Kartušni grelniki, ki se uporabljajo v okoljih,-odpornih na eksplozije (kjer so vnetljivi plini, hlapi, prah ali vlakna), morajo izpolnjevati stroga merila{1}}zasnove za zaščito pred eksplozijami in pridobiti uradni certifikat za preprečevanje vžiga nevarne atmosfere zaradi električnih isker, visokih površinskih temperatur ali toplotnega sevanja. Osnovno načelo zasnove je izolacija ali odstranitev vseh virov vžiga, ki jih ustvari grelec med delovanjem, konstrukcijska zasnova, izbira materiala in varnostna zaščita pa morajo biti prilagojeni značilnostim eksplozivno nevarnih območij. Spodaj so obvezne posebne konstrukcijske zahteve in temeljni certifikacijski standardi za takšne grelnike.
I. Zahteve za -odpornost na eksplozijo jedra
1. Strog nadzor površinske temperature (temeljna zahteva)
Najvišja površinska temperatura grelnika mora biti nižja od temperature vžiga vnetljivega medija v okolju uporabe za najmanj 50 stopinj (varnostna meja) in mora biti jasno označena na izdelku.
- Razvrstite nevarni medij (npr. temperatura vžiga metana ≈538 stopinj, bencinske pare ≈280 stopinj) in določite oceno T- (temperaturni razred) grelnika (npr. T1: manj kot ali enako 450 stopinj, T2: manj kot ali enako 300 stopinj, T3: manj kot ali enako do 200 stopinj), ki se ujemajo s temperaturnim razredom in značilnostmi vžiga medija.
- Optimizirajte površinsko obremenitev grelnika (gostoto moči), da preprečite lokalno pregrevanje; Strukture z velikim-premerom, nizko{2}}površinsko-obremenitvijo so zaželene za enakomerno odvajanje toplote, za preverjanje odsotnosti lokalnih vročih točk pa je potrebno testiranje s toplotno simulacijo.
- Za scenarije,-odporne na eksplozijo prahu, je potrebna dodatna strukturna zasnova proti-nabiranju prahu (npr. gladka, ne-porozna površina), da se prepreči zgorevanje prahu zaradi kopičenja toplote na površini grelnika.
2. Strukturna zasnova -odporne na eksplozije (ključ do izolacije virov vžiga)
Na podlagi klasifikacije nevarnih območij (cona 0/1/2 za plin, cona 20/21/22 za prah) in zahtev glede-razreda zaščite pred eksplozijami izberite ustrezno vrsto konstrukcije,-odporne proti eksplozijam; najpogosteje uporabljeni tipi za kartušne grelnike so ognjevarni tip (Ex d) in tip s povečano varnostjo (Ex e), pri čemer se tip intrinzične varnosti (Ex ia) uporablja za posebne scenarije nizke -porabe energije.
(1) Ognjevarna struktura (Ex d) – za cono 1/21 in območja z večjim tveganjem
- Kovinska lupina (ohišje cevi in spojna omarica) mora imeti zadostno odpornost proti eksplozijskemu tlaku (sposobna prenesti pritisk notranje detonacije eksplozivnega plina) in ognjevarno zasnovo reže (razmik med površinami, ki se spajajo na lupino, kot so navojni spoji in prirobnični šivi, mora biti znotraj standardne meje). Dolžina in širina reže sta strogo izračunani za hlajenje plamena in zmanjšanje temperature eksplozivnega plina, ko ta uhaja, kar preprečuje zunanji vžig.
- Material lupine mora imeti visoko mehansko trdnost (npr. nerjaveče jeklo 316L, ogljikovo jeklo s proti-korozijsko prevleko) in odpornost na udarce, brez razpok ali deformacij pod tlakom eksplozije; varilni šivi so v celoti zvarjeni in podvrženi tlačnemu in ne-porušnemu testiranju.
- Razvodna omarica in priključek telesa cevi imata labirintni ognjevarni spoj ali navojno ognjevarno strukturo (vpetost navoja je večja od ali enaka 6 zobom), tesnilni material pa je od-temperature in olje-odporen na fluorokavčuk/silikonsko gumo, ki preprečuje vstop vnetljivega plina v ohišje.
(2) Povečana varnostna struktura (Ex e) – za cono 2/22 nizko-nevarna območja
- Osredotočite se na preprečevanje električnih napak (kratek stik, preobremenitev), ki povzročajo iskre; okrepite zasnovo izolacije, povečajte plazilno pot in razdalje med električnimi komponentami (izpolnite zahteve povečane varnosti za električno opremo) in uporabite visoko{1}}zanesljive sponke za ožičenje (stiskanje + varjenje), da preprečite slab stik in iskrenje.
- Ohišje je zasnovano tako, da je odporno na prah in vodo (IP65 ali višje), da prepreči vstop in kopičenje vnetljivega medija v notranjosti; povezava grelne žice in vodilne žice je ojačana, da se prepreči zlom in iskrenje zaradi toplotnega raztezanja in krčenja.
3. Izboljšana električna izolacija in tesnjenje
- Notranje izolacijsko polnilo (magnezijev oksid v prahu) mora biti visoke-čistosti, odporno na visoke-temperature in-vlago (čistost večja ali enaka 99,5 %), enakomerno stisnjeno, da se prepreči delna razelektritev in iskrenje zaradi slabe izolacije; izolacijska upornost med grelno žico in ohišjem mora biti večja ali enaka 100 MΩ pri 150 stopinjah in prestati preskus dielektrične trdnosti (500 V/1000 V AC za 1 minuto brez okvare).
- Izhod svinčene žice grelnika in razdelilne omarice imata več{1}}plastno tesnilno strukturo (ognjevarni spoj + protieksplozijsko-tesnilna uvodnica), tesnilni material pa je odporen na medij v okolju uporabe (npr. olje, kislina in alkalije); kabel, ki poteka skozi tesnilno uvodnico, mora biti namenski protieksplozijsko-odporen kabel, da se prepreči uhajanje plina skozi kabelsko režo.
- Vse električne povezave (ogrevalna žica, vodilna žica, terminal) so brez izpostavljenih kovinskih delov, priključni blok v razdelilni omarici pa je izdelan iz-ognjevarnega izolacijskega materiala (npr. keramike,-ognjevarnega PA66) s plazilno potjo in zračnostjo, ki ustrezata standardom-za zaščito pred eksplozijo.
4. Zanesljivi sistemi za zaščito pred pregrevanjem in napakami
Opremljen z več{0}}stopenjsko varnostno zaščito za pravočasno prekinitev napajanja, ko grelnik odpove, s čimer odpravi vire vžiga, ki jih povzroči pregrevanje ali električne napake:
- Dvojni nadzor temperature in zaščita pred pregrevanjem: namestite vgrajen-termični upor (PT100/PT1000) in termični izklop-(temperaturno varovalko) znotraj grelnika; toplotni upor omogoča spremljanje-temperature v realnem času in samodejni nadzor temperature, termični-izklop (enkrat-/ponastavljiv) pa takoj prekine napajanje, ko površinska temperatura preseže varnostno mejo.
- Zaščita pred preobremenitvijo in kratkim{1}}tokokrogom: Zunanji tokokrog je opremljen z -odpornim odklopnikom tokokroga in termičnim relejem, ki se hitro sproži, ko tok preseže nazivno vrednost, ter preprečuje iskrenje in pregrevanje zaradi preobremenitve/kratkega stika.
- Zanesljiva zasnova ozemljitve: ohišje grelnika in razdelilna omarica sta opremljena z namenskimi ozemljitvenimi sponkami,-odpornimi proti eksploziji (označene s simbolom za ozemljitev), ozemljitveni vijak je proti-zrahljan (z vzmetno podložko), upor ozemljitve pa je manjši ali enak 4 Ω, da se prepreči kopičenje statične elektrike in iskrenje zaradi uhajanja.
5. Izbira materiala za-odpornost proti eksplozijam in okoljsko prilagodljivost
- Material ohišja: izberite visoko{1}}trdne, korozijsko-odporne in visoko-temperaturno odporne kovinske materiale (316L nerjaveče jeklo je glavna izbira; ogljikovo jeklo z epoksi proti-korozijskim premazom za ne-korozivna okolja; titanova zlitina za močno korozivna okolja). Material mora imeti dobro varljivost in obdelovalnost, da se zagotovi celovitost ognjevarne strukture.
- Material grelnega elementa: uporabite nikljevo-kromovo zlitino (Cr20Ni80/Cr15Ni60) s stabilno visoko{6}}temperaturno zmogljivostjo in enakomernim ustvarjanjem toplote, s čimer se izognete lokalnemu pregrevanju zaradi neenakomerne odpornosti; grelna žica je pritrjena s keramičnimi nosilci, da se prepreči premik in stik z lupino (kratek stik) zaradi toplotnega raztezanja in krčenja.
- Pomožni materiali: Vsi izolacijski, tesnilni in polnilni materiali so-odporni proti ognju, odporni na-visoke-temperature in ne-hlapljivi (brez sproščanja škodljivih plinov pri visokih temperaturah); notranje ožičenje razdelilne omarice uporablja visoko{4}}temperaturno odporno eksplozijsko-žico (s fluoroplastično izolacijo), da se prepreči staranje in razpoke izolacije.
6. Strukturna zasnova za zaščito pred-mehanskimi poškodbami in odpornost na prah/vodo
- Telo cevi grelnika nima ostrih robov ali robov, priključna omarica pa je zasnovana z zaščitnim pokrovom, ki preprečuje mehanske poškodbe (npr. trčenje, iztiskanje) ognjevarne strukture in tesnilnih delov, kar lahko povzroči izgubo učinkovitosti zaščite pred eksplozijo-.
- Celotna stopnja zaščite grelnika je vsaj IP65 (odporen na prah in vodni curek); za zunanja ali mokra okolja, -odporna na eksplozije, je nadgrajen na IP66/IP67, da prepreči vdor vode in prahu v notranjost ter povzroči električne napake.
II. Standardi in sistemi certificiranja-odpornosti proti eksploziji
Kartušni grelniki za aplikacije,-odporne proti eksploziji, morajo prestati certificiranje uradnih/avtoritativnih-institucij za testiranje tretjih oseb, izdelek pa je označen s certifikacijsko oznako-za zaščito pred eksplozijami, razredom in kodo; glavni globalni certifikacijski standardi-za zaščito pred eksplozijami so naslednji, certificiranje pa je obvezno za izdelke, ki se prodajajo v ustreznih regijah/državah.
1. Kitajski nacionalni standard: serija GB 3836
Obvezni standard za protieksplozijsko-varno električno opremo na Kitajskem, enakovreden seriji IEC 60079, in temeljna podlaga za domače potrdilo o-varnosti proti eksplozijam:
- GB 3836.1: Splošne zahteve za protieksplozijsko{2}}električno opremo za eksplozivne plinske atmosfere.
- GB 3836.2: Ognjevarni tip "d" za eksplozivne plinske atmosfere (ključni standard za načrtovanje ognjevarnih struktur).
- GB 3836.3: Povečana varnost tipa "e" za eksplozivne plinske atmosfere (ključni standard za povečano varnostno konstrukcijo).
- Serija GB 12476: Standardi za eksplozijsko-odporno električno opremo za gorljive prašne atmosfere (velja za scenarije,-odporne na eksplozijo prahu).
- Certifikacijski organ: CQST (Chongqing Special Equipment Inspection and Research Institute), NEPSI (Šanghajski raziskovalni inštitut za električne aparate) in druge nacionalne pooblaščene in-inštitucije za preskušanje odpornosti proti eksploziji; certificiran izdelek je označen z oznako za -eksplozijsko zaščito CNEx.
2. Standard EU: Direktiva ATEX 2014/34/EU
Obvezna direktiva za opremo,-odporno proti eksplozijam na trgu EU, ki velja za vso električno/mehansko opremo, ki se uporablja v eksplozivnih okoljih v EU:
- Nevarna območja razdelite na plin (cona 0/1/2) in prah (cona 20/21/22), izdelek pa mora biti označen z oznako ATEX (Ex + eksplozijsko-odporni tip + cona + temperaturni razred, npr. Ex d IIB T4 Gb).
- Od proizvajalca zahtevajte, da vzpostavi sistem vodenja kakovosti (QMS), skladen z zahtevami ATEX, zasnova in proizvodnja izdelka pa sta predmet strogega nadzora kakovosti.
- Certificiranje velja za celoten trg EU, inštitucije za testiranje pa so priglašeni organi, ki jih priznava EU (npr. SGS, TÜV, Bureau Veritas).
3. Mednarodni standard: certifikacijski sistem IECEx
Mednarodni sistem certificiranja proti-eksplozivne zaščite, ki ga je oblikovala IEC (Mednarodna elektrotehnična komisija), z medsebojnim priznavanjem med državami članicami (Kitajska, EU, ZDA, Avstralija itd.), je globalni univerzalni certifikat-za zaščito pred eksplozijami:
- Na podlagi standardov serije IEC 60079 (plin) in IEC 61241 (prah) je postopek certificiranja skladen z mednarodnimi standardi, izdelek pa je označen z oznako IECEx.
- Certificiran izdelek je mogoče prodajati v vseh državah članicah IECEx brez ponovnega testiranja in certificiranja, kar je prednostno certificiranje za izvozno-izdelke.
4. Standard ZDA: Odobritev UL 1203 / FM
Glavni standardi certificiranja -zaščite pred eksplozijami na severnoameriškem trgu (ZDA, Kanada) s strogimi zahtevami glede testiranja:
- UL 1203: Standard za električno opremo,-odporno proti-in prahu{3}}vžigu-za nevarne lokacije (zajema zaščito pred eksplozijo-plina in prahu).
- Odobritev FM: certifikat FM Global za-odpornost na eksplozije, splošno priznan v petrokemični, naftni in plinski industriji v Severni Ameriki, s poudarkom na zanesljivosti izdelkov in požarni varnosti.
- Certificiran izdelek je označen z oznako UL/FM za-odpornost proti eksploziji, zasnova pa mora izpolnjevati zahteve glede električne varnosti ameriškega nacionalnega električnega kodeksa (NEC).
5. Drugi regionalni standardi
- Rusija: Certifikat GOST-R (temelji na seriji IEC 60079, z lokalnimi zahtevami za prilagajanje).
- Avstralija/Nova Zelandija: serija AS/NZS 60079 (usklajeno z IECEx, vzajemno priznavanje certifikata IECEx).
- Japonska: Serija JIS C 0901 (standard-za zaščito pred eksplozijo za električno opremo, ki velja za japonski trg).
III. Označevanje ključev in zahteve za uporabo
1. Oznaka -varnosti proti eksploziji: ohišje grelnika in tablica z imenom morata biti označena z jasnimi, neizbrisnimi oznakami -varnosti proti eksploziji, vključno z vrsto-varnosti proti eksploziji, nevarnim območjem, temperaturnim razredom, certifikacijsko oznako, informacijami proizvajalca in modelom izdelka (npr. Ex d IIB T3 Gb CNEx25.0001, ATEX Ex e IIC T4 Db).
2. Zahteve za tablico z imenom: tablica z imenom je narejena iz kovinskega-odpornega kovinskega materiala, trdno pritrjena, vsebina pa je jasna in čitljiva; vključuje tudi nazivno moč, napetost, površinsko temperaturo in druge ključne parametre.
3. Namestitev in uporaba: Namestitev mora biti v skladu s konstrukcijskimi zahtevami za -varnost pred eksplozijo (npr. ognjevarnega spoja ni dovoljeno spreminjati ali poškodovati, tesnilna uvodnica se ujema z navedenim premerom kabla), vzdrževanje pa je treba izvajati v ne{4}}nevarnem okolju, da se izognete poškodbam konstrukcije, -odporne proti eksploziji.
4. Odobritev tipa: Certifikat proti-eksplozijske zaščite je za posebne modele in oblike izdelkov; kakršna koli sprememba strukture, materiala ali parametrov grelnika (npr. moč, površinska obremenitev) zahteva ponovno -certificiranje in testiranje.
IV. Temeljni sklep
Kartušni grelniki, ki se uporabljajo v primerih, -zaščitenih od eksplozij, morajo imeti za glavni cilj zasnove odstranitev in izolacijo virov vžiga ter izpolnjevati zahteve nadzora površinske temperature, strukture,-odporne proti eksploziji, izboljšane izolacije/tesnitve in več-nivojske varnostne zaščite. Ognjevarni tip (Ex d) je primeren za nevarna območja z visokim-tveganjem (cona 1/21), tip povečane varnosti (Ex e) pa je primeren za območja z nizkim{7}}tveganjem (cona 2/22); za scenarije,{10}}odporne na eksplozijo prahu, mora biti skladen tudi z namensko zasnovo in standardi{11}}za zaščito pred eksplozijo prahu.
Kar zadeva certificiranje, mora izdelek pridobiti ustrezen uradni certifikat za-odpornost proti eksploziji v skladu s prodajnim trgom (GB 3836 za Kitajsko, ATEX za EU, IECEx za globalno, UL/FM za Severno Ameriko), oznaka-za odpornost proti eksploziji in ključni parametri pa morajo biti jasno označeni. Samo kartušni grelec, ki izpolnjuje zgoraj navedene posebne konstrukcijske zahteve in je opravil uradno potrdilo, se lahko varno uporablja v eksplozivno nevarnih okoljih, kar učinkovito preprečuje nesreče z eksplozijo, ki jo povzroči električna grelna oprema.
