معرفی کامل انواع حفاظت ضدانفجار و تفاوت روشهای Ex
Ex مجموعهای از روشهای حفاظت تجهیزات در محیطهای مستعد انفجار است. انواع اصلی آن شامل Ex d، Ex e، Ex i، Ex p، Ex m، Ex q، Ex o، Ex t و سایر روشهاست که هرکدام با فلسفه متفاوتی خطر اشتعال را کنترل میکنند. برای انتخاب صحیح تجهیز Ex باید Zone، EPL، Gas یا Dust Group، Temperature Class، نوع حفاظت، Ambient Temperature، Certificate، Cable Gland و شرایط نصب بررسی شوند. وجود عبارت Ex یا Explosion Proof بهتنهایی برای انتخاب یک تجهیز کافی نیست.
در بسیاری از صنایع، تجهیزات الکتریکی و ابزار دقیق در محیطهایی نصب میشوند که احتمال حضور گاز، بخار، مه یا گردوغبار قابل اشتعال وجود دارد.
پالایشگاهها، صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، سکوهای حفاری، صنایع شیمیایی، کارخانههای رنگ و رزین، سیلوها، صنایع غذایی، واحدهای هیدروژن و بسیاری از تأسیسات فرآیندی نمونههایی از محیطهایی هستند که ممکن است نیاز به تجهیزات مخصوص مناطق خطرناک داشته باشند.
در چنین محیطی، وجود یک تجهیز الکتریکی معمولی میتواند خطرناک باشد؛ زیرا تجهیز ممکن است در اثر عملکرد طبیعی یا خرابی، منبع اشتعال ایجاد کند.
این منبع اشتعال میتواند شامل موارد زیر باشد:
جرقه الکتریکی
قوس یا Arc
سطح داغ
اتصال کوتاه
گرمشدن بیش از حد سیم یا موتور
تخلیه الکترواستاتیکی
جرقه مکانیکی
اصطکاک
انرژی نوری
یا خرابی یک قطعه الکترونیکی
باشد.
به همین دلیل مجموعهای از روشهای مهندسی با عنوان Explosion Protection توسعه پیدا کردهاند که معمولاً با علامت Ex روی تجهیزات شناخته میشوند.
IECEx نیز Ex Area را محیطی معرفی میکند که در آن گازها، بخارات، مایعات قابل اشتعال یا گردوغبار و الیاف قابل احتراق میتوانند به مقداری وجود داشته باشند که خطر آتشسوزی یا انفجار ایجاد کنند.
Ex یعنی چه؟
علامت Ex نشان میدهد که تجهیز یا سیستم برای استفاده در اتمسفرهای انفجاری، بر اساس روشهای مشخص حفاظت، طراحی و ارزیابی شده است.
اما یک نکته بسیار مهم وجود دارد:
عبارت Ex بهتنهایی برای انتخاب تجهیز کافی نیست.
ممکن است دو تجهیز هر دو Ex باشند اما یکی:
Ex d
و دیگری:
Ex i
باشد و اساس عملکرد حفاظتی آنها کاملاً متفاوت باشد.
روشهای اصلی حفاظت در خانواده استاندارد IEC 60079 شامل Ex d، Ex p، Ex q، Ex o، Ex e، Ex i، Ex m، Ex t و چند روش دیگر است.
آیا Ex همان Explosion Proof است؟
این دو عبارت در مکالمات صنعتی گاهی به جای یکدیگر استفاده میشوند، اما از نظر فنی بهتر است آنها را کاملاً مترادف ندانیم.
Ex یک مفهوم گسترده است و انواع مختلف روشهای حفاظت در برابر انفجار را شامل میشود.
برای مثال:
Ex d → Flameproof
Ex e → Increased Safety
Ex i → Intrinsic Safety
Ex p → Pressurization
همگی Ex هستند، اما روش حفاظت آنها یکسان نیست.
پس اگر فروشندهای فقط بگوید:
«این دستگاه Explosion Proof است»
هنوز اطلاعات کافی برای انتخاب فنی تجهیز در اختیار نداریم.
Marking کامل و Certificate آن باید بررسی شود.
برای ایجاد انفجار چه شرایطی لازم است؟
در سادهترین مدل، برای وقوع احتراق سه عامل مطرح هستند:
ماده قابل اشتعال
اکسیژن
منبع اشتعال
این مفهوم با عنوان Fire Triangle شناخته میشود.
روشهای مختلف Ex اساساً تلاش میکنند مسیر رسیدن این سه عامل به یک شرایط خطرناک را کنترل کنند.
مثلاً:
Ex i انرژی را محدود میکند.
Ex e احتمال ایجاد منبع اشتعال را کاهش میدهد.
Ex d اجازه میدهد اشتعال داخلی در طراحی لحاظ شود، ولی مانع انتقال آن به محیط خارجی میشود.
Ex p مانع ورود اتمسفر خطرناک به داخل محفظه میشود.
Ex t مانع ایجاد شرایط اشتعال گردوغبار در اطراف تجهیز میشود.
همین تفاوت در فلسفه حفاظت، علت وجود انواع مختلف Ex است.
Hazardous Area چیست؟
Hazardous Area یا منطقه خطرناک، محلی است که احتمال تشکیل یک اتمسفر انفجاری در آن وجود دارد و به همین دلیل برای انتخاب، نصب و استفاده از تجهیزات باید اقدامات حفاظتی ویژهای در نظر گرفته شود.
اما شدت خطر در همه نقاط یک کارخانه یکسان نیست.
برای همین محیطها به Zoneهای مختلف تقسیم میشوند.
Zone Classification چیست؟
Zone Classification مشخص میکند که اتمسفر انفجاری:
چقدر احتمال دارد ایجاد شود؟
چند وقت یک بار ایجاد میشود؟
و اگر ایجاد شود، معمولاً چه مدت باقی میماند؟
این موضوع یکی از اولین اطلاعاتی است که قبل از انتخاب تجهیز Ex باید مشخص شود.
Zone 0 چیست؟
Zone 0 منطقهای است که اتمسفر انفجاری گازی:
بهطور مداوم،
برای مدت طولانی،
یا به دفعات زیاد
در آن وجود دارد.
بنابراین Zone 0 از نظر حضور اتمسفر انفجاری، شرایط بسیار سختی دارد.
Zone 1 چیست؟
Zone 1 منطقهای است که تشکیل اتمسفر انفجاری در شرایط عادی بهرهبرداری گاهی محتمل است.
بسیاری از تجهیزات مورد استفاده در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی در Zone 1 نصب میشوند.
Zone 2 چیست؟
در Zone 2 انتظار نمیرود اتمسفر انفجاری در شرایط عادی بهرهبرداری بهطور معمول ایجاد شود.
اما اگر تشکیل شود، معمولاً برای مدت کوتاهی باقی میماند.
Zoneهای مربوط به گردوغبار
برای محیطهای دارای گردوغبار قابل احتراق از Zoneهای دیگری استفاده میشود:
Zone 20
Zone 21
Zone 22
ساختار کلی آنها مشابه Zoneهای گازی است.
Zone 20
حضور مداوم، طولانی یا مکرر ابر گردوغبار قابل احتراق
Zone 21
احتمال تشکیل گردوغبار انفجاری در شرایط عادی
Zone 22
احتمال تشکیل کم و معمولاً برای مدت کوتاه
استاندارد IEC 60079-10-2 به طبقهبندی مناطق دارای گردوغبار انفجاری اختصاص دارد.
EPL چیست؟
EPL مخفف:
Equipment Protection Level
است.
EPL سطح حفاظت تجهیز را مشخص میکند.
در محیطهای گازی از:
Ga
Gb
Gc
استفاده میشود.
و در محیطهای Dust از:
Da
Db
Dc
استفاده میشود.
ارتباط Zone و EPL
بهصورت عمومی:
Zone 0
EPL: Ga
Zone 1
EPL: Gb یا سطح بالاتر
Zone 2
EPL: Gc یا سطح بالاتر
برای Dust:
Zone 20
EPL: Da
Zone 21
EPL: Db یا سطح بالاتر
Zone 22
EPL: Dc یا سطح بالاتر
ساختار انواع حفاظت نیز متناسب با EPL تغییر میکند؛ برای مثال Ex ia با Ga، Ex ib با Gb و Ex ic با Gc مرتبط است.
تفاوت Zone و EPL
خیلی ساده:
Zone = سطح خطر محیط
EPL = سطح حفاظت تجهیز
پس Zone ویژگی محیط است و EPL ویژگی تجهیز.
این دو را نباید با یکدیگر اشتباه گرفت.
Equipment Group چیست؟
در سیستم IEC تجهیزات Ex به گروههای اصلی تقسیم میشوند.
Group I
برای تجهیزات مورد استفاده در معادن مستعد Firedamp.
Group II
برای تجهیزات مورد استفاده در اتمسفرهای انفجاری گازی غیرمعدنی.
این گروه در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و پالایشگاه بسیار رایج است.
Group III
برای محیطهای دارای گردوغبار و الیاف قابل احتراق.
Gas Groupهای IIA، IIB و IIC چیست؟
Group II خود به سه زیرگروه تقسیم میشود:
IIA
IIB
IIC
این تقسیمبندی به ویژگیهای اشتعال گازها، از جمله پارامترهایی مانند MESG و Minimum Ignition Current/Energy مرتبط است.
بهصورت کلی:
IIA → الزامات سبکتر
IIB → سختگیرانهتر
IIC → سختگیرانهترین گروه در میان این سه
نمونههای رایج:
IIA → Propane
IIB → Ethylene
IIC → Hydrogen و Acetylene
این گروهبندی در منابع IECEx نیز به همین شکل معرفی شده است.
آیا تجهیز IIC برای IIB و IIA مناسب است؟
از نظر Gas Group، تجهیز دارای تأیید IIC سطح سختگیرانهتری را پوشش میدهد.
اما این به تنهایی کافی نیست.
هنوز باید موارد دیگری مانند:
Temperature Class
EPL
Zone
Ambient Temperature
نوع Protection
و Certificate
نیز با پروژه سازگار باشند.
یعنی صرفاً دیدن عبارت IIC نباید مبنای انتخاب نهایی باشد.
Dust Groupهای IIIA، IIIB و IIIC
در محیطهای Dust نیز Group III به زیرگروههایی تقسیم میشود.
IIIA
Combustible Flyings یا ذرات/الیاف قابل احتراق
IIIB
گردوغبار غیرهادی
IIIC
گردوغبار هادی
IECEx، IIIC را گروه مربوط به Conductive Dust و IIIB را Non-Conductive Dust معرفی میکند.
Temperature Class چیست؟
منبع اشتعال همیشه جرقه نیست.
گاهی تنها یک سطح داغ میتواند گاز قابل اشتعال را مشتعل کند.
به همین دلیل تجهیزات برای محیطهای گازی دارای Temperature Class هستند.
کلاسهای معروف:
T1
T2
T3
T4
T5
T6
حداکثر دمای سطح متناظر بهطور معمول:
T1 = 450°C
T2 = 300°C
T3 = 200°C
T4 = 135°C
T5 = 100°C
T6 = 85°C
نکته مهم:
هرچه عدد T بالاتر باشد، حداکثر دمای سطح مجاز پایینتر است.
یعنی T6 محدودیت حرارتی سختگیرانهتری از T4 دارد.
آیا Temperature Class همان دمای فرآیند است؟
خیر.
Temperature Class مربوط به حداکثر دمای سطح تجهیز در شرایط تعریفشده است.
این موضوع با Process Temperature یکی نیست.
ممکن است سیال فرآیندی دمای خاصی داشته باشد اما طراحی تجهیز، Housing، Sensor و شرایط محیطی روی Maximum Surface Temperature تأثیر متفاوتی داشته باشند.
برای Dust هم T1 تا T6 داریم؟
در Marking تجهیزات Dust معمولاً تمرکز روی Maximum Surface Temperature بر حسب °C است.
مثلاً ممکن است روی تجهیز چیزی شبیه:
T85°C
دیده شود.
پس نباید سیستم Temperature Class گازی را بدون بررسی به Dust تعمیم داد.
حالا انواع اصلی Ex را بشناسیم
این بخش مهمترین قسمت موضوع است؛ چون هر روش Ex یک فلسفه متفاوت برای جلوگیری از اشتعال دارد.
1. Ex d – Flameproof Enclosure
Ex d یکی از معروفترین روشهای حفاظت است.
نام کامل:
Flameproof Enclosure “d”
استاندارد اصلی آن IEC 60079-1 است.
فلسفه Ex d این نیست که بگوییم:
«داخل تجهیز هیچوقت انفجار اتفاق نمیافتد.»
بلکه طراحی بر این اساس انجام میشود که مخلوط قابل اشتعال ممکن است داخل Housing وارد شود و حتی مشتعل شود.
محفظه باید:
فشار انفجار داخلی را تحمل کند.
اجازه ندهد شعله به محیط خارجی منتقل شود.
و گازهای خروجی را قبل از رسیدن به محیط خارجی به شرایطی برساند که نتوانند اتمسفر اطراف را مشتعل کنند.
پس:
Ex d = مهار انفجار داخلی
Flamepath چیست؟
یکی از مهمترین مفاهیم Ex d، Flamepath است.
Flamepath مسیری با ابعاد کنترلشده بین قسمتهای محفظه است که گازهای داغ ناشی از احتراق هنگام عبور از آن حرارت خود را از دست میدهند.
در نتیجه شعله داخلی نباید بتواند اتمسفر بیرونی را مشتعل کند.
انواع Flamepath میتوانند شامل:
Flanged Joint
Cylindrical Joint
Threaded Joint
باشند.
به همین دلیل سطح Flamepath یک سطح مکانیکی معمولی نیست.
چرا Flamepath نباید دستکاری شود؟
مواردی مانند:
ماشینکاری غیرمجاز
سنبادهکاری شدید
خراش
خوردگی
تغییر Gap
تغییر رزوه
تغییر درپوش
میتوانند طراحی Flameproof را تحت تأثیر قرار دهند.
بنابراین تعمیر Ex d باید تخصصی باشد.
Ex da، Ex db و Ex dc چیست؟
بسته به سطح حفاظت ممکن است Markingهایی مانند:
Ex da
Ex db
Ex dc
دیده شوند.
IECEx این سطوح را به EPLهای مختلف مرتبط میکند:
Ex da → Ga
Ex db → Gb
Ex dc → Gc
Ex db یکی از Markingهایی است که زیاد روی تجهیزات صنعتی Zone 1 دیده میشود.
کاربردهای رایج Ex d
بسته به طراحی و Certification، Ex d را میتوان در تجهیزاتی مانند:
Pressure Transmitter
Temperature Transmitter
Flow Instrument
Switch
Actuator
Motor
Control Equipment
Local Indicator
و تجهیزات دارای قطعاتی که ممکن است Arc یا Spark تولید کنند
دید.
2. Ex e – Increased Safety
Ex e یعنی:
Increased Safety
استاندارد اصلی آن IEC 60079-7 است.
فلسفه این روش با Ex d متفاوت است.
در Ex e تلاش میشود تجهیز به شکلی طراحی شود که در شرایط مشخص، خطر ایجاد:
Spark
Arc
Hot Surface
اتصال ضعیف
یا خرابی عایقی
کاهش یابد.
پس:
Ex e = جلوگیری از ایجاد شرایط اشتعال از طریق افزایش ایمنی طراحی
مهمترین اصول Ex e
در Ex e موارد زیر اهمیت زیادی دارند:
کیفیت ترمینالها
اتصال صحیح سیمها
عایقکاری
Creepage Distance
Clearance
کنترل دمای قطعات
استحکام اتصال
Cable Gland
درجه حفاظت Enclosure
و جلوگیری از Loose Connection
Creepage و Clearance چیست؟
Clearance:
کوتاهترین فاصله هوایی بین دو قسمت هادی.
Creepage Distance:
کوتاهترین مسیر روی سطح عایق بین دو قسمت هادی.
کنترل این دو فاصله در کاهش احتمال Breakdown و Arc اهمیت زیادی دارد.
Ex eb و Ex ec
دو Marking بسیار رایج:
Ex eb
Ex ec
هستند.
Ex eb → EPL Gb
Ex ec → EPL Gc
بنابراین Ex eb با سطح حفاظت مناسب Zone 1 مرتبط است و Ex ec معمولاً در Zone 2 مطرح میشود.
کاربردهای رایج Ex e
Junction Box
Terminal Box
بعضی موتورها
بعضی Luminaireها
Connection Enclosure
و بخشهایی از تجهیزات ترکیبی Ex
3. Ex i – Intrinsic Safety
Ex i یکی از مهمترین روشهای حفاظت در Instrumentation است.
نام:
Intrinsic Safety
استاندارد اصلی:
IEC 60079-11
در Ex i به جای ساختن یک Housing بسیار سنگین، انرژی مدار محدود میشود.
هدف این است که انرژی الکتریکی و حرارتی موجود حتی در شرایط خطای تعریفشده برای ایجاد اشتعال کافی نباشد.
چه پارامترهایی در Ex i مهم هستند؟
Voltage
Current
Power
Capacitance
Inductance
Cable Parameters
و پارامترهای ورودی و خروجی تجهیز
باید بررسی شوند.
Ex ia، Ex ib و Ex ic
Ex ia → معمولاً EPL Ga
Ex ib → EPL Gb
Ex ic → EPL Gc
بنابراین Ex ia بالاترین سطح حفاظت در این خانواده را دارد.
Barrier در Ex i چیست؟
در بسیاری از Loopهای Intrinsically Safe، از:
Zener Barrier
یا
Galvanic Isolator
استفاده میشود.
Barrier میزان انرژی قابل انتقال به Hazardous Area را محدود میکند.
اما نکته بسیار مهم این است که فقط خود Barrier یا Transmitter نباید بررسی شود.
کل سیستم شامل:
Field Device
Barrier
Cable
Control System
و Entity Parameters
باید با یکدیگر سازگار باشند.
کاربرد رایج Ex i
Ex i یکی از روشهای بسیار رایج برای:
Pressure Transmitter
Temperature Transmitter
Level Transmitter
Flow Instrument
Positioner
Sensor
Switch
و سایر تجهیزات کمانرژی ابزار دقیق است.
4. Ex p – Pressurization
Ex p یعنی:
Pressurized Enclosure
استاندارد اصلی:
IEC 60079-2
در این روش فضای داخل محفظه با یک گاز محافظ در فشار بالاتر از محیط اطراف نگه داشته میشود.
در نتیجه گاز یا بخار قابل اشتعال نمیتواند به سادگی وارد Enclosure شود.
Purging چیست؟
در سیستم Ex p ممکن است قبل از Energizing تجهیز، داخل محفظه با هوای تمیز یا گاز محافظ Purge شود.
هدف:
خارج کردن اتمسفر خطرناک موجود در داخل محفظه.
سپس سیستم Pressurization فشار مثبت را حفظ میکند.
پس:
Purging = پاکسازی اولیه
Pressurization = حفظ فشار مثبت
انواع Ex p
برای گاز میتوان Markingهایی مانند:
Ex pxb
Ex pyb
Ex pzc
را مشاهده کرد.
IECEx این روشها را با EPLهای Gb و Gc مرتبط میکند.
کاربرد Ex p
Control Cabinet
Analyzer Cabinet
Large Electrical Panel
Process Analyzer
و تجهیزاتی که قرار دادن همه اجزای داخلی آنها در یک روش حفاظتی دیگر دشوار یا غیرعملی است.
5. Ex m – Encapsulation
Ex m یعنی:
Encapsulation
استاندارد اصلی:
IEC 60079-18
در این روش قطعاتی که میتوانند منبع اشتعال شوند در یک ماده محافظ Encapsulate میشوند.
هدف این است که منبع بالقوه اشتعال با اتمسفر انفجاری تماس نداشته باشد.
انواع Ex m
Ex ma
Ex mb
Ex mc
که با EPLهای مختلف مرتبط هستند.
کاربرد Ex m
Electronic Circuit
Coil
Sensor Module
Solenoid Components
Small Electronic Assemblies
6. Ex q – Powder Filling
Ex q به روش:
Powder Filling
اشاره دارد.
استاندارد اصلی:
IEC 60079-5
در این روش فضای اطراف اجزای الکتریکی با ماده پودری مخصوص پر میشود تا شرایط انتقال و ایجاد اشتعال کنترل شود.
در IECEx، Ex qb به EPL Gb مرتبط شده است.
این روش نسبت به Ex d، Ex e و Ex i کمتر در ابزار دقیق روزمره دیده میشود.
7. Ex o – Liquid Immersion
Ex o یا:
Liquid Immersion
بر اساس IEC 60079-6 است.
در این روش اجزایی که ممکن است ایجاد جرقه یا سطح داغ کنند در یک مایع محافظ قرار میگیرند.
به این ترتیب اتمسفر انفجاری خارجی از منبع اشتعال جدا میشود.
8. Ex t – Protection by Enclosure
Ex t یکی از مهمترین روشها برای گردوغبارهای قابل احتراق است.
استاندارد اصلی:
IEC 60079-31
در این روش:
ورود Dust به داخل Enclosure کنترل میشود.
دمای سطح تجهیز محدود میشود.
طراحی Housing و IP اهمیت پیدا میکند.
انواع Ex t
Ex ta
Ex tb
Ex tc
که به ترتیب با:
Da
Db
Dc
مرتبط هستند.
9. Ex op – حفاظت در برابر Optical Radiation
در برخی تجهیزات، خطر نه از یک سیم برق یا Contact، بلکه از انرژی نوری ایجاد میشود.
برای مثال:
Laser
Optical Sensor
Fiber Optic System
IEC 60079-28 حفاظت تجهیزات و سیستمهایی که از Optical Radiation استفاده میکنند را پوشش میدهد.
Markingهایی از خانواده Ex op ممکن است شامل روشهای:
op is
op pr
op sh
باشند.
10. Ex s – Special Protection
گاهی طراحی یک تجهیز دقیقاً در یکی از روشهای معمول حفاظت قرار نمیگیرد.
برای این شرایط مفهوم:
Special Protection “s”
وجود دارد.
استاندارد IEC 60079-33 مربوط به این روش است.
این نوع طراحی نیازمند ارزیابی تخصصی و Certification مناسب است و نباید آن را به معنی «هر روش دلخواه سازنده» در نظر گرفت.
11. Ex n چیست؟
Ex n را هنوز روی بسیاری از تجهیزات قدیمیتر یا موجود در صنایع مشاهده میکنیم.
این روش با تجهیزات Zone 2 ارتباط تاریخی مهمی داشته و IEC 60079-15 به Type of Protection “n” اختصاص دارد.
نمونه Markingهای قدیمی یا موجود:
Ex nA
Ex nC
Ex nR
اما ساختار استانداردها در طول زمان تغییر کرده و برخی مفاهیم قبلی به روشهای دیگری منتقل شدهاند.
به همین دلیل برای تجهیزات جدید، باید نسخه استاندارد و Certificate واقعی تجهیز بررسی شود، نه اینکه صرفاً بر اساس اطلاعات قدیمی Ex n انتخاب انجام شود.
12. Ex h و تجهیزات مکانیکی
خطر انفجار فقط از تجهیزات الکتریکی نیست.
یک تجهیز مکانیکی نیز میتواند از طریق:
اصطکاک
یاتاقان داغ
جرقه مکانیکی
افزایش دما
یا تخلیه الکترواستاتیکی
به منبع اشتعال تبدیل شود.
برای تجهیزات غیرالکتریکی، استانداردهای ISO 80079-36 و ISO 80079-37 اهمیت دارند. IECEx نیز این استانداردها را در حوزه تجهیزات Ex غیرالکتریکی معرفی میکند.
در این حوزه ممکن است Marking Ex h دیده شود.
نمونه تجهیزات:
Pump
Gearbox
Fan
Coupling
Agitator
Mechanical Drive
مقایسه کلی انواع Ex
نوع حفاظت: Ex d
نام: Flameproof Enclosure
فلسفه: مهار انفجار داخلی
عامل اصلی حفاظت: Housing و Flamepath
کاربرد رایج: تجهیزات الکتریکی و ابزار دقیق
نوع حفاظت: Ex e
نام: Increased Safety
فلسفه: کاهش احتمال ایجاد منبع اشتعال
عامل اصلی حفاظت: طراحی ترمینال، عایق، Clearance، Creepage و دما
کاربرد رایج: Junction Box، Terminal Box، موتور و اجزای مناسب
نوع حفاظت: Ex i
نام: Intrinsic Safety
فلسفه: محدود کردن انرژی
عامل اصلی حفاظت: Voltage، Current، Power، Capacitance و Inductance
کاربرد رایج: Instrumentation و Sensor
نوع حفاظت: Ex p
نام: Pressurization
فلسفه: جلوگیری از ورود اتمسفر خطرناک
عامل اصلی حفاظت: Purging و Positive Pressure
کاربرد رایج: Panel و Analyzer Cabinet
نوع حفاظت: Ex m
نام: Encapsulation
فلسفه: جداسازی منبع اشتعال
عامل اصلی حفاظت: Encapsulating Material
کاربرد رایج: Coil و Electronic Module
نوع حفاظت: Ex q
نام: Powder Filling
فلسفه: کنترل انتشار اشتعال
عامل اصلی حفاظت: Powder Filling
کاربرد رایج: تجهیزات خاص الکتریکی
نوع حفاظت: Ex o
نام: Liquid Immersion
فلسفه: جداسازی منبع اشتعال
عامل اصلی حفاظت: Protective Liquid
کاربرد رایج: تجهیزات خاص
نوع حفاظت: Ex t
نام: Protection by Enclosure
فلسفه: جلوگیری از اشتعال Dust
عامل اصلی حفاظت: Enclosure و Surface Temperature
کاربرد رایج: محیطهای دارای Dust
نوع حفاظت: Ex op
نام: Optical Radiation Protection
فلسفه: کنترل انرژی نوری
کاربرد رایج: Laser و Fiber Optic
نوع حفاظت: Ex s
نام: Special Protection
فلسفه: طراحی حفاظتی خاص و ارزیابیشده
نوع حفاظت: Ex h
فلسفه: کنترل منابع اشتعال تجهیزات غیرالکتریکی
کاربرد رایج: Pump، Fan، Gearbox و تجهیزات مکانیکی
کدام نوع Ex بهتر است؟
هیچکدام بهطور مطلق بهتر نیست.
این یکی از مهمترین نکات مقاله است.
مثلاً:
Ex d «بهتر» از Ex i نیست.
Ex i «بهتر» از Ex e نیست.
هرکدام یک Protection Concept متفاوت هستند.
انتخاب باید بر اساس:
نوع تجهیز
Zone
EPL
نوع ماده خطرناک
Gas/Dust Group
Temperature
فرآیند
و الزامات پروژه
انجام شود.
کدام Ex برای چه تجهیزی رایجتر است؟
برای Transmitter و Sensor:
Ex i و Ex d بسیار رایجاند.
برای Junction Box و Terminal Box:
Ex e بسیار رایج است.
برای Control Panel و Analyzer Cabinet:
Ex p میتواند کاربردی باشد.
برای Coil و بعضی Electronic Moduleها:
Ex m کاربرد دارد.
برای محیط Dust:
Ex t بسیار مهم است.
برای تجهیزات مکانیکی:
Ex h مطرح میشود.
البته این موارد قانون قطعی نیستند؛ Certification واقعی تجهیز همیشه ملاک است.
تفاوت Ex d و Ex e چیست؟
حالا به دو موردی میرسیم که بیش از همه با هم مقایسه میشوند.
تفاوت اصلی آنها در فلسفه حفاظت است.
Ex d میگوید:
ممکن است اشتعال داخل محفظه اتفاق بیفتد.
من آن را مهار میکنم تا شعله به محیط بیرون منتقل نشود.
Ex e میگوید:
من تجهیز را طوری طراحی میکنم که احتمال ایجاد جرقه، Arc یا دمای خطرناک کاهش پیدا کند.
پس در یک جمله:
Ex d = Containment
Ex e = Prevention
مقایسه کامل Ex d و Ex e
ویژگی: نام حفاظت
Ex d: Flameproof Enclosure
Ex e: Increased Safety
ویژگی: فلسفه اصلی
Ex d: مهار انفجار داخلی
Ex e: جلوگیری از ایجاد شرایط خطرناک
ویژگی: اشتعال داخلی
Ex d: امکان آن در طراحی لحاظ میشود
Ex e: طراحی برای کاهش احتمال وقوع آن انجام میشود
ویژگی: Flamepath
Ex d: بسیار مهم
Ex e: مبنای حفاظت نیست
ویژگی: تحمل فشار انفجار
Ex d: جزء الزامات اصلی
Ex e: فلسفه اصلی روش نیست
ویژگی: Arc و Spark
Ex d: میتوانند در داخل محفظه وجود داشته باشند مشروط به طراحی مناسب
Ex e: در شرایط تعریفشده باید از ایجاد منابع خطرناک جلوگیری شود
ویژگی: ترمینالها
Ex d: مهم
Ex e: فوقالعاده مهم
ویژگی: Clearance و Creepage
Ex d: الزامات طراحی باید رعایت شود
Ex e: جزء مفاهیم اصلی طراحی است
ویژگی: وزن Housing
Ex d: معمولاً سنگینتر و مستحکمتر
Ex e: لزوماً به Housing Flameproof سنگین نیاز ندارد
ویژگی: تعمیرات
Ex d: Flamepath، درپوش، پیچ و رزوه بسیار حساس هستند
Ex e: ترمینال، عایق، اتصال و ساختار تجهیز اهمیت زیادی دارند
آیا Ex d همان ضدانفجار واقعی و Ex e ضدانفجار ضعیفتر است؟
خیر.
این یک تصور اشتباه است.
Ex e نسخه ضعیفشده Ex d نیست.
این دو اصلاً یک روش حفاظت ندارند.
Ex d انفجار داخلی را مهار میکند.
Ex e تلاش میکند منبع اشتعال ایجاد نشود.
Cable Gland در Ex چقدر مهم است؟
بسیار مهم.
یکی از اشتباهات رایج این است که یک تجهیز Ex خریداری شود و بعد یک Cable Gland معمولی روی آن نصب شود.
Cable Gland بخشی از سیستم حفاظتی نصب است.
برای انتخاب باید مواردی مانند:
Protection Type
Certificate
Gas/Dust Group
Cable Type
Armoured یا Unarmoured
Thread
Temperature Range
IP
و شرایط نصب
بررسی شوند.
راهنمای IECEx برای نصب نیز انتخاب Cable Gland را بر اساس Type of Protection تجهیز تفکیک میکند.
Barrier Gland چیست؟
در بعضی نصبهای Ex d، بسته به نوع کابل، تجهیز و شرایط نصب، ممکن است از Barrier Gland استفاده شود.
در این نوع گلند فضای بین Conductors به شکل کنترلشده Seal میشود.
اما این جمله که:
«هر Ex d حتماً Barrier Gland لازم دارد»
صحیح نیست.
تصمیم باید بر اساس استاندارد نصب، Certificate و دستورالعمل سازنده گرفته شود.
Stopping Plug چیست؟
اگر تجهیز چند Cable Entry داشته باشد و بعضی ورودیها استفاده نشوند، آنها نباید باز باقی بمانند.
باید از Blanking Element یا Stopping Plug مناسب استفاده شود.
درپوش پلاستیکی حملونقل الزاماً برای بهرهبرداری Ex مناسب نیست.
چرا پیچهای Ex d مهماند؟
در یک Flameproof Enclosure، پیچها بخشی از ساختار حفاظت هستند.
جایگزینی پیچ بدون بررسی:
Grade
Material
Length
Thread
Engagement
میتواند خطرناک باشد.
پس این جمله که:
«فقط یه پیچه، مشابهشو ببند»
در مورد تجهیزات Ex d اصلاً رویکرد خوبی نیست 😄
آیا میتوان Housing Ex d را سوراخ کرد؟
ایجاد ورودی جدید، سوراخکاری، ماشینکاری یا تغییر Housing بدون بررسی Design Approval و Certificate میتواند Certification و سطح حفاظت تجهیز را بیاعتبار کند.
پس تغییر فیزیکی تجهیزات Ex نباید به شکل کارگاهی و خودسرانه انجام شود.
Gasket در Ex d چه نقشی دارد؟
وجود Gasket الزاماً به این معنی نیست که Gasket همان Flamepath است.
وظایف آببندی محیطی، IP و Flameproof Protection را نباید با هم اشتباه گرفت.
باید دقیقاً از طراحی سازنده و Certificate تبعیت شود.
IP Rating با Ex فرق دارد
این اشتباه خیلی رایج است:
IP66 = ضدانفجار
خیر.
IP مربوط به حفاظت در برابر ورود:
اجسام جامد
گردوغبار
آب
است.
Ex مربوط به حفاظت در محیط انفجاری است.
یک دستگاه میتواند:
IP66 باشد اما Ex نباشد.
یا:
Ex db IIC T6 Gb + IP66
را همزمان داشته باشد.
ATEX چیست؟
ATEX چارچوب قانونی اتحادیه اروپا برای تجهیزات و محیطهای دارای خطر انفجار است.
در ATEX ممکن است دستهبندیهایی مانند:
1G
2G
3G
برای Gas
و:
1D
2D
3D
برای Dust
دیده شود.
بهصورت عمومی:
Category 1 → قابل استفاده در Zoneهای مربوطه با بالاترین سطح حفاظت
Category 2 → Zone 1/21 و پایینتر
Category 3 → Zone 2/22
IECEx توضیح میدهد که ATEX یک Regulatory Framework اتحادیه اروپاست، در حالی که IECEx یک سیستم بینالمللی Certification است.
تفاوت IECEx و ATEX
IECEx:
یک سیستم بینالمللی برای ارزیابی و Certification تجهیزات، خدمات و Competency در حوزه Ex است.
ATEX:
چارچوب قانونی اتحادیه اروپاست.
در پروژههای بینالمللی ممکن است کارفرما:
IECEx
ATEX
یا هر دو
را درخواست کند.
پس وجود ATEX الزاماً جای IECEx را در همه پروژهها نمیگیرد و برعکس.
چگونه Marking یک تجهیز Ex را بخوانیم؟
فرض کنیم روی تجهیز نوشته شده:
Ex db IIC T6 Gb
بیایید تکهتکه بخوانیم.
Ex
تجهیز برای کاربرد در Explosive Atmosphere طراحی شده.
db
Flameproof Protection با سطح مربوط به Gb.
IIC
Gas Group.
T6
Temperature Class.
Gb
Equipment Protection Level.
با همین یک خط میتوان اطلاعات زیادی درباره تجهیز به دست آورد.
مثال دوم
فرض کنیم نوشته شده:
Ex ia IIC T4 Ga
معنی:
Ex
Explosion Protected Equipment
ia
Intrinsic Safety با سطح ia
IIC
Gas Group
T4
حداکثر Surface Temperature مطابق کلاس T4
Ga
EPL مناسب سطح بسیار بالای حفاظت گازی
مثال Dust
ممکن است چیزی شبیه این دیده شود:
Ex tb IIIC T85°C Db
یعنی:
Ex tb
Protection by Enclosure برای Dust
IIIC
Conductive Dust
T85°C
حداکثر دمای سطح مشخصشده
Db
Equipment Protection Level برای Dust
علامت X روی Certificate چیست؟
اگر در انتهای Certificate Number حرف X دیده شود، معمولاً یعنی تجهیز دارای Specific Conditions of Use است.
یعنی قبل از نصب باید شرایط خاص ذکرشده در Certificate مطالعه شود.
این شرایط ممکن است درباره مواردی مثل:
Ambient Temperature
Impact Risk
Electrostatic Charging
Cable Gland
Mounting
Flamepath
یا سایر محدودیتها
باشد.
X را نباید نادیده گرفت.
علامت U چیست؟
حرف U معمولاً به Ex Component مربوط است.
Component Certificate به این معنی نیست که آن قطعه الزاماً بهتنهایی یک تجهیز کامل آماده نصب در Hazardous Area است.
ممکن است برای استفاده در یک Assembly نیاز به ارزیابی نهایی داشته باشد.
Ambient Temperature چرا مهم است؟
بسیاری تصور میکنند اگر روی تجهیز T6 نوشته باشد، دیگر دمای محیط مهم نیست.
اما Certificate معمولاً محدوده Ambient Temperature مشخصی دارد.
مثلاً ممکن است تجهیز فقط برای:
-40°C تا +60°C
تأیید شده باشد.
اگر دمای محیط واقعی خارج از آن باشد، انتخاب باید دوباره بررسی شود.
Earthing و Bonding
در تجهیزات Ex، اتصال زمین میتواند بخشی از الزامات ایمنی باشد.
Earthing نامناسب میتواند باعث:
Fault Current
Electrostatic Charge
و ایجاد شرایط خطرناک شود.
Terminalهای Earth داخلی و خارجی تجهیز باید طبق دستورالعمل نصب استفاده شوند.
تجهیزات ترکیبی Ex
یک تجهیز الزاماً فقط یک Type of Protection ندارد.
ممکن است Marking یک تجهیز ترکیبی باشد.
برای مثال یک دستگاه ممکن است:
Housing اصلی Ex d
Terminal Compartment از نوع Ex e
و مدار Sensor از نوع Ex i
داشته باشد.
این موضوع بسیار رایج است.
پس اگر روی Nameplate چند Protection Code مشاهده کردید، الزاماً اشتباه نیست.
آیا دو تجهیز با Ex Marking متفاوت قابل جایگزینی هستند؟
نه الزاماً.
برای Replacement باید حداقل موارد زیر بررسی شوند:
Zone
EPL
Gas/Dust Group
Temperature Class
Ambient Temperature
Protection Concept
Electrical Ratings
Process Conditions
Certificate
Special Conditions
و Installation Requirements
فقط شباهت Range یا Process Connection کافی نیست.
مهمترین اشتباهات هنگام خرید تجهیزات Ex
انتخاب فقط بر اساس عبارت Explosion Proof
ندیدن Certificate
بیتوجهی به Zone
اشتباه گرفتن EPL با Zone
انتخاب IIA برای محیطی که IIC نیاز دارد
بیتوجهی به Temperature Class
بیتوجهی به Ambient Temperature
نادیده گرفتن حرف X
خرید Cable Gland نامناسب
عدم بررسی Thread
اشتباه گرفتن IP66 با Ex
استفاده از تجهیز Dust برای Gas یا بالعکس بدون Marking مناسب
مهمترین اشتباهات هنگام نصب
Cable Gland اشتباه
باز گذاشتن Entry
استفاده از Plug غیر Ex
شل بودن Terminal
Torque اشتباه
آسیب Flamepath
تعویض پیچ Ex d
سوراخکاری Housing
استفاده از Adapter نامناسب
Earth نامناسب
عدم رعایت Minimum Bend Radius کابل
و نصب برخلاف Manufacturer Instruction
تعمیر تجهیزات Ex
تجهیزات Ex را نباید مثل تجهیزات صنعتی معمولی تعمیر کرد.
بهخصوص در Ex d مواردی مثل:
Flamepath
Thread
Bolts
Enclosure
Shaft Joint
Glass Window
و Process/Electrical Entry
ممکن است مستقیماً بر Protection Concept تأثیر بگذارند.
IEC 60079-19 استاندارد مربوط به Repair، Overhaul و Reclamation تجهیزات Ex است. IECEx نیز آن را در استانداردهای حوزه خدمات Ex فهرست میکند.
بازرسی و نگهداری تجهیزات Ex
حتی تجهیز صحیح اگر در طول زمان خراب شود، ممکن است حفاظت اولیه را از دست بدهد.
مواردی که در Inspection اهمیت دارند:
خوردگی Housing
شل شدن Bolt
وضعیت Gland
Blanking Plug
Earthing
Cable
Damage
Label
Flamepath
Gasket
Seal
Terminal
و تغییرات غیرمجاز
IEC 60079-17 به Inspection و Maintenance تأسیسات الکتریکی در محیطهای انفجاری اختصاص دارد.
چه استانداردهایی برای Ex مهماند؟
از مهمترین اعضای خانواده استانداردها:
IEC 60079-0
General Requirements
IEC 60079-1
Flameproof Enclosures “d”
IEC 60079-2
Pressurized Enclosures “p”
IEC 60079-5
Powder Filling “q”
IEC 60079-6
Liquid Immersion “o”
IEC 60079-7
Increased Safety “e”
IEC 60079-10-1
Classification of Explosive Gas Areas
IEC 60079-10-2
Classification of Explosive Dust Areas
IEC 60079-11
Intrinsic Safety “i”
IEC 60079-14
Electrical Installation Design, Selection and Erection
IEC 60079-17
Inspection and Maintenance
IEC 60079-18
Encapsulation “m”
IEC 60079-19
Repair, Overhaul and Reclamation
IEC 60079-25
Intrinsically Safe Electrical Systems
IEC 60079-28
Protection Using Optical Radiation
IEC 60079-31
Dust Ignition Protection by Enclosure “t”
IEC 60079-33
Special Protection “s”
IECEx همین مجموعه را بهعنوان بخشی از استانداردهای پایه Certified Equipment Scheme معرفی میکند.
مراحل انتخاب یک تجهیز Ex
اگر بخواهیم کل مقاله را به یک روش عملی تبدیل کنیم، هنگام انتخاب تجهیز این ترتیب خیلی کمک میکند:
- مشخص کنید خطر مربوط به Gas است یا Dust.
- Zone محل نصب را مشخص کنید.
- EPL لازم را تعیین کنید.
- Equipment Group را بررسی کنید.
- Gas Group یا Dust Group را مشخص کنید.
- Temperature Class یا Maximum Surface Temperature موردنیاز را تعیین کنید.
- نوع Protection Concept مناسب را انتخاب کنید.
- Ambient Temperature را بررسی کنید.
- IP Rating را بررسی کنید.
- Electrical Rating را تطبیق دهید.
- Process Conditions را بررسی کنید.
- Cable Entry و Thread را مشخص کنید.
- Cable Gland مناسب را انتخاب کنید.
- Certificate را بررسی کنید.
- Special Conditions of Use را مطالعه کنید.
- Installation Instruction سازنده را بررسی کنید.
- الزامات پروژه و کارفرما برای IECEx یا ATEX را کنترل کنید.
یک مثال واقعیتر از انتخاب
فرض کنید یک Pressure Transmitter قرار است در واحد پتروشیمی نصب شود.
اطلاعات پروژه:
Zone 1
Gas Group IIC
Temperature Requirement: T4
Ambient Temperature: حداکثر +55°C
اول باید تجهیز دارای EPL مناسب Zone 1 باشد.
بعد Gas Group باید IIC را پوشش دهد.
Temperature Class باید با نیاز پروژه سازگار باشد.
Ambient Range باید +55°C را پوشش دهد.
سپس نوع حفاظت مثل:
Ex db
یا Ex ia
بر اساس فلسفه طراحی Loop و الزامات پروژه انتخاب میشود.
بعد:
Cable Gland
Barrier در صورت Ex i
Thread
Certificate
و Wiring
بررسی میشوند.
این مثال نشان میدهد انتخاب یک تجهیز Ex هیچوقت فقط با یک عبارت «Explosion Proof» تمام نمیشود.
خلاصه انواع Ex در یک جمله
Ex d → انفجار داخلی را مهار میکند.
Ex e → احتمال ایجاد منبع اشتعال را کاهش میدهد.
Ex i → انرژی مدار را محدود میکند.
Ex p → با فشار مثبت از ورود اتمسفر خطرناک جلوگیری میکند.
Ex m → منبع خطر را در ماده محافظ Encapsulate میکند.
Ex q → اجزا را با Powder Filling محافظت میکند.
Ex o → اجزای خطرناک را در مایع محافظ قرار میدهد.
Ex t → Dust را با Enclosure و کنترل دما مدیریت میکند.
Ex op → انرژی نوری را کنترل میکند.
Ex s → Special Protection برای طراحیهای خاص است.
Ex h → منابع اشتعال تجهیزات مکانیکی را کنترل میکند.
جمعبندی
Ex فقط یک عبارت روی پلاک تجهیزات نیست.
پشت این دو حرف مجموعهای از استانداردها، روشهای طراحی، آزمون، Certification، نصب و نگهداری قرار دارد.
هر Type of Protection فلسفه متفاوتی دارد.
در Ex d احتمال اشتعال داخل محفظه در طراحی در نظر گرفته شده و Housing باید انفجار را مهار کند.
در Ex e هدف کاهش احتمال ایجاد منبع اشتعال با طراحی ایمنتر است.
در Ex i انرژی الکتریکی مدار محدود میشود.
در Ex p اتمسفر خطرناک با Pressurization از داخل Enclosure دور نگه داشته میشود.
در Ex m، Ex q و Ex o منبع بالقوه اشتعال به روشهای مختلف از محیط جدا میشود.
در Ex t تمرکز اصلی بر خطر گردوغبار قابل احتراق است.
و در تجهیزات غیرالکتریکی نیز حفاظت Ex میتواند برای کنترل منابع اشتعال مکانیکی موردنیاز باشد.
مهمترین نکته این است:
هیچ نوع Ex بهصورت مطلق بهترین نیست.
تجهیز مناسب تجهیزی است که Protection Concept، Zone، EPL، Group، Temperature Class، Certificate و شرایط نصب آن همگی با کاربرد واقعی سازگار باشند.
