เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิด: คำแนะนำในการเลือกอย่างปลอดภัย

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดมีความสำคัญเมื่อมีบรรยากาศที่ติดไฟได้และมีความร้อนจากของเหลวอยู่ร่วมกัน

ในสถานประกอบการใดๆ ที่มีของเหลว ก๊าซ หรือฝุ่นที่ติดไฟได้ควบคู่ไปกับความจำเป็นในการทำความร้อนในกระบวนการ เครื่องทำความร้อนแบบแช่มาตรฐานไม่เพียงแต่ไม่เพียงพอเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดอันตรายจากการติดไฟโดยตรงอีกด้วย เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อป้องกันไฟฟ้าขัดข้องภายใน ความร้อนสูงเกินไป หรือประกายไฟจากการจุดไฟในบรรยากาศโดยรอบ ในขณะที่ยังคงให้ความร้อนของเหลวที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพตามที่กระบวนการทางอุตสาหกรรมต้องการ

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำหนดนั้นขึ้นอยู่กับการจำแนกประเภทสถานที่อันตราย ของไหลที่ให้ความร้อน ความหนาแน่นของวัตต์ที่ต้องการ วัสดุของปลอกหุ้ม และระดับของกรอบหุ้มปลายสาย การทำผิดใดๆ เหล่านี้อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยหรือทำให้หน่วยบริการล้มเหลวก่อนเวลาอันควร คู่มือนี้จะอธิบายทุกข้อพิจารณาในการเลือกและการติดตั้งที่สำคัญในทางปฏิบัติ

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดแตกต่างจากเครื่องมาตรฐานอย่างไร

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มมาตรฐานจะทำความร้อนของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่กล่องหุ้มปลายสายไฟฟ้าซึ่งมีสายไฟเชื่อมต่อกับองค์ประกอบความร้อน จะไม่ถูกปิดผนึกจากบรรยากาศที่ระเบิดได้ หากเกิดส่วนโค้งหรือประกายไฟภายใน อาจทำให้เกิดไอระเหยไวไฟที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมโดยรอบได้

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดแก้ไขปัญหานี้ด้วยแนวทางทางวิศวกรรมเสริมสองวิธี:

• กล่องป้องกันการระเบิด (XP): ตัวเรือนขั้วต่อถูกสร้างขึ้นเพื่อป้องกันการระเบิดภายในและป้องกันการแพร่กระจายของเปลวไฟสู่บรรยากาศภายนอก กล่องหุ้มบรรลุผลดังกล่าวผ่านข้อต่อหน้าแปลนที่กลึงด้วยเครื่องจักรที่มีขนาดช่องว่างที่ควบคุมอย่างแม่นยำและความลึกของเกลียวที่เชื่อมต่อ ซึ่งจะทำให้ก๊าซที่ระเหยออกมาเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิจุดติดไฟ กล่องหุ้มเหล่านี้หล่อจากโลหะผสมอลูมิเนียมผนังหนาหรือเหล็ก และหนักกว่าและทนทานกว่าหัวขั้วต่อมาตรฐานอย่างมาก
• การออกแบบความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น (Ex e): ใช้ในหน่วยที่ได้รับการรับรองจากยุโรปและ IECEx บางหน่วย กรอบหุ้มเหล่านี้ป้องกันส่วนโค้งและประกายไฟไม่ให้เกิดขึ้นเลยผ่านข้อกำหนดด้านฉนวนที่สูงขึ้น ระยะห่างตามผิวฉนวน และการควบคุมอุณหภูมิ แทนที่จะป้องกันการระเบิดตามความเป็นจริง

นอกจากนี้ ยังมีเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดรวมอยู่ด้วย อุปกรณ์ป้องกันอุณหภูมิเกิน — โดยทั่วไปจะเป็นเครื่องตัดความร้อนหรือเทอร์โมสแตทสำหรับสถานที่อันตราย — เพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิพื้นผิวเกินพิกัด T-class ของการติดตั้ง ซึ่งอาจเสี่ยงต่อการจุดติดไฟบรรยากาศโดยรอบแม้ว่าจะไม่มีข้อบกพร่องภายในก็ตาม

การจำแนกประเภทสถานที่อันตรายและข้อกำหนดการรับรอง

การเลือกได้รับการรับรอง เครื่องทำความร้อนแช่ป้องกันการระเบิด ต้องมีการจับคู่ใบรับรองของหน่วยกับการจำแนกประเภทสถานที่อันตรายเฉพาะของการติดตั้ง การใช้เครื่องทำความร้อนที่ได้รับการรับรองสำหรับการจัดประเภทหนึ่งในพื้นที่อันตรายที่แตกต่างกันและอาจรุนแรงกว่าถือเป็นการละเมิดข้อกำหนดและความล้มเหลวด้านความปลอดภัย

ระบบการจำแนกประเภทอเมริกาเหนือ (NEC / CEC)

National Electrical Code (NEC) และ Canadian Electrical Code (CEC) จำแนกสถานที่อันตรายโดยใช้ระบบ Class/Division:

• คลาส 1: ก๊าซหรือไอระเหยไวไฟ (โรงกลั่นปิโตรเลียม โรงงานเคมี ห้องพ่นสี สถานที่จัดการเชื้อเพลิง)
• คลาสที่สอง: ฝุ่นที่ติดไฟได้ (ลิฟต์เมล็ดพืช โรงโม่แป้ง การจัดการถ่านหิน การแปรรูปผงยา)
• คลาสที่สาม: เส้นใยหรือฟลายไฟที่ติดไฟได้ (โรงงานทอผ้า สิ่งอำนวยความสะดวกงานไม้)
• ส่วนที่ 1: มีสภาวะอันตรายเกิดขึ้นภายใต้การทำงานปกติ
• ส่วนที่ 2: สภาวะอันตรายเกิดขึ้นเฉพาะในสถานการณ์ที่ผิดปกติเท่านั้น (การรั่วไหล อุปกรณ์ขัดข้อง)

การรับรองที่เป็นที่ต้องการและเหมือนกันมากที่สุดสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มในอเมริกาเหนือคือ คลาส I, ดิวิชั่น 1, กลุ่ม C และ D — ครอบคลุมสภาพแวดล้อมเอทิลีนและโพรเพน/ก๊าซธรรมชาติตามลำดับ UL 1203 เป็นมาตรฐานที่ใช้บังคับสำหรับกล่องหุ้มป้องกันการระเบิดในสหรัฐอเมริกา CSA C22.2 ฉบับที่ 30 ครอบคลุมถึงแคนาดา

การจำแนกประเภท IECEx และ ATEX (นานาชาติ / ยุโรป)

ซีรีส์ IEC 60079 และคำสั่ง ATEX (2014/34/EU) ใช้ระบบโซนมากกว่าคลาส/แผนก:

• โซน 0 / โซน 20: บรรยากาศที่เกิดการระเบิดเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องหรือเป็นระยะเวลานาน (ก๊าซ / ฝุ่น ตามลำดับ) — ต้องอยู่ในหมวด Ex ia
• โซน 1 / โซน 21: มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเป็นครั้งคราวระหว่างการทำงานปกติ — เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม Ex d (กันไฟ) หรือ Ex e (ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น) มีความเหมาะสม
• โซน 2 / โซน 22: ไม่น่าจะเป็นไปได้ภายใต้การปฏิบัติงานปกติ แต่เป็นไปได้ - อนุญาตให้มีแนวคิดการป้องกันที่หลากหลายขึ้น

เช่น IIB T4 Gb เป็นเครื่องหมาย ATEX ทั่วไปสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มที่ป้องกันการระเบิดในการใช้งานปิโตรเลียม/สารเคมี ซึ่งระบุถึงโครงสร้างที่ทนไฟ, กลุ่มก๊าซ IIB (คลาสเอทิลีน), ระดับอุณหภูมิ T4 (อุณหภูมิพื้นผิวสูงสุด 135°C) และระดับการป้องกันอุปกรณ์ Gb (เหมาะสมโซน 1)

ระดับอุณหภูมิ (T-Rating): พารามิเตอร์ความปลอดภัยที่สำคัญที่สุด

T-class (ระดับอุณหภูมิ) ของเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดกำหนดอุณหภูมิพื้นผิวสูงสุดที่เครื่องทำความร้อนสามารถเข้าถึงได้ภายใต้สภาวะการทำงานใด ๆ รวมถึงสภาวะความผิดปกติ อุณหภูมินี้จะต้องต่ำกว่าอุณหภูมิที่ติดไฟได้เอง (AIT) ของสารไวไฟที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมการติดตั้ง

หมายเลขคลาส T ที่สูงกว่าบ่งบอกถึงขีดจำกัดอุณหภูมิที่จำกัดยิ่งขึ้น และจำเป็นสำหรับสารที่มีอุณหภูมิที่จุดติดไฟได้เองต่ำกว่า เครื่องทำความร้อนพิกัด T3 ไม่เหมาะสำหรับบรรยากาศเอทิลีน (ซึ่งต้องใช้ T4 หรือดีกว่า) แม้ว่าจะมีใบรับรองการป้องกันการระเบิดที่ถูกต้องสำหรับพารามิเตอร์อื่นๆ ทั้งหมดก็ตาม ขอรับ AIT สำหรับสารไวไฟทุกชนิดที่มีอยู่ก่อนที่จะระบุคลาส T

ความหนาแน่นของวัตต์: พารามิเตอร์ทางวิศวกรรมส่วนกลางสำหรับการออกแบบองค์ประกอบที่ปลอดภัย

ความหนาแน่นของวัตต์ — ปริมาณพลังงานที่กระจายไปต่อหน่วยของพื้นที่ผิวขององค์ประกอบ ซึ่งแสดงเป็นวัตต์ต่อตารางนิ้ว (W/in²) หรือวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร (W/cm²) — เป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียวในการป้องกันความร้อนสูงเกินไปขององค์ประกอบในเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม ความหนาแน่นของวัตต์ที่มากเกินไปทำให้อุณหภูมิของเปลือกองค์ประกอบเกินขีดจำกัดที่ปลอดภัย นำไปสู่การเสื่อมสภาพของของเหลว ความเหนื่อยหน่ายขององค์ประกอบ และศักยภาพในการติดไฟในบรรยากาศที่เป็นอันตราย โดยไม่คำนึงถึงระดับของกรอบหุ้ม

ขีดจำกัดความหนาแน่นวัตต์ที่แนะนำตามประเภทของของไหล

• โซลูชั่นน้ำและน้ำ: สูงถึง 60–80 W/in² — ค่าการนำความร้อนสูงของน้ำช่วยขจัดความร้อนออกจากพื้นผิวองค์ประกอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• น้ำมันเบาและน้ำมันเชื้อเพลิง (น้ำมันทำความร้อน, ดีเซล): 10–20 W/in² — ของเหลวปิโตรเลียมมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ และสลายตัวหรือโค้กที่อุณหภูมิสูง
• น้ำมันเชื้อเพลิงหนัก น้ำมันหนืด และทาร์: 5–10 W/in² — ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมหนักต้องการความหนาแน่นวัตต์ต่ำมากเพื่อป้องกันการเกิดคาร์บอนไนซ์บนปลอกองค์ประกอบ
• สารละลายโซดาไฟ (NaOH, KOH): 20–40 W/in² ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น — สารกัดกร่อนเป็นสื่อนำความร้อนแต่มีฤทธิ์กัดกร่อน ต้องใช้ปลอกอินโคลอยหรือไทเทเนียม
• กรด: 15–30 W/in² — การเลือกใช้วัสดุปลอกเป็นสิ่งสำคัญ โปรดดูแผนภูมิความเข้ากันได้ของการกัดกร่อนเสมอ
• เกลือหลอมเหลว: 20–35 W/in² พร้อมการควบคุมอุณหภูมิอย่างระมัดระวัง — ใช้ในการจัดเก็บความร้อนที่อุณหภูมิสูงและการบำบัดความร้อน

สำหรับการใช้งานในสถานที่อันตราย ให้ใช้ขีดจำกัดความหนาแน่นของวัตต์ที่หรือต่ำกว่าช่วงล่างสุดของช่วงสำหรับประเภทของเหลวเสมอ และรวมระบบตัดระดับของเหลวต่ำเพื่อป้องกันสภาวะไฟแห้ง — องค์ประกอบที่สัมผัสกับอากาศแทนที่จะเป็นของเหลวในบรรยากาศที่เป็นอันตรายสามารถไปถึงอุณหภูมิพื้นผิวที่สามารถติดไฟได้ภายในไม่กี่วินาทีหลังการจ่ายพลังงาน

วัสดุเปลือก: การจับคู่เคมีกับการประยุกต์

ปลอกองค์ประกอบคือท่อด้านนอกที่มีลวดต้านทานและฉนวนแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) การเลือกวัสดุเปลือกจะกำหนดทั้งความต้านทานการกัดกร่อนของส่วนประกอบในของเหลวในกระบวนการและอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของชุดประกอบ

การใช้งานทั่วไปสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิด

การทำความเข้าใจอุตสาหกรรมและการใช้งานกระบวนการเฉพาะซึ่งเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดเป็นอุปกรณ์มาตรฐานช่วยยืนยันได้ว่าการติดตั้งที่กำหนดนั้นจำเป็นต้องมีการรับรอง XP และระบุข้อกำหนดเฉพาะที่อาจนำไปใช้หรือไม่

• การกลั่นและจัดเก็บปิโตรเลียม: การทำความร้อนน้ำมันดิบ น้ำมันเชื้อเพลิง และเชื้อเพลิงที่เหลือในถังเก็บและภาชนะในกระบวนการ สภาพแวดล้อม Class I, Division 1 หรือ Zone 1 เป็นมาตรฐานทั่วทั้งสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ โดยทั่วไปการให้ความร้อนเพื่อลดความหนืดของน้ำมันเชื้อเพลิงต้องใช้ 5–15 W/in² บนองค์ประกอบ Incoloy เพื่อป้องกันโค้ก
• โรงงานกระบวนการทางเคมี: ภาชนะทำปฏิกิริยาให้ความร้อน ถังเก็บ และท่อกระบวนการที่ประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ที่ติดไฟได้ คีโตน และสารประกอบอะโรมาติก ระดับคลาส T4 หรือ T3 เป็นเรื่องปกติ ขึ้นอยู่กับสารเคมีเฉพาะที่มีอยู่
• การผลิตสีและการเคลือบ: การรักษาอุณหภูมิในระบบการเคลือบที่ใช้ตัวทำละลาย ซึ่งไอจากทินเนอร์และตัวทำละลายทำให้เกิดสภาวะ Class I ส่วนที่ 1 ในพื้นที่ปิด
• การผลิตยา: ตัวทำละลายในกระบวนการให้ความร้อน รวมถึงเอธานอล ไอโซโพรพานอล และอะซิโตน ซึ่งเป็นสารคลาส I ทั้งหมด ในภาชนะทำปฏิกิริยาและการสกัดที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ
• การบำบัดน้ำเสียด้วยการสร้างมีเทน: การทำความร้อนด้วยถังหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนต้องได้รับการรับรอง Class I เนื่องจากมีการผลิตมีเทน ชิ้นส่วนสแตนเลสในรูปแบบหน้าแปลนเป็นอุปกรณ์มาตรฐานสำหรับการทำความร้อนตะกอนจากบ่อหมัก
• การแปรรูปธัญพืชและแป้ง: สภาพแวดล้อม Class II, Division 1 จากฝุ่นที่ติดไฟได้ต้องใช้เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม XP ในการใช้งานทำความร้อนใดๆ ภายในโรงงาน รวมถึงการทำน้ำร้อนสำหรับระบบทำความสะอาด
• แท่นขุดเจาะน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง: การทำความร้อนด้วยน้ำทะเล การบำรุงรักษาอุณหภูมิของเหลวในกระบวนการ และการทำความร้อนในฤดูหนาวทั่วทั้งแพลตฟอร์ม จำเป็นต้องมีทั้งการรับรอง XP และความต้านทานการกัดกร่อนระดับน้ำทะเล

ข้อกำหนดการติดตั้งและการควบคุมความปลอดภัยสำหรับสถานที่อันตราย

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิดมีความปลอดภัยเท่ากับการติดตั้งเท่านั้น การควบคุมความปลอดภัยที่จำเป็นหลายประการต้องมาพร้อมกับการติดตั้งเครื่องทำความร้อน XP เพื่อรักษาการปฏิบัติตามข้อกำหนดการรับรองและป้องกันความล้มเหลวจากภัยพิบัติ

อุปกรณ์ป้องกันภาคบังคับ

• คัตเอาท์ระดับของเหลวต่ำ: สวิตช์ระดับหรือโพรบที่จะตัดพลังงานเครื่องทำความร้อนหากระดับของเหลวลดลงต่ำกว่าด้านบนขององค์ประกอบความร้อน นี่คืออุปกรณ์ความปลอดภัยที่สำคัญที่สุดชิ้นเดียว — องค์ประกอบที่ได้รับพลังงานซึ่งสัมผัสกับไอระเหยในบรรยากาศที่เป็นอันตรายนั้นมีความเสี่ยงที่จะเกิดการติดไฟได้ทันที NEC Article 500 และ IEC 60079-14 ทั้งคู่ต้องการการป้องกันระดับต่ำสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ในการใช้งาน Division 1 / Zone 1
• คัตเอาท์ที่อุณหภูมิสูง (ตัดความร้อน): อุปกรณ์แยกอุณหภูมิเกินอิสระซึ่งติดตั้งอยู่เหนือเทอร์โมสตัทที่ทำงานแต่ต่ำกว่าขีดจำกัดคลาส T ซึ่งจะเปิดวงจรอย่างถาวรเมื่อมีเหตุการณ์อุณหภูมิสูงเกิน จะต้องเป็นประเภทรีเซ็ตด้วยตนเอง เพื่อตรวจสอบสาเหตุของความร้อนสูงเกินไปก่อนที่เครื่องทำความร้อนจะกลับไปใช้งานได้
• เทอร์โมสตัททำงาน: ควบคุมอุณหภูมิการทำงานตามปกติ จะต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับสถานที่อันตรายหรือตั้งอยู่ในพื้นที่ปลอดภัยโดยมีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในพื้นที่อันตราย
• การป้องกันข้อผิดพลาดของกราวด์: จำเป็นสำหรับการตรวจสอบความสมบูรณ์ขององค์ประกอบ — ข้อผิดพลาดของกราวด์บ่งชี้ถึงการพังทลายของฉนวนขององค์ประกอบที่อาจทำให้เกิดประกายไฟภายในของไหลหรือที่จุดเชื่อมต่อขั้วต่อ

ข้อกำหนดเกี่ยวกับท่อและสายไฟ

ท่อร้อยสายทั้งหมดที่เข้าไปในตู้ขั้วต่อป้องกันการระเบิดจะต้องปิดผนึกด้วยข้อต่อท่อร้อยสาย XP ที่ได้รับอนุมัติ (Crouse-Hinds EYS หรือเทียบเท่า) ภายใน 18 นิ้วของรายการตู้ ตาม NEC 501.15 สารประกอบซีลป้องกันไอระเหยไวไฟไม่ให้เคลื่อนที่ผ่านระบบท่อร้อยสายจากพื้นที่อันตรายไปยังพื้นที่ที่ไม่เป็นอันตราย ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการหายใจผ่านท่อร้อยสายที่สามารถสร้างอันตรายจากการติดไฟที่ไม่คาดคิดซึ่งอยู่ห่างไกลจากตัวทำความร้อน

การระบุเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มป้องกันการระเบิด: รายการตรวจสอบที่ใช้งานได้จริง

เมื่อขอใบเสนอราคาหรือระบุเครื่องทำความร้อนแบบจุ่มที่ป้องกันการระเบิด การให้ข้อมูลการใช้งานที่ครบถ้วนล่วงหน้าจะช่วยป้องกันข้อผิดพลาดด้านข้อมูลจำเพาะและการส่งมอบหน่วยที่ไม่ถูกต้อง ข้อมูลต่อไปนี้เป็นสิ่งจำเป็น:

• การจำแนกสถานที่อันตราย: ประเภท/กอง/กลุ่ม (NEC) หรือโซน/กลุ่มก๊าซ (ATEX/IECEx) และมีสารไวไฟเฉพาะอยู่
• คลาส T ที่ต้องการ: อิงตามอุณหภูมิที่ลุกติดไฟได้เองของสารที่ไวต่อการลุกติดไฟมากที่สุดที่มีอยู่
• เอกลักษณ์และคุณสมบัติของของไหล: ชื่อสารเคมี ความเข้มข้น ความหนืดที่อุณหภูมิใช้งาน ความร้อนจำเพาะ และลักษณะการกัดกร่อนใดๆ
• อุณหภูมิของเหลวในการทำงานและสูงสุด: ทั้งอุณหภูมิกระบวนการเป้าหมายและอุณหภูมิที่ปลอดภัยสูงสุดสำหรับของเหลว
• ขนาดเรือและรูปแบบการติดตั้ง: เส้นผ่านศูนย์กลางถัง ความยาวในการแช่ที่มีอยู่ ขนาดหน้าแปลนหรือการเชื่อมต่อแบบเกลียว และการวางแนว (แนวนอน แนวตั้ง มุม)
• อัตรากิโลวัตต์ที่ต้องการ: คำนวณจากภาระความร้อนที่เพิ่มขึ้น (มวล × ความร้อนจำเพาะ × อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เวลาที่ความร้อนขึ้น) บวกกับการชดเชยการสูญเสียความร้อนในสภาวะคงตัว
• แรงดันไฟฟ้าและเฟส: เฟสเดียวหรือสามเฟส ระดับแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าที่จุดติดตั้ง
• การตั้งค่าหน่วยรับรอง: UL/CSA สำหรับการใช้งานในอเมริกาเหนือ, ATEX สำหรับสหภาพยุโรป, IECEx สำหรับการยอมรับระหว่างประเทศ/ทั่วโลก