31 октября 2023

Пример выбора оборудования на взрывоопасный объект согласно ГОСТ IEC 60079-14-2013 и ГОСТ 31610.25-2022

При проектировании искробезопасной системы автоматизации взрывоопасного объекта важно правильно подобрать связанное и искробезопасное оборудование, которое в целом обеспечит необходимый уровень взрывозащиты. Для выбора и проектирования искробезопасной системы будем использовать ГОСТ 31610.25-2022 (IEC 60079-25:2020) – «Искробезопасные системы» и ГОСТ IEC 60079-14-2013 «Проектирование, выбор и монтаж электроустановок».

Предположим, у нас имеется установка гидрокрекинга на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ). Необходимо производить контроль и регулирование температуры слоев катализатора в реакторе для получения требуемого качества выхода нефтепродуктов.

Место установки датчика температуры на реакторе будет иметь класс зоны 1 (классификация зон на классы производится согласно ГОСТ 316101.10.1-2022).
Возможные взрывоопасные смеси, которые могут образовываться в данной зоне, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Классификация взрывоопасных смесей согласно ГОСТ 31610.20-1-2020

Название	Температура самовоспламенения	Температурный класс	Группа/Подгруппа
Керосин	210°C	T3	IIA
Водород	560°C	T1	IIC
Сероводород	260°C	T3	IIB
Аммиак	630°C	T1	IIA
Дизельное топливо	210°C	T3	IIA

Нам нужно подобрать оборудование, которое можно устанавливать в зону класса 1, группу II и подгруппу не ниже IIB, а также температурный класс оборудования не должен быть более T3.

Согласно ГОСТ IEC 60079-14-2013 определяем уровень взрывозащиты оборудования для зоны класса 1 (см. табл. 2).

Таблица 2. Уровни взрывозащиты электрооборудования в случаях, когда определены только классы зоны

Зона класса	Разрешенные уровни взрывозащиты электрооборудования (EPLs)
0	Ga
1	Ga или Gb
2	Ga, Gb или Gc

Возможный уровень взрывозащиты оборудования Ga или Gb

Возможный уровень взрывозащиты оборудования Ga или Gb. Теперь определим, какой из видов взрывозащиты может обеспечить уровни Ga или Gb.

Согласно ГОСТ IEC 60079-14-2013, ГОСТ 31610.0-2019 соотносим уровни взрывозащиты с видами взрывозащиты и уровнями защиты (см. табл. 3).

Таблица 3. Зависимость между видами и уровнями взрывозащиты

Уровень взрывозащиты оборудования	Вид взрывозащиты	Обозначение уровня защиты
Ga	Искробезопасная электрическая цепь	«ia»
	Герметизация компаундом	«ma»
	Два независимых вида взрывозащиты, каждый отвечающий уровню взрывозащиты Gb	- (пример («db+ib»))
	Взрывозащита оборудования и передающих систем, использующих оптическое излучение	«op is»
	Неэлектрическое оборудование с видами взрывозащиты «конструкционная безопасность «с», контроль источника воспламенения «b», погружение в жидкость «к»*	«h»
	Взрывонепроницаемые оболочки	«da»**
	Cпециальный вид взрывозащиты	«sa»
Gb	Искробезопасная электрическая цепь	«ib»
	Герметизация компаундом	«mb»
	Взрывонепроницаемые оболочки	«db»
	Повышенная защита	«eb»
	Заполнение оболочки жидкостью	«оb»
	Защита оборудования помещениями под избыточным давлением и помещениями с искусственной вентиляцией	«pv» «pxb» «pyb»
	Кварцевое заполнение	«q»
	Концепция искробезопасной системы полевой шины (FISCO)	-
	Взрывозащита оборудования и передающих систем, использующих оптическое излучение	«op is» «op pr» «op sh»
	Неэлектрическое оборудование с видами взрывозащиты «конструкционная безопасность «с», контроль источника воспламенения «b», погружение в жидкость «к»*	«h»
	Cпециальный вид взрывозащиты	«sb»

*Неэлектрическое оборудование может быть частью электрического оборудования.

**Применяют исключительно к каталитическим датчикам портативных детекторов горючих газов.

Так как будет рассмотрена искробезопасная система, значит, и вид защиты будет искробезопасная электрическая цепь ia и/или ib.

Определим, какую подгруппу может иметь оборудование согласно ГОСТ IEC 60079-14-2013 (см. табл. 4).

Таблица 4. Зависимость между категорией взрывоопасной смеси газа/пара и подгруппой электрооборудования

Категория взрывоопасной смеси газа/пара	Допустимая группа или подгруппа электрооборудования
IIA	II, IIA, IIB, IIC
IIB	II, IIB, IIC
IIC	II, IIC

Категория газа определена в табл. 1 и должна быть не ниже IIB. Соответственно, оборудование должно иметь группу II, подгруппу IIB, IIC.

Определяем температурный класс оборудования, основываясь на температуре самовоспламенения газа/пара согласно ГОСТ IEC 60079-14-2013 (см. табл. 5).

Таблица 5. Зависимость между температурными классами электрооборудования и температурой самовоспламенения газа или пара

Температурный класс в соответствии с классификацией зон	Температура самовоспламенения газа или пара, °С	Допустимые температурные классы оборудования
T1	>450°C	T6 – T1
T2	>300°C	T6 – T2
T3	>200°C	T6 – T3
T4	>135°C	T6 – T4
T5	>100°C	T6 – T5
T6	>85°C	T6

Температура самовоспламенения газа определена в табл. 1 и должна быть не выше Т3. Соответственно, оборудование должно иметь температурные классы T6 – T3.

Для упрощения рассмотрим только одну точку контроля температуры. Она будет включать в себя:

датчик температуры ДТСxx5Л с маркировкой взрывозащиты 0Ex ia IIC T6…T1 Ga X;
нормирующий преобразователь сигнала НПТ-3.00.1.2.Ех – «токовая петля» 4…20 мА с маркировкой взрывозащиты 0Ex ia IIC T6…T4 Ga;
барьер искрозащиты ИСКРА-АТ.03 с маркировкой взрывозащиты [Ex ia Ga] IIC;
вторичный прибор (в данном случае программируемый логический контроллер), который является одновременно и источником питания для «токовой петли» 4…20 мА.

Датчик монтируется во взрывоопасной зоне непосредственно на объект измерения. В коммутационную головку датчика монтируется нормирующий преобразователь с выходным сигналом 4…20 мА.

Проведем оценку выбранного оборудования для установки во взрывоопасной зоне (см. табл. 6).

Таблица 6. Оценка маркировки оборудования для установки во взрывоопасную зону

Наименование оборудования	Маркировка взрывозащиты	Минимальные требования	Результат оценки
Датчик температуры ДТСxx5Л	0Ex ia IIC T6…T1 Ga X	уровень Gb (ib)	V
		подгруппа IIB	V
		температурный класс Т3	V
Нормирующий преобразователь сигнала НПТ-3.00.1.2-Ех	0Ex ia IIC T6…T4 Ga	уровень Gb (ib)	V
		подгруппа IIB	V
		температурный класс Т3	V

Выбранное оборудование может быть установлено в предполагаемую взрывоопасную зону с ограничением внешнего источника нагрева для датчика температуры не более Т3.

Далее перед вторичным прибором, уже во взрывобезопасной зоне, монтируется барьер. Он ограничивает электрические параметры цепи до искробезопасных значений.

Проведем оценку собранной искробезопасной системы согласно ГОСТ 31610.25-2022 приложение А:

сравним подгруппы оборудования;
сравним уровни вида взрывозащиты «i»;
определяем температурный класс искробезопасного оборудования, которое будет установлено во взрывоопасной зоне;
записываем температурный диапазон температуры окружающей среды каждого устройства;
сравниваем выходные Uo, Io, Po и входные Ui, Ii, Pi параметры устройств. Выходные параметры не должны превышать входные параметры;
определяем допустимые параметры кабеля.

Согласно ГОСТ 31610.25-2022 п. 12.7.4 рассмотрим цепь между ДТСxx5Л и НПТ-3.00.1.2-Ех:

ДТСxx5Л		НПТ-3.00.1.2-Ех
Li = 0,75мкГн	<	1% Lo = 28мГн
Ci = 2,75нФ	<	1% Co = 3,2мкФ

Уменьшать параметры Lo и Со не требуется.

В данной цепи дополнительный кабель не применяется.

Согласно ГОСТ 31610.25-2022 п. 12.7.4 рассмотрим цепь между НПТ-3.00.1.2-Ех и ИСКРА-АТ.03:

НПТ-3.00.1.2-Ех		ИСКРА-АТ.03
Li = 0,15мГн	>	1% Lo = 8мГн
Ci = 0,011мкФ	>	1% Co = 0,079мкФ – отношение L/R не применяется согласно ГОСТ 31610.25-2022 п. 12.7.5.

Уменьшать параметры Lo и Co требуется.

ИСКРА-АТ.03

Lo = 4мГн – уменьшено на 50%

Co = 0,0395мкФ – уменьшено на 50%

В данной цепи дополнительный кабель применяется.

Подбор кабеля осуществляем согласно ГОСТ IEC 60079-14-2014 п.9, п.16, ГОСТ 31610.25-2022 п.8, п.9. Подробную оценку кабеля, в данной статье не приводим.

Выбор пришелся на кабель МКЭШ 2x0,5, с характеристиками Lc = 0,73мГн/км и Сс = 140нФ/км. После таблицы рассчитаем, какая максимальная длина кабеля может быть в нашем случае.

убедиться, что требования к системе заземления выполнены.

Таблица 7. Оценка простой искробезопасной системы

Этап оценки	Параметр	Барьер искрозащиты ИСКРА-АТ.03	Нормирующий преобразователь НПТ-3.00.1.2-Ех	Датчик температуры ДТС	Система
а)	Подгруппа оборудования	IIC	IIC	IIC	IIC
b)	Уровень вида взрывозащиты цепи	ia	ia	ia	ia
с)	Температурная классификация	не применяется	Т6…Т4	Т6…T1	Т4*
d)	Температура окружающей среды	-40°C ≤Ta≤+50°C	T4: -40°C ≤Ta≤+85°C T5: -40°C ≤Ta≤+75°C T6: -40°C ≤Ta≤+60°C	T5…T1: -60°C ≤Ta≤+85°C T6: -60°C ≤Ta≤+80°C	-40°C ≤Ta≤+85°C*
е)	Сравнение параметров
	Напряжение (цепь «токовая петля»)	Uo = 28,4 В	Ui = 35 В		V
	Ток (цепь «токовая петля»)	Io = 70 мА	Ii = 100 мА		V
	Напряжение (цепь «сенсор-НПТ»)		Uo = 6 В	Ui = 10,2 В	V
	Ток (цепь «сенсор-НПТ»)		Io = 34 мА	Ii = 200 мА	V
f)	Параметры кабеля
	Емкость	Co = 39,5 нФ	Ci = 11 нФ		Cc ≤ 28,5 нФ
	Индуктивность	Lo = 4 мГн	Lo = 0,15 мГн		Lc ≤ 3,85 мГн
g)	Заземление	Заземлен	Изолирован	Изолирован	Заземление цепи в одной точке.

*Для оборудования, устанавливаемого во взрывоопасной зоне.

В нашем подборе мы рассчитали, что емкость и индуктивность Сс и Lc не должны превышать 28,5 нФ и 3,85 мГн. Исходя из этих параметров, длина кабеля не должна превышать 200 метров.

В данной статье, мы провели выбор оборудования для взрывоопасного объекта по таким критериям как: