eksplosjonssikring - institutt for teknisk kybernetikk, ntnu · 2011-03-14 · 6 teknisk...
Post on 24-Dec-2019
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
1
TTK4175
ATEXEksplosjonssikring
Tor OnshusTeknisk kybernetikk
Norges teknisk naturvitenskaplige universitet, NTNU
tlf: 73594388
fax: 73594399
Tor.Onshus@itk.ntnu.no
http://www.itk.ntnu.no/ansatte/Onshus_Tor
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
2
TTK4175
Bakgrunn
• EØS direktiver som blir omsatt i norske forskrifter– http://www.lovdata.no/
• FHOSEX (bedriftseier)– Helse og sikkerhet i eksplosjonsfarlig
atmosfære
• FUSEX (utstyrsleverandører)– Utstyr og sikkerhetssystem til bruk i eksplosjonsfarlig
område
• Forskrift om brannfarlig eller trykksatt stoff
2
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
3
Hva handler ATEX om?
• Forhindre ansamling av EX-atmosfære– Risikovurdering, deteksjon, ventilasjon,
rengjøring, soneklassifisering
• Hvis ikke, kontroll med alle tennkilder– Eliminere tennkilder
• Hvis tennkilder ikke kan utelukkes– Tennkilder for avlastning og demping
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
4
Risikovurdering av Eksplosjonsfare
Skal minimum ta hensyn til:
a) Sannsynlighet for eksplosiv atmosfære og varigheten av disse
b) Sannsynlighet for tennkilder
c) Vekselvirkning mellom anlegg og stoffer
d) Konsekvenser av en eksplosjon
TTK4175
3
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
5
Forebyggende tiltak og vern
Grunnleggende prinsipper
a) Forhindre at det dannes eksplosiv atmosfære
Hvis vi ikke klarer det:
b) Unngå antenning
c) Begrense skadevirkning av eksplosjon
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
6
Spesifisering av Anlegget
• Egenskapene til den eksplosive atmosfæren– Klassifisering av atmosfæren
– Tenntemperatur
• Sannsynligheten for eksplosiv atmosfære– Sone inndeling
TTK4175
4
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
7
GassgrupperBeskrivelse Gasseksempler
I Kullgruver Metan
IIA Væsker med flammepunkt over 55 oCTennenergi 200 μJ
Propan, Bensin, Aceton,Metanol
IIB Væsker med flammepunkt mellom 23 oCog 55 oCTennenergi 60 μJ
Etylen
IIC Væsker med flammepunkt under 23oCTennenergi 20 μJ
HydrogenAcetylen
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
8
Flammepunkt
• Den temperaturen der væsken avgir nok damp til at dampen kan antennes med en liten flamme
TTK4175
5
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
9
Tenntemperatur
• Den temperaturen der en får antennelse selv om det ikke er en ekstern tennkilde tilstede
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
10
Tenntemperatur i oC
Gass Formel Tetthet NEG ØEG Min tenntemp Gassgruppe
Metan CH4 0.5 5.0 15.0 595 I
Hydrogen H2 0.1 4.0 75.6 560 IIC
Etan C2H6 1.05 3.0 15.5 515 IIA
Etylen C2H4 1.0 425 IIB
Butan C4H10 2.1 1.5 8.5 365 IIA
Propan C3H3 1.6 2.1 9.5 470 IIA
Acetylen C2H2 0.9 1.5 80.0 305 IIC
Råolje(gass) 1 10
TTK4175
6
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
11
Soneinndeling (gass, damp og tåke)
Sone Beskrivelse Eksempler
Sone 0 Kontinuerlige utslippstederUtslipp skjer kontinuerlig eller i lange perioderTypisk › 1000 timer pr år, eller mer enn 10% avtotal prosesstid
Inne i tankerVæskeoverflate
Sone 1 Primære utslippsstederUtslipp skjer periodisk eller tilfeldig under normal driftTypisk >10 og ‹ 1000 timer pr år
Lufterør fra tankerTappe og FyllestederPakkbokserFleksible rør
Sone 2 Sekundære utslippsstederUtslipp forventes ikke å skje under normal drift, unntaksvis og kortvarige utslippTypisk ‹ 10 timer pr år og ‹ 2 timer pr gang
FlenserPakningerKoblingerVentiler
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
12
Sonekart - Lagertank
TTK4175
Bund wall
Tank vents
Liquid surface
Area Classificationfor a fixed-roof tankwith heavier than airvapour
Zone 1Zone 0
Zone 2
Key
7
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
13
Sonekart - Transmitter
TTK4175
Inside of pipe orprocess vessel
Zone 0Zone 1Outside of pipe Zone 2
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
14
Soneinndeling (støv)
TTK4175
Sone Beskrivelse
Sone 20 Kontinuerlige utslippstederUtslipp skjer kontinuerlig eller i langeperioder
Sone 21 Primære utslippsstederUtslipp skjer periodisk eller tilfeldig under normal drift
Sone 22 Sekundære utslippsstederUtslipp forventes ikke å skje under normal drift, unntaksvis og kortvarige utslipp
8
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
15
Eksplosjonstrekanten
TTK4175
LuftTennkilde
Eksplosjonsfarlig
> vol % O2
gass, fast, støv, væske
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
16
Noen Tennkilder
• Varme overflater
• Flamme eller glødende materiale
• Mekanisk genererte gnister
• Elektrisk genererte gnister
• Elektrostatisk utladning
• Kjemisk reaksjon
• Atmosfæriske forstyrrelser
TTK4175
9
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
17
Kategorier av forbrenning
NavnForbrennings
hastighetTrykkøkning Lydeffekt
Forpuffning cm/s < 5 bar puff/smell
Eksplosjon m/s 5-15 bar kraftig smell
Detonasjon km/s > 20 bar øredøvende drønn
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
18
Krav til Utstyret
• Må oppfylle krav gitt av anlegget
• Maksimal tennenergi– Utstyrs gruppe
• Maksimal overflatetemperatur– Temperaturklasser
TTK4175
10
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
19
EKSPLOSJONSSIKRING
TTK4175
Energi
% gass i luft
Mager Eksplosiv blanding Fet
LEL UEL
Minimumtennenergi
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
20
TENNENERGI
TTK4175
V
mA
II B
II C
30 V
150 mA
R•I2=konstant
P 12---I2L 1
2---CU2+=
11
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
21
Temperaturklasser
Temperaturklasse T1 T2 T3 T4 T5 T6
Max overflatetemperatur oC 450 300 200 135 100 85
TTK4175
Omgivelsestemperatur mellom
-20 oC og +40 oC
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
22
Krav til Ex beskyttelse
Sone Krav til Ex beskyttelse
0, 20 Ex ia, eller utstyr godkjent for sone 0
1, 21Utstyr godkjent i sone 0 pluss Ex ib, d, e, p, o, q, m, s
2, 22Utstyr godkjent i sone 1 pluss utstyr spesielltberegnet for sone 2 , og kapslet utstyr som normaltikke danner gnister, minimum IP 44
TTK4175
12
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
23
BeskyttelsesarterMetode Beskrivelse Sone
Isolering
Ex o Oljefyllt utførelse 0
Ex p Overtrykkskapsling 1
Ex q Sandfyllt utførelse 1
Ex m Innstøpt utførelse 1
Kapsling Ex d Eksplosjonssikker utførelse 1
DesignEx e Tennsikker utførelse 1
Ex n Utstyr for bruk i sone 2 2
BegrenseEnergi
Ex i Egensikker utførelse 0-1
Spesiell Ex s Spesialutførelse 0-2
TTK4175
Ustyret kan benyttes i soner med mindre strenge krav enn det masimale som ertillatt.
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
24
Standarder/NormerBeskyttelsesarter
• IEC 60079 (http://www.standard.no/no/Abonnement/Standarder/)
– Eksplosive atmosfærer
– Et undernummer per beskyttelsesart
TTK4175
13
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
25
Kapsling, Ex d
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
26
Ex d – Ex e
• Ex d, svært mye arbeide med helt spesielle gjennomføringer– kan ha gnistgivende standard komponenter
• Ex e, nesten som standard nipler– må ha spesielt ikke gnistgivende utstyr
TTK4175
14
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
27
Energibegrensing, Ex i
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
28
Barrierer (energibegrensning)
TTK4175
SikringMotstand3
4
1
2
R1 F1Z
SikringMotstand3
4
1
2
R1 F1=
=
IS-jord
Z
Sikkertområde
Sikkertområde
15
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
29
Zenerbarrierer
• To eller tre zenerdioder for spenningsbegrensning
• Motstand i serie for strømbegrensning
• Sikring på primærsiden for strømbegrensning(sikker side)
• Jording til IS-jord, max 1 ohm motstand
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
30
Ulemper ved Zenerbarrierer:
• Trenger god jordforbindelse
• Støyfølsom pga. galvanisk kobling gjennom jordforbindelsene
• Feilspenninger kan slå ut store deler av anlegget
• Lekkasjestrøm i zenerdiodene kan påvirke målenøyaktigheten
• 28V zener lekker ved 25-26V, dvs. forskjellig strøm i felt og kontrollrom
• ekvivalent barrieremotstand for 300W barriere er typisk 340W
• Høy installasjonskostnad
• egen IS jord
• må ha stabile powersupply
• dyr kabling
• ofte bytte pga. kortsluttninger etc.
• Utstyr montert i Ex sone må isoleres fra jord og isolasjonsmotstand mot jord testes med 500V
TTK4175
16
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
31
Eksempel Zener
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
32
Andre typer
TTK4175
17
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
33
Trafo Isolerte Barrierer
• Ikke IS jording
• Galvanisk skille
• Bedre enn zenerbarrierer
• Dyrere i innkjøp
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
34
Trafo Isoloerte Barrierer (TIB)
• Ikke krav til IS jord
• Galvanisk skille mellom felt og I/O kort
• Slipper IS jord, dyre power etc.
• Ingen polaritetsproblemer
• Høy driftssikkerhet, støy og feil undertrykkes i trafoen
• Kortsluttningssikker
• Ikke nødvendig med isolasjons fra jord for utstyr i Ex sone, ingen isolasjonstest
TTK4175
18
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
35
Eksempel
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
36
Beregning og Merking
TTK4175
19
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
37
SLØYFEMOTSTAND
Komponent Motstand(Ω)
Indre motstand i system, inkl.. kraftforsyning 10Målemotstand for konvertering fra mA til Volt 250Negativ barriere kanal 80Positiv barriere kanal 340Kabel 10Transmitter 625
Total motstand i sløyfa 1315
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
38
U = R x I
Nødvendig Spenning
• 1315 Ω x 20 mA = 26.3 V
Redusert målemotstand til 62.5 W
• 1112.5 Ω x 20 mA = 22.25 V
Målenøyaktighet og A/D omformer
• 250 Ω x 20 mA =5 V
• 62.5 Ω x 20 mA =1.25 V
TTK4175
20
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
39
MERKING og SERTIFIKATER
TTK4175
TransmitterEEx ia IIB T4 37.90 xCeq ‹ 1.3F Leq ‹ 0.3 mH Umax = 15V
Barriere[EEx ia] IICCext ‹ 1.3F Lext ‹ 0.3 mH Umax = 15V
Betydningen av de forskjellige merkingene er:EEx Godkjent i henhold til CENELEC normene (EN 50014 etc)ia egensikker krets som tolererer to samtidige feil (sone 0)IIB,IIC gassgruppe som utstyret er sertifisert forT4 temperaturklasse37.90 Godkjennings organisasjon 37 og prøvenummer 90x Betyr at det er knyttet spesielle vilkår til sertifikatet
(må undersøkes før bruk)[..] plasseres i sikkert områdeCeq Maksimal kapasitans i utstyretLeq Maksimal induktans i utstyretUmax Maksimal spenning
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
40
ATEX merking
TTK4175
21
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
41
CENELEC/IEC merking
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
42
Utstyrsmerking
TTK4175
22
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
43
Sonemerking
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
44
Jording
TTK4175
23
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
45
KRYSSKOBLING
TTK4175
Inn
Ut
12
8
24V+ -
Barriere
32
220V
Rekkeklemmer
Blå Rekkeklemmer
24V+ -
220V
Barriere
CPU
IS jordskinne fortilkobling av skjerm
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
46
Kabelavslutning i Instrument
TTK4175
+-
Kabel nummer NippelMutter
Ytre kappe
Indre isolasjon
Signaljord/skjerm isoleres etter testing
Armering kobles tiljord
Metallinstrumenter jordes til gods/struktur
Identifikasjon av leder
24
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
47
JORDING
• Sikkerhetsjord (PE, gul/grønn)
• Mest støyfull, skal avlede strøm og hindreberøringsfare
• Signaljord (IE, gul/rød)
• Minst mulig støy, skal ikke avlede strøm
• Jord for Exi utstyr (IS, lys blå)
• Spesialjord med en gitt kvalitet
TTK4175
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
48
EMC
• EMC-Elektromagnetisk Kompatibilitet
• EMI-Elektromagnetisk Immunitet
• ESD-Elektrostatisk utladning
TTK4175
25
Teknisk kybernetikk NTNUprofessor Tor Onshus
49
JORDSYSTEM
TTK4175
IEPE
Armering
SkjermSignal
Metall kapsling
Struktur/Hovedjord
ISPE
Armering
SkjermSignal
Ikke Exi Exi
Barriere
top related