Взрывобезопасное промышленное измерительное оборудование

За время, прошедшее с момента основания RS Components в 1937 г., произошло множество изменений в направлениях деятельности компании. Начиная свою работу в качестве поставщика запасных частей к радиоприемникам, RS Components постепенно, на протяжении шести десятилетий, осваивала такие направления, как телевизионная техника (1947 г.), полупроводниковые приборы, вычислительная техника, компоненты промышленного электронного и электромеханического оборудования, датчики, искусственные интеллектуальные компоненты и многое другое. Сейчас номенклатура изделий, поставляемых фирмой и включенных в каталог RS, превысила 120 000 наименований продукции более чем 600 фирм-производителей и распределяется по 79 направлениям, об одном из которых и пойдет речь в предлагаемой статье. Это электронные компоненты и контрольно-измерительные приборы взрывобезопасного исполнения — одна из новых областей деятельности RS Components, особенно актуальная для нефте- и газодобывающей промышленности, химического машиностроения и нефтепереработки.

Классификация взрывоопасных зон

В целях классификации степени взрывобезопасности различных электронных компонентов и приборов следует продифференцировать область использования таких устройств по степени присутствия взрывоопасных химических соединений. Принято выделять три типа зон взрывоопасности:

Следует заметить, что приведенная классификация проведена лишь в областях присутствия горючих газов, аэрозолей и паров и не рассматривает случай горючей пыли.

Степени защиты электронных устройств

Во втором приближении рассматриваемой классификации производится подразделение по типу конструктивного исполнения электронных устройств, обеспечивающего ту или иную степень взрывобезопасности:

Тип d (взрывозащищенные) охватывает устройства, способные выдерживать внутреннее воспламенение горючих газов без возникновения опасности взрыва газа в пространстве, окружающем прибор. Компоненты такого класса пригодны для использования в зонах 1 и 2.
Тип е (повышенной безопасности) включает приборы, в которых с высокой вероятностью исключена возможность нагрева внутренних или внешних элементов, либо искрообразования, приводящих к воспламенению горючих компонентов. Такой тип пригоден для эксплуатации в зонах 1 и 2.
Тип i (искрозащищенные) — устройства, использующие маломощные электронные схемы, в которых величины напряжений и токов ограничены значениями, достаточно малыми для предотвращения возможности искрообразования или какого-либо иного воспламенения горючих газов, присутствующих в зоне эксплуатации. Искрозащищенные устройства пригодны для использования в зонах 0, 1 и 2.
Тип р (защищенные наддувом) охватывает устройства, корпуса которых заполнены воздухом или инертным газом под избыточным давлением, препятствующем проникновению горючих газообразных компонентов извне. Другой метод защиты, также относящийся к этому классу, основан на снижении концентрации огнеопасного компонента газовоздушной смеси ниже взрывоопасного уровня за счет использования специального резервуара. Тип р пригоден для эксплуатации в зонах 1 и 2.
Тип о (маслозаполненные) — приборы, в которых возможность воспламенения предотвращена путем погружения отдельных частей в масло. Этот тип принято использовать в зоне 2.
Тип g (засыпные) — устройства, по принципу защиты аналогичные маслозаполненным, в которых в качестве наполнителя используется кварцевый песок. Тип g пригоден для зоны 2.
Тип m (герметичные) — приборы, части которых, потенциально способные вызвать воспламенение горючих газообразных компонентов, помещены в герметичные оболочки.

Атмосферное подразделение

Третья ступень классификации состоит в подразделении зон 0, 1 и 2 по типу газовой смеси, определяющей взрывоопасность каждой из них. В табл. 1 приведен ряд стандартных газовых атмосфер, сгруппированных соответственно CENELEC (E.C.). Ввиду различия в подходах к определению стандартных групп взрывоопасных газовых атмосфер в табл. 2 определено перекрестное соответствие унифицированных стандартных групп ЕЕС и специфических, принятых в США, Великобритании, Франции и Германии.

Таблица 1

Таблица 2

Максимальная поверхностная температура (Т-класс)

Максимальная поверхностная температура, обычно обозначаемая как Т-класс, являясь четвертой ступенью рассматриваемой классификации, определяется как верхняя граница величин температуры поверхности классифицируемых устройств, используемых в наиболее жестких условиях эксплуатации. Шесть наиболее употребительных Т-классов описаны в табл. 3. Ясно, что температура воспламенения газовой атмосферы, определяющей взрывоопасную группу, должна быть выше максимальной поверхностной температуры оборудования, достигающейся при его работе.

Таблица 3

Результирующая классификация

В результате описанного четырехступенчатого приближения мы получаем классификационную схему взрывобезопасных устройств, учитывающую тип зоны эксплуатации, степень защиты, группу взрывоопасной газовой атмосферы и температурный класс поверхности:

Теперь, когда каждое устройство взрывобезопасного исполнения описано выражением (1), возникает вопрос о сертификационном подтверждении соответствия устройства заявленному классу. Принятая в странах Западной Европы практика доверия позволяет особо выделить следующие бюро сертификации:

Взрывобезопасные компоненты промышленного электронного оборудования

Каталог RS Componens предоставляет в распоряжение инженеров и конструкторов более 1000 наименований электронных компонентов и контрольно-измерительных приборов взрывобезопасного исполнения. Среди них в первую очередь обращают на себя внимание компоненты систем автоматизированного контроля технологических процессов, протекающих во взрывоопасной атмосфере. Для сбора данных о физических параметрах подобных процессов предлагается семейство датчиков Pepperl & Fuchs:

Резонансные камертоны Pepperl & Fuchs Vibracon LVL1S-G3S-EU-EXD и LVL1S-G3S-NV1, класс защиты EЕx d IIC T6/5, предназначены для регистрации изменений уровня жидкости или положений твердых тел за счет изменения резонансной частоты камертона в переменных внешних условиях. Анализ смещения резонансной частоты производится программируемым микропроцессорным модулем, определяющим порог срабатывания датчика и формирующим выходной сигнал.

Оптоэлектронные модули пространственного сканирования Pepperl & Fuchs OCS1000-F3-NO и OCT150-F3-NO, класс защиты EЕx i IIC T6, предназначены для регистрации объектов во взрывоопасных промышленных зонах. Два типа исполнения таких модулей, регистрирующих отраженное излучение видимого диапазона и диффузно-рассеянное инфракрасного, обеспечивают регулируемую глубину сканирования до 1000 мм для выделенного диапазона и до 50 мм для инфракрасного соответственно, причем датчик в ИК-исполнении пригоден для регистрации прозрачных и полупрозрачных тел.

Оптический датчик прямого сканирования Pepperl & Fuchs OCS2000-M1K-N2, класс защиты EЕx i IIC T6, предназначен для сканирования пространства глубиной до 2000 мм в отраженном свете видимого диапазона, рекомендован к использованию в химической промышленности в соответствии с требованиями DIN19234.

Особого внимания заслуживает оптический модуль глубокого сканирования Erwin Sick WL24-X2301, класс защиты EЕx i IIC T6, предназначен для обнаружения объектов на расстоянии до 8000 мм в отраженном видимом свете и отличающийся низкой чувствительностью к внешнему фону излучения.

Датчик давления Druck РТХ 14000, класс защиты EЕx i IIC T4, способен работать в зоне 0, во взрывоопасной газовой атмосфере группы IIC в агрессивных внешних условиях и обеспечивает стандартный линейный аналоговый выходной сигнал 4–20 мА, пропорциональный измеренному давлению.

Оригинальным решением проблемы измерения давления во взрывоопасных зонах 0 газовых атмосфер IIC является прецизионный сенсорный модуль Druck STX 2000, класс защиты EЕx i IIC T3, T4, T5. Он обеспечивает точность измерения давления 0,1 %, с аналоговым выходом 4–20 мА и снабжен 6-разрядным жидкокристаллическим дисплеем.

Непосредственное измерение скорости и пути, пройденного объектами во взрывоопасной зоне, осуществляется при помощи группы оптоэлектронных энкодеров Pepperl & Fuchs 14-1436-... , класс защиты EЕx d IIC T6, с разрешением от 30 до 1024 импульса/оборот.

Для питания подобного рода датчиков, находящихся во взрывоопасной зоне, сбора данных с них и вывода полученной информации на анализирующую аппаратуру стандартного исполнения необходимо использовать интерфейсные развязывающие устройства (барьеры) соответствующего назначения.

Барьер аналогового ввода с гальванической развязкой Pepperl & Fuchs KFD2-STC1-Ex1, класс защиты EЕx i IIA, IIB, IIC, предназначен для питания и перепрограммирования датчиков с терминалов стандартного исполнения, находящихся в безопасной зоне, сбора данных со стандартных и SMART-датчиков 4–20 мА аналогового выхода. Температурный программируемый гальванический барьер Pepperl & Fuchs KFD2-UT-Exn1, класс защиты EЕx i IIA, IIB, IIC, предназначен для сбора данных с термопар типов B, E, J, L, N, R, S, T, эталонных элементов Pt100 и Ni100, обеспечивая линеаризованный аналоговый выход 4–20 мА, гальванически развязанный со входом, программирующим выходом и цепью питания. Программирование параметров преобразования барьера осуществляется через стандартный интерфейс RS-232.

Решение обратной задачи — ввода аналогового сигнала 4–20 мА во взрывоопасную зону через гальваническую развязку — осуществляет барьер аналогового выхода Pepperl & Fuchs KFD2-SD-Ex1.32, класс защиты EЕx i IIA, IIB, IIC, предназначенный для управления устройствами преобразования данных, контрольными клапанами взрывобезопасного исполнения и передачи данных на индикаторы и дисплеи, находящиеся во взрывоопасной зоне. Передачу цифрового сигнала из взрывоопасной зоны осуществляют одно- и двухканальные изолированные усилители с цифровым входом Pepperl & Fuchs KFD2-SR2-Ex2.W, класс защиты EЕx i IIC. В качестве входного устройства для таких усилителей могут использоваться индуктивные и емкостные датчики приближения взрывобезопасного исполнения.

Используя гальванически-развязанные интерфейсы, можно осуществлять контроль различных параметров и калибровку при помощи соответствующих измерительных приборов стандартного исполнения. В то же время каталог RS Components представляет ряд контрольных модулей и калибраторов взрывобезопасного исполнения для проведения измерений непосредственно во взрывоопасной зоне. Среди них портативный калибратор давления Druck DPI 610/IS, класс защиты EЕx i IIC Т4, класс точности 0,025 % в индустриальном исполнении, осуществляющий функции калибровки, сбора и записи данных о давлении и температуре, имитацией аналогового выхода 4–20 мА, калибровкой и измерениями напряжения и тока и накоплением всех перечисленных параметров и их вывода через стандартный интерфейс RS-232. Калибратор снабжен встроенным насосом, обеспечивающим разрежение/давление от –850 до +20 бар.

В завершение нашего обзора укажем на многофункциональный калибратор Druck TRX-IS, класс защиты EЕx i IIC Т6, предназначенный для калибровки и сбора данных с датчиков температуры, термопар типов K, J, T, U, B, R, S, E, N и имитации источников напряжения и тока. Для компенсации погрешностей температурных измерений, возникающих в силу нагрева калибратора при работе, используется специальный термокомпенсационный блок, содержащий эталон Pt100.