Bir rafineride havalandırma ve ısıtma sistemleri için ex d şalt sistemi – aşırı iç sıcaklık artışı sorunu çözüldü
Yüksek yayılan güç ve yüksek ortam sıcaklıkları Ex ekipmanlar için tipik zorluklardır. Bir rafineriye yönelik bu Ex d şalt sistemi projesinde, 500 W’ tan fazla termal kayıp üreten sistemin izin verilen sıcaklıkları aşmadan ve tam ATEX uyumluluğu içinde güvenli bir şekilde çalışmasını sağlayan çözümler kullandık.
Pano içinde çok yüksek sıcaklık
Görevimiz, bir patlama güvenliği konsepti geliştirmek ve ATEX II 2G (Ex d IIB T3 Gb) tehlikeli alanı için komple bir şalt sistemi tedarik etmekti. Ünite, rafineri sahasındaki havalandırma ve soğutma sistemi için kontrol sisteminin önemli bir bileşeni olacaktı. Özetle: fan, kompresör, kondenser ve elektrikli ısıtıcıya güç sağlamak ve kontrol etmekten sorumluydu.
Sistem iki farklı modda çalışacaktı:
- Kış modu: fan kontrollü inverter + elektrikli ısıtıcı.
- Yaz modu: fan kontrollü inverter + kompresör + kondenser.
Daha teknik incelemenin analiz aşamasında, tüm sistemin 500 W’tan fazla dağıtılmış güç üretebileceğini belirledik. Yaz aylarında 40°C’ye ulaşan ortam sıcaklıklarında çalışan kapalı bir Ex d muhafazasında, bu miktarda termal enerji bir ısıtıcı görevi görecektir.
Bu durum, dahili bileşenlerin izin verilen çalışma sıcaklığını (55 °C) aşma ve dolayısıyla tüm sistemin kararlılığını ve dayanıklılığını kaybetme riski taşıyordu. Isıyı sınırlı bir alanda tutma ihtiyacı bizim için önemli bir tasarım zorluğu haline geldi.
Ex d muhafazası neden gerekliydi?
Tasarımda dikkate alınan tek husus yüksek sıcaklık değildi. Endüstriyel tasarımda ATEX sertifikasına sahip olmayan bir dizi bileşen tasarımda kullanıldı.
Bu tür bir durum, bireysel olarak tasarlanmış çözümler için tipiktir. Bu durumda iki yaklaşım mümkündür:
- Tüm bitmiş ünitenin (örn. şalt cihazı) eksiksiz bir Ex ürün olarak belgelendirilmesi – uzun ve maliyetli bir süreç, sadece seri üretim için haklı.
- Ex d aleve dayanıklı muhafazanın kullanılması, normal endüstriyel tasarıma sahip bileşenlerin içine güvenli bir şekilde monte edilmesini sağlar.
Uygun analiz ve müşteri ile istişareden sonra ikinci seçeneği seçtik.
Ex d muhafaza, ateşleme kaynaklarının (kıvılcım, ark, sıcak yüzey) varlığını kabul eder ve olası bir iç patlamaya dayanacak ve söndürme yuvaları sayesinde alevi ve sıcak gazları içeride tutacak şekilde tasarlanmıştır. Sonuç olarak, içeride ateşleme meydana gelse bile şalt cihazı patlayıcı karışımların bulunduğu atmosferlerde güvenle çalışabilir.
Yayılan güç sınırlaması ve tasarım ayrımı
Güvenli bir sıcaklık seviyesi sağlamak istedik, bu nedenle tek bir muhafazada harcanan güç 140 W’ı geçemezdi. Bu değerin aşılması, 55°C sınırının üzerinde bir iç sıcaklık artışına yol açacaktır.
Bu nedenle üniteyi, kablo geçişleriyle birbirine bağlanan Ex e muhafazaları ile üç Ex d muhafazasına bölmeye karar verdik. Her biri ayrı bir işlevi yerine getiriyordu:
- Modül 1 – güç ve ana aparatlar
- Modül 2 – Sistem kontrolü ve mantığı
- Modül 3 – İnvertörler
Tahsis sürecinde, sistemin çalışmasının dış sıcaklığa olan bağımlılığını da dikkate aldık. Isıtma devrelerine güç sağlamaktan sorumlu bazı bileşenler yalnızca ortam sıcaklığı +21°C’nin altına düştüğünde etkinleştirildi. Bu şekilde, yaz işletimi sırasında aşırı ısınma riski olmadan daha fazla dağıtılmış gücü tek bir muhafazada yoğunlaştırabildik. Bunun nedeni, 140 W değerinin en stresli senaryoya, yani ortam sıcaklığının 40°C’ye ulaştığı duruma işaret etmesidir.
Muhafazalar ve kablo girişleri arasındaki bağlantılar
Tasarımın bir diğer kilit unsuru da, münferit şalt bölümlerinin düzgün bir şekilde bağlanmasını engelleyecek olan yetersiz sayıda besleme geçişiydi. Bu nedenle, panolar arasındaki güç ve kontrol kablolarının akışı tasarım aşamasında tarafımızdan dikkatlice hesaplanmıştır. Bu, doğru patlama güvenliği seviyesini sağlamak için doğru sayıda ve çapta sertifikalı reçine contalı kablo rondelası seçmemizi sağladı.
Ek bir zorluk da özel bariyer rakorları gerektiren optik fiberler ve Ethernet kabloları gibi özel kabloların kullanılmaya başlanmasıydı. Fiber optik kablolar söz konusu olduğunda, reçine yalıtımına uygun olmadığı için müşteri tarafından önerilen orijinal kablo tipinin değiştirilmesi de gerekmiştir.
Bileşen yerleşimi ve termal yönetim
Muhafazaların içini tasarlarken, dikey sıcaklık dağılımının bir analizini yaptık. Sonuçlar, muhafazanın alt ve üst bölgeleri arasında birkaç dereceye varan bir fark olduğunu gösterdi. Sonuç olarak, invertörler de dahil olmak üzere sıcaklığa en duyarlı bileşenleri, sıcaklığın daha düşük olduğu muhafazanın mümkün olan en alt kısmına yerleştirdik. Daha yukarıda ise pasif ve ısıya daha dayanıklı bileşenler yer alıyordu. Bu düzenleme, ısının eşit olarak dağıtılmasını ve maksimum ısı yüklerinde çalışırken bile güvenli bir sıcaklık marjının korunmasını sağladı.
Etki ve yatırımcı gereksinimleri
Uzmanlarımız tarafından geliştirilen tasarım, 500 W’tan fazla yayma gücüne sahip endüstriyel bileşenlerin Ex bölgesinde güvenli bir şekilde kullanılmasını sağladı. Ex e muhafazalara sahip üç modüllü Ex d şalt sistemi, atmosferik koşullardan bağımsız olarak sabit bir çalışma sıcaklığının korunmasını sağlayarak aşırı ısınma riskini ortadan kaldırır ve ATEX gerekliliklerine ve IEC 60079 standartlarına tam uyum sağlar. Yatırımcı tasarımımızı olumlu değerlendirdi ve bu çözümü gerçekleştirmemiz için bizi görevlendirdi.