¿Cómo dividir científicamente las zonas a prueba de explosiones? - Soluciones de adaptación de equipos de medición esenciales de Auto Instruments

¿Cómo dividir científicamente las zonas a prueba de explosiones? - Soluciones de adaptación de equipos de medición esenciales de Auto Instruments

En industrias como la petroquímica, la minería del carbón, el procesamiento de polvo, la química fina y la logística de almacenamiento y transporte, siempre existe la posibilidad de que se produzcan entornos explosivos. Para lograr una producción segura, es necesario identificar los riesgos desde su origen, y la delimitación de áreas a prueba de explosiones, como requisito previo para una producción segura, constituye la base de todos los diseños a prueba de explosiones, la selección de equipos, la configuración del sistema de ventilación y la gestión operativa.

Mediante la división científica de las áreas, se pueden definir claramente los límites y niveles de los entornos peligrosos, lo que permite orientar las medidas de ingeniería y reducir la probabilidad de fuentes de ignición, minimizando así los riesgos de accidentes.

Auto Instruments ha estado profundamente involucrada en el campo de la medición de automatización industrial y ha clasificado sistemáticamente los principios, sistemas estándar, reglas de clasificación para entornos de gas y polvo, y factores que influyen en la división de áreas a prueba de explosiones. Combinado con su producto principal - Autotransmisores de presiónAnaliza sus ventajas y puntos de aplicación en diferentes condiciones a prueba de explosiones, brindando apoyo profesional a las empresas para lograr una producción segura y eficiente.

I. Principios de división de áreas a prueba de explosiones

1. Tres elementos de la explosión

En entornos industriales, la presencia simultánea de materiales combustibles, oxidantes y fuentes de ignición es la condición básica para que se produzca una explosión.

Los tres elementos de una explosión incluyen materiales combustibles (como gas natural, vapor de gasolina, polvo de carbón, polvo metálico), oxidantes (generalmente aire, siendo el contenido de oxígeno la clave para la expansión de la explosión) y fuentes de ignición (chispas eléctricas, chispas de fricción mecánica, electricidad estática, superficies a alta temperatura, etc.).

Cuando los tres elementos se encuentran en las proporciones adecuadas, se dan las condiciones para una explosión. La delimitación de zonas a prueba de explosiones se basa fundamentalmente en la probabilidad de la presencia simultánea de los tres elementos en un área determinada, considerando principalmente la frecuencia y la duración de su ocurrencia. Cuanto más prolongada y frecuente sea la ocurrencia, mayor será el nivel de peligro, y las zonas se gestionan según los niveles de riesgo.

2. Fuentes de publicación

Se trata de piezas que pueden liberar sustancias combustibles, como juntas de bombas, válvulas, bridas, válvulas de ventilación y juntas de equipos de transporte de polvo.

Se clasifican según la frecuencia y la duración de su liberación en:

Fuentes de liberación continua: Existencia a largo plazo (como la zona de fase gaseosa dentro de un tanque).

Fuentes de fugas de primer nivel: Posibles fugas durante el funcionamiento normal (como por ejemplo, en los sellos de la bomba).

Fuentes de fuga de segundo nivel: Fugas únicamente a corto plazo durante condiciones anormales (como fugas ocasionales en las bridas).

Cuanto mayor sea el nivel de la fuente de emisión, mayor será el nivel de peligro de la zona.

3. Condiciones de ventilación

Esto se refiere a la capacidad del aire para diluir sustancias combustibles hasta una concentración segura, por debajo del límite de explosión, un factor importante que influye en la persistencia de un entorno peligroso. Incluye la ventilación natural (cambios en el flujo de aire) y la ventilación mecánica (extracción mediante ventilador).

Cuando una buena ventilación puede mantener de forma estable la concentración de combustible por debajo del límite inferior de explosión (como el LEL del metano)≈5%), el peligro de la zona puede reducirse significativamente.

4. Principio de equilibrio técnico y económico

La división del área debe equilibrar seguridad y economía. Una división demasiado restrictiva puede pasar por alto riesgos, mientras que una división demasiado amplia puede generar costos excesivos en la selección de equipos. Un enfoque razonable consiste en realizar una evaluación integral basada en la naturaleza de los materiales combustibles, la probabilidad de fuga, la estructura espacial y la experiencia operativa, garantizando que la división cumpla con las regulaciones y sea conveniente para la implementación de ingeniería.

II. División de áreas para entornos de gas y vapor.

En China, se utiliza principalmente el método de división por zonas (áreas), como la Zona 0, la Zona 1 y la Zona 2.

1. Zona 0: Área continuamente peligrosa

Indica la presencia de gas o vapor inflamable durante un período prolongado o frecuente, con una duración superior a 1000 horas anuales. Se encuentra comúnmente en el interior de tanques de almacenamiento, en las zonas de fase gaseosa de los reactores y dentro de túneles y otros entornos cerrados.

Los equipos deben utilizar el nivel más alto de seguridad intrínseca (Ex ia), que limita la energía (corriente, voltaje) para garantizar que ninguna falla genere energía de ignición.

2. Zona 1: Área ocasionalmente peligrosa

Durante el funcionamiento normal, pueden producirse nubes de gas inflamable, a menudo relacionadas con fluctuaciones del proceso y fugas en los equipos. Por ejemplo, las salas de bombas (donde puede haber fugas en la superficie de sellado), las zonas de concentración de válvulas (donde pueden producirse fugas operativas) y los alrededores de los dispensadores de combustible (donde el vapor de gasolina puede propagarse fácilmente) son ejemplos de estas zonas. Se pueden utilizar equipos antideflagrantes (Ex d), de seguridad aumentada (Ex e) o intrínsecamente seguros (Ex ib).

El tipo antideflagrante (Ex d) significa que la carcasa del equipo puede soportar la presión interna de una explosión y evitar fugas de llama. El tipo de seguridad reforzada (Ex e) aumenta la seguridad al reducir los arcos eléctricos y disminuir las temperaturas. Los equipos antideflagrantes resisten explosiones internas gracias al refuerzo de la carcasa y la prevención de fugas de llama. Se utilizan habitualmente en la Zona 1 como método de protección contra explosiones.

3. Zona 2: Área de riesgo ocasional

Las mezclas explosivas solo se producen brevemente en situaciones anormales o de fugas, como en la periferia de las zonas de los tanques y en las zonas de ajuste experimental bien ventiladas.

Se puede utilizar equipo de tipo antichispas (Ex n), que no produce arcos eléctricos ni altas temperaturas durante su funcionamiento normal.

4. Características de difusión de gases y alcance del área

La densidad relativa (en relación con la densidad del aire) del gas afecta su dirección de difusión:

Más pesado que el aire (densidad shhh 1): como el propano y el butano, que tienden a acumularse en niveles bajos.

Más ligeros que el aire (densidad < 1): como el hidrógeno y el metano, que tienden a flotar hacia arriba.

La altura de la zona se suele establecer según las reglas anteriores. Los medios volátiles pueden tener un rango de difusión mayor, que debe evaluarse en función de los datos de sus propiedades físicas. El patrón de difusión está estrechamente relacionado con la velocidad del viento y los obstáculos.

Más pesado que el aire→La altura de la zona es de aproximadamente 1 m sobre el suelo.

Más ligero que el aire→El área que se encuentra entre 1 y 2 metros por debajo del techo se considera una zona de riesgo.

líquidos de alto punto de inflamación→Baja vaporización de gas, el rango de área puede reducirse.

III. División de áreas para entornos polvorientos

Las explosiones de polvo se diferencian de las explosiones de gas en que la clave reside en la formación de nubes de polvo explosivas (polvo en suspensión). Cuanto menor sea el tamaño de las partículas de polvo y más seco esté este, mayor será la probabilidad de que se forme una nube de polvo explosiva.

1. Zona 20: Área de nube de polvo continua

El polvo permanece en suspensión durante largos periodos. Las explosiones de polvo, comunes en molinos harineros, silos de carbón en polvo y cámaras de mezcla de polvo metálico, conllevan un riesgo de explosión secundaria, lo que significa que la explosión inicial puede remover el polvo depositado y provocar una explosión secundaria de mayor magnitud. Por lo tanto, se requiere el máximo nivel de protección.

2. Zona 21: Área con nubes de polvo ocasionales

Durante el funcionamiento, el polvo puede quedar en suspensión, por ejemplo, en los puntos de carga y descarga y en los puntos de transferencia, donde pueden formarse nubes de polvo. Por lo general, se requiere equipo eléctrico a prueba de explosiones de polvo (Ex tD) y se debe controlar el aumento de la temperatura de la superficie para evitar la ignición del polvo.

3. Zona 22: Área de nube de polvo rara

El polvo suele permanecer depositado y solo se suspende brevemente para formar una nube de polvo cuando se altera o en caso de avería; se encuentra comúnmente en rincones inaccesibles de fábricas, en el exterior de equipos de extracción de polvo, en zonas de almacenamiento y en plataformas de esquina.

El tamaño de las partículas, la humedad y la composición del polvo influyen significativamente en el riesgo de explosión. Un tamaño de partícula menor y condiciones más secas son más peligrosos.

Las áreas de polvo a menudo se dividen utilizando el método de distancia de la fuente de liberación ", que es el enfoque más práctico en sitios de ingeniería.

IV. Sistema estándar

Normas Generales Internacionales

La serie de normas IEC 60079 son las normas básicas reconocidas a nivel mundial para entornos explosivos.

IEC 60079-10-1: División de entornos de gases explosivos

IEC 60079-10-2: División de entornos de polvo explosivo

Normativa ATEX de la UE: Requisitos obligatorios en la UE que abarcan equipos (ATEX 114) y gestión de instalaciones (ATEX 153).

NFPA/NEC (EE. UU.): Utiliza el método de clasificación por clases/divisiones.

Aunque la terminología sea diferente, la lógica fundamental es la misma: todas distinguen los niveles de riesgo en función de la frecuencia y la duración de la aparición de sustancias peligrosas.

V. Factores que afectan los resultados de la división de áreas

1. Propiedades de los materiales combustibles

Punto de inflamación: Temperatura mínima a la que un líquido produce vapor inflamable al calentarse. Cuanto menor sea el punto de inflamación, mayor será la volatilidad y mayor el riesgo de explosión.

Límite inferior de explosividad (LIE): Por debajo de este valor, la concentración de gas no puede explotar. Por ejemplo, el metano tiene un LIE de aproximadamente el 5 %. Cuanto menor sea el LIE, más fácil será formar una mezcla explosiva.

El tamaño de las partículas, la humedad y la composición del polvo determinan su explosividad. Por ejemplo, el polvo de aluminio y el polvo de magnesio son altamente sensibles.

2. Parámetros de la fuente de liberación

La tasa de fuga, la presión, la temperatura, etc., determinan la cantidad de material combustible liberado.

Cuanto mayor sea la velocidad de liberación, más fácil será formar una mezcla inflamable en poco tiempo.

Sin embargo, la proyección a alta velocidad también puede aumentar el efecto de dilución debido a la mezcla turbulenta, lo que requiere un análisis específico. Las fugas catastróficas se utilizan habitualmente para la evaluación de planes de emergencia.

3. Condiciones de ventilación

El volumen de ventilación determina si los gases inflamables o las nubes de polvo pueden acumularse hasta alcanzar concentraciones peligrosas y es el factor más común que provoca cambios en la clasificación de las zonas.

La ventilación natural se ve muy afectada por el clima, el terreno y la velocidad del viento; la ventilación mecánica puede controlar continuamente la concentración, pero es necesario garantizar que las fallas no provoquen una escalada de riesgos (como las medidas de alarma por falla del ventilador).

4. Estructura espacial

Los espacios cerrados son propensos a la acumulación, mientras que los espacios abiertos son propensos a la difusión; los obstáculos (como soportes para tuberías y paredes) pueden formar zonas de retención de gas, aumentando los riesgos locales. La racionalidad del diseño estructural influye directamente en la forma de la zona peligrosa.

NOSOTROS.

Auto  transmisor de presión manométrica: El preciso sensor de presión " para entornos de alta temperatura y alta presión

transmisor de presión de tipo capacitivoson el equipo principal para el monitoreo de presión industrial, convirtiendo las señales de presión en señales eléctricas estándar para su salida, proporcionando soporte de datos en tiempo real para el control de procesos y advertencias de seguridad. En condiciones de alta temperatura y alta presión en áreas a prueba de explosiones, los equipos tradicionales transmisor de presión inteligente son propensos a problemas como la deformación del diafragma y la deriva de la señal. Sin embargo, Autotransmisor de presión HART, con su diseño personalizado, cumplen a la perfección con los estrictos requisitos.

1. Avances en la tolerancia a la temperatura y la presión

Adaptación a un amplio rango de temperatura: Los transmisores de presión tradicionales suelen tener un rango de temperatura de funcionamiento de -20 a 150.°C, y sus componentes sensores tienden a envejecer y fallar en condiciones de alta temperatura. AutoTransmisor de presión EXUtilizan sensores capacitivos cerámicos de alta temperatura y están equipados con diseños especiales de carcasas de disipación de calor, lo que permite que los componentes principales soporten temperaturas que van desde -40 a 200.°C, con algunos modelos personalizados que llegan hasta 300°C. Incorporan algoritmos de compensación de temperatura de múltiples etapas, manteniendo la precisión de la medición dentro de±0,1 % FS en todo el rango de temperaturas, eliminando los errores de medición causados ​​por la deriva de la temperatura.

Alta resistencia a la presión y protección de sellado: En condiciones de alta presión, el diafragma y la estructura de sellado del transmisor son fundamentales para la resistencia al riesgo. Los transmisores de presión automáticos utilizan diafragmas de Hastelloy C-276, capaces de soportar hasta 100 MPa de ultra alta presión, cumpliendo con los requisitos de medición de reactores de alta presión, pozos de petróleo y gas, y otros escenarios. La estructura de sellado utiliza tecnología de soldadura láser y se combina con anillos de sellado de caucho fluorado, logrando un nivel de protección IP67 y superando la certificación Ex d a prueba de explosiones, lo que permite su uso directo en áreas peligrosas de gas de Zona 1 y elimina los riesgos de seguridad causados ​​por fallas en el sellado.

2. Resistencia a las interferencias en medios complejos

En entornos con riesgo de explosión y fluidos altamente corrosivos y de alta viscosidad (como ácidos fuertes y aceites pesados), la sonda del transmisor es propensa a la corrosión y la obstrucción, lo que afecta la estabilidad de la medición. Los transmisores de presión automáticos ofrecen opciones de revestimiento anticorrosión de PTFE y PFA, y para fluidos de alta viscosidad, adoptan un diseño de diafragma plano para reducir la adhesión y la obstrucción. Además, incorporan algoritmos inteligentes de filtrado de señal para resistir eficazmente las interferencias electromagnéticas y de vibración en entornos industriales, garantizando una salida de señal estable.

VII. Conclusión

La delimitación de zonas a prueba de explosiones es el punto de partida de la gestión de entornos explosivos y el marco fundamental para la selección de equipos, la disposición de procesos, el diseño de la ventilación y la seguridad operativa. Solo comprendiendo las propiedades de los materiales combustibles, sus patrones de liberación, su comportamiento de difusión y las características de los equipos, se pueden ajustar los resultados de la zonificación a los dispositivos reales, conformando así un sistema eficaz de control de riesgos.

Los transmisores de presión automáticos, con su excepcional rendimiento a prueba de explosiones, amplio rango de tolerancia a la temperatura y la presión, capacidades de medición precisas y ventajas técnicas para adaptarse a medios complejos, se han convertido en una opción fiable para zonas a prueba de explosiones en industrias de alto riesgo como la petroquímica y la minería del carbón.