Systemy nadciśnieniowe (Ex p) – jak bezpiecznie używać „zwykłych” urządzeń wewnątrz strefy wybuchowej?

W wielu zakładach pojawia się potrzeba umieszczenia standardowej aparatury – PLC, paneli HMI czy analizatorów – w strefie zagrożonej wybuchem. I właśnie tutaj pojawia się Ex p, czyli rozwiązanie, które pozwala to zrobić bez stosowania klasycznych obudów przeciwwybuchowych. Problem polega na tym, że bezpieczeństwo nie wynika z samej obudowy. Tworzy je dopiero cały system nadciśnieniowy – a każdy jego element ma znaczenie.

Jak działa Ex p i dlaczego pozwala używać zwykłych urządzeń w strefie wybuchowej?

Ex p to metoda ochrony, w której wnętrze obudowy jest utrzymywane w nadciśnieniu, aby nie dopuścić do przedostania się atmosfery wybuchowej do środka.

Zasada działania jest prosta – przynajmniej na pierwszy rzut oka.

Najpierw następuje przedmuch (purge). Do wnętrza obudowy wtłaczane jest powietrze lub gaz obojętny, który usuwa potencjalnie niebezpieczną atmosferę. Dopiero po zakończeniu tego procesu możliwe jest załączenie zasilania urządzeń wewnętrznych.

Następnie system przechodzi w tryb ciągły:

• utrzymuje stałe nadciśnienie,
• monitoruje jego poziom,
• nie dopuszcza do przedostania się gazu lub pyłu z zewnątrz.

Schemat działania można sprowadzić do czterech kroków:

pressurise → purge → maintain overpressure → energise

I właśnie to rozróżnienie jest kluczowe.

Bo urządzenia znajdujące się wewnątrz:

• nie są przeciwwybuchowe,
• nie posiadają oznaczenia Ex,
• same w sobie mogłyby być źródłem zapłonu.

Bezpieczeństwo wynika z faktu, że pracują w kontrolowanej atmosferze, oddzielonej od środowiska zewnętrznego.

Dlatego Ex p stosuje się tam, gdzie klasyczne rozwiązania Ex byłyby trudne lub kosztowne:

• systemy sterowania,
• analizatory procesowe,
• komputery przemysłowe,
• aparatura komunikacyjna.

To szczególnie ważne w instalacjach, gdzie obecność atmosfery wybuchowej zależy od parametrów procesu. Jeśli chcesz lepiej zrozumieć, kiedy taka atmosfera powstaje i od czego zależy jej stabilność, warto zajrzeć do artykułu na naszym blogu. Bo Ex p nie eliminuje zagrożenia – on je izoluje.

Dlaczego sama szafa i dopływ powietrza nie tworzą jeszcze systemu nadciśnieniowego Ex p?

Systemy nadciśnieniowe Ex p nie polegają na podaniu powietrza do obudowy – wymagają precyzyjnie zaprojektowanego układu kontroli i zabezpieczeń.

To jeden z najczęstszych błędów, który pojawia się w praktyce.

Na etapie koncepcji wszystko wydaje się proste:

• szafa,
• dopływ powietrza,
• utrzymanie nadciśnienia.

Tyle że w rzeczywistości to nie działa w ten sposób.

Bo system Ex p musi uwzględniać szereg czynników, które bezpośrednio wpływają na bezpieczeństwo:

• objętość obudowy i jej geometria,
• obecność tzw. martwych stref przepływu (dead spots),
• szczelność drzwi, przepustów i dławnic,
• sposób odpowietrzania,
• czas potrzebny na skuteczny przedmuch,
• minimalne i maksymalne dopuszczalne ciśnienie.

I właśnie tutaj pojawia się największe ryzyko.

W praktyce zdarza się, że:

• obudowa ma skomplikowaną konstrukcję,
• w narożnikach pozostaje gaz,
• przedmuch nie usuwa całej atmosfery wybuchowej.

A to oznacza, że urządzenia wewnętrzne są załączane w środowisku, które nadal może być niebezpieczne. Podobny problem dotyczy szczelności. Niewielka nieszczelność nie wygląda groźnie, ale w dłuższym czasie może doprowadzić do spadku nadciśnienia i utraty funkcji ochronnej systemu.

Warto też pamiętać, że system Ex p musi reagować na awarię.

Jeżeli:

• spada ciśnienie,
• zanika przepływ,
• pojawia się nieszczelność,

system powinien:

• wygenerować alarm,
• odciąć zasilanie urządzeń,
• zablokować ponowne uruchomienie.

I właśnie dlatego jego projektowanie i ocena często łączą się z analizą ryzyka i źródeł zapłonu. Jeśli chcesz zobaczyć, jak takie źródła powstają w praktyce instalacji przemysłowych, warto przeczytać nasz wpis na ten temat.

Bo w ATEX problemem rzadko jest jedno urządzenie. Problemem jest cały układ – i to, jak reaguje na sytuację, która nie była planowana.

Jakie warunki muszą być spełnione, aby systemy nadciśnieniowe były bezpieczne w praktyce?

Systemy nadciśnieniowe Ex p są bezpieczne tylko wtedy, gdy spełnione są jednocześnie warunki przedmuchu, utrzymania nadciśnienia i kontroli zasilania.

To nie są trzy niezależne funkcje – to jeden spójny mechanizm bezpieczeństwa. Jeśli jeden element zawiedzie, cały system przestaje działać.

W praktyce przed załączeniem urządzeń system musi potwierdzić:

• obudowa jest zamknięta i szczelna,
• działa dopływ gazu ochronnego,
• przepływ i czas przedmuchu są wystarczające,
• osiągnięto wymagane minimalne nadciśnienie.

Dopiero wtedy możliwe jest uruchomienie aparatury.

Po załączeniu system przechodzi w tryb ciągły – kontroluje ciśnienie i reaguje na każdą odchyłkę. Jeśli nadciśnienie spadnie, urządzenia nie mogą dalej pracować.

Czym różnią się Ex pxb, Ex pyb i Ex pzc i kiedy stosuje się każde z tych rozwiązań

Typy Ex p różnią się poziomem bezpieczeństwa i zakresem zastosowania w strefach ATEX.

W praktyce najważniejsze różnice można sprowadzić do poniższego zestawienia:

Najważniejsze jest to, że wybór typu Ex p nie wynika z preferencji projektanta, tylko z klasyfikacji strefy i analizy ryzyka.

W praktyce błąd pojawia się wtedy, gdy:

• stosuje się pzc w środowisku o wyższym ryzyku,
• zakłada się, że uproszczony system wystarczy „bo działa”.

A w ATEX takie założenia szybko się weryfikują.

Co dzieje się przy awarii systemu Ex p i dlaczego automatyka bezpieczeństwa jest krytyczna

System Ex p musi być zaprojektowany tak, aby w przypadku awarii przejść do stanu bezpiecznego – czyli odciąć zasilanie i zapobiec zapłonowi.

Najczęstszy scenariusz to spadek nadciśnienia:

• nieszczelność obudowy,
• problem z dopływem gazu,
• awaria zaworu lub czujnika.

W takiej sytuacji system powinien:

• wygenerować alarm,
• automatycznie odciąć zasilanie urządzeń,
• zablokować ponowne uruchomienie do czasu przywrócenia warunków.

To szczególnie istotne w rozwiązaniach typu pxb, gdzie system nie może polegać na reakcji operatora.

W nowoczesnym podejściu zgodnym z IEC 60079-2 układ sterowania Ex p traktuje się jako funkcję bezpieczeństwa, która musi działać nie tylko w normalnych warunkach, ale także przy przewidywalnych uszkodzeniach.

I właśnie tutaj wychodzi różnica między instalacją „działającą” a instalacją rzeczywiście bezpieczną.

Na koniec

Ex p pozwala stosować standardowe urządzenia w strefach zagrożonych wybuchem, ale tylko wtedy, gdy cały system działa dokładnie tak, jak został zaprojektowany. Nie wystarczy obudowa ani samo nadciśnienie – liczy się kontrola procesu przedmuchu, ciągłe monitorowanie i właściwa reakcja na każdą nieprawidłowość.

W praktyce bezpieczeństwo nie wynika z technologii, tylko z jej utrzymania. System nadciśnieniowy jest bezpieczny tylko tak długo, jak długo ktoś kontroluje jego stan i reaguje na zmiany.

Najczęściej zadawane pytania o systemy nadciśnieniowe (Ex p)