужча допустима щілина фланцевого з'єднання.
• Група IIC (наприклад, водень і ацетилен): найменший MESG і, відповідно, найсуворіша вимога до щілини фланцевого з'єднання — ці гази мають найменшу мінімальну енергію займання серед поширених промислових газів і тому займаються найлегше через вузький отвір.

Що вища група газів, то вужчою (і точнішою з погляду виготовлення) має бути щілина фланцевого з'єднання за тієї самої довжини щілини, і то меншим є допустимий допуск виготовлення.

Зверніть увагу: точні мінімальні довжини щілин і максимальні ширини щілин, приписані для кожної групи газів і кожного класу внутрішнього вільного об'єму, встановлені в таблицях самої норми IEC 60079-1; ця стаття розглядає основний принцип, а не повні табличні значення. У разі сумнівів застосовується сертифікат і дозвіл типу конкретної оболонки, а не емпіричне правило.

Чому це важливо на практиці

Оболонка Ex d (розподільна шафа, клемна коробка двигуна, світильник) ніколи не повинна відкриватися чи ремонтуватися після монтажу чи технічного обслуговування без дотримання вихідних, сертифікованих розмірів щілини фланцевого з'єднання: пошкоджена, корозована чи неправильно оброблена поверхня з'єднання (наприклад, через надмірне шліфування, фарбування по вибухонепроникній поверхні чи встановлення неоригінального ущільнення) може збільшити ефективну ширину щілини і тим самим непомітно звести нанівець захист від передачі полум'я — навіть якщо оболонка ззовні все ще виглядає повністю цілою. Див. також посібник про кабельні вводи ATEX Ex d/Ex e щодо додаткових вимог до кабельних вводів в оболонці Ex d, та посібник про періодичну перевірку ATEX (IEC 60079-17) щодо періодичної перевірки вибухонепроникних поверхонь на корозію, пошкодження та правильність складання.

Поширені помилки

1. Обробка, шліфування чи фарбування вибухонепроникної поверхні з'єднання оболонки Ex d без усвідомлення того, що це може змінити сертифіковані розміри щілини — будь-яка обробка цієї поверхні потребує переоцінки компетентною стороною.
2. Застосування оболонки нижчої групи газів (наприклад, сертифіковане для IIA обладнання в середовищі IIC з воднем) — тоді щілина фланцевого з'єднання надто широка для фактично наявного вибухонебезпечного середовища.
3. Недооцінка корозії чи забруднення на вибухонепроникній поверхні, оскільки це може локально збільшити ефективну ширину щілини чи порушити відведення тепла через щілину, не будучи одразу помітним при поверхневому візуальному огляді.
4. Припущення, що "міцно побудовано" означає "сертифіковано за Ex d" — механічна міцність проти внутрішньої хвилі тиску є лише однією вимогою; без правильного, сертифікованого розміру щілини фланцевого з'єднання оболонка непридатна для застосування Ex d, незалежно від того, наскільки масивною вона здається.

Пов'язані матеріали

• Ex n — неіскрове обладнання для зони 2 (IEC 60079-15)
• Іскробезпечність Ex i — бар'єр та entity-параметри
• Кабельні вводи ATEX Ex d/Ex e
• Періодична перевірка ATEX (IEC 60079-17)