Động cơ điện chống cháy nổ: Xếp hạng Ex, Lựa chọn và tiêu chuẩn vị trí nguy hiểm

Điều gì tạo nên động cơ điện chống cháy nổ

Động cơ điện chống cháy nổ không được thiết kế để ngăn chặn vụ nổ bên trong - nó được thiết kế để ngăn động cơ đốt cháy khí, hơi hoặc bụi dễ cháy có trong không khí xung quanh. Vỏ bọc được thiết kế để chịu được các sự kiện đánh lửa bên trong và làm mát mọi khí thoát ra dưới nhiệt độ bắt lửa trước khi chúng thoát ra môi trường bên ngoài.

Các đặc điểm cấu trúc cốt lõi giúp phân biệt động cơ chống cháy nổ bao gồm:

• Mối nối đường dẫn lửa - dung sai khe hở được gia công chính xác (thường là 0,1–0,4 mm) giữa các bề mặt tiếp xúc cho phép giảm áp suất trong khi dập tắt bất kỳ mặt trước ngọn lửa nào
• Vỏ gia cố - vỏ bằng gang hoặc nhôm chịu tải nặng được đánh giá để chịu được các xung áp suất bên trong mà không bị biến dạng
• Các đầu vào ống dẫn kín - các trục ống dẫn có ren với sự tham gia tối thiểu 5 sợi để ngăn chặn sự xâm nhập của không khí bên ngoài
• Cách nhiệt định mức - hệ thống cách điện cuộn dây được thiết kế để ngăn nhiệt độ bề mặt đạt đến điểm tự bốc cháy của nhóm khí mục tiêu

Các yêu cầu thiết kế này được điều chỉnh bởi các tiêu chuẩn quốc tế bao gồm IEC 60079-0 (yêu cầu chung) và IEC 60079-1 (vỏ chống cháy), cũng như NEMA MG-1 và UL 674 ở thị trường Bắc Mỹ. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này được xác minh thông qua thử nghiệm của bên thứ ba bởi các cơ quan như cơ quan được ATEX ở Châu Âu hoặc FM/UL ở Hoa Kỳ.

Động cơ an toàn được xếp hạng cũ : Tìm hiểu các khái niệm bảo vệ

Khung chứng nhận IECEx và ATEX sử dụng hệ thống mã hóa có cấu trúc để mô tả các khái niệm bảo vệ. Một động cơ được đánh dấu Ex db IIC T4 Gb , ví dụ: mang một ý nghĩa cụ thể ở mỗi phân đoạn của ký hiệu đó. Hiểu ký hiệu này là điều cần thiết khi chỉ định hoặc mua sắm động cơ an toàn được xếp hạng Ex cho vị trí nguy hiểm.

Các khái niệm bảo vệ Ex phổ biến cho động cơ

Phân loại nhóm khí (IIA, IIB, IIC) cho biết mức độ nghiêm trọng của môi trường dễ cháy nổ mà động cơ có thể hoạt động an toàn trong đó. IIC bao gồm các loại khí nguy hiểm nhất chẳng hạn như hydro và axetylen, trong khi IIA bao gồm propan và các loại khí công nghiệp tương tự. Động cơ được chứng nhận IIC cũng phù hợp với môi trường IIA và IIB, nhưng không phù hợp ngược lại.

Cấp nhiệt độ (T1 đến T6) xác định nhiệt độ bề mặt tối đa cho phép của động cơ trong điều kiện vận hành trong trường hợp xấu nhất. Động cơ T6 giới hạn nhiệt độ bề mặt ở mức 85 °C, khiến chúng phù hợp với môi trường có chứa carbon disulfide (điểm tự bốc cháy: 95 °C). Hầu hết các động cơ Ex công nghiệp nói chung đều có định mức T3 (200 °C) hoặc T4 (135 °C).

Phân loại vị trí nguy hiểm: Khu vực và phân khu

Việc chọn đúng động cơ ở vị trí nguy hiểm bắt đầu bằng việc phân loại chính xác khu vực lắp đặt. Hai hệ thống phân loại được sử dụng song song trên toàn cầu và các kỹ sư chỉ định phải khớp chứng nhận của động cơ với phương pháp phân loại của địa điểm.

Hệ thống khu vực IEC (Châu Âu, Châu Á, Quốc tế)

Hệ thống Vùng phân chia các vị trí nguy hiểm theo khả năng có bầu không khí dễ cháy nổ:

• Vùng 0 - môi trường khí nổ xuất hiện liên tục hoặc trong thời gian dài (ví dụ, bên trong thùng nhiên liệu)
• Khu 1 - có khả năng xảy ra định kỳ trong quá trình vận hành bình thường (ví dụ: phòng bơm trong nhà máy hóa dầu)
• Khu 2 - không thể xảy ra trong điều kiện vận hành bình thường nhưng có thể xảy ra trong điều kiện không bình thường
• Khu 20 / 21 / 22 - vùng tương đương dành cho môi trường bụi dễ cháy

Hệ thống phân chia NEC (Bắc Mỹ)

Hệ thống Phân chia, được xác định bởi Điều 500 của NEC và NFPA 70, sử dụng hai phân chia cho mỗi lớp:

• Phân khu 1 — nồng độ nguy hiểm tồn tại trong điều kiện bình thường (tương đương rộng rãi với Vùng 0 Vùng 1 kết hợp)
• Phân khu 2 — nồng độ nguy hiểm chỉ tồn tại trong điều kiện bất thường (tương đương rộng rãi với Vùng 2)

Động cơ được chứng nhận theo ATEX/IECEx sẽ không tự động được chấp nhận cho các địa điểm được phân loại của Bộ phận NEC nếu không có chứng nhận FM hoặc UL bổ sung và ngược lại. Hầu hết các nhà sản xuất động cơ lớn đều có chứng nhận chéo cho động cơ dành cho các dự án quốc tế, nhưng phải được xác nhận rõ ràng trên bảng tên và tài liệu chứng nhận.

Các ngành công nghiệp chính và ứng dụng điển hình

Động cơ chống cháy nổ và xếp hạng Ex được triển khai ở bất cứ nơi nào xử lý chất lỏng, khí hoặc bụi tạo ra nguy cơ cháy nổ dai dẳng. Các lĩnh vực sau chiếm thị phần lớn nhất trong nhu cầu toàn cầu:

Dầu, khí đốt và hóa dầu

Đây vẫn là thị trường cuối cùng chiếm ưu thế. Bộ truyền động bơm, động cơ máy nén, động cơ quạt cho bộ làm mát cưỡng bức và bộ truyền động băng tải trong nhà máy lọc dầu và giàn khoan ngoài khơi đều yêu cầu chứng nhận Ex db hoặc Ex eb. Chống cháy (Ex db) IIC T4 là mức xếp hạng được chỉ định phổ biến nhất trong lĩnh vực này. Khả năng chống phun muối, hệ thống cách nhiệt cấp nhiệt đới và xếp hạng nhiệt loại F hoặc loại H thường được yêu cầu cùng với chỉ định chống cháy nổ.

Sản xuất hóa chất và dược phẩm

Các quy trình xử lý dung môi, máy khuấy lò phản ứng và hệ thống HVAC trong phòng sạch nơi sử dụng dung môi dễ cháy yêu cầu động cơ được xếp hạng Vùng 1 hoặc Vùng 2. Nhiều cơ sở dược phẩm cũng yêu cầu các vật liệu tuân thủ FDA và bề mặt bên ngoài nhẵn, dễ rửa trôi cùng với chứng nhận Ex — sự kết hợp được giải quyết bằng động cơ Ex bằng thép không gỉ hoặc các biến thể gang phủ epoxy.

Ngũ cốc, chế biến thực phẩm và sinh khối

Bụi dễ cháy (Khu 21 / Khu 22) chứ không phải khí dễ cháy là mối nguy hiểm chính trong máy nâng ngũ cốc, nhà máy bột mì, nhà máy viên sinh khối và nhà máy tinh chế đường. Động cơ chống cháy bụi (Ex tb IIIC) là bắt buộc, với mức nhiệt độ bề mặt tối đa phù hợp với nhiệt độ tự bốc cháy thấp nhất của bụi hiện diện. Bụi ngũ cốc (nhiệt độ bắt lửa của lớp 430 °C) cho phép xếp hạng loại T cao hơn, ví dụ như bụi nhôm (yêu cầu T6).

Nhà máy xử lý nước thải và khí sinh học

Sự tích tụ khí mê-tan trong các giếng ẩm kín, buồng phân hủy và khu vực lưu trữ khí sinh học tạo ra điều kiện cho Vùng 1. Động cơ máy bơm, bộ truyền động máy trộn và động cơ quạt gió tại các hệ thống lắp đặt này thường được chỉ định là Ex db hoặc Ex eb IIB T4, phản ánh mức độ nguy hiểm vừa phải của khí mê-tan (Nhóm IIB) thay vì xếp hạng IIC tối đa.

Đặc điểm kỹ thuật và cân nhắc mua sắm

Việc mua nhầm động cơ chống cháy nổ - dù được chỉ định quá mức hay không được chứng nhận - đều gây ra những tác động đáng kể về chi phí và an toàn. Các thông số sau đây phải được xác nhận trước khi đặt hàng:

1. Báo cáo phân loại khu vực — xác nhận Vùng/Khu vực, nhóm khí và cấp nhiệt độ từ tài liệu phân loại khu vực nguy hiểm chính thức của cơ sở, không phải từ kiến thức không chính thức về địa điểm
2. Cơ quan chứng nhận và thị trường — ATEX cho EU, IECEx cho sự công nhận lẫn nhau quốc tế, FM/UL cho Hoa Kỳ và Canada; xác minh mã chứng nhận chính xác trên bảng tên động cơ phù hợp với phân loại địa điểm
3. Phạm vi nhiệt độ môi trường xung quanh - hầu hết các động cơ Ex có thông số danh định ở nhiệt độ môi trường tiêu chuẩn từ -20 °C đến 40 °C; các ứng dụng ngoài phạm vi này yêu cầu các biến thể nhiệt độ thấp hoặc môi trường xung quanh cao với xác nhận chứng nhận riêng
4. Chu kỳ nhiệm vụ và hệ số dịch vụ - động cơ Ex quá tải tạo ra nhiệt quá mức có thể vi phạm cấp nhiệt độ danh định; đảm bảo định mức nhiệm vụ liên tục (S1) của động cơ là đủ mà không cần dựa vào hệ số dịch vụ ở những vị trí nguy hiểm
5. Khả năng tương thích của ổ đĩa - động cơ được cấp điện bằng bộ truyền động tần số thay đổi (VFD) ở những vị trí nguy hiểm yêu cầu động cơ có cách điện cuộn dây tăng cường (cách điện chống gai nhọn theo IEC 60034-17) và có thể yêu cầu phốt trục bổ sung được chứng nhận Ex; không phải tất cả các động cơ Ex tiêu chuẩn đều được xếp hạng VFD
6. Xếp hạng IP so với xếp hạng Ex — IP55 hoặc IP65 là tiêu chuẩn trên hầu hết các động cơ Ex nhưng cần được xác minh độc lập; chứng nhận Ex không tự động hàm ý mức độ bảo vệ chống xâm nhập cụ thể

Tài liệu bảo trì cũng quan trọng không kém. Động cơ Ex chỉ được sửa chữa bởi các cơ sở có chứng nhận sửa chữa Ex thích hợp (ví dụ: Chứng chỉ Cơ sở Dịch vụ IECEx), sử dụng các bộ phận được OEM phê duyệt. Việc sửa chữa trái phép — ngay cả những sửa chữa tưởng chừng như nhỏ nhặt chẳng hạn như thay thế miếng đệm hộp thiết bị đầu cuối bằng vật liệu không được phê duyệt — có thể làm mất hiệu lực chứng nhận Ex và tạo ra trách nhiệm pháp lý trong trường hợp xảy ra sự cố.