Czy płyty grzewcze PTFE można stosować w atmosferach wybuchowych?

„W zakładzie chemicznym odbywa się proces, w którym wykorzystuje się łatwopalne ciecze. Cały sprzęt elektryczny w regionie musi posiadać certyfikat dopuszczający do stosowania w miejscach niebezpiecznych. W niektórych sytuacjach iskra lub gorąca powierzchnia może spowodować zapalenie wybuchowej mieszaniny par, gazów lub łatwopalnego pyłu. Płyty grzewcze z PTFE są zazwyczaj idealnym rozwiązaniem do operacji chemicznych ze względu na ich odporność na korozję i stabilność chemiczną, ale pytanie brzmi, czy można je właściwie wykorzystać w atmosferach wybuchowych? Co ważniejsze, jakie certyfikaty i metody instalacji są potrzebne, aby zapewnić bezpieczną pracę?

Odpowiedź brzmi: tak, płyty grzewcze PTFE mogą być stosowane w miejscach niebezpiecznych, ale tylko wtedy, gdy zostaną starannie zaprojektowane, certyfikowane i zainstalowane dla tych miejsc. W atmosferach wybuchowych nie ma miejsca na błędy. Certyfikacja to nie tylko dokument papierowy, to potwierdzenie, że sprzęt został zaprojektowany w celu ograniczania lub kontrolowania ryzyka zapłonu.

Grzejnik jako zapalnik
W przypadku każdego grzejnika zasilanego elektrycznie istnieją dwa główne problemy związane z zapłonem. Pierwszym z nich jest niebezpieczeństwo powstania iskier elektrycznych lub łuków elektrycznych w okablowaniu, zaciskach lub elementach przełączających. Drugim jest gorąca powierzchnia samego grzejnika, która może osiągnąć temperaturę wystarczająco wysoką, aby spowodować zapalenie gazów lub cząstek znajdujących się w pobliżu grzejnika.

Zagrożenia te są zarządzane w normalnych warunkach przemysłowych przy zastosowaniu standardowych norm bezpieczeństwa elektrycznego. Jednak w obszarach niebezpiecznych konsekwencje zapłonu są znacznie poważniejsze. Przepisy wymagają zatem, aby sprzęt był budowany i konstruowany w taki sposób, aby w normalnych warunkach pracy i określonych sytuacjach awaryjnych nie nastąpił zapłon.

Trudność tę rozwiązują międzynarodowe ramy bezpieczeństwa, które zapewniają dobrze zdefiniowane wymagania. Dyrektywa ATEX 2014/34/UE opracowana w Europie i wielu innych lokalizacjach musi być przestrzegana w przypadku sprzętu używanego w atmosferach wybuchowych. System IECEx może również zapewnić uznawaną na całym świecie certyfikację. Normy dotyczące miejsc niebezpiecznych są określone w krajowym kodeksie elektrycznym obowiązującym w Stanach Zjednoczonych.

Przepisy określają obszary niebezpieczne w oparciu o rodzaj i występowanie atmosfer wybuchowych. Strefy 1 i 2 dla gazów i oparów to obszary, w których kombinacje wybuchowe mogą występować często lub rzadko. Strefy 21 i 22 dla pyłów palnych określają miejsca, w których prawdopodobne jest pojawienie się chmur pyłu w normalnych lub nienormalnych warunkach.

Regulacja temperatury powierzchni
Jednym z podstawowych sposobów zabezpieczenia urządzeń grzewczych w strefach niebezpiecznych jest ograniczenie temperatury ich powierzchni. Każdy palny gaz lub pył ma określoną temperaturę zapłonu. Jeżeli powierzchnia zewnętrzna urządzenia znajduje się poniżej tego progu, zapłon nie może nastąpić wyłącznie w wyniku kontaktu.

Dlatego płyty grzewcze PTFE do miejsc niebezpiecznych są wyposażone w urządzenia zapewniające szczelną kontrolę temperatury. Wartość zadana grzejnika jest ograniczona w celu bezpiecznego utrzymania maksymalnej temperatury powierzchni poniżej temperatury zapłonu otaczającej atmosfery. W przypadku wielu systemów to zabezpieczenie obejmuje certyfikowane ograniczenie temperatury, które działa niezależnie od głównego sterownika.

Takie mechanizmy bezpieczeństwa mają na celu wyłączenie grzejnika, gdy temperatura przekroczy zadany próg, zapobiegając w ten sposób przegrzaniu nawet w przypadku awarii układu sterowania. W obszarach niebezpiecznych ogólnie uważa się, że konieczna jest redundancja w celu ochrony temperaturowej.

Metody izolacji i enkapsulacji
Inną powszechną metodą zabezpieczenia jest oddzielenie prawdopodobnych źródeł zapłonu od otaczającej atmosfery. W niektórych konstrukcjach elementy grzejne i połączenia elektryczne są umieszczone w masach ochronnych lub w szczelnych obudowach. Technika ta zapobiega zapaleniu gazów palnych przez iskry lub nagrzane części wewnętrzne.

Techniki kapsułkowania są ogólnie określane jako ochrona „Ex m” zgodnie z międzynarodowymi normami dotyczącymi obszarów niebezpiecznych. Elementy grzejne są otoczone materiałami izolacyjnymi, które zapobiegają przedostawaniu się temperatur-zdolnych do zapłonu i łuków elektrycznych do atmosfery zewnętrznej.

W przypadku płyt grzewczych z PTFE możliwa jest hermetyzacja w strukturze PTFE lub w osobnej obudowie ochronnej. Konstrukcja zapewnia fizyczną izolację wszelkich elementów elektrycznych od otaczającego środowiska.

Zasady projektowania ulepszonego bezpieczeństwa
Innym terminem często używanym do opisania wyposażenia strefy niebezpiecznej jest zwiększone bezpieczeństwo lub „Ex e”. Zamiast ograniczać eksplozję, ta filozofia projektowania zapobiega zapłonowi, unikając okoliczności, które mogłyby spowodować iskry, łuki lub ekstremalne temperatury podczas normalnej pracy.

Lepsze projekty bezpieczeństwa mogą obejmować lepszą izolację, mocniejsze zaciski i solidne konfiguracje okablowania, które zmniejszają prawdopodobieństwo problemów elektrycznych. Komponenty dobiera się tak, aby działały w ramach konserwatywnych ograniczeń termicznych, aby uniknąć tworzenia lokalnych gorących punktów.

Ulepszone standardy bezpieczeństwa zastosowane do płyt grzewczych z PTFE mogą mieć wpływ na konstrukcję skrzynek zaciskowych, systemów okablowania i czujników temperatury powiązanych z zespołem grzejnika.

Systemy zwiększania ciśnienia i oczyszczania
W niektórych instalacjach stosuje się techniki oczyszczania i zwiększania ciśnienia w celu ochrony sprzętu znajdującego się w strefie niebezpiecznej. Nazywa się to zabezpieczeniem „Ex p” i oznacza, że ​​czyste powietrze lub gaz obojętny są stale wdmuchiwane do obudowy zawierającej komponenty elektryczne.

System oczyszczania zapobiega przedostawaniu się łatwopalnych gazów do obudowy. Wyeliminuje to ryzyko tworzenia się mieszanin wybuchowych wokół źródeł zapłonu. Jeżeli ciśnienie ochronne spadnie poniżej bezpiecznego limitu, urządzenie automatycznie się wyłączy.

W systemach grzewczych stosowanych w wyjątkowo trudnych warunkach system oczyszczania może być stosowany w połączeniu z innymi mechanizmami zabezpieczającymi, aby zapewnić dodatkowy poziom bezpieczeństwa.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze i instalacji
Wybierając płytę grzejną PTFE do zastosowań w sytuacjach niebezpiecznych, ważne jest, aby ocenić cały system, a nie tylko grzejnik. Sterownik, okablowanie, czujniki i obudowy elektryczne muszą być odpowiednio przystosowane do klasyfikacji strefy niebezpiecznej, w której będą działać.

Dokumenty certyfikacyjne muszą wykazywać zgodność z uznanymi normami, takimi jak ATEX, IECEx lub porównywalnymi krajowymi systemami certyfikacji. Oznaczenia urządzeń zazwyczaj opisują strefę, klasyfikację temperaturową i mechanizm ochronny.

Zdecydowanie zaleca się konsultację ze specjalistami w obszarach niebezpiecznych lub inżynierami bezpieczeństwa procesowego podczas projektowania systemu. Taka wiedza specjalistyczna może pomóc w zapewnieniu, że wybrany sprzęt będzie spełniać normy regulacyjne i cele w zakresie bezpieczeństwa procesu.

Równie istotny jest prawidłowy montaż. Nawet certyfikowany sprzęt może być szkodliwy, jeśli zostanie źle zamontowany. Koncepcja ochrony musi być zachowana poprzez zastosowanie dławików kablowych, systemów uziemiających i uszczelek obudów odpowiednich do stosowania w obszarach niebezpiecznych.

Zasada bezpieczeństwa, której nie można zignorować
Konwencjonalna płyta grzejna z PTFE do zastosowań przemysłowych nie ma certyfikatu do stosowania w obszarach niebezpiecznych i nigdy nie wolno jej instalować w atmosferach wybuchowych. (3) Taki sprzęt może być źródłem zapłonu bez ograniczeń temperaturowych, obudów ochronnych lub uznanych systemów bezpieczeństwa.

Jednakże, jeśli są skonstruowane i certyfikowane zgodnie z wymaganiami dotyczącymi obszarów niebezpiecznych, płyty grzewcze z PTFE mogą być bezpiecznie stosowane w obszarach zawierających łatwopalne gazy lub palne pyły. Ich odporność na chemikalia i czysta powierzchnia często czynią je przydatnymi w przetwarzaniu rozpuszczalników, produkcji chemicznej i pokrewnych zastosowaniach.

Konkluzja jest taka, że ​​założenie jest proste, sprzęt zawsze musi być dopasowany do środowiska, w którym działa. Właściwa certyfikacja, projekt inżynieryjny i metody instalacji w atmosferach wybuchowych przekształcają potencjalnie niebezpieczny grzejnik w bezpieczny i niezawodny element systemu procesowego.