elektrotechnik AUTOMATYK
Reklama
Reklama

Silniki ATEX do stref zagrożonych wybuchem

SEW-Eurodrive
Reklama
Reklama

Wszelkie obiekty, w których występuje tzw. atmosfera wybuchowa, czyli nagromadzenie gazów palnych, par lub pyłów, są strefami zagrożonymi wybuchem. Dlatego też odpowiednie przepisy wymuszają stosowanie w nich urządzeń w tzw. wykonaniu przeciwwybuchowym, które mają wyeliminować lub w znaczącym stopniu ograniczyć ryzyko eksplozji. Dotyczy to również napędów i silników, dlatego też w ofercie producentów znajdziemy silniki z certyfikatem ATEX do stref zagrożonych wybuchem.

 

  • Strefy zagrożenia wybuchem obejmują wszelkie przestrzenie, w których mamy do czynienia z tzw. atmosferą wybuchową
  • Wymagania dotyczące silników do stref zagrożonych wybuchem określa tzw. dyrektywa ATEX oraz krajowe przepisy i normy
  • Silniki do stref zagrożonych wybuchem dzielą się na dwie grupy – do pracy w kopalniach i do użytku naziemnego
  • W obu grupach silniki ATEX podzielone są na kilka kategorii, w zależności od stopnia zagrożenia wybuchem
  • Zabezpieczenie przed wybuchem zapewniają m.in. specjalne obudowy silników do stref zagrożonych wybuchem
  • W zależności od temperatury zapłonu atmosfery wybuchowej silniki ATEX muszą też mieć odpowiednie klasy temperaturowe

 

Ryzyko zagrożenia wybuchem występuje w wielu branżach przemysłowych. I to nie tylko tam, gdzie pojawiają się paliwa, gazy czy inne łatwopalne substancje. Strefy zagrożenia wybuchem obejmują wszelkie przestrzenie, w których mamy do czynienia z tzw. atmosferą wybuchową. Pojęcie to dotyczy mieszaniny powietrza i substancji palnych w postaci gazu, pary, mgieł czy też pyłu, w której po zapaleniu spalanie rozprzestrzenia się na całą mieszaninę.

Takie strefy (określane skrótem ATEX lub Ex) najczęściej występują w kopalniach, zakładach chemicznych i petrochemicznych, ale mogą pojawić się również np. w cementowniach, lakierniach, zakładach przetwórstwa drewna, spożywczych, a nawet w młynach.

Kluczowe jest zatem, aby wykorzystywane w takich obiektach urządzenia, np. silniki, nie były źródłem zapłonu. Dlatego też niezbędne jest przestrzeganie dość rygorystycznych przepisów, które określają szczegółowe wymogi dotyczące stosowania urządzeń w strefach zagrożenia wybuchem.

Unijne i krajowe przepisy oraz normy dotyczące silników do stref zagrożonych wybuchem

Żeby w różnych krajach Unii Europejskiej obowiązywały ujednolicone przepisy w tej materii, wprowadzona została tzw. dyrektywa ATEX (obecnie obowiązuje dyrektywa ATEX 114 2014/34/UE). Wprowadziła ona ogólne wytyczne dla urządzeń i systemów ochronnych, które są wykorzystywane w strefach zagrożonych wybuchem. Szczegółowe regulacje znajdziemy w normach zharmonizowanych z tą dyrektywą, a także w przepisach krajowych, które mogą precyzować wymagania, jeśli nie znalazły się one w dyrektywie.

Takim krajowym przepisem jest Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 6 czerwca 2016 r. w sprawie wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej.

Z kolei lista norm dotycząca urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, które są zharmonizowane z przepisami unijnymi, jest naprawdę bardzo długa. Warto tu wspomnieć przede wszystkim o normach z rodziny PN-EN 60079 Atmosfery wybuchowe i jej kilkudziesięciu częściach (m.in. Część 1 dotyczy zabezpieczeń urządzeń za pomocą osłon ognioszczelnych, Część 7 – za pomocą budowy wzmocnionej, a Część 11 dotyczy urządzeń iskrobezpiecznych.

Silniki ATEX – kategoryzacja

Ponieważ strefy Ex mogą się różnić między sobą poziomem ryzyka wystąpienia wybuchu, w dyrektywie ATEX wprowadzono podział na dwie grupy i kilka kategorii urządzeń, które mogą się różnić poziomem zabezpieczeń. Pierwsza grupa obejmuje urządzenia przeznaczone do pracy w kopalniach, gdzie występuje zagrożenie wybuchem gazu kopalnianego (metanu lub pyłu węglowego). Druga grupa to pozostałe strefy zagrożone wybuchem.

W ramach pierwszej grupy wydzielono dwie kategorie. Silniki z kategorii M1 muszą zapewniać bardzo wysoki poziom zabezpieczenia. Przepisy wymuszają, żeby w przypadku uszkodzenia jednego ze środków zabezpieczających, drugi zapewniał wymagany poziom zabezpieczenia, albo żeby wymagany poziom zabezpieczenia był zapewniony w przypadku wystąpienia dwóch niezależnych od siebie uszkodzeń.

Reklama

Silniki należące do kategorii M2 powinny mieć zabezpieczenia, aby ich ewentualne wewnętrzne źródła zapalenia nie uaktywniły się w czasie normalnego ich działania. Natomiast w przypadku pojawienia się mieszaniny wybuchowej powinny się samoczynnie wyłączyć.

Urządzenia w grupie II zostały podzielone na 3 kategorie. Silniki z kategorii 1 są przeznaczone do pracy w przestrzeni, w której atmosfera wybuchowa występuje stale lub przez długi czas (strefa 0 lub 20), i powinny zapewniać bardzo wysoki poziom bezpieczeństwa (m.in. 2 niezależne środki zabezpieczające).

Reklama

Kategoria 2 obejmuje silniki z wysokim poziomem zabezpieczenia, które przeznaczone są do użytku w strefach zagrożonych wybuchem sporadycznie (strefa 1 lub 21). Natomiast kategoria 3 dotyczy tych urządzeń i stref, gdzie ryzyko wystąpienia atmosfery wybuchowej spowodowanej przez gazy, pary, mgły bądź mieszaniny pyłowo-powietrzne jest niewielkie lub występuje przez krótki okres czasu (strefa 2 lub 22). Silniki z tej kategorii powinny charakteryzować się podwyższonym poziomem zabezpieczenia.

W przypadku urządzeń z grupy II przepisy rozróżniają strefy, w których zagrożenie wybuchem może być spowodowane przez gazy lub pyły (G), oraz strefy, gdzie atmosfera wybuchowa może być następstwem występowania różnego rodzaju pyłów.

Podział silników ATEX wg ochrony przed zagrożeniem wybuchem 
grupa kategoria silników i poziom ochrony strefa atmosfera
grupa I kategoria M1 – bardzo wysoki poziom zabezpieczenia Możliwość pracy w strefach Ex
kategoria M2 – wysoki poziom zabezpieczenia Należy wyłączać w strefach Ex
grupa II kategoria 1 – bardzo wysoki poziom zabezpieczenia 0,1, 2 gaz lub para
20, 21, 22 pył
kategoria 2 – wysoki poziom zabezpieczenia 1, 2 gaz lub para
21, 22 pył
kategoria 3 – normalny poziom zabezpieczenia 2 gaz lub para
22 pył

Budowa silników ATEX

Nie ma jednego skutecznego sposobu zabezpieczenia silników, które pracują w strefach Ex. Generalną zasadą jest unikanie wystąpienia źródeł zapłonu w normalnej pracy silnika, ale również w dających się przewidzieć sytuacjach awaryjnych. Natomiast, gdy taki zapłon będzie miał miejsce, konstrukcja silnika ma nie dopuścić do jego kontaktu z wybuchową atmosferą.

Dlatego też niezwykle istotne są obudowy silników, które mają do spełnienia kilka istotnych zadań. Powinny skutecznie osłaniać wszystkie części iskrzące oraz nagrzewające się, aby iskra czy nadmierne ciepło nie wyszły poza obudowę silnika. Osłona musi być również odpowiednio szczelna, aby wybuchowa mieszanka nie przedostała się do wnętrza silnika. Ponadto wszystkie elementy silnika, które są potencjalnym źródłem iskrzenia bądź nadmiernego nagrzewania się, powinny być wykonane ze zwiększoną niezawodnością elektryczną i mechaniczną.

Wśród dostępnych silników Ex występują różne typy obudów, które zapewniają odpowiedni rodzaj ochrony. Przykłady najczęściej występujących rodzajów ochrony:
ochrona typu d (osłona ognioszczelna) – zapobiega przeniesieniu wybuchu na zewnątrz silnika;
ochrona typu e (budowa wzmocniona) – dodatkowe zabezpieczenie przed wystąpieniem iskier, łuków elektrycznych czy nadmiernej temperatury;
ochrona typu i (wykonanie iskrobezpieczne) – zmniejszenie energii do wartości, która nie powoduje zapłonu;
ochrona typu p (obudowa z nadciśnieniem) – ochrona przed wnikaniem do silnika pyłów z zewnątrz;
ochrona typu t – ochrona przed wystąpieniem nadmiernej temperatury.

Klasy temperaturowe silników ATEX

Ponadto wymagane jest, aby temperatura elementów konstrukcyjnych silnika – zarówno w stanach normalnej pracy, jak i stanach zakłóceniowych – nie przekroczyła dopuszczalnych wartości. Temperatury te mogą się różnić, bo zależą od konkretnych atmosfer wybuchowych i dominujących w nich substancji palnych.

Przepisy przewidują np. istnienie 6 klas temperaturowych dla stref, w których czynnikiem stanowiącym zagrożenie są gazy lub pary. W klasie T1 maksymalna temperatura obudowy silnika nie może przekraczać 450°C, ale już dla klasy T6 – zaledwie 85°C.

Klasy temperaturowe dla silników grupy II
Klasa temperaturowa Maks. temperatura obudowy silnika [ºC] Temperatura zapłonu gazu lub par [ºC]
T1 450 >450
T2 300 300–450
T3 200 200–300
T4 135 135–200
T5 100 100–135
T6 85 85–100

W przypadku stref, w których zagrożenie stanowią pyły, maksymalną temperaturę powierzchni urządzenia należy wyliczyć z uwzględnieniem grubości warstwy pyłu i temperatury jego zapłonu (więcej w normie PN-EN 60079-14).

Silniki ATEX i klasa IE3 lub wyższa
Silniki specjalnego przeznaczenia, do których zalicza się także silniki do zastosowań w obszarach niebezpiecznych, jeszcze niedawno były wyłączone spod przepisów dotyczących efektywności energetycznej. Wynikało to z konieczności zapewnienia przez nie odpowiedniej ochrony podczas użytkowania w atmosferze wybuchowej. Jednak od 1 lipca 2021 r. wszystkie nowe silniki z certyfikatem ATEX wprowadzane do łańcucha dostaw muszą mieć klasę IE3 lub wyższą (zgodnie z Rozporządzenie Komisji (WE) 2019/1781). Wyjątkiem zostały objęte na razie silniki o podwyższonym bezpieczeństwie (Ex eb). Silniki te będą musiały mieć co najmniej klasę sprawności IE2 najpóźniej do 2023 r.
Wyłączone z powyższych wymagań, bez planowanej na razie daty ich wprowadzenia, są silniki z zabezpieczeniem przeciwwybuchowym zaprojektowane i certyfikowane na potrzeby górnictwa (zgodnie z Dyrektywą ATEX 2014/34/UE).

 

Artykuł ukazał się w czasopiśmie
Reklama

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama