Eksplosjonssikring Bakgrunn - Institutt for teknisk kybernetikk - NTNU
Eksplosjonssikring Bakgrunn - Institutt for teknisk kybernetikk - NTNU
Eksplosjonssikring Bakgrunn - Institutt for teknisk kybernetikk - NTNU
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
1<br />
ATEX<br />
<strong>Eksplosjonssikring</strong><br />
Tor Onshus<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong><br />
Norges <strong>teknisk</strong> naturvitenskaplige universitet, <strong>NTNU</strong><br />
tlf: 73594388<br />
fax: 73594399<br />
Tor.Onshus@itk.ntnu.no<br />
http://www.itk.ntnu.no/ansatte/Onshus_Tor<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
<strong>Bakgrunn</strong><br />
2<br />
• EØS direktiver som blir omsatt i norske <strong>for</strong>skrifter<br />
– http://www.lovdata.no/<br />
• FHOSEX (bedriftseier)<br />
– Helse og sikkerhet i eksplosjonsfarlig<br />
atmosfære<br />
•FUSEX(utstyrsleverandører)<br />
– Utstyr og sikkerhetssystem til bruk i eksplosjonsfarlig<br />
område<br />
• Forskrift om brannfarlig eller trykksatt stoff<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
1
Hva handler ATEX om?<br />
3<br />
• Forhindre ansamling av EX-atmosfære<br />
– Risikovurdering, deteksjon, ventilasjon,<br />
rengjøring, soneklassifisering<br />
• Hvis ikke, kontroll med alle tennkilder<br />
– Eliminere tennkilder<br />
• Hvis tennkilder ikke kan utelukkes<br />
– Tennkilder <strong>for</strong> avlastning og demping<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Risikovurdering av Eksplosjonsfare<br />
4<br />
Skal minimum ta hensyn til:<br />
a) Sannsynlighet <strong>for</strong> eksplosiv atmosfære og<br />
varigheten av disse<br />
b) Sannsynlighet <strong>for</strong> tennkilder<br />
c) Vekselvirkning mellom anlegg og stoffer<br />
d) Konsekvenser av en eksplosjon<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
2
Forebyggende tiltak og vern<br />
5<br />
Grunnleggende prinsipper<br />
a) Forhindre at det dannes eksplosiv atmosfære<br />
Hvis vi ikke klarer det:<br />
b) Unngå antenning<br />
c) Begrense skadevirkning av eksplosjon<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Spesifisering av Anlegget<br />
6<br />
• Egenskapene til den eksplosive atmosfæren<br />
– Klassifisering av atmosfæren<br />
– Tenntemperatur<br />
• Sannsynligheten <strong>for</strong> eksplosiv atmosfære<br />
– Sone inndeling<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
3
Gassgrupper<br />
7<br />
Beskrivelse<br />
Gasseksempler<br />
I Kullgruver Metan<br />
IIA<br />
IIB<br />
IIC<br />
Væsker med flammepunkt over 55 o C<br />
Tennenergi 200 μJ<br />
Væsker med flammepunkt mellom 23 o C<br />
og 55 o C<br />
Tennenergi 60 μJ<br />
Væsker med flammepunkt under 23 o C<br />
Tennenergi 20 μJ<br />
Propan, Bensin,<br />
Aceton,Metanol<br />
Etylen<br />
Hydrogen<br />
Acetylen<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Flammepunkt<br />
8<br />
• Den temperaturen der væsken avgir nok damp<br />
til at dampen kan antennes med en liten<br />
flamme<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
4
Tenntemperatur<br />
9<br />
• Den temperaturen der en får antennelse selv<br />
om det ikke er en ekstern tennkilde tilstede<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Tenntemperatur i o C<br />
10<br />
Gass Formel Tetthet NEG ØEG Min<br />
tenntemp<br />
Gassgruppe<br />
Metan CH4 0.5 5.0 15.0 595 I<br />
Hydrogen H2 0.1 4.0 75.6 560 IIC<br />
Etan C2H6 1.05 3.0 15.5 515 IIA<br />
Etylen C2H4 1.0 425 IIB<br />
Butan C4H10 2.1 1.5 8.5 365 IIA<br />
Propan C3H3 1.6 2.1 9.5 470 IIA<br />
Acetylen C2H2 0.9 1.5 80.0 305 IIC<br />
Råolje(gass) 1 10<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
5
Soneinndeling (gass, damp og tåke)<br />
11<br />
Sone Beskrivelse Eksempler<br />
Sone 0 Kontinuerlige utslippsteder<br />
Utslipp skjer kontinuerlig eller i lange perioder<br />
Typisk › 1000 timer pr år, eller mer enn 10% av<br />
total prosesstid<br />
Inne i tanker<br />
Væskeoverflate<br />
Sone 1<br />
Sone 2<br />
Primære utslippssteder<br />
Utslipp skjer periodisk eller tilfeldig under<br />
normal drift<br />
Typisk >10 og ‹ 1000 timer pr år<br />
Sekundære utslippssteder<br />
Utslipp <strong>for</strong>ventes ikke å skje under normal<br />
drift, unntaksvis og kortvarige utslipp<br />
Typisk ‹ 10 timer pr år og ‹ 2 timer pr gang<br />
Lufterør fra tanker<br />
Tappe og Fyllesteder<br />
Pakkbokser<br />
Fleksible rør<br />
Flenser<br />
Pakninger<br />
Koblinger<br />
Ventiler<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Sonekart - Lagertank<br />
12<br />
Area Classification<br />
<strong>for</strong> a fixed-roof tank<br />
with heavier than air<br />
vapour<br />
Tank vents<br />
Liquid surface<br />
Key<br />
Zone 0<br />
Zone 1<br />
Zone 2<br />
Bund wall<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
6
Sonekart - Transmitter<br />
13<br />
Outside of pipe<br />
Zone 2 Zone 1<br />
Zone 0<br />
Inside of pipe or<br />
process vessel<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Soneinndeling (støv)<br />
14<br />
Sone<br />
Beskrivelse<br />
Sone 20 Kontinuerlige utslippsteder<br />
Utslipp skjer kontinuerlig eller i lange<br />
perioder<br />
Sone 21 Primære utslippssteder<br />
Utslipp skjer periodisk eller tilfeldig under<br />
normal drift<br />
Sone 22 Sekundære utslippssteder<br />
Utslipp <strong>for</strong>ventes ikke å skje under normal<br />
drift, unntaksvis og kortvarige utslipp<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
7
Eksplosjonstrekanten<br />
15<br />
Tennkilde<br />
Luft<br />
> vol % O 2<br />
Eksplosjonsfarlig<br />
gass, fast, støv, væske<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Noen Tennkilder<br />
16<br />
• Varme overflater<br />
• Flamme eller glødende materiale<br />
• Mekanisk genererte gnister<br />
• Elektrisk genererte gnister<br />
• Elektrostatisk utladning<br />
• Kjemisk reaksjon<br />
• Atmosfæriske <strong>for</strong>styrrelser<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
8
Kategorier av <strong>for</strong>brenning<br />
17<br />
Navn<br />
Forbrennings<br />
hastighet<br />
Trykkøkning<br />
Lydeffekt<br />
Forpuffning cm/s < 5 bar puff/smell<br />
Eksplosjon m/s 5-15 bar kraftig smell<br />
Detonasjon km/s > 20 bar øredøvende<br />
drønn<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Krav til Utstyret<br />
18<br />
• Må oppfylle krav gitt av anlegget<br />
• Maksimal tennenergi<br />
– Utstyrs gruppe<br />
• Maksimal overflatetemperatur<br />
– Temperaturklasser<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
9
EKSPLOSJONSSIKRING<br />
19<br />
Energi<br />
Minimum<br />
tennenergi<br />
Mager Eksplosiv blanding Fet<br />
LEL<br />
% gass i luft UEL<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
TENNENERGI<br />
20<br />
mA<br />
P<br />
=<br />
1<br />
--I 2 L +<br />
1 2 2 -- CU 2<br />
R•I 2 =konstant<br />
150 mA<br />
II B<br />
II C<br />
30 V<br />
V<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
10
Temperaturklasser<br />
21<br />
Temperaturklasse T1 T2 T3 T4 T5 T6<br />
Max overflatetemperatur o C 450 300 200 135 100 85<br />
Omgivelsestemperatur mellom<br />
-20 o C og +40 o C<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Krav til Ex beskyttelse<br />
22<br />
Sone<br />
Krav til Ex beskyttelse<br />
0, 20 Ex ia, eller utstyr godkjent <strong>for</strong> sone 0<br />
1, 21<br />
2, 22<br />
Utstyr godkjent i sone 0 pluss Ex ib, d, e, p, o, q,<br />
m, s<br />
Utstyr godkjent i sone 1 pluss utstyr spesiellt<br />
beregnet <strong>for</strong> sone 2 , og kapslet utstyr som normalt<br />
ikke danner gnister, minimum IP 44<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
11
Beskyttelsesarter<br />
Metode Beskrivelse Sone<br />
Ex o Oljefyllt utførelse 0<br />
Ex p Overtrykkskapsling 1<br />
Isolering<br />
Ex q Sandfyllt utførelse 1<br />
Ex m Innstøpt utførelse 1<br />
Kapsling Ex d Eksplosjonssikker utførelse 1<br />
Ex e Tennsikker utførelse 1<br />
Design<br />
Ex n Utstyr <strong>for</strong> bruk i sone 2 2<br />
Begrense<br />
Energi<br />
Ex i Egensikker utførelse 0-1<br />
Spesiell Ex s Spesialutførelse 0-2<br />
23<br />
Ustyret kan benyttes i soner med mindre strenge krav enn det masimale som er<br />
tillatt.<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Standarder/Normer<br />
Beskyttelsesarter<br />
24<br />
• IEC 60079 (http://www.standard.no/no/Abonnement/Standarder/)<br />
– Eksplosive atmosfærer<br />
– Et undernummer per beskyttelsesart<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
12
Kapsling, Ex d<br />
25<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Ex d – Ex e<br />
26<br />
• Ex d, svært mye arbeide med helt spesielle<br />
gjennomføringer<br />
– kan ha gnistgivende standard komponenter<br />
• Ex e, nesten som standard nipler<br />
– må ha spesielt ikke gnistgivende utstyr<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
13
Energibegrensing, Ex i<br />
27<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Barrierer (energibegrensning)<br />
28<br />
3<br />
4<br />
Motstand<br />
R1<br />
Z<br />
Sikring<br />
1<br />
F1<br />
IS-jord<br />
2<br />
Sikkert<br />
område<br />
3<br />
4<br />
Motstand<br />
R1<br />
Z<br />
=<br />
= F1<br />
Sikkert<br />
område<br />
Sikring<br />
1<br />
2<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
14
Zenerbarrierer<br />
29<br />
• To eller tre zenerdioder <strong>for</strong><br />
spenningsbegrensning<br />
• Motstand i serie <strong>for</strong> strømbegrensning<br />
• Sikring på primærsiden <strong>for</strong><br />
strømbegrensning(sikker side)<br />
• Jording til IS-jord, max 1 ohm motstand<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Ulemper ved Zenerbarrierer:<br />
30<br />
• Trenger god jord<strong>for</strong>bindelse<br />
• Støyfølsom pga. galvanisk kobling gjennom jord<strong>for</strong>bindelsene<br />
• Feilspenninger kan slå ut store deler av anlegget<br />
• Lekkasjestrøm i zenerdiodene kan påvirke målenøyaktigheten<br />
• 28V zener lekker ved 25-26V, dvs. <strong>for</strong>skjellig strøm i felt og kontrollrom<br />
• ekvivalent barrieremotstand <strong>for</strong> 300W barriere er typisk 340W<br />
• Høy installasjonskostnad<br />
• egenIS jord<br />
• må ha stabile powersupply<br />
• dyr kabling<br />
• ofte bytte pga. kortsluttninger etc.<br />
• Utstyr montert i Ex sone må isoleres fra jord og isolasjonsmotstand mot<br />
jord testes med 500V<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
15
Eksempel Zener<br />
31<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Andre typer<br />
32<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
16
Trafo Isolerte Barrierer<br />
33<br />
• Ikke IS jording<br />
• Galvanisk skille<br />
• Bedre enn zenerbarrierer<br />
• Dyrere i innkjøp<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Trafo Isoloerte Barrierer (TIB)<br />
34<br />
• Ikke krav til IS jord<br />
• Galvanisk skille mellom felt og I/O kort<br />
• Slipper IS jord, dyre power etc.<br />
• Ingen polaritetsproblemer<br />
• Høy driftssikkerhet, støy og feil undertrykkes i<br />
trafoen<br />
• Kortsluttningssikker<br />
• Ikke nødvendig med isolasjons fra jord <strong>for</strong> utstyr i Ex<br />
sone, ingen isolasjonstest<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
17
Eksempel<br />
35<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
36<br />
Beregning og Merking<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
18
SLØYFEMOTSTAND<br />
37<br />
Komponent<br />
Motstand<br />
(Ω)<br />
Indre motstand i system, inkl.. kraft<strong>for</strong>syning 10<br />
Målemotstand <strong>for</strong> konvertering fra mA til Volt 250<br />
Negativ barriere kanal 80<br />
Positiv barriere kanal 340<br />
Kabel 10<br />
Transmitter 625<br />
Total motstand i sløyfa 1315<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
U = R x I<br />
38<br />
Nødvendig Spenning<br />
• 1315 Ω x 20 mA = 26.3 V<br />
Redusert målemotstand til 62.5 W<br />
• 1112.5 Ω x 20 mA = 22.25 V<br />
Målenøyaktighet og A/D om<strong>for</strong>mer<br />
• 250 Ω x 20 mA =5 V<br />
• 62.5 Ω x 20 mA =1.25 V<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
19
MERKING og SERTIFIKATER<br />
Transmitter<br />
Barriere<br />
EEx ia IIB T4 37.90 x<br />
C eq ‹ 1.3F L eq ‹ 0.3 mH U max = 15V<br />
[EEx ia] IIC<br />
C ext ‹ 1.3F L ext ‹ 0.3 mH U max = 15V<br />
39<br />
Betydningen av de <strong>for</strong>skjellige merkingene er:<br />
EEx<br />
Godkjent i henhold til CENELEC normene (EN 50014 etc)<br />
ia egensikker krets som tolererer to samtidige feil (sone 0)<br />
IIB,IIC<br />
gassgruppe som utstyret er sertifisert <strong>for</strong><br />
T4<br />
temperaturklasse<br />
37.90 Godkjennings organisasjon 37 og prøvenummer 90<br />
x<br />
Betyr at det er knyttet spesielle vilkår til sertifikatet<br />
(må undersøkes før bruk)<br />
[..] plasseres i sikkert område<br />
C eq<br />
Maksimal kapasitans i utstyret<br />
L eq<br />
Maksimal induktans i utstyret<br />
U max<br />
Maksimal spenning<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
ATEX merking<br />
40<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
20
CENELEC/IEC merking<br />
41<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Utstyrsmerking<br />
42<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
21
Sonemerking<br />
43<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
44<br />
Jording<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
22
KRYSSKOBLING<br />
45<br />
CPU<br />
Rekke<br />
klemmer<br />
24V<br />
+ -<br />
220V<br />
Blå Rekke<br />
klemmer<br />
Inn<br />
12<br />
Barriere<br />
Barriere<br />
32<br />
Ut<br />
8<br />
+ -<br />
24V<br />
220V<br />
IS jordskinne <strong>for</strong><br />
tilkobling av skjerm<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
Kabelavslutning i Instrument<br />
46<br />
Kabel nummer<br />
Nippel<br />
Indre isolasjon<br />
Mutter<br />
Identifikasjon av leder<br />
+<br />
-<br />
Signaljord/skjerm iso<br />
leres etter testing<br />
Ytre kappe<br />
Armering kobles til<br />
jord<br />
Metallinstrumenter jor<br />
des til gods/struktur<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
23
JORDING<br />
47<br />
• Sikkerhetsjord (PE, gul/grønn)<br />
• Mest støyfull, skal avlede strøm og hindre<br />
berøringsfare<br />
• Signaljord (IE, gul/rød)<br />
• Minst mulig støy, skal ikke avlede strøm<br />
• Jord <strong>for</strong> Exi utstyr (IS, lys blå)<br />
• Spesialjord med en gitt kvalitet<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
EMC<br />
48<br />
• EMC-Elektromagnetisk Kompatibilitet<br />
• EMI-Elektromagnetisk Immunitet<br />
• ESD-Elektrostatisk utladning<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
24
JORDSYSTEM<br />
49<br />
Ikke Exi<br />
Exi<br />
Barriere<br />
Armering<br />
Skjerm<br />
Signal<br />
Armering<br />
Skjerm<br />
Signal<br />
PE<br />
IE<br />
PE<br />
IS<br />
Metall kapsling<br />
Struktur/Hovedjord<br />
Teknisk <strong>kybernetikk</strong> <strong>NTNU</strong><br />
professor Tor Onshus<br />
TTK4175<br />
25
Change language