Como dividir cientificamente áreas à prova de explosão? - Soluções de adaptação de equipamentos de medição de núcleo da Auto Instruments

Como dividir cientificamente áreas à prova de explosão? - Soluções de adaptação de equipamentos de medição de núcleo da Auto Instruments

Em setores como petroquímica, mineração de carvão, processamento de poeira, química fina e logística de armazenamento e transporte, ambientes explosivos são sempre uma possibilidade. Para garantir uma produção segura, é fundamental identificar os riscos na sua origem, e a delimitação de áreas à prova de explosão, como pré-requisito para a segurança na produção, é a base de todos os projetos à prova de explosão, da seleção de equipamentos, do layout do sistema de ventilação e da gestão operacional.

Por meio da divisão científica de áreas, os limites e níveis de ambientes perigosos podem ser claramente definidos, permitindo a aplicação de medidas de engenharia direcionadas e reduzindo a probabilidade de fontes de ignição, minimizando assim os riscos de acidentes.

A Auto Instruments tem se dedicado profundamente à área de medição em automação industrial e sistematizou os princípios, sistemas padrão, regras de classificação para ambientes com gases e poeiras, e fatores que influenciam a divisão de áreas à prova de explosão. Combinando isso com seu principal produto - o Auto Instruments - essa expertise se consolidou como referência em tecnologia de medição e automação industrial.transmissores de pressãoAnalisa as vantagens e os pontos de aplicação desses dispositivos em diferentes condições à prova de explosão, oferecendo suporte profissional para que as empresas alcancem uma produção segura e eficiente.

I. Princípios de divisão de áreas à prova de explosão

1. Três elementos da explosão

Em cenários industriais, a presença simultânea de materiais combustíveis, oxidantes e fontes de ignição é a condição básica para uma explosão.

Os três elementos de uma explosão incluem materiais combustíveis (como gás natural, vapor de gasolina, pó de carvão, pó metálico), oxidantes (geralmente ar, sendo o teor de oxigênio fundamental para a expansão da explosão) e fontes de ignição (faíscas elétricas, faíscas por fricção mecânica, eletricidade estática, superfícies de alta temperatura, etc.).

Quando os três elementos estão presentes nas proporções corretas, as condições para uma explosão são atendidas. A divisão de áreas à prova de explosão avalia essencialmente a probabilidade da presença simultânea dos três elementos em uma determinada área, tendo como principais critérios a frequência e a duração da ocorrência. Quanto mais longa e frequente a ocorrência, maior o nível de perigo, e as áreas são gerenciadas de acordo com os níveis de risco.

2. Liberar fontes

Essas são peças que podem liberar substâncias combustíveis, como vedações de bombas, válvulas, flanges, válvulas de respiro e juntas de equipamentos de transporte de poeira.

Eles são classificados com base na frequência e duração da liberação em:

Fontes de liberação contínua: existência a longo prazo (como a fase gasosa dentro de um tanque)

Fontes de liberação de primeiro nível: Possíveis vazamentos durante a operação normal (como vedações de bombas)

Fontes de vazamento de segundo nível: Vazamentos de curta duração durante condições anormais (como vazamentos ocasionais em flanges).

Quanto maior o nível da fonte de liberação, maior o nível de perigo da área.

3. Condições de ventilação

Isso se refere à capacidade do ar de diluir substâncias combustíveis a uma concentração segura, abaixo do limite de explosão, um fator importante que influencia a persistência de um ambiente perigoso. Inclui ventilação natural (alterações no fluxo de ar) e ventilação mecânica (exaustão por ventilador).

Quando uma boa ventilação consegue manter de forma estável a concentração de combustível abaixo do limite inferior de explosividade (como o LEL do metano), a concentração de combustível pode ser mantida abaixo do limite inferior de explosividade.≈5%), o perigo da área pode ser significativamente reduzido.

4. Princípio do equilíbrio técnico e econômico

A divisão da área deve equilibrar segurança e economia. Uma divisão muito restrita pode levar à negligência de riscos, enquanto uma divisão muito ampla pode resultar em custos excessivamente altos na seleção de equipamentos. Uma abordagem razoável é realizar uma avaliação abrangente com base na natureza dos materiais combustíveis, na probabilidade de liberação, na estrutura espacial e na experiência operacional, garantindo que a divisão esteja em conformidade com as normas e seja conveniente para a implementação da engenharia.

II. Divisão de áreas para ambientes de gás e vapor

Na China, o método de divisão por zonas (áreas) é o mais utilizado, como Zona 0, Zona 1 e Zona 2.

1. Zona 0: Área continuamente perigosa

Indica a presença de gás ou vapor inflamável por um longo período ou com frequência, com duração superior a 1.000 horas por ano. É comum encontrá-lo no interior de tanques de armazenamento, espaços de fase gasosa de reatores e dentro de túneis e outros ambientes fechados.

Os equipamentos devem utilizar o nível mais elevado de segurança intrínseca (Ex ia), que limita a energia (corrente, tensão) para garantir que nenhuma energia de ignição seja gerada por qualquer falha.

2. Zona 1: Área ocasionalmente perigosa

Nuvens de gás inflamável podem ocorrer durante a operação normal, frequentemente relacionadas a flutuações de processo e vazamentos operacionais de equipamentos. Por exemplo, salas de bombas (onde a superfície de vedação pode apresentar vazamentos), áreas de concentração de válvulas (onde podem ocorrer vazamentos operacionais) e as imediações de bombas de combustível (onde o vapor de gasolina pode se espalhar facilmente) são exemplos dessas áreas. Equipamentos do tipo à prova de explosão (Ex d), do tipo com segurança aumentada (Ex e) ou do tipo intrinsecamente seguro (Ex ib) podem ser utilizados.

O tipo à prova de explosão (Ex d) significa que a carcaça do equipamento pode suportar a pressão interna de uma explosão e impedir o vazamento de chamas. O tipo de segurança aumentada (Ex e) aprimora a segurança reduzindo arcos elétricos e diminuindo as temperaturas. Os equipamentos à prova de explosão resistem a explosões internas reforçando a carcaça e impedindo o vazamento de chamas. São comumente usados ​​na Zona 1 como método de proteção contra explosões.

3. Zona 2: Área Ocasionalmente Perigosa

Misturas explosivas ocorrem apenas brevemente em situações anormais ou de vazamento, como na periferia de áreas de tanques e em zonas de ajuste experimental bem ventiladas.

Podem ser utilizados equipamentos do tipo anti-faísca (Ex n), que não produzem arcos elétricos nem altas temperaturas em condições normais de funcionamento.

4. Características da Difusão de Gases e Escopo da Área

A densidade relativa (em relação à densidade do ar) do gás afeta a direção de sua difusão:

Mais pesado que o ar (densidade > 1): como o propano e o butano, que tendem a se acumular em níveis baixos.

Mais leves que o ar (densidade < 1): como o hidrogênio e o metano, que tendem a flutuar para cima.

A altura da área geralmente é definida de acordo com as regras acima. Meios voláteis podem ter um alcance de difusão maior, que precisa ser avaliado com base em dados de propriedades físicas. O padrão de difusão está intimamente relacionado à velocidade do vento e aos obstáculos.

Mais pesado que o ar→A altura da área é de aproximadamente 1 m acima do solo.

Mais leve que o ar→A área abaixo do teto, de 1 a 2 metros, é considerada zona de risco.

Líquidos com alto ponto de fulgor→Baixa vaporização de gás, a área de alcance pode ser reduzida.

III. Divisão de Áreas para Ambientes com Poeira

As explosões de poeira diferem das explosões de gás, sendo a principal diferença a formação de nuvens explosivas de poeira (poeira em suspensão). Quanto menor o tamanho das partículas de poeira e mais seca ela estiver, maior a probabilidade de formação de uma nuvem explosiva.

1. Zona 20: Área de Nuvem de Poeira Contínua

A poeira permanece em suspensão por longos períodos. Comumente encontrada em moinhos de farinha, silos de carvão em pó e câmaras de mistura de pó metálico, as explosões de poeira apresentam risco de explosão secundária, o que significa que a explosão inicial pode levantar poeira depositada e causar uma explosão secundária maior. Portanto, o mais alto nível de proteção é necessário.

2. Zona 21: Área de Nuvens de Poeira Ocasionais

Durante a operação, por exemplo, em pontos de carga e descarga e em pontos de transferência, podem ocorrer sujidades em suspensão, onde podem formar-se nuvens suspensas. Geralmente, são necessários equipamentos elétricos à prova de explosão de poeira (Ex tD) e o aumento da temperatura da superfície deve ser controlado para evitar a ignição da poeira.

3. Zona 22: Área de Nuvem de Poeira Rara

A poeira existe principalmente em estado sedimentado e só se suspende brevemente para formar uma nuvem de poeira quando perturbada ou em caso de falha, sendo comumente encontrada em cantos isolados de fábricas, fora de equipamentos de remoção de poeira, áreas de armazenamento e plataformas de canto.

O tamanho das partículas, a umidade e a composição da poeira afetam significativamente o risco de explosão. Partículas menores e condições mais secas são mais perigosas.

As áreas de poeira são frequentemente divididas usando o método de distância da fonte de liberação ("release source distance method"), que é a abordagem mais prática em instalações de engenharia.

IV. Sistema Padrão

Normas Gerais Internacionais

A série de normas IEC 60079 são as normas básicas reconhecidas globalmente para ambientes explosivos.

IEC 60079-10-1: Divisão de ambientes explosivos de gás

IEC 60079-10-2: Divisão de ambientes com poeira explosiva

ATEX da UE: Requisitos obrigatórios na UE, abrangendo equipamentos (ATEX 114) e gestão do local (ATEX 153)

NFPA/NEC (EUA): Utiliza o método de classificação por classe/divisão.

Embora os termos sejam diferentes, a lógica central é a mesma: todas distinguem os níveis de risco com base na frequência e duração do aparecimento de substâncias perigosas.

V. Fatores que afetam os resultados da divisão de áreas

1. Propriedades dos Materiais Combustíveis

Ponto de Fulgor: A temperatura mais baixa na qual um líquido pode produzir vapor inflamável quando aquecido. Quanto menor o ponto de fulgor, maior a volatilidade e maior o risco de explosão.

Limite inferior de explosividade (LIE): Abaixo desse valor, a concentração do gás não é suficiente para causar explosão. Por exemplo, o metano tem um LIE de cerca de 5%. Quanto menor o LIE, mais fácil é a formação de uma mistura explosiva.

O tamanho das partículas, a umidade e a composição da poeira determinam sua explosividade. Por exemplo, o pó de alumínio e o pó de magnésio são poeiras altamente sensíveis.

2. Liberar parâmetros de origem

A taxa de vazamento, a pressão, a temperatura, etc., determinam a quantidade de material combustível liberado.

Quanto maior a taxa de liberação, mais fácil é formar uma mistura inflamável em um curto período de tempo.

No entanto, jatos de alta velocidade também podem intensificar o efeito de diluição devido à mistura turbulenta, o que exige análises específicas. Vazamentos catastróficos são geralmente utilizados para avaliação de planos de emergência.

3. Condições de ventilação

O volume de ventilação determina se gases inflamáveis ​​ou nuvens de poeira podem se acumular em concentrações perigosas e é o fator mais comum que causa mudanças na classificação da área.

A ventilação natural é fortemente influenciada pelo clima, terreno e velocidade do vento; a ventilação mecânica pode controlar continuamente a concentração, mas é necessário garantir que as falhas não levem a um aumento do risco (como medidas de alarme de falha do ventilador).

4. Estrutura espacial

Espaços fechados são propensos à acumulação, enquanto espaços abertos são propensos à difusão; obstáculos (como suportes de tubulação, paredes) podem formar áreas de retenção de gás, aumentando os riscos locais. A racionalidade do layout estrutural afeta diretamente a forma da área de risco.

NÓS.

Auto  transmissor de pressão manométricaO Sentinela de Pressão Preciso para Ambientes de Alta Temperatura e Alta Pressão

transmissor de pressão capacitivoSão os equipamentos principais para monitoramento de pressão industrial, convertendo sinais de pressão em sinais elétricos padrão para saída, fornecendo suporte de dados em tempo real para controle de processos e alertas de segurança. Em condições de alta temperatura e alta pressão em áreas à prova de explosão, os sistemas tradicionais transmissor de pressão inteligente são propensos a problemas como deformação do diafragma e deriva do sinal. No entanto, Autotransmissor de pressão HARTCom seu design personalizado, atendem perfeitamente aos requisitos rigorosos.

1. Avanços na tolerância à temperatura e à pressão

Ampla faixa de temperatura de adaptação: Os transmissores de pressão tradicionais normalmente têm uma faixa de temperatura de trabalho de -20 a 150 °C.°C, e seus componentes de sensores tendem a envelhecer e falhar em condições de alta temperatura. AutomáticoTransmissor de pressão EXUtilizam sensores capacitivos cerâmicos de alta temperatura e são equipados com designs especiais de dissipação de calor, permitindo que os componentes principais suportem temperaturas que variam de -40 a 200.°C, com alguns modelos personalizados que chegam a 300°C. Eles incorporam algoritmos de compensação de temperatura em múltiplos estágios, mantendo a precisão da medição dentro de±0,1%FS em toda a faixa de temperatura, eliminando erros de medição causados ​​pela deriva térmica.

Tolerância a Altas Pressões e Proteção de Vedação: Em condições de alta pressão, o diafragma e a estrutura de vedação do transmissor são essenciais para a resistência a riscos. Os transmissores de pressão automáticos utilizam diafragmas de Hastelloy C-276, capazes de suportar até 100 MPa de pressão ultra-alta, atendendo aos requisitos de medição de reatores de alta pressão, poços de petróleo e gás, e outros cenários. A estrutura de vedação utiliza tecnologia de soldagem a laser e é combinada com anéis de vedação de fluoroborracha, atingindo um nível de proteção IP67 e passando na certificação à prova de explosão Ex d, permitindo o uso direto em áreas classificadas como Zona 1 e eliminando os riscos de segurança causados ​​por falhas de vedação.

2. Resistência à interferência em meios complexos

Em ambientes à prova de explosão com fluidos altamente corrosivos e de alta viscosidade (como ácidos fortes e óleo pesado), a sonda do transmissor fica sujeita à corrosão e ao entupimento, afetando a estabilidade da medição. Os transmissores de pressão automáticos oferecem opções de revestimento anticorrosivo em PTFE e PFA e, para fluidos de alta viscosidade, adotam um design com diafragma plano para reduzir a adesão e o entupimento do fluido. Eles também incorporam algoritmos inteligentes de filtragem de sinal para resistir eficazmente à interferência eletromagnética e de vibração em ambientes industriais, garantindo uma saída de sinal estável.

VII. Conclusão

A divisão de zonas à prova de explosão é o ponto de partida para o gerenciamento de ambientes explosivos e a estrutura fundamental para a seleção de equipamentos, o layout do processo, o projeto de ventilação e a segurança operacional. Somente compreendendo as propriedades dos materiais combustíveis, seus padrões de liberação, comportamentos de difusão e características dos equipamentos é que os resultados do zoneamento podem ser compatíveis com os dispositivos reais, formando um sistema eficaz de controle de riscos.

Os transmissores de pressão automáticos, com seu excelente desempenho à prova de explosão, ampla faixa de tolerância à temperatura e pressão, capacidades de medição precisas e vantagens técnicas na adaptação a meios complexos, tornaram-se uma escolha confiável para zonas à prova de explosão em indústrias de alto risco, como petroquímica e mineração de carvão.