Требования к выполнению электрической части систем автоматизации во взрыво- и пожароопасных зонах
Лекция 18
18.1 Общие сведения
18.1.1 Классификация взрывопожароопасных зон
Взрывоопасная зона – это помещение или ограниченное пространство в помещении и наружной установке, в которых имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси.
Правила устанавливают следующие классы взрывоопасных зон.
Зоны класса B-I – зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и обладающие такими свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы, например при загрузке или разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании ЛВЖ, находящихся в открытых емкостях, и т. д.
Зоны класса В-Ia – зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей.
Зоны класса В-1б – зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей. К зонам класса B-I6, например, относятся:
· зоны, в которых имеются горючие газы, обладающие высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15% и более) и резким запахом при предельно допустимых концентрациях по ГОСТ 12.1.005–76 (например, машинные залы аммиачных компрессорных и холодильных абсорбционных установок);
· помещения производств, связанных с обращением газообразного водорода, в которых по условиям технологического процесса исключается образование взрывоопасной смеси в объеме, превышающем 5% свободного объема помещения, и имеется взрывоопасная зона только в верхней части помещения. Взрывоопасная зона в данном случае условно принимается от отметки 0,75 общей высоты помещения, считая от уровня пола, но не выше подкранового пути, если он имеется (например, помещения электролиза воды, зарядные станции); указанное не распространяется на электромашинные помещения турбогенераторов с водородным охлаждением, если эти помещения оборудованы вытяжной вентиляцией с естественным побуждением ;
· лабораторные и другие помещения, в которых горючие газы и ЛВЖ имеются в зоне в небольших количествах, недостаточных для создания в зоне взрывоопасной смеси, превышающей 5% свободного объема помещения, и работа с горючими газами и ЛВЖ производится без применения открытого пламени; эти зоны не относятся к взрывоопасным, если работа в них производится в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами.
Зоны класса В-1г – пространства у наружных технологических установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ (за исключением наружных аммиачных компрессорных установок); у наземных и подземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеры); у эстакад для слива и налива ЛВЖ; у открытых нефтеловушек, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой и т. д.; у проемов за наружными ограждающими конструкциями помещений с взрывоопасными зонами классов B-I, B-Ia, B-II (исключение – проемы окон, заполненные стеклоблоками); у наружных ограждающих конструкций, если на них расположены устройства для выброса воздуха систем вытяжной вентиляции из помещений, с взрывоопасными зонами всех классов или если они находятся в пределах наружной взрывоопасной зоны; у предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами и ЛВЖ.
Взрывоопасная зона в наружных установках устанавливается в пределах:
до 0,5 м по горизонтали и вертикали от проемов за наружными ограждающими конструкциями помещений с взрывоопасными зонами классов B-I, B-Ia, B-II;
до 3 м по горизонтали и вертикали от закрытого технологического аппарата, содержащего горючие газы или ЛВЖ; от вытяжного вентилятора, установленного снаружи (на улице) и обслуживающего помещения с взрывоопасными зонами любого класса;
до 5 м по горизонтали и вертикали от устройств для выброса из предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов горючих газов или ЛВЖ; от расположенных на ограждающих конструкциях зданий устройств для выброса воздуха из систем вытяжной вентиляции помещений с взрывоопасными зонами любого класса;
до 8 м по горизонтали и вертикали от резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдерами); при наличии обвалования – в пределах всей площади внутри обвалования;
до 20 м по горизонтали и вертикали от места открытого слива и налива для эстакад с открытым сливом и наливом ЛВЖ; эстакады с закрытыми сливно-наливными устройствами, эстакады и опоры под трубопроводы для горючих газов и ЛВЖ не относятся к взрывоопасным, за исключением зон до 3 м по горизонтали и вертикали от запорной арматуры и фланцевых соединений трубопроводов, в пределах которых электрооборудование должно быть взрывозащищенным для соответствующей категории и группы взрывоопасной смеси (зоны).
Зоны класса В-II – зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна в таком количестве и обладающие такими свойствами, что они способны образовать взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке и разгрузке технологических аппаратов).
Зоны класса В-IIа – зоны, расположенные в помещениях, в которых опасные состояния, указанные для зон класса В-II, не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварий или неисправностей.
К невзрывоопасным зонам (в части выбора электрооборудования) относятся:
1) зоны в помещениях или наружных установках, находящиеся на расстоянии до 5 м по горизонтали и вертикали от аппарата, в котором имеются или могут возникнуть взрывоопасные смеси, но технологический процесс, в котором идет с применением открытого огня, либо в аппарате имеются раскаленные части или поверхности, нагретые до температуры самовоспламенения горючих газов, паров ЛВЖ, горючих пылей или волокон. За пределами 5-метровой зоны классификация зон помещений или наружных установок устанавливается в зависимости от характера технологического процесса;
2) зоны в помещениях или наружных установках, в которых твердые, жидкие и газообразные вещества сжигаются в качестве топлива или утилизируются путем сжигания. Однако в помещениях котельных, встроенных в здания и работающих на газообразном или жидком топливе с температурой вспышки 61 °C и ниже, электродвигатели вентиляторов, включаемые перед началом работы котельной установки, их пускатели, включатели и другая аппаратура и приборы, установленные внутри помещения, должны быть взрывозащищенными, соответствующими категории и группе взрывоопасной смеси.
Электрическая проводка к вентиляционному электрооборудованию, приборам и аппаратам должна также соответствовать классу взрывоопасной зоны.
Для пожароопасных установок (в помещениях и наружных) ПУЭ введено понятие «пожароопасная зона».
Пожароопасная зона – это пространство внутри и вне помещения, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие (сгораемые) вещества и в котором они могут находиться в условиях нормального технологического процесса или при его нарушениях.
Пожароопасные зоны подразделяются на следующие классы.
Зоны класса II-I – зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °С.
Зоны класса П-II – зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие пыль или волокна с нижним концентрационным пределом воспламенения более 65 г/м3 к объему воздуха.
Зоны класса П-IIа – зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые или волокнистые горючие вещества.
Зоны класса П-III – зоны, расположенные вне помещений, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °С или твердые горючие вещества.
Вопросу правильной классификации взрывоопасных и пожароопасных зон должно уделяться исключительное внимание.
От правильной классификации взрыво- и пожароопасных зон зависит, с одной стороны, безаварийная работа установки (технологического процесса), а с другой – капитальные затраты на ее сооружение. Последнее особенно сказывается во взрывоопасных установках.
Приведенная выше классификация взрыво- и пожароопасных зон различных производств предусмотрена ПУЭ для выбора электрического оборудования, приборов, аппаратов, способов выполнения электропроводок, устанавливаемых и прокладываемых в пределах этих зон.
Помимо этой классификации Строительные нормы и правила, в частности СНиП II-90-81 «Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проектирования», подразделяют производства, где обращаются вещества и материалы, при переработке, применении, производстве, обработке, хранении которых возможны выделения взрыво- и пожароопасных газов, паров и пылей, на взрывоопасные, взрыво- и пожароопасные шести категорий: А, Б, В, Г, Д, Е.
Взрыво- и пожароопасные производства категории А – производства, в которых обращаются: горючие газы, нижний предел взрываемости которых 10% и менее к объему воздуха; жидкости с температурой вспышки паров до 20 °С включительно при условии, что указанные газы и жидкости могут образовать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5 % объема помещения; вещества, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом.
Взрыво- и пожароопасные производства категории Б – производства, в которых обращаются: горючие газы, нижний предел взрываемости которых более 10% к объему воздуха; жидкости с температурой вспышки паров выше 20 и до 61 °С включительно; жидкости, нагретые в условиях производства до температуры вспышки и выше; горючие пыли или волокна, нижний предел взрываемости которых 65 г/м3 и менее к объему воздуха, при условии, что указанные газы, жидкости и пыли могут образовать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5 % объема помещения.
Пожароопасные производства категории В– производства, в которых обращаются: жидкости с температурой вспышки паров выше 61°С; горючие пыли или волокна, нижний предел взрываемости которых более 65 г/м3 к объему воздуха; вещества, способные только гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом; твердые сгораемые вещества и материалы.
Производства категории Г – производства, в которых обращаются: несгораемые вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; твердые, жидкие и газообразные вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.
Производства категории Д – производства, в которых обращаются несгораемые вещества и материалы в холодном состоянии.
Взрывоопасные производства категории Е – производства, в которых обращаются газы без жидкой фазы и взрывоопасной пыли в таком количестве, что они могут образовать взрывоопасные смеси в объеме, превышающем 5% объема помещения, и в которых по условиям технологического процесса возможен только взрыв (без последующего горения); вещества, способные взрываться (без последующего горения) при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом.
В ПУЭ дана связь между классификацией взрыво- и пожароопасных производств по ПУЭ и по СНиП.
Так, в ПУЭ имеется указание на то, что в помещениях с производствами категорий А, Б и Е приборы и аппараты должны выбираться в соответствии с требованиями гл. 7.3 ПУЭ к электроустановкам во взрывоопасных зонах соответствующих классов, а в помещениях с производствами (складами) категории В – требованиями гл. 7.4 ПУЭ к электроустановкам в пожароопасных зонах соответствующих классов.
Таким образом, с установлением связи: между классификациями ПУЭ и СНиП решение вопроса определения классов взрывоопасных зон для выбора электрического оборудования, приборов, аппаратов значительно упрощается.
18.1.2 Классификация и маркировка взрывозащищенного электрооборудования
Во взрывоопасных зонах производственных помещений и наружных установок применяются взрывозащищенные исполнения приборов, аппаратов и других средств автоматизации.
Классификация и маркировка взрывозащищенного электрооборудования по ГОСТ 12.2.020 – 76. По указанному стандарту взрывозащищенное электрооборудование классифицируется по уровням и видам взрывозащиты, группам и температурным классам.
Под взрывозащитной понимаются специальные конструктивные средства и меры, которые обеспечивают невоспламенение окружающей взрывоопасной газо-, паро-, пылевоздушной смеси от электрических искр, дуг, пламени и нагретых частей электрооборудования.
Уровень взрывозащиты – это степень взрывозащиты электрооборудования при установленных нормативными документами условиях; вид взрывозащиты – совокупность средств взрывозащиты электро-оборудования, установленная нормативными документами.
Установлены следующие три уровня взрывозащиты: электрооборудование повышенной надежности против взрыва, взрывобезопасное электрооборудование и особовзрывобезопасное электрооборудование.
По видам взрывозащиты электрооборудование подразделяется на семь видов:
с взрывонепроницаемой оболочкой, выдерживающей давление взрыва внутри ее и предотвращающей распространение взрыва из оболочки в окружающую взрывоопасную среду; условный знак этого вида взрывозащиты в маркировке электрооборудования – буква d;
с искробезопасной электрической цепью, выполненной таким образом, что электрический разряд или ее нагрев не может воспламенить взрывоопасную среду при предписанных условиях испытания; условный знак – буква i;
с защитой вида е, заключающейся в том, что в электрооборудования или его части, не имеющем нормально искрящихся элементов, принят ряд мер дополнительно к используемым в электрооборудовании общего назначения, затрудняющих появление опасных нагревов, электрических искр и дуг; условный знак – буква е;
с заполнением или продувкой оболочки под избыточным давлением, осуществляемым чистым воздухом или инертным газом; условный знак – буква р;
с масляным заполнением оболочки, осуществляемым маслом или жидким негорючим диэлектриком; условный знак – буква о;
с кварцевым заполнением оболочки; условный знак – буква q;
со специальным видом взрывозащиты, основанным на принципах иных, чем перечисленные выше виды взрывозащиты, но признанным достаточным для обеспечения взрывозащиты; условный знак – буква s.
Подразделение взрывозащищенного электрооборудования по группам производится в зависимости от области его применения. Предусмотрено две группы: группа I – рудничное взрывозащищенное электрооборудование, предназначенное для подземных выработок шахт и рудников, опасных по газу или пыли, и группа II – взрывозащищенное электрооборудование для внутренней и наружной установок (кроме рудничного взрывозащищенного).
Электрооборудование группы II используется в системах автоматизации технологических процессов взрывоопасных производств.
В свою очередь, электрооборудование группы II, имеющее виды взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка» и (или) «Искробезопасная электрическая цепь», подразделяется на три группы: IIА, IIB, IIС, соответствующие категориям взрывоопасных смесей по ГОСТ 12.1.011-78.
Согласно ГОСТ 12.1.011–78 все взрывоопасные смеси классифицируются по категориям и группам.
Категория взрывоопасной смеси устанавливается в зависимости от размера безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ – максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе) согласно таблице 18.1.
Таблица 18.1 – Категории взрывоопасных смесей
| Категория и наименование взрывоопасных смесей | Значение БЭМЗ, мм |
| I Рудничный метан | Более 1,0 |
| II Промышленный газы и пары: IIА IIВ IIС | Более 0,9 0,5-0,9 до 0,5 |
Взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на группы в зависимости от температуры самовоспламенения согласно таблице 18.2.
Таблица 18.2 – Группы взрывоопасных смесей
| Группа взрывоопасной смеси | Температура самовоспламенения, 0С |
| Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6 | Более 450 300-450 200-300 135-200 100-135 85-100 |
Группы, подгруппы и температурные классы электрооборудования, их условные знаки в маркировке и соответствующие категории и группы взрывоопасных смесей, для которых это электрооборудование является взрывозащищенным, даны в таблица 18.3, 18.4.
Таблица 18.3 – Группы и подгруппы взрывозащищенного электрооборудования
| Знак группы электрооборудования в маркировке | Знак подгруппы электрооборудования в маркировке | Категория взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным |
| II - - - | - IIА IIВ IIС | IIA IIB IIC IIA IIA IIB IIA IIB IIC |
Маркировка взрывозащищенного электрооборудования образуется последовательной записью (в одну строку) соответствующих знаков, располагаемых в прямоугольнике.
На первом месте – знак уровня взрывозащиты: 2 – для электрооборудования повышенной надежности против взрыва; 1 – для взрывобезопасного электрооборудования ; 0 – для особовзрывобезопасного электрооборудования.
На втором месте – знак Ех, указывающий на то, что электрооборудование соответствует ГОСТ 12.2.020-76 и стандартам на виды взрывозащиты.
Таблица 18.4 – Температурные классы взрывозащищенного электрооборудования
| Знак температурного класса электрооборудования | Предельная температура, 0С | Группа взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным |
| Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6 | Т1 Т1,Т2 Т1,Т2,Т3 Т1,Т2,Т3,Т4 Т1,Т2,Т3,Т4,Т5 Т1,Т2,Т3,Т4,Т5,Т6 |
На третьем месте – знак вида взрывозащиты : d – взрывонепроницаемая оболочка; i – искробезопасная электрическая цепь; е – защита вида е; о – масляное заполнение оболочки; р – заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением; q – кварцевое заполнение оболочки; s – специальный вид взрывозащиты.
На четвертом месте – знак группы или подгруппы электрооборудования: II – для электрооборудования, не подразделяющегося на подгруппы; IIА, IIВ, IIС – для электрооборудования, подразделяющегося на подгруппы (указывается один из знаков).
На пятом месте – знак температурного класса электрооборудования по таблице 18.4.
Таким образом, маркировка электрооборудования 
расшифровывается следующим образом: знак 1 указывает на то, что это электрооборудование имеет уровень взрывозащиты «Взрывобезопасное электрооборудование»; знак Ех – соответствие ГОСТ 12.2.020-76; знак d – вид взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка»; знак IIА – электрооборудование подгруппы IIА; знак ТЗ – электрооборудование температурного класса ТЗ.
В маркировке взрывозащищенного электрооборудования могут быть дополнительные знаки и надписи, если они предусмотрены стандартами на электрооборудование с отдельными видами взрывозащиты.
В таблице 18.5 приведены примеры маркировки взрывозащищенного электрооборудования по ГОСТ 12.2.020-76.
Таблица 18.5 – Примеры маркировки взрывозащищенного электрооборудования по ГОСТ 12.2.020-76
| Уровень взрывозащиты электрооборудования | Вид взрывозащиты | Группа (подгруппа) температурный класс электрооборудования | Маркировка |
| Повышенной надежности против взрыва | Защита вида е | Группа II, температурный класс Т6 |  |
| То же | Защита вида е и взрывонепроницаемая оболочка | Подгруппа IIВ, температурный класс Т3 |  |
| » » | Искробезопасная электрическая цепь | Подгруппа IIС, температурный класс Т6 |  |
| » » | Продувка оболочки под избыточным давлением | Группа II, температурный класс Т6 |  |
| » » | Взрывонепронецаемая оболочка и искробезопасная электрическая цепь | Группа IIВ, температурный класс Т5 |  |
| Взрывобезопасное | Взрывонепронецаемая оболочка | Подгруппа IIА, температурный класс Т3 |  |
| То же | Искробезопасная электрическая цепь | Подгруппа IIС, температурный класс Т6 |  |
| » » | Заполнение оболочки под избыточным давлением | Группа II, температурный класс Т6 |  |
| » » | Масляное заполнение | То же |  |
| » » | Кварцевое заполнение | » » |  |
| » » | Специальный | » » |  |
| Взрывобезопасное | Специальный и взрывонепронецаемая оболочка | Подгруппа IIА, температурный класс Т6 |  |
| То же | Специальный, искробезопасная электрическая цепь и взрывонепронецаемая оболочка | Подгруппа IIВ, температурный класс Т4 |  |
| Особовзрывобезопасное | Искробезопасная электрическая цепь | Подгруппа IIС, температурный класс Т6 |  |
| То же | Искробезопасная электрическая цепь и взрывонепронецаемая оболочка | Подгруппа IIА, температурный класс Т6 |  |
| » » | Специальный и искробезопасная электрическая цепь | Подгруппа IIС, температурный класс Т4 |  |
| » » | Специальный | Группа II, температурный класс Т4 |  |
18.2 Выбор средств измерения и автоматизации
Электрические аппараты, приборы и другие средства автоматизации во всех случаях следует стремиться выносить за пределы взрыво- и пожароопасных зон, если это допустимо по условиям эксплуатации и не влечет за собой неоправданных затрат.
В случае необходимости установки приборов, аппаратов и других средств автоматизации во взрывоопасных зонах должны быть выполнены требования, приведенные в гл. 7.3 ПУЭ, а сами приборы и аппараты, вносимые во взрывоопасные зоны, должны удовлетворять требованиям действующих стандартов на изготовление взрывозащищенного электрооборудования.
При необходимости установки приборов, аппаратов и других средств автоматизации в пожароопасных зонах должны быть выполнены требования гл. 7.4 ПУЭ.