Пылевоспламеняющиеся корпуса: полное руководство по защите

Что такое пыленепроницаемые корпуса

Пылезащищенные корпуса представляют собой специальные защитные кожухи, предназначенные для размещения электрооборудования, работающего в средах, где присутствует горючая пыль. Эти кожухи предотвращают попадание частиц пыли и, что особенно важно, сконструированы таким образом, чтобы любая дуга, искра или высокая температура, возникающие внутри, не могли воспламенить внешние слои или облака пыли. Согласно NFSA 499 и статье 500 NEC, пыленепроницаемый корпус должен предотвращать возгорание указанной пыли в окружающей атмосфере. , обеспечивая необходимую защиту в различных отраслях, от переработки зерна до фармацевтического производства.

Фундаментальное отличие пыленепроницаемых корпусов от стандартных пыленепроницаемых корпусов заключается в их способности предотвращать возгорание. В то время как пыленепроницаемый корпус просто исключает частицы пыли, блок, защищенный от воспламенения пыли, спроектирован так, чтобы содержать внутренние источники воспламенения и предотвращать внешнее возгорание даже в условиях неисправности. Это различие становится критически важным на предприятиях, работающих с такими материалами, как металлические порошки, сельскохозяйственная пыль или химические соединения, которые могут создавать взрывоопасную атмосферу.

Классификация и рейтинговые системы

Классификация подразделений и зон

В Северной Америке опасные места с горючей пылью классифицируются по двум системам. Система дивизий классифицирует территории как класс II, дивизион 1 или дивизион 2, а в системе зон используются обозначения зон 20, 21 или 22 класса II/III. Для объектов класса II, раздела 1 требуется пылезащитное оборудование, поскольку при нормальной работе присутствуют воспламеняющиеся концентрации горючей пыли. . В зонах категории 2, где пыль присутствует только в аномальных условиях, может использоваться оборудование с менее строгими требованиями.

Обозначения групп пыли

Горючая пыль подразделяется на группы E, F и G в зависимости от ее характеристик воспламенения и удельного электрического сопротивления. Группа E включает металлическую пыль, такую как алюминий и магний, с удельным сопротивлением ниже 100 Ом·см, что представляет собой наиболее опасную категорию. . Группа F включает углеродистую пыль, включая уголь и кокс, с удельным сопротивлением от 100 до 100 000 Ом·см. Группа G охватывает сельскохозяйственную пыль, пластмассы и химикаты с удельным сопротивлением более 100 000 Ом·см. Оборудование должно быть рассчитано на конкретную группу пыли, присутствующую на предприятии.

Стандарты проектирования и строительства

Ключевые особенности конструкции

Конструкция пыленепроницаемых корпусов включает в себя несколько важных конструктивных элементов, которые вместе предотвращают возгорание. Эти корпуса должны отвечать строгим требованиям:

• Механизмы пылеудаления - Шлифованные и резьбовые соединения с минимальным зацеплением в 5 полных витков или плоские поверхности с минимальной шириной контакта 12,7 мм (0,5 дюйма).
• Температурные ограничения - Температура поверхности должна оставаться ниже температуры воспламенения конкретной пыли, обычно обозначаемой кодами T (от T1 до T6), что соответствует максимальной температуре от 450°C до 85°C.
• Требования к прокладкам - При использовании прокладки должны сохранять целостность при максимальных условиях неисправности и предотвращать проникновение пыли.
• Характеристики крепежа - Минимум четыре болта для крышек с особыми требованиями к расстоянию во избежание деформации, которая может поставить под угрозу герметичность.

Требования к тестированию и сертификации

Производители должны подвергать корпуса строгим протоколам испытаний, установленным такими организациями, как UL, FM Approvals или CSA. Испытания UL 1203 подвергают корпуса 20 рабочим циклам в условиях слоя пыли, с внутренними источниками искрения или искрения, чтобы убедиться в отсутствии внешнего возгорания. . Корпус также должен выдержать испытание на внутренний взрыв при давлении, в 1,5 раза превышающем максимальное давление, которое может возникнуть в результате воспламенения облака пыли внутри корпуса.

Выбор подходящего корпуса

Критерии оценки

Правильный выбор корпуса требует систематической оценки факторов окружающей среды и эксплуатации. Начните с получения паспорта безопасности материала (MSDS) или проведения испытаний для определения температуры воспламенения, минимальной энергии воспламенения и электрических характеристик. Классификация опасной зоны объекта должна быть подтверждена квалифицированной профессиональной оценкой.

Для предприятия по переработке зерна, перерабатывающего пшеничную пыль (группа G, температура воспламенения 430°C), работающего в зоне класса II, раздел 1, потребуется пыленепроницаемый корпус, рассчитанный на группу G, с температурным кодом T2 (максимальная температура поверхности 300°C). . Это обеспечивает достаточный запас прочности ниже точки воспламенения пыли.

Выбор материала

Материалы корпуса должны противостоять коррозии в технологической среде, сохраняя при этом структурную целостность. Общие варианты включают в себя:

• Литой алюминий — легкий вес, превосходное рассеивание тепла, подходит для большинства промышленных условий.
• Нержавеющая сталь — требуется для коррозийных сред или применения в пищевой промышленности, особенно 316L для химической стойкости.
• Сталь с эпоксидным покрытием — экономичность для мягких сред с адекватной защитой от коррозии.

Рекомендации по установке

Монтаж и расположение

Стратегическое размещение пыленепроницаемых корпусов существенно влияет как на безопасность, так и на эффективность обслуживания. По возможности устанавливайте корпуса в местах с минимальным скоплением пыли, однако они должны продолжать безопасно функционировать, даже если покрыты слоем пыли толщиной до 12,7 мм (0,5 дюйма). Вертикальная ориентация монтажа предотвращает скопление пыли на горизонтальных поверхностях и способствует естественному охлаждению за счет конвекции. .

Обеспечьте достаточный зазор вокруг корпуса для рассеивания тепла — обычно 150 мм (6 дюймов) со всех сторон для естественного конвекционного охлаждения. В приложениях, выделяющих значительное количество тепла, может потребоваться принудительное воздушное охлаждение или использование более крупных корпусов для поддержания температуры поверхности в пределах номинальных значений.

Требования к кабелепроводу и уплотнению

Все вводы кабелепроводов в пыленепроницаемые корпуса должны обеспечивать целостность системы защиты. Используйте жесткий металлический кабелепровод с резьбой или IMC (промежуточный металлический кабелепровод) с минимум 5 резьбами. Для каждого участка кабелепровода, входящего из зоны 1 или зоны 20/21, необходимо установить уплотнительные фитинги в пределах 450 мм (18 дюймов) от точки входа в шкаф, чтобы предотвратить миграцию пыли через систему кабелепроводов.

Необходимо использовать уплотнительные фитинги типа EYS, рассчитанные на пылевзрывозащищенные применения, с залитым герметиком так, чтобы полностью заполнить камеру фитинга. . Стандартные дренажные уплотнения, предназначенные для помещений класса I (газ/пар), не обеспечивают адекватной защиты от пыли.

Протоколы технического обслуживания и проверок

График регулярных проверок

Поддержание защитной целостности корпусов, защищенных от воспламенения пыли, требует проведения систематических проверок. NFPA 70 и передовой отраслевой опыт рекомендуют ежеквартальные проверки объектов Подразделения 1, а также ежемесячные проверки в районах с сильной запыленностью. Каждая проверка должна проверять:

1. Состояние прокладки. Проверьте, нет ли компрессионной деформации, трещин или повреждений, которые могут поставить под угрозу уплотнение.
2. Затяжка крепежа. Убедитесь, что все болты затянуты правильно в соответствии со спецификациями производителя, обычно с усилием 20–25 футо-фунтов для стандартных крышек.
3. Чистота поверхности. Удалите скопления пыли толщиной более 3 мм, чтобы предотвратить изолирующие эффекты, повышающие температуру поверхности.
4. Целостность соединения. Осмотрите резьбовые соединения и заземляющие соединения на наличие повреждений или коррозии.
5. Разборчивость этикетки — убедитесь, что рейтинги опасных мест остаются четко видимыми.

Корректирующие действия

Любое повреждение уплотняющих поверхностей, отсутствие крепежа или поврежденные прокладки требуют немедленного внимания, прежде чем оборудование можно будет вернуть в эксплуатацию. . Запасные части должны соответствовать оригинальным характеристикам и номиналам. Замена неутвержденных компонентов, даже таких, казалось бы, незначительных деталей, как прокладки или крепежные детали, может привести к аннулированию сертификации корпуса и создать серьезную угрозу безопасности.

При открытии корпусов для технического обслуживания следуйте процедурам получения разрешений на огневые работы, если применимо, и убедитесь, что атмосфера проверена и признана безопасной. Обесточьте цепи и выполните процедуры блокировки/маркировки перед доступом к внутренним компонентам. После технического обслуживания проверьте правильность сборки, проверив, что все крепежные детали установлены и правильно затянуты, прежде чем подавать питание.

Распространенные приложения и отраслевые примеры

Сельское хозяйство и пищевая промышленность

Зерновые элеваторы, мукомольные заводы и предприятия по переработке кормов представляют собой одни из самых требовательных сред для пыленепроницаемых корпусов. Взрыв на заводе Imperial Sugar в 2008 году, в результате которого погибли 14 рабочих и причинен ущерб на сумму более 500 миллионов долларов, подчеркнул исключительную важность правильных методов электромонтажа в средах с горючей пылью. . Современные предприятия оснащены пускателями двигателей, защищенными от воспламенения пыли, распределительными коробками и панелями управления на всех участках обработки зерна, измельчения и упаковки, отнесенных к классу II, подразделению 1.

Металлообработка и производство

Для предприятий, работающих с порошками алюминия, магния, титана или других металлов, требуются кожухи группы E из-за чрезвычайно опасной природы этих материалов. Операции аддитивного производства с использованием технологии плавления в слое металлического порошка, обработка фармацевтических порошков и производство специальных химических веществ зависят от электрической инфраструктуры, защищенной от воспламенения пыли. В этих приложениях в корпусах часто размещаются сложные средства управления для мониторинга окружающей среды, автоматизированные системы обработки порошка и оборудование для управления технологическим процессом, которое должно надежно работать в опасных атмосферах.

Деревообработка и производство мебели

Лесопильные заводы, столярные мастерские и предприятия по производству древесных гранул производят значительные количества древесной пыли, классифицируемой как материал группы G. Центры управления двигателями систем пылеулавливания, управления пилами и приводами конвейеров обычно требуют защиты от воспламенения пыли в зонах рядом с шлифовальными станками, отрезными пилами и системами погрузочно-разгрузочных работ, где концентрации пыли достигают опасного уровня во время обычного производства.

Соображения стоимости и рентабельность инвестиций

Пылезащищенные корпуса обычно стоят в 2–4 раза дороже, чем корпуса общего назначения NEMA 4/4X аналогичного размера: цены варьируются от 200 долларов США за небольшие распределительные коробки до более 10 000 долларов США за крупные специализированные центры управления двигателями. Однако эти инвестиции необходимо сопоставлять с потенциальными последствиями использования неадекватной защиты.

Штрафы OSHA за нарушения в отношении горючей пыли могут достичь 156 259 долларов США за серьезное нарушение по состоянию на 2024 год, в то время как один взрыв пыли может привести к материальному ущербу на миллионы долларов, простоям производства и потенциальным человеческим жертвам. . Страховщики все чаще требуют наличия соответствующих электроустановок в опасных зонах в качестве условия страхования для объектов, работающих с горючими материалами.

Долгосрочные эксплуатационные расходы благоприятствуют созданию качественных пыленепроницаемых корпусов за счет снижения требований к техническому обслуживанию и увеличения срока службы. Корпуса премиум-класса из коррозионностойких материалов и прочных систем прокладок могут работать 15–20 лет в сложных условиях, тогда как недостаточная защита может потребовать частой замены и создавать постоянные проблемы с соблюдением требований.

Будущие тенденции и технологические достижения

Новые технологии расширяют возможности корпуса и функции безопасности, защищенные от воспламенения пыли. Интегрированные системы мониторинга теперь отслеживают внутреннюю температуру, вибрацию и условия окружающей среды, обеспечивая раннее предупреждение о потенциальных проблемах, прежде чем они поставят под угрозу защиту. Интеллектуальные корпуса с возможностью подключения к Интернету вещей позволяют проводить удаленную диагностику и профилактическое обслуживание, сокращая время незапланированных простоев и обеспечивая при этом постоянное соблюдение требований.

Передовые исследования материалов позволяют создавать более легкие и прочные конструкции корпусов с улучшенным регулированием температуры. Композитные материалы, сочетающие алюминий с материалами термоинтерфейса, улучшают рассеивание тепла без увеличения веса, что особенно полезно для больших панелей управления, в которых размещена мощная электроника.

Продолжается сближение стандартов IEC и NEC с растущей гармонизацией систем классификации зон и подклассов. . Эта тенденция упрощает выбор оборудования для транснациональных компаний и расширяет доступность сертифицированной продукции в различных нормативных рамках. Производители все чаще предлагают корпуса с двойной сертификацией, соответствующие требованиям UL 1203 (подразделение) и IEC 60079 (зона), что обеспечивает гибкость для установки по всему миру.