Ex d rozvádzač pre ventilačné a vykurovacie systémy v rafinérii: vyriešený problém s prehrievaním interiéru
Vysoký rozptýlený výkon a vysoké teploty okolia sú typickými výzvami pre zariadenia Ex. V tomto projekte rozvádzača Ex d pre rafinériu sme použili riešenia, ktoré umožnili bezpečnú prevádzku systému, ktorý generuje viac ako 500 W tepelných strát – bez prekročenia povolených teplôt a v plnom súlade s ATEX.
Príliš vysoká teplota vo vnútri rozvádzača
Našou úlohou bolo vyvinúť koncepciu bezpečnosti proti výbuchu a dodať kompletný rozvádzač Ex d pre nebezpečnú oblasť ATEX II 2G (Ex d IIB T3 Gb). Jednotka mala byť kľúčovou súčasťou riadiaceho systému pre ventilačný a chladiaci systém v rafinérii. V skratke: bola zodpovedná za napájanie a riadenie ventilátora, kompresora, kondenzátora a elektrického ohrievača.
Systém mal fungovať v dvoch rôznych režimoch:
- Zimný režim: invertor s reguláciou ventilátora + elektrické vykurovanie.
- Letný režim: invertor s reguláciou ventilátora + kompresor + kondenzátor.
Už vo fáze analýzy technického prieskumu sme zistili, že celý systém bude schopný vyrábať viac ako 500 W distribuovaného výkonu. V uzavretom kryte Ex d, ktorý pracuje pri teplotách okolia dosahujúcich v lete 40 °C, by toto množstvo tepelnej energie fungovalo ako ohrievač.
Hrozilo tak prekročenie prípustnej prevádzkovej teploty vnútorných komponentov (55 °C), čím by sa stratila stabilita a životnosť celého systému. Práve potreba udržať teplo v obmedzenom priestore sa pre nás stala kľúčovou konštrukčnou výzvou.
Prečo bol potrebný kryt Ex d
Vysoká teplota nebola jediným faktorom pri návrhu. Pri návrhu sa použilo mnoho komponentov v priemyselnom prevedení, ktoré nie sú certifikované podľa ATEX.
Tento typ situácie je typický pre individuálne navrhnuté riešenia. V takom prípade sú možné dva prístupy:
- Certifikácia celej hotovej jednotky (napr. rozvádzača) ako kompletného výrobku Ex – zdĺhavý a nákladný proces, ktorý je opodstatnený len pri sériovej výrobe.
- Použitie ohňovzdorného krytu Ex d, ktorý umožňuje bezpečnú inštaláciu komponentov bežnej priemyselnej konštrukcie.
Po náležitej analýze a konzultácii s klientom sme sa rozhodli pre druhú možnosť.
Kryt Ex d pripúšťa prítomnosť zdrojov vznietenia (iskra, oblúk, horúci povrch) a je navrhnutý tak, aby odolal prípadnému vnútornému výbuchu a vďaka hasiacim štrbinám zadržal plameň a horúce plyny vo vnútri. Vďaka tomu môže rozvádzač bezpečne pracovať v prostredí s výbušnými zmesami, aj keď dôjde k vznieteniu vo vnútri.
Obmedzenie rozptýleného výkonu a oddelenie konštrukcie
Chceli sme zabezpečiť bezpečnú úroveň teploty, takže výkon rozptýlený v jednom kryte nesmel prekročiť 140 W. Prekročenie tejto hodnoty by viedlo k zvýšeniu vnútornej teploty nad limit 55 °C.
Preto sme sa rozhodli rozdeliť jednotku na tri skrinky Ex d so skrinkami Ex e prepojenými káblovými priechodkami. Každá z nich plnila samostatnú funkciu:
- Modul 1 – napájanie a hlavné prístroje
- Modul 2 – Riadenie a logika systému
- Modul 3 – Meniče
V procese prideľovania sme zohľadnili aj závislosť prevádzky systému od vonkajšej teploty. Niektoré komponenty zodpovedné za napájanie vykurovacích okruhov sa aktivovali len vtedy, keď vonkajšia teplota klesla pod +21 °C. Týmto spôsobom sme dokázali sústrediť viac distribuovaného výkonu do jednej skrine bez rizika prehriatia počas letnej prevádzky. Hodnota 140 W sa totiž vzťahovala na najnáročnejší scenár, t. j. keď teplota okolia dosiahne 40 °C.
Spojenia medzi skriňami a káblovými vstupmi
Ďalším kľúčovým prvkom návrhu bol nedostatočný počet priechodiek, ktorý by zabránil správnemu prepojeniu jednotlivých sekcií rozvádzača. Preto sme vo fáze návrhu starostlivo vypočítali tok napájacích a ovládacích káblov medzi skriňami. To nám umožnilo vybrať správny počet a priemer certifikovaných káblových priechodiek utesnených živicou, aby sa zabezpečila správna úroveň bezpečnosti proti výbuchu.
Ďalšou výzvou bolo zavedenie špeciálnych káblov, ako sú optické vlákna a ethernetové káble, ktoré si vyžadujú špeciálne bariérové priechodky. V prípade optických káblov bolo tiež potrebné zmeniť pôvodný typ kábla navrhnutý zákazníkom, pretože nebol vhodný na utesnenie živicou.
Rozloženie komponentov a tepelný manažment
Pri navrhovaní interiéru skríň sme vykonali analýzu vertikálneho rozloženia teploty. Výsledky ukázali rozdiel až niekoľkých stupňov medzi spodnou a hornou zónou skrine. Následne sme komponenty citlivé na teplotu vrátane meničov umiestnili do najnižšej možnej časti skrine, kde je teplota nižšia. Vyššie boli pasívne a tepelne odolnejšie komponenty. Toto usporiadanie zabezpečilo rovnomerné rozloženie tepla a zachovanie bezpečnej teplotnej rezervy aj pri prevádzke s maximálnym tepelným zaťažením.
Účinok a požiadavky investorov
Konštrukcia vyvinutá našimi odborníkmi umožnila bezpečné použitie priemyselných komponentov v Ex zóne s výkonom viac ako 500 W. Trojmodulový rozvádzač Ex d s krytmi Ex e umožňuje udržiavať stabilnú prevádzkovú teplotu bez ohľadu na atmosférické podmienky, čím sa eliminuje riziko prehriatia a zabezpečuje úplný súlad s požiadavkami ATEX a normami IEC 60079. Investor pozitívne zhodnotil náš návrh a poveril nás realizáciou tohto riešenia.