На промышленных объектах, особенно в нефтегазовой, химической и пищевой отраслях, работа часто ведётся в потенциально взрывоопасных зонах. Даже незначительная искра может привести к трагедии, если рядом находится пар, газ или пыль с нужной концентрацией. Поэтому проектирование и эксплуатация оборудования в таких условиях требует особого подхода. В этой статье кратко разберём, что такое взрывозащита, как устроены искробезопасные цепи, и как правильно проектировать системы АСУ ТП с учётом этих факторов.
1. Введение в тему
Взрывозащита — это комплекс технических и организационных мер, направленных на исключение вероятности воспламенения взрывоопасной среды. В системах АСУ ТП это касается не только основного оборудования (насосов, клапанов и т.п.), но и всех компонентов автоматизации: датчиков, ПЛК, линий связи, коммутационной аппаратуры.
2. Взрывоопасные зоны
По уровню риска все помещения и участки разделяются на взрывоопасные зоны. Классификация регламентируется ГОСТ 31610.0 и другими стандартами:
• Зона 0 — взрывоопасная среда присутствует постоянно или длительно (например, внутри резервуаров с горючими жидкостями).
• Зона 1 — взрывоопасная среда может появляться в ходе нормальной работы (над люками, на трубопроводах).
• Зона 2 — образование взрывоопасной среды маловероятно, и если появляется — то кратковременно.
Для каждой зоны предусмотрен свой уровень требований к оборудованию.
3. Основные виды взрывозащиты
В системах АСУ ТП применяется несколько конструктивных и схемотехнических способов взрывозащиты. Тип защиты всегда указывается в маркировке оборудования и напрямую связан с условиями его эксплуатации.
Основные типы взрывозащиты
Искробезопасная электрическая цепь (Ex i)
Ограничение энергии в цепи до уровня, при котором исключено воспламенение среды. Применяется для датчиков, кнопок, сигнализаторов, измерительных цепей.
Уровни защиты:
- Ex ia — допускается применение в зоне 0
- Ex ib — зона 1
- Ex ic — зона 2
Взрывонепроницаемая оболочка (Ex d)
Корпус оборудования выдерживает внутренний взрыв и предотвращает распространение пламени наружу. Используется для электродвигателей, распределительных коробок, шкафов, клеммных блоков.
Повышенная надёжность (Ex e)
Исключаются перегрев, искрение и ослабленные соединения. Применяется для клемм, коробок, кабельных вводов.
Заливка компаундом (Ex m)
Токоведущие части залиты изолирующим материалом. Часто используется в электронных модулях и датчиках.
Оптическая защита (Ex op)
Применяется в оптоволоконных линиях связи, исключает передачу энергии в опасную зону.
Расшифровка маркировки взрывозащиты
1 Ex d IIA T3
1 — категория оборудования
- 1 — повышенный уровень защиты, допускается применение в зонах 0 и 1
- 2 — нормальный уровень защиты, зона 1
- 3 — пониженный уровень защиты, зона 2
Ex — взрывозащищённое оборудование
- Обозначает соответствие требованиям стандартов взрывозащиты (ГОСТ 31610, IEC, ATEX)
d — тип взрывозащиты
- d — взрывонепроницаемая оболочка (Ex d)
- i — искробезопасная цепь (Ex i)
ia — допускается зона 0
ib — зона 1
ic — зона 2 - e — повышенная надёжность (Ex e)
- m — заливка компаундом (Ex m)
- p — избыточное давление (Ex p)
- op — оптическая защита (Ex op)
IIA — группа взрывоопасной среды
- IIA — газы с низкой взрывоопасностью (пропан)
- IIB — средняя взрывоопасность (этилен)
- IIC — высокая взрывоопасность (водород, ацетилен)
T3 — температурный класс
- T1 — до 450 °C
- T2 — до 300 °C
- T3 — до 200 °C
- T4 — до 135 °C
- T5 — до 100 °C
- T6 — до 85 °C
Температурный класс определяет максимально допустимую температуру поверхности оборудования, которая не должна превышать температуру самовоспламенения среды.
4. Искробезопасные цепи
Искробезопасная цепь — это электрическая цепь, в которой даже при коротком замыкании или неисправности энергия недостаточна для зажигания газа или пыли. Такие цепи проектируются с учётом:
• максимально допустимого тока и напряжения;
• характеристик среды (группы взрывоопасности, температуры вспышки);
• наличия барьеров искробезопасности — устройств, ограничивающих напряжение и ток.
Барьеры могут быть активными (с питанием) или пассивными. Обычно монтируются в шкафах автоматизации на границе между «безопасной» и «опасной» зонами.
5. Стандарты и нормативы
Проектирование и монтаж взрывозащищённых систем регулируется рядом документов:
• ГОСТ 31610 (серия) — общие требования к оборудованию для взрывоопасных зон;
• ТР ТС 012/2011 — технический регламент Таможенного союза «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах»;
• ПУЭ, глава 7.3 — электробезопасность во взрывоопасных зонах;
• IECEx, ATEX — международные стандарты (используются при поставках импортного оборудования).
Оборудование должно иметь соответствующую маркировку взрывозащиты, например: Ex ia IIC T4 Gb, где каждая часть обозначает уровень, тип и условия применения.
6. Примеры оборудования
На объектах АСУ ТП во взрывоопасных зонах используются:
• Датчики температуры, давления и уровня в исполнении Ex ia или Ex d (например, WIKA, Endress+Hauser, Yokogawa).
• Кнопочные станции, световые табло в герметичных оболочках.
• Промышленные ПЛК с модулями ввода-вывода, поддерживающими искробезопасные цепи.
• Барьерные модули и искробезопасные интерфейсы — Pepperl+Fuchs, MTL, Phoenix Contact.
• Светильники, вентиляция, камеры видеонаблюдения в Ex-исполнении.
7. Проектирование систем с учётом взрывозащиты
Проектирование автоматизации во взрывоопасных зонах требует высокой квалификации и поэтапного подхода:
1. Анализ среды и определение зон — на основе ПБ и технологических схем.
2. Выбор оборудования с нужным уровнем защиты — на каждый участок.
3. Расчёт параметров искробезопасных цепей — ёмкость, индуктивность, длина кабеля.
4. Разделение цепей по зонам — с установкой барьеров и изоляции.
5. Согласование с заказчиком и надзорными органами.
6. Проверка маркировок, паспортов и сертификатов — особенно при поставке иностранного оборудования.
Нельзя просто «выбрать Ex-модель» — важно оценить, подходит ли она для конкретной зоны и среды, правильно ли реализовано подключение и монтаж.
Заключение
Взрывозащита и искробезопасность — это не формальность, а необходимое условие надёжной и безопасной работы АСУ ТП в реальных производственных условиях. Грамотное проектирование, сертифицированное оборудование и соблюдение стандартов позволяют минимизировать риски и соответствовать требованиям промышленной безопасности.