Взрывозащита

Взрывозащита — это совокупность средств и методов, направленных на предотвращение возникновения взрыва в потенциально взрывоопасной среде, а также на обеспечение безопасной эксплуатации оборудования в таких условиях. Взрывозащита является разделом промышленной безопасности и применяется на объектах, где возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, пыли с воздухом или другими окислителями. Основная цель взрывозащиты — исключить возможность воспламенения окружающей среды за счет искр, электрических дуг, нагретых поверхностей или других источников зажигания, возникающих при работе технических устройств.

История развития взрывозащиты

Необходимость во взрывозащите возникла в XIX веке с началом промышленной революции, особенно в угольной промышленности. Взрывы рудничного газа (метана) в шахтах приводили к многочисленным человеческим жертвам. Первым значимым изобретением стала лампа Дэви (1815 год), разработанная британским химиком Хэмфри Дэви. Она представляла собой масляную лампу, окруженную металлической сеткой, которая отводила тепло от пламени и предотвращала воспламенение окружающего газа. Это изобретение заложило основы принципа взрывонепроницаемой оболочки.

В XX веке, с развитием электротехники и химической промышленности, взрывозащита стала системной дисциплиной. Были разработаны первые стандарты и классификации взрывоопасных зон. В СССР и России нормативная база в этой области формировалась на основе правил устройства электроустановок (ПУЭ) и отраслевых норм. После распада СССР Россия перешла к гармонизации с международными стандартами МЭК (Международная электротехническая комиссия), что привело к созданию системы сертификации ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах».

Классификация взрывоопасных зон и смесей

Для правильного выбора взрывозащищенного оборудования необходимо определить категорию взрывоопасной среды и зону ее распространения.

Классификация взрывоопасных зон

В России и странах Таможенного союза классификация взрывоопасных зон регламентируется ПУЭ (глава 7.3) и ТР ТС 012/2011. Зоны делятся на классы в зависимости от вероятности присутствия взрывоопасной смеси:

• Класс 0 (для газов) — зона, в которой взрывоопасная газовая смесь присутствует постоянно или в течение длительного времени (например, внутреннее пространство резервуаров с горючими жидкостями).
• Класс 1 (для газов) — зона, в которой взрывоопасная смесь может образоваться при нормальном режиме работы (например, около насосов, фланцевых соединений).
• Класс 2 (для газов) — зона, в которой взрывоопасная смесь маловероятна и возникает только в результате аварии или неисправности.
• Класс 20, 21, 22 — аналогичные зоны для горючей пыли (постоянно, нормально, редко).

Категории и группы взрывоопасных смесей

Взрывоопасные смеси классифицируются по температуре самовоспламенения и по безопасному экспериментальному максимальному зазору (БЭМЗ), который определяет способность смеси проникать через узкие щели.

• Группы по температуре самовоспламенения (T1–T6): T1 — самая высокая температура (более 450 °C), T6 — самая низкая (85–100 °C). Оборудование должно иметь маркировку с максимальной температурой поверхности, не превышающей температуру самовоспламенения окружающей среды.
• Категории по БЭМЗ (IIA, IIB, IIC): IIC — наиболее опасные газы (водород, ацетилен), требующие наименьшего зазора для гашения пламени.

Для шахт (подземные выработки) используется отдельная группа I (метан и угольная пыль).

Виды взрывозащиты и методы обеспечения

Взрывозащита реализуется через применение специальных конструктивных решений, которые либо исключают возможность воспламенения, либо локализуют взрыв внутри корпуса. Основные виды взрывозащиты регламентированы стандартами МЭК 60079 и ГОСТ Р МЭК 60079.

Взрывонепроницаемая оболочка (Ex d)

Один из наиболее распространенных и надежных методов. Оборудование помещается в прочный корпус, способный выдержать давление внутреннего взрыва без разрушения. Кроме того, щели между частями корпуса (фланцы, резьбовые соединения) имеют строго определенную длину и зазор, через которые горячие газы, выходя наружу, охлаждаются настолько, что не могут воспламенить внешнюю среду. Применяется для силового электрооборудования (распределительные щиты, пускатели, клеммные коробки).

Искробезопасная электрическая цепь (Ex i)

Метод основан на ограничении энергии в электрической цепи до уровня, недостаточного для воспламенения взрывоопасной смеси. Это достигается за счет использования специальных барьеров искрозащиты, которые ограничивают напряжение, ток и мощность. Применяется в цепях управления, автоматики, датчиках, системах связи. Различают два уровня: Ex ia (допускается работа в зоне 0, два отказа) и Ex ib (зона 1, один отказ).

Повышенная защита от воспламенения (Ex e)

В этом методе не применяются искрящие или дугообразующие элементы, а все соединения и изоляция выполняются с повышенной надежностью. Исключается возможность образования искр, дуг или опасных температур в нормальном режиме работы. Применяется для клеммных коробок, светильников, электродвигателей.

Герметизация компаундом (Ex m)

Оборудование заливается специальным компаундом (эпоксидной смолой), который изолирует все токоведущие части от контакта с взрывоопасной смесью. Метод надежен, но неремонтопригоден. Применяется для небольших устройств (датчики, преобразователи).

Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением (Ex p)

Внутри корпуса оборудования создается избыточное давление чистого воздуха или инертного газа, которое предотвращает проникновение взрывоопасной среды внутрь. Применяется для крупногабаритного оборудования (аналитические приборы, большие щиты управления, электродвигатели).

Кварцевое заполнение (Ex q)

Оборудование помещается в оболочку, заполненную кварцевым песком. Песок гасит пламя и отводит тепло. Применяется для конденсаторов, трансформаторов.

Масляное заполнение (Ex o)

Токоведущие части погружаются в трансформаторное масло, которое предотвращает искрение и охлаждает поверхности. Применяется для коммутационных аппаратов.

Специальный вид взрывозащиты (Ex s)

Любые другие конструктивные решения, которые прошли сертификацию и доказали свою безопасность (например, герметизация стеклом, использование взрывобезопасных материалов).

Маркировка взрывозащищенного оборудования

Каждое устройство, предназначенное для работы во взрывоопасных средах, имеет маркировку, которая наносится на корпус. Пример маркировки по ТР ТС: 1Ex d IIB T4 Gb X.

Расшифровка:

• 1 — уровень взрывозащиты (1 — особо взрывобезопасное, 2 — взрывобезопасное, 3 — повышенная надежность против взрыва).
• Ex — знак соответствия стандартам взрывозащиты.
• d — вид взрывозащиты (взрывонепроницаемая оболочка).
• IIB — категория взрывоопасной смеси (кроме IIC).
• T4 — температурный класс (максимальная температура поверхности 135 °C).
• Gb — уровень защиты оборудования для газовых сред (G — газ, b — высокий уровень защиты).
• X — специальные условия безопасного применения (указываются в документации).

Применение взрывозащиты

Взрывозащищенное оборудование используется в отраслях, где присутствуют горючие газы, пары или пыль:

• Нефтегазовая промышленность: нефтеперерабатывающие заводы, газовые компрессорные станции, резервуарные парки, буровые установки.
• Химическая промышленность: производства аммиака, метанола, растворителей, лакокрасочные цеха.
• Угольная промышленность: подземные шахты, обогатительные фабрики.
• Мукомольная и пищевая промышленность: элеваторы, мельницы, склады сахарной пыли, производство крахмала.
• Фармацевтика: производства с использованием горючих растворителей.
• Транспортировка и хранение: автозаправочные станции, склады горюче-смазочных материалов.

Нормативная база в России

Основные нормативные документы, регулирующие взрывозащиту в РФ:

• ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах» — технический регламент Таможенного союза, устанавливающий обязательные требования к оборудованию.
• ПУЭ (Правила устройства электроустановок) — глава 7.3 «Электроустановки во взрывоопасных зонах».
• ГОСТ Р МЭК 60079 — серия национальных стандартов, гармонизированных с международными стандартами МЭК.
• Федеральные нормы и правила (ФНП) в области промышленной безопасности, утверждаемые Ростехнадзором.

Сертификация взрывозащищенного оборудования в России проводится аккредитованными органами по сертификации. Без сертификата соответствия ТР ТС оборудование не может быть ввезено на территорию РФ и введено в эксплуатацию.

Критика и ограничения

Несмотря на высокую надежность, взрывозащита имеет ряд ограничений. Во-первых, взрывонепроницаемые оболочки (Ex d) могут быть тяжелыми и громоздкими, что усложняет монтаж и обслуживание. Во-вторых, искробезопасные цепи (Ex i) требуют сложной настройки и регулярной проверки барьеров. В-третьих, неправильная эксплуатация (например, нарушение герметичности корпуса, использование неоригинальных уплотнений) может полностью свести на нет защитные свойства оборудования. Также существует проблема старения материалов (резиновых уплотнений, компаундов), что требует периодического технического освидетельствования.

Источники

1. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах».
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), глава 7.3.
3. ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011 «Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования».
4. ГОСТ Р МЭК 60079-1-2011 «Взрывоопасные среды. Часть 1. Оборудование с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемые оболочки"».
5. ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010 «Взрывоопасные среды. Часть 11. Оборудование с видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь"».
6. Кацман М.Д. «Электрооборудование взрывоопасных производств». — М.: Энергоатомиздат, 1990.
7. Справочник по взрывозащищенному электрооборудованию / Под ред. А.М. Гольдберга. — М.: Энергия, 1975.