Làm thế nào để phân chia khu vực chống cháy nổ một cách khoa học? - Giải pháp thích ứng thiết bị đo lường cốt lõi từ Auto Instruments

Làm thế nào để phân chia khu vực chống cháy nổ một cách khoa học? - Giải pháp thích ứng thiết bị đo lường cốt lõi từ Auto Instruments

Trong các ngành công nghiệp như hóa dầu, khai thác than, xử lý bụi, hóa chất tinh chế, và logistics kho bãi và vận chuyển, môi trường dễ cháy nổ luôn tiềm ẩn nguy cơ. Để đảm bảo sản xuất an toàn, cần phải xác định rủi ro từ nguồn gốc, và việc phân chia khu vực chống cháy nổ, như một điều kiện tiên quyết cho sản xuất an toàn, là nền tảng cho tất cả các thiết kế chống cháy nổ, lựa chọn thiết bị, bố trí hệ thống thông gió và quản lý vận hành.

Thông qua việc phân chia khu vực khoa học, ranh giới và mức độ của các môi trường nguy hiểm có thể được xác định rõ ràng, giúp các biện pháp kỹ thuật được nhắm mục tiêu và giảm thiểu khả năng xuất hiện các nguồn gây cháy, từ đó giảm thiểu rủi ro tai nạn.

Công ty Auto Instruments đã tham gia sâu rộng vào lĩnh vực đo lường tự động hóa công nghiệp và đã hệ thống hóa các nguyên tắc, hệ thống tiêu chuẩn, quy tắc phân loại môi trường khí và bụi, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến việc phân chia khu vực chống cháy nổ. Kết hợp với sản phẩm cốt lõi của mình - Autobộ truyền áp suấtNó phân tích những ưu điểm và điểm ứng dụng của chúng trong các điều kiện chống cháy nổ khác nhau, cung cấp hỗ trợ chuyên nghiệp cho các doanh nghiệp để đạt được sản xuất an toàn và hiệu quả.

I. Nguyên tắc phân chia khu vực chống cháy nổ

1. Ba yếu tố của vụ nổ

Trong môi trường công nghiệp, sự hiện diện đồng thời của vật liệu dễ cháy, chất oxy hóa và nguồn gây cháy là điều kiện cơ bản để xảy ra vụ nổ.

Ba yếu tố cấu thành vụ nổ bao gồm vật liệu dễ cháy (như khí tự nhiên, hơi xăng, bụi than, bụi kim loại), chất oxy hóa (thường là không khí, với hàm lượng oxy là yếu tố then chốt cho sự giãn nở của vụ nổ) và nguồn gây cháy (tia lửa điện, tia lửa ma sát cơ học, tĩnh điện, bề mặt có nhiệt độ cao, v.v.).

Khi cả ba yếu tố cùng tồn tại với tỷ lệ thích hợp, điều kiện để xảy ra vụ nổ sẽ được đáp ứng. Việc phân chia các khu vực chống nổ về cơ bản đánh giá xác suất xuất hiện đồng thời của ba yếu tố trong một khu vực nhất định, với tần suất và thời gian xảy ra là cơ sở chính. Thời gian và tần suất xảy ra càng lâu, mức độ nguy hiểm càng cao, và các khu vực được quản lý theo mức độ rủi ro.

2. Nguồn phát hành

Đây là những bộ phận có thể giải phóng các chất dễ cháy, chẳng hạn như gioăng bơm, van, mặt bích, van thông hơi và các khớp nối của thiết bị vận chuyển bụi.

Chúng được phân loại dựa trên tần suất và thời gian phát tán thành:

Nguồn phát thải liên tục: Tồn tại lâu dài (chẳng hạn như khu vực pha khí bên trong bể chứa)

Nguồn rò rỉ cấp độ 1: Rò rỉ có thể xảy ra trong quá trình vận hành bình thường (ví dụ như gioăng bơm)

Nguồn rò rỉ cấp hai: Chỉ rò rỉ ngắn hạn trong điều kiện bất thường (chẳng hạn như rò rỉ mặt bích không thường xuyên)

Mức độ phát tán càng cao, mức độ nguy hiểm của khu vực càng lớn.

3. Điều kiện thông gió

Điều này đề cập đến khả năng của không khí trong việc pha loãng các chất dễ cháy đến nồng độ an toàn dưới giới hạn nổ, đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc môi trường nguy hiểm có thể tồn tại hay không. Nó bao gồm thông gió tự nhiên (thay đổi luồng không khí) và thông gió cơ học (hút khí bằng quạt).

Khi hệ thống thông gió tốt có thể duy trì ổn định nồng độ chất dễ cháy dưới giới hạn nổ thấp hơn (ví dụ như giới hạn nổ thấp nhất của metan).≈5%), mức độ nguy hiểm của khu vực có thể được giảm thiểu đáng kể.

4. Nguyên tắc cân bằng kỹ thuật và kinh tế

Việc phân chia khu vực phải cân bằng giữa an toàn và kinh tế. Phân chia quá hẹp có thể bỏ sót các rủi ro, trong khi phân chia quá rộng có thể dẫn đến chi phí lựa chọn thiết bị quá cao. Một cách tiếp cận hợp lý là tiến hành đánh giá toàn diện dựa trên bản chất của vật liệu dễ cháy, xác suất phát tán, cấu trúc không gian và kinh nghiệm vận hành, đảm bảo rằng việc phân chia tuân thủ các quy định và thuận tiện cho việc triển khai kỹ thuật.

II. Phân chia khu vực cho môi trường khí và hơi

Tại Trung Quốc, phương pháp phân chia theo khu vực (vùng) được sử dụng chủ yếu, chẳng hạn như Vùng 0, Vùng 1 và Vùng 2.

1. Khu vực 0: Khu vực nguy hiểm liên tục

Chỉ ra rằng khí hoặc hơi dễ cháy hiện diện trong thời gian dài hoặc thường xuyên, với thời lượng vượt quá 1.000 giờ mỗi năm. Thường được tìm thấy bên trong các bể chứa, không gian pha khí của lò phản ứng, và bên trong đường hầm và các môi trường kín khác.

Thiết bị phải sử dụng loại an toàn nội tại cấp cao nhất (Ex ia), loại này giới hạn năng lượng (dòng điện, điện áp) để đảm bảo không có năng lượng gây cháy nào được tạo ra do bất kỳ sự cố nào.

2. Khu vực 1: Khu vực thỉnh thoảng nguy hiểm

Trong quá trình vận hành bình thường, có thể xuất hiện các đám mây khí dễ cháy, thường liên quan đến sự biến động của quy trình và rò rỉ trong quá trình vận hành thiết bị. Ví dụ, phòng bơm (nơi bề mặt làm kín có thể bị rò rỉ), khu vực tập trung van (nơi có thể xảy ra rò rỉ trong quá trình vận hành) và khu vực xung quanh các thiết bị bơm nhiên liệu (nơi hơi xăng có thể dễ dàng lan rộng) đều là những khu vực như vậy. Có thể sử dụng thiết bị chống cháy nổ (Ex d), thiết bị an toàn tăng cường (Ex e) hoặc thiết bị an toàn nội tại (Ex ib).

Loại chống cháy nổ (Ex d) có nghĩa là vỏ thiết bị có thể chịu được áp suất nổ bên trong và ngăn chặn rò rỉ lửa. Loại an toàn tăng cường (Ex e) nâng cao độ an toàn bằng cách giảm hồ quang và hạ thấp nhiệt độ. Thiết bị chống cháy nổ chống lại các vụ nổ bên trong bằng cách gia cố vỏ và ngăn chặn rò rỉ lửa. Nó thường được sử dụng trong Khu vực 1 như một phương pháp bảo vệ chống cháy nổ.

3. Khu vực 2: Khu vực nguy hiểm không thường xuyên

Hỗn hợp dễ cháy nổ chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn trong các tình huống bất thường hoặc rò rỉ, chẳng hạn như khu vực xung quanh bể chứa và các khu vực điều chỉnh thử nghiệm được thông gió tốt.

Có thể sử dụng thiết bị loại không phát tia lửa điện (Ex n), loại này không tạo ra hồ quang hoặc nhiệt độ cao trong điều kiện hoạt động bình thường.

4. Đặc tính khuếch tán khí và phạm vi ứng dụng

Mật độ tương đối (so với mật độ không khí) của khí ảnh hưởng đến hướng khuếch tán của nó:

Nặng hơn không khí (mật độ 1): ví dụ như propan và butan, chúng có xu hướng tích tụ ở nồng độ thấp.

Nhẹ hơn không khí (mật độ < 1): ví dụ như hydro và metan, chúng có xu hướng nổi lên trên.

Chiều cao của khu vực thường được thiết lập theo các quy tắc nêu trên. Môi trường dễ bay hơi có thể có phạm vi khuếch tán lớn hơn, cần được đánh giá dựa trên dữ liệu về tính chất vật lý. Mô hình khuếch tán có liên quan chặt chẽ đến tốc độ gió và các vật cản.

Nặng hơn không khí→Khu vực này có độ cao xấp xỉ 1 mét so với mặt đất.

Nhẹ hơn không khí→Khu vực cách trần nhà từ 1 đến 2 mét được coi là khu vực nguy hiểm.

Chất lỏng có điểm chớp cháy cao→Độ bay hơi khí thấp, phạm vi khu vực có thể được thu hẹp.

III. Phân chia khu vực theo môi trường bụi

Vụ nổ bụi khác với vụ nổ khí, điểm mấu chốt là sự hình thành các đám mây bụi dễ nổ (bụi lơ lửng). Kích thước hạt bụi càng nhỏ và bụi càng khô thì khả năng hình thành đám mây bụi dễ nổ càng cao.

1. Khu vực 20: Khu vực mây bụi liên tục

Bụi tồn tại ở trạng thái lơ lửng trong thời gian dài. Thường thấy bên trong các nhà máy xay bột, silo chứa bột than và buồng trộn bột kim loại, các vụ nổ bụi tiềm ẩn nguy cơ gây nổ thứ cấp, nghĩa là vụ nổ ban đầu có thể làm khuấy động bụi đã lắng đọng và gây ra một vụ nổ thứ cấp lớn hơn. Do đó, cần mức độ bảo vệ cao nhất.

2. Khu vực 21: Khu vực thỉnh thoảng có mây bụi

Bụi có thể bị lơ lửng trong không khí trong quá trình vận hành, chẳng hạn như tại các điểm xếp dỡ hàng hóa và điểm trung chuyển, nơi có thể hình thành các đám mây bụi. Nói chung, cần có thiết bị điện chống cháy nổ do bụi (Ex tD) và phải kiểm soát sự tăng nhiệt độ bề mặt để ngăn ngừa sự bắt lửa của bụi.

3. Khu vực 22: Khu vực mây bụi hiếm gặp

Bụi thường tồn tại ở dạng lắng đọng và chỉ tạm thời bị cuốn lên tạo thành đám mây bụi khi bị tác động hoặc khi xảy ra sự cố, thường thấy ở các góc khuất của nhà máy, bên ngoài thiết bị hút bụi, khu vực lưu trữ và các bệ góc.

Kích thước hạt, độ ẩm và thành phần của bụi ảnh hưởng đáng kể đến nguy cơ cháy nổ. Bụi có kích thước hạt nhỏ hơn và điều kiện khô hơn thì nguy hiểm hơn.

Các khu vực bụi thường được phân chia bằng phương pháp khoảng cách nguồn phát thải, đây là cách tiếp cận thực tế nhất tại các công trường kỹ thuật.

IV. Hệ thống tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn chung quốc tế

Bộ tiêu chuẩn IEC 60079 là những tiêu chuẩn cơ bản được công nhận trên toàn cầu dành cho môi trường dễ cháy nổ.

IEC 60079-10-1: Phân loại môi trường khí dễ cháy nổ

IEC 60079-10-2: Phân loại môi trường bụi dễ cháy nổ

EU ATEX: Các yêu cầu bắt buộc tại EU, bao gồm thiết bị (ATEX 114) và quản lý địa điểm (ATEX 153)

NFPA/NEC (Hoa Kỳ): Sử dụng phương pháp phân loại theo Lớp/Phân khu.

Mặc dù thuật ngữ khác nhau, nhưng logic cốt lõi là giống nhau - tất cả đều phân loại mức độ rủi ro dựa trên tần suất và thời gian xuất hiện của các chất nguy hiểm.

V. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phân chia khu vực

1. Tính chất của vật liệu dễ cháy

Điểm chớp cháy: Nhiệt độ thấp nhất mà tại đó chất lỏng có thể tạo ra hơi dễ cháy khi bị nung nóng. Điểm chớp cháy càng thấp, độ bay hơi càng mạnh và nguy cơ cháy nổ càng cao.

Giới hạn nổ dưới (LEL): Dưới giá trị này, nồng độ khí không thể gây nổ. Ví dụ, metan có LEL khoảng 5%. LEL càng thấp, hỗn hợp dễ tạo thành chất nổ càng dễ xảy ra.

Kích thước hạt, độ ẩm và thành phần của bụi quyết định khả năng gây nổ của nó. Ví dụ, bột nhôm và bột magie là những loại bụi rất dễ gây nổ.

2. Tham số nguồn phát hành

Tốc độ rò rỉ, áp suất, nhiệt độ, v.v. quyết định lượng vật liệu dễ cháy được giải phóng.

Tốc độ giải phóng càng cao, hỗn hợp dễ cháy càng dễ hình thành trong thời gian ngắn.

Tuy nhiên, việc phun tia tốc độ cao cũng có thể làm tăng hiệu ứng pha loãng do sự trộn lẫn hỗn loạn, điều này đòi hỏi phải phân tích cụ thể. Rò rỉ nghiêm trọng thường được sử dụng để đánh giá kế hoạch ứng phó khẩn cấp.

3. Điều kiện thông gió

Lưu lượng thông gió quyết định liệu khí dễ cháy hoặc đám mây bụi có thể tích tụ đến nồng độ nguy hiểm hay không và là yếu tố phổ biến nhất gây ra những thay đổi trong phân loại khu vực.

Thông gió tự nhiên bị ảnh hưởng rất nhiều bởi khí hậu, địa hình và tốc độ gió; thông gió cơ học có thể liên tục kiểm soát nồng độ, nhưng cần đảm bảo rằng các sự cố không dẫn đến leo thang rủi ro (chẳng hạn như các biện pháp cảnh báo lỗi quạt).

4. Cấu trúc không gian

Không gian kín dễ tích tụ khí, trong khi không gian mở dễ phát tán khí; các vật cản (như giá đỡ đường ống, tường) có thể tạo thành các khu vực giữ khí, làm tăng nguy cơ cục bộ. Tính hợp lý của bố cục cấu trúc ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng của khu vực nguy hiểm.

CHÚNG TÔI.

Tự động  bộ truyền áp suất đo: Cảm biến áp suất chính xác dành cho môi trường nhiệt độ và áp suất cao

bộ truyền áp suất kiểu điện dungĐây là thiết bị cốt lõi để giám sát áp suất công nghiệp, chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu điện tiêu chuẩn để xuất ra, cung cấp dữ liệu thời gian thực hỗ trợ điều khiển quy trình và cảnh báo an toàn. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao ở khu vực chống cháy nổ, các thiết bị truyền thống thường gặp vấn đề. bộ truyền áp suất thông minh dễ gặp các vấn đề như biến dạng màng loa và trôi tín hiệu. Tuy nhiên, AutoBộ truyền áp suất HARTVới thiết kế tùy chỉnh, chúng hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu khắt khe.

1. Những đột phá về khả năng chịu nhiệt độ và áp suất

Khả năng thích ứng với phạm vi nhiệt độ rộng: Các bộ truyền áp suất truyền thống thường có phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -20 đến 150 độ C.°C, và các bộ phận cảm biến của chúng có xu hướng bị lão hóa và hỏng hóc trong điều kiện nhiệt độ cao. Ô tôBộ truyền áp suất EXSử dụng cảm biến điện dung gốm chịu nhiệt cao và được trang bị thiết kế vỏ tản nhiệt đặc biệt, cho phép các thành phần cốt lõi chịu được nhiệt độ từ -40 đến 200°C.°C, với một số mẫu tùy chỉnh có thể lên tới 300°C. Chúng tích hợp các thuật toán bù nhiệt độ nhiều giai đoạn, duy trì độ chính xác đo lường trong phạm vi cho phép.±Độ chính xác 0,1%FS trên toàn bộ dải nhiệt độ, loại bỏ các lỗi đo do sự thay đổi nhiệt độ gây ra.

Khả năng chịu áp suất cao và bảo vệ kín: Trong điều kiện áp suất cao, màng ngăn và cấu trúc làm kín của bộ truyền áp suất là yếu tố then chốt để chống lại rủi ro. Bộ truyền áp suất tự động sử dụng màng ngăn Hastelloy C-276, có khả năng chịu được áp suất cực cao lên đến 100MPa, đáp ứng các yêu cầu đo lường của lò phản ứng áp suất cao, giếng dầu khí và các trường hợp khác. Cấu trúc làm kín sử dụng công nghệ hàn laser và được kết hợp với vòng đệm cao su flo, đạt cấp bảo vệ IP67 và chứng nhận chống cháy nổ Ex d, cho phép sử dụng trực tiếp trong khu vực nguy hiểm khí Zone 1 và loại bỏ rủi ro an toàn do hỏng hóc cấu trúc làm kín.

2. Khả năng chống nhiễu trong môi trường phức tạp

Trong các tình huống chống cháy nổ với môi chất ăn mòn mạnh và có độ nhớt cao (như axit mạnh và dầu nặng), đầu dò của bộ truyền áp suất dễ bị ăn mòn và tắc nghẽn, ảnh hưởng đến độ ổn định của phép đo. Bộ truyền áp suất tự động cung cấp các tùy chọn lớp lót chống ăn mòn PTFE và PFA, và đối với môi chất có độ nhớt cao, chúng sử dụng thiết kế cấu trúc màng phẳng để giảm sự bám dính và tắc nghẽn của môi chất. Chúng cũng tích hợp các thuật toán lọc tín hiệu thông minh để chống lại hiệu quả nhiễu điện từ và rung động trong môi trường công nghiệp, đảm bảo đầu ra tín hiệu ổn định.

VII. Kết luận

Việc phân chia các khu vực chống cháy nổ là điểm khởi đầu của quản lý môi trường dễ cháy nổ và là khuôn khổ cơ bản cho việc lựa chọn thiết bị, bố trí quy trình, thiết kế thông gió và an toàn vận hành. Chỉ bằng cách hiểu rõ các đặc tính của vật liệu dễ cháy, mô hình phát tán, hành vi khuếch tán và đặc điểm của thiết bị, kết quả phân vùng mới có thể phù hợp với các thiết bị thực tế, tạo thành một hệ thống kiểm soát rủi ro hiệu quả.

Các bộ truyền áp suất tự động, với hiệu suất chống cháy nổ vượt trội, phạm vi chịu nhiệt độ và áp suất rộng, khả năng đo chính xác và ưu điểm kỹ thuật trong việc thích ứng với môi trường phức tạp, đã trở thành lựa chọn đáng tin cậy cho các khu vực chống cháy nổ trong các ngành công nghiệp có rủi ro cao như hóa dầu và khai thác than.