Электрообогрев во взрывоопасной зоне нельзя проектировать как обычную систему, в которой к стандартному греющему кабелю просто добавили взрывозащищённую соединительную коробку. Необходимо учитывать классификацию зоны, тип взрывоопасной среды, группу оборудования, уровень и вид взрывозащиты, температурный класс, максимально возможную температуру поверхности, исполнение кабельных вводов, соединений, датчиков и полевых устройств. В результате объект рассматривается как единая система: от нагревательного кабеля и его оконцеваний до автоматики, документации, монтажа и ввода в эксплуатацию.
Материал подготовлен
Инженерным отделом «ПромОбогрев»
Подбор и комплектация систем промышленного электрообогрева трубопроводов, резервуаров и оборудования, включая решения для взрывоопасных зон
Что должно быть изображено: промышленный нефтехимический объект с теплоизолированным трубопроводом и резервуаром. Показать греющий кабель под частично снятой теплоизоляцией, взрывозащищённую соединительную коробку, кабельный ввод и датчик температуры. Вокруг технологического оборудования условно обозначить Ex-зону. Изображение должно выглядеть как инженерная промышленная схема, а не бытовой монтаж.
Что меняется при электрообогреве во взрывоопасной зоне
На обычном промышленном объекте главная задача системы — обеспечить требуемую температуру трубопровода или оборудования и электрическую безопасность персонала.
Во взрывоопасной зоне появляется дополнительное принципиальное требование: электрооборудование не должно становиться недопустимым источником воспламенения окружающей взрывоопасной среды.
Потенциальным источником опасности может быть не только электрическая искра. Для систем электрообогрева особенно важны:
- нагретая поверхность греющего кабеля;
- локальный перегрев трубопровода или оборудования;
- соединения нагревательной цепи;
- клеммные соединения;
- кабельные вводы;
- концевые заделки;
- датчики и термостаты;
- коммутационное оборудование;
- повреждения электрической изоляции;
- неправильное заземление;
- несоответствие фактического монтажа сертифицированной конструкции.
Ключевой принцип: во взрывоопасной зоне необходимо контролировать одновременно электрические источники воспламенения и максимально возможную температуру поверхности.
Сначала определяется зона — потом выбирается оборудование
Класс взрывоопасной зоны не назначается производителем греющего кабеля и не выбирается монтажником непосредственно на объекте.
Он должен быть определён проектной документацией объекта с учётом вида взрывоопасной среды, вероятности и продолжительности её присутствия.
| Тип среды | Классы зон | Что необходимо определить проектом |
|---|---|---|
| Газ, пар или туман | 0, 1, 2 | Класс зоны, группу взрывоопасной смеси, требуемый уровень защиты оборудования и температурные ограничения. |
| Горючая пыль | 20, 21, 22 | Класс зоны, характеристики пыли, группу оборудования и допустимую температуру поверхности. |
Для газовых сред оборудование промышленного назначения относится, в частности, к группе II, которая подразделяется на подгруппы IIA, IIB и IIC в зависимости от взрывоопасной смеси.
Для пылевых сред применяется группа III с подгруппами IIIA, IIIB и IIIC.
Нельзя написать в заявке только «нужен Ex-кабель». Для корректного подбора необходимо знать, для какой именно зоны, группы среды и температурных условий требуется оборудование.
Что должно быть изображено: технологический аппарат или резервуар, вокруг которого условно нанесены области разных классов зоны. Отдельно справа сделать компактную схему: газовые среды — зоны 0, 1, 2; пылевые среды — зоны 20, 21, 22. Не назначать конкретные расстояния вокруг оборудования, чтобы схема оставалась принципиальной.
Почему обычный греющий кабель нельзя автоматически применять в Ex-зоне
Обычный промышленный греющий кабель может прекрасно выполнять теплотехническую задачу, но это ещё не означает, что его конструкция и система подключения подтверждены для эксплуатации во взрывоопасной среде.
Для применения в такой зоне необходимо, чтобы изделие имело предусмотренные средства взрывозащиты, соответствующую маркировку, область применения и подтверждение соответствия.
Почему греющий кабель требует особого внимания
В отличие от обычного силового проводника, его нормальная функция заключается именно в выделении тепла.
Следовательно, при проектировании необходимо доказать, что возможная температура нагревательной системы остаётся в пределах, безопасных для окружающей среды.
Кроме самого нагревателя необходимо проверить предусмотренные производителем:
- комплекты подключения питания;
- концевые заделки;
- ответвительные соединения;
- соединительные коробки;
- кабельные вводы;
- датчики и ограничители температуры;
- условия монтажа под теплоизоляцией.
Сертифицированный нагревательный кабель, подключённый через неподходящую коробку или произвольную концевую заделку, уже нельзя рассматривать как корректно собранную сертифицированную систему только на основании маркировки кабеля.
Ex-маркировку необходимо читать полностью
Ошибка при закупке — увидеть на изделии обозначение Ex и считать, что оно автоматически подходит для любого взрывоопасного объекта.
Маркировка содержит несколько характеристик, определяющих область применения оборудования.
| Что проверяется | Почему важно |
|---|---|
| Группа оборудования | Определяет тип взрывоопасной среды и область применения оборудования. |
| Подгруппа газа или пыли | Оборудование должно соответствовать характеристикам среды конкретного объекта. |
| Вид взрывозащиты | Показывает, каким способом конструкция предотвращает воспламенение среды. |
| Уровень защиты оборудования | Должен соответствовать условиям классифицированной зоны. |
| Температурный класс или температура поверхности | Ограничивает максимальный нагрев оборудования. |
| Температура окружающей среды | Фактические условия объекта должны находиться в пределах, предусмотренных документацией оборудования. |
| Особые условия применения | Если они указаны в сертификате или документации, их необходимо включить в проект и монтаж. |
Пример
На конкретном промышленном термостате может встречаться маркировка вида:
Это не универсальная маркировка для всех систем. Она описывает именно конкретное изделие и должна сопоставляться с требованиями проектной зоны.
Температурный класс: T6 не означает «самый горячий»
Это один из наиболее частых источников путаницы.
Для оборудования группы II температурный класс связан с наибольшей допустимой температурой поверхности.
| Температурный класс | Наибольшая допустимая температура поверхности |
|---|---|
| T1 | 450 °C |
| T2 | 300 °C |
| T3 | 200 °C |
| T4 | 135 °C |
| T5 | 100 °C |
| T6 | 85 °C |
То есть с увеличением номера температурного класса допустимая максимальная температура поверхности уменьшается. T6 предъявляет более жёсткое температурное ограничение, чем T4 или T3.
Для пылевых сред маркировка может содержать максимальную температуру поверхности непосредственно в градусах, например значение вида T80°C.
Поэтому газовую и пылевую маркировку не следует механически интерпретировать одинаково.
Что должно быть изображено: вертикальная шкала температурных классов T1, T2, T3, T4, T5, T6. Рядом значения: 450, 300, 200, 135, 100 и 85 °C. Визуально подчеркнуть, что при движении от T1 к T6 допустимая температура уменьшается.
Максимальная температура поверхности важнее номинальных Вт/м
Для обычного теплотехнического расчёта инженер часто начинает с вопроса: сколько ватт на метр необходимо трубопроводу?
В Ex-системе появляется ещё один обязательный вопрос:
Какова максимальная возможная температура самой горячей части системы во всех предусмотренных проектом режимах?
Это не обязательно температура продукта и не обязательно средняя температура трубы.
Наиболее горячая точка может возникнуть:
- на нагревательном кабеле;
- на участке плохого теплового контакта;
- на арматуре;
- при снижении уровня продукта в резервуаре;
- при прекращении движения продукта;
- при изменении теплоизоляции;
- при повышенной температуре процесса;
- при отказе регулирующего устройства;
- при неправильной укладке кабеля;
- при изменении условий теплоотвода.
Температура поддержания и температурный класс — разные параметры
Например, система может поддерживать трубу при сравнительно невысокой температуре, однако сам нагреватель в определённых режимах способен иметь более горячую поверхность.
Поэтому нельзя выбирать температурный класс, просто сравнив его с уставкой термостата.
Для некоторых систем температурный класс определяется расчётом
В промышленном электрообогреве возможны решения, где соответствие требуемому температурному классу обеспечивается не только конструкцией нагревателя, но и расчётными условиями всей системы.
В таком расчёте могут учитываться:
- конкретная модель кабеля;
- его удельная мощность;
- напряжение питания;
- диаметр и материал трубы;
- температура процесса;
- температура окружающей среды;
- толщина и свойства теплоизоляции;
- схема укладки;
- количество ниток кабеля;
- условия теплопередачи.
Для таких решений результат расчёта, включая полученный температурный класс, становится частью проектной документации системы.
Нельзя взять расчёт температурного класса от другого объекта и считать его действительным только потому, что используется та же марка греющего кабеля. Изменение трубы, теплоизоляции, температуры процесса или схемы укладки может изменить расчётные условия.
Взрывозащищённые соединительные и распределительные коробки
Место электрического подключения — один из ключевых элементов системы.
В Ex-зоне используются коробки, область применения и маркировка которых соответствуют проектным условиям.
При подборе необходимо проверить
- Ex-маркировку коробки;
- допустимую зону применения;
- вид взрывозащиты;
- группу газа или пыли;
- температурный режим;
- температуру окружающей среды;
- степень защиты оболочки;
- количество и тип кабельных вводов;
- допустимые сечения проводников;
- ток клеммных соединений;
- совместимость с конкретным греющим кабелем.
Коробка для соединения силового кабеля, коробка датчиков и коробка разветвления греющих цепей могут иметь разные требования.
Что должно быть изображено: крупный план промышленной взрывозащищённой соединительной коробки, установленной на кронштейне возле теплоизолированной трубы. В коробку входят силовой кабель и греющий кабель через соответствующие кабельные вводы. Отдельными выносками обозначить коробку, ввод и нагревательный кабель.
Кабельный ввод нельзя выбирать только по резьбе
Ошибка выглядит просто: в коробке есть отверстие M20, значит покупается любой ввод M20.
Для взрывозащищённого оборудования этого недостаточно.
Необходимо проверить:
- Ex-маркировку ввода;
- вид взрывозащиты;
- наружный диаметр кабеля;
- бронированный или небронированный кабель;
- наличие металлической оплётки;
- способ уплотнения;
- тип и размер резьбы;
- материал корпуса ввода;
- температурный диапазон;
- условия окружающей среды;
- требования к заземлению брони или оплётки.
Оконцевания греющего кабеля также являются частью системы
Нельзя заменять сертифицированную концевую заделку произвольной термоусадкой, герметиком или самодельной конструкцией только потому, что электрически соединение кажется работоспособным.
Для Ex-систем особенно важно использовать предусмотренные производителем комплекты подключения и выполнять монтаж в соответствии с их технической документацией.
Термостат и датчик также должны соответствовать месту установки
Саморегулирующийся кабель уменьшает тепловыделение при повышении собственной температуры, но это не означает, что для взрывоопасной технологической системы автоматически не нужны датчики и автоматика.
Температурный контроль может использоваться для:
- поддержания технологической температуры;
- защиты продукта от перегрева;
- ограничения температуры поверхности;
- аварийного отключения;
- контроля холодной точки;
- сигнализации выхода за допустимый диапазон.
Рабочий контроль и ограничитель температуры
На ответственных объектах эти функции могут быть разделены.
Используется системой регулирования для поддержания заданной температуры процесса.
Ограничивает нагрев, если температура приближается к установленному безопасному пределу.
Если термостат или полевой преобразователь установлен непосредственно во взрывоопасной зоне, его исполнение должно соответствовать этой зоне.
Посты управления и шкафы: важно место установки
Не каждый шкаф электрообогрева обязательно должен находиться внутри взрывоопасной зоны.
Если проект позволяет, крупную коммутационную и управляющую аппаратуру нередко рационально размещать вне классифицированной зоны, а внутри неё оставлять только необходимые полевые компоненты.
Если устройство установлено в Ex-зоне
Его исполнение должно соответствовать требованиям этой зоны.
Это относится, например, к:
- местным постам управления;
- кнопкам;
- переключателям;
- индикаторам;
- полевым термостатам;
- распределительным коробкам;
- измерительным преобразователям.
Поэтому вопрос должен звучать не «нужен ли взрывозащищённый шкаф вообще», а «какое оборудование физически находится внутри классифицированной зоны?»
Заземление и электрическая защита нельзя отделять от Ex-проекта
Металлическая оплётка нагревательного кабеля, корпус соединительной коробки, трубопровод и другие проводящие элементы должны подключаться в соответствии с проектом системы защитного заземления.
Электрическая часть также должна учитывать:
- защиту от сверхтока;
- повреждение изоляции;
- токи утечки;
- допустимую длину нагревательной цепи;
- пусковой ток саморегулирующихся кабелей;
- селективность защиты;
- аварийное отключение;
- состояние защитного проводника.
Точные параметры защитных устройств определяются проектом, характеристиками кабеля, схемой электроснабжения и применимыми требованиями.
Нельзя универсально назначить один номинал автомата или одно значение дифференциального тока для всех систем промышленного Ex-обогрева.
Документация во взрывоопасной зоне — часть технического решения
Для обычного объекта ошибка в документации может усложнить обслуживание. Для Ex-системы она способна привести к тому, что невозможно подтвердить допустимость установленной конфигурации оборудования.
Для проекта необходимо проверить и сохранить
- классификацию взрывоопасной зоны;
- данные о газовой или пылевой среде;
- требуемую группу оборудования;
- температурные ограничения;
- сертификаты соответствия применяемого Ex-оборудования;
- маркировку каждого ключевого полевого компонента;
- руководства и инструкции изготовителей;
- условия применения оборудования;
- теплотехнический расчёт;
- расчёт или обоснование температурного класса системы;
- электрическую схему;
- план расположения нагревательных цепей;
- перечень коробок, вводов и заделок;
- точки установки датчиков;
- уставки регулирования и защиты;
- протоколы измерений при монтаже;
- результаты пусконаладки.
Если температурный класс обеспечивается расчётной конфигурацией системы, параметры этого расчёта необходимо сохранять вместе с документацией объекта и проверять при вводе системы в эксплуатацию.
Что должно быть изображено: комплект инженерной документации по системе электрообогрева. На столе или на схеме условно показать: план Ex-зон, сертификат оборудования, кабельный журнал, схему подключения, расчёт температурного класса и протокол пусконаладки. Не использовать реальные номера сертификатов.
Что особенно важно проверить при монтаже
Сертифицированные компоненты не гарантируют безопасность, если они установлены с нарушением требований производителя.
Проверить соответствие кабеля, коробок, вводов и датчиков требованиям конкретной зоны.
Использовать предусмотренные силовые соединения, заделки, уплотнения и комплектующие.
Не должно быть повреждений оболочки, перегибов и механического пережатия.
Диаметр, уплотнение, затяжка, резьба и исполнение должны соответствовать кабелю и коробке.
Проверить металлическую оплётку, корпуса и защитные проводники.
Фактическое место установки должно соответствовать проектной точке контроля.
Изменение толщины или материала способно повлиять на температурный режим нагревателя.
Проверить нагревательные цепи до и после установки теплоизоляции.
Уставки, аварии, отключение по перегреву и работу исполнительных устройств.
Фактические данные монтажа и пусконаладки необходимо включить в документацию системы.
Типовые ошибки при подборе Ex-электрообогрева
Не проверяются группа, уровень защиты, температурный класс и область применения изделия.
Проектная классификация объекта появляется уже после закупки оборудования.
Чем выше номер T-класса, тем ниже допустимая максимальная температура поверхности.
Не рассчитывается максимально возможная температура самого нагревателя.
Коробки, вводы или термостаты не соответствуют условиям зоны.
Корпус сертифицирован, но фактическая точка ввода кабеля выполнена неподходящим комплектующим.
Сертифицированную систему изменяют непосредственно при монтаже.
Горячая технологическая труба сама способна создавать более высокий температурный режим кабеля.
Расчёт был выполнен для одной конструкции, а фактически установлен другой материал или другая толщина.
В эксплуатации невозможно подтвердить, для какой конфигурации системы выполнялось температурное обоснование.
Фактические климатические условия выходят за пределы, предусмотренные для оборудования.
Усложняется и удорожается система, хотя часть оборудования проектно могла быть вынесена в безопасную зону.
Что должно быть изображено: схема из двух вариантов. Слева неправильная система: Ex-кабель подключён через обычную коробку и ввод. Справа правильная концепция: греющий кабель, сертифицированный комплект подключения, подходящая Ex-коробка, Ex-ввод и датчик. Использовать красный крест слева и зелёную галочку справа.
Алгоритм проектирования электрообогрева для Ex-зоны
Газовая или пылевая среда, класс зоны и данные проектной документации.
Группа газа или пыли, температурные ограничения и другие проектные параметры.
Определить необходимую мощность и требуемую температуру поддержания.
Проверить Ex-маркировку, температурные характеристики, мощность и химическую стойкость.
По сертифицированным данным или предусмотренной изготовителем расчётной методике системы.
Коробки, вводы, силовые соединения, ответвления и концевые заделки.
Рабочие датчики, термостаты и при необходимости независимую защиту от перегрева.
Решить, какие устройства должны находиться непосредственно в зоне, а какие можно вынести за её пределы.
Длины цепей, автоматы, пусковые токи, токи утечки и заземление.
Сертификаты, схемы, расчёты, спецификации и инструкции по монтажу.
Проверить соответствие реальной системы проекту.
Проверить электрические параметры, температурное управление, защитные функции и аварийные режимы.
Вопросы и ответы
Можно ли использовать обычный саморегулирующийся кабель во взрывоопасной зоне?
Нельзя считать обычный кабель допустимым только потому, что он саморегулирующийся. Необходимо проверить его Ex-маркировку, сертификат, область применения и соответствие требованиям конкретной зоны.
Что безопаснее — T4 или T6?
Температурный класс выбирается по требованиям конкретной взрывоопасной среды. Для группы II максимальная температура поверхности составляет 135 °C для T4 и 85 °C для T6. Нельзя выбирать класс просто по принципу «чем выше номер, тем лучше» без сопоставления с проектом.
Температурный класс — это температура продукта?
Нет. Он относится к допустимой температуре поверхности оборудования. Температура продукта, температура трубы и максимальная температура нагревателя — разные расчётные величины.
Если кабель имеет T6, коробка может быть обычной?
Если коробка устанавливается во взрывоопасной зоне, она должна иметь исполнение, соответствующее условиям этой зоны. Маркировка нагревательного кабеля не распространяется автоматически на остальные компоненты.
Можно ли использовать любой Ex-кабельный ввод?
Нет. Необходимо учитывать вид взрывозащиты, диаметр кабеля, наличие брони или оплётки, тип резьбы, материал и условия применения.
Нужен ли терморегулятор саморегулирующемуся Ex-кабелю?
Это определяется проектом и сертифицированной методикой применения конкретного нагревателя. Саморегулирование не заменяет автоматически технологическое управление или независимое ограничение температуры там, где они необходимы.
Обязательно ли ставить весь шкаф управления во взрывозащищённом исполнении?
Зависит от места установки. Если шкаф размещается за пределами классифицированной зоны, требования к его исполнению отличаются от требований к полевому оборудованию, находящемуся непосредственно в Ex-зоне.
Можно ли самостоятельно изменить сертифицированный комплект подключения?
Монтаж необходимо выполнять в соответствии с технической документацией изготовителя и условиями подтверждённого применения. Произвольное изменение конструкции может вывести систему за пределы сертифицированной конфигурации.
Почему теплоизоляция влияет на Ex-расчёт?
Она изменяет теплоотвод от нагревательного кабеля. Если температурный класс подтверждается расчётом всей теплоизолированной системы, изменение материала или толщины изоляции может изменить расчётную температуру нагревателя.
Какие данные нужно предоставить для подбора Ex-электрообогрева?
Нужны классификация зоны, характеристики газовой или пылевой среды, требуемый температурный класс или допустимая температура поверхности, параметры трубопровода или оборудования, температура процесса, минимальная температура окружающей среды, теплоизоляция и требования к системе управления.
- Взрывозащищённое оборудование
- Саморегулирующиеся греющие кабели
- Резистивные греющие кабели
- Монтажные и соединительные коробки
- Кабельные вводы
- Взрывозащищённые посты управления
- Промышленные терморегуляторы
- Шкафы управления электрообогревом
- Автоматизированные системы управления электрообогревом
- Контакты «ПромОбогрев»
Пришлите классификацию взрывоопасной зоны, данные о газовой или пылевой среде, требуемый температурный класс или допустимую температуру поверхности, диаметр и длину трубопроводов, температуру поддержания, максимальную температуру процесса, минимальную температуру окружающей среды, материал и толщину теплоизоляции и требования к системе управления. Специалисты «ПромОбогрев» помогут выполнить теплотехнический подбор, выбрать греющий кабель, соединительные коробки, кабельные вводы, датчики и оборудование управления с учётом требований конкретного объекта.