„Ex d“ tipo skirstomieji įrenginiai naftos perdirbimo gamyklos ventiliacijos ir šildymo sistemoms – išspręsta per didelio vidaus temperatūros kilimo problema
Didelė išskiriama galia ir aukšta aplinkos temperatūra – tai tipiniai iššūkiai, su kuriais susiduria „Ex“ klasės įranga. Šiame naftos perdirbimo gamyklos „Ex d“ klasės skirstomųjų įrenginių projekte pritaikėme sprendimus, leidžiančius sistemai, kurios šiluminiai nuostoliai viršija 500 W, saugiai veikti – neviršijant leistinų temperatūrų ir visiškai laikantis ATEX reikalavimų.
Per aukšta temperatūra skirstyklos viduje
Mūsų užduotis buvo parengti sprogimo saugos koncepciją ir tiekti visą skirstomąją įrangą, skirtą ATEX II 2G (Ex d IIB T3 Gb) pavojingai zonai. Šis įrenginys turėjo tapti pagrindiniu naftos perdirbimo gamyklos ventiliacijos ir aušinimo sistemos valdymo komponentu. Trumpai tariant: ji buvo atsakinga už ventiliatoriaus, kompresoriaus, kondensatoriaus ir elektrinio šildytuvo maitinimą bei valdymą.
Sistema turėjo veikti dviem skirtingais režimais:
- Žiemos režimas: ventiliatoriaus valdymo keitiklis + elektrinis šildytuvas.
- Vasaros režimas: ventiliatoriaus valdymo keitiklis + kompresorius + kondensatorius.
Jau techninio tyrimo analizės etape nustatėme, kad visa sistema galės generuoti daugiau nei 500 W paskirstytos galios. Uždarame „Ex d“ korpuse, veikiančiame vasarą esant aplinkos temperatūrai, siekiančiai 40 °C, toks šiluminės energijos kiekis veiktų kaip šildytuvas.
Dėl to kilo pavojus, kad bus viršyta leistina vidinių komponentų darbo temperatūra (55 °C) ir dėl to sumažės visos sistemos stabilumas bei ilgaamžiškumas. Būtent poreikis išlaikyti šilumą uždaroje erdvėje tapo pagrindiniu projektavimo iššūkiu mums.
Kodėl buvo reikalingas „Ex d“ tipo korpusas?
Aukšta temperatūra nebuvo vienintelis projektavimo aspektas. Projektuojant buvo panaudota nemažai pramoninio dizaino komponentų, kurie neturi ATEX sertifikato.
Tokia situacija yra būdinga individualiai suprojektuotiems sprendimams. Tokiu atveju galima rinktis iš dviejų požiūrių:
- Visos gatavos įrangos (pvz., skirstomojo įrenginio) sertifikavimas kaip atskiro „Ex“ tipo gaminio – ilgas ir brangus procesas, pateisinamas tik serijinės gamybos atveju.
- Naudojamas „Ex d“ tipo ugniai atsparus korpusas, leidžiantis jame saugiai montuoti įprastos pramoninės konstrukcijos komponentus.
Atlikę atitinkamą analizę ir pasikonsultavę su klientu, pasirinkome antrąjį variantą.
„Ex d“ tipo korpusas leidžia, kad jame būtų uždegimo šaltiniai (kibirkštis, elektros lankas, karštas paviršius), ir yra suprojektuotas taip, kad atlaikytų galimą vidinį sprogimą, o dėl gesinimo angų – sulaikytų liepsną ir karštas dujas viduje. Dėl to skirstomoji įranga gali saugiai veikti aplinkoje, kurioje yra sprogių mišinių, net jei užsidegimas įvyksta viduje.
Išsklaidomos galios ribojimas ir projektinis atskyrimas
Norėjome užtikrinti saugų temperatūros lygį, todėl viename korpuse išskiriama galia negalėjo viršyti 140 W. Viršijus šią vertę, vidinė temperatūra pakiltų virš 55 °C ribos.
Todėl nusprendėme šį įrenginį suskirstyti į tris „Ex d“ tipo korpusus, o „Ex e“ tipo korpusus sujungti tarpusavyje per kabelių praėjimus. Kiekvienas iš jų atliko atskirą funkciją:
- 1 modulis – maitinimas ir pagrindiniai įrenginiai
- 2 modulis – Sistemos valdymas ir logika
- 3 modulis – Inverteriai
Paskirstymo procese taip pat atsižvelgėme į sistemos veikimo priklausomybę nuo išorės temperatūros. Kai kurie komponentai, atsakingi už šildymo kontūrų maitinimą, buvo įjungiami tik tada, kai aplinkos temperatūra nukrisdavo žemiau +21 °C. Tokiu būdu mums pavyko sutelkti daugiau paskirstytos galios viename korpuse, išvengiant perkaitimo pavojaus vasaros metu. Taip yra todėl, kad 140 W vertė buvo nustatyta atsižvelgiant į ekstremaliausią scenarijų, t. y. kai aplinkos temperatūra pasiekia 40 °C.
Korpusų ir kabelių įvado jungtys
Kitas svarbus projekto aspektas buvo nepakankamas praėjimų skaičius, dėl kurio nebūtų buvę įmanoma tinkamai sujungti atskiras skirstyklos sekcijas. Todėl projektavimo etape mes kruopščiai apskaičiavome galios ir valdymo kabelių srautą tarp korpusų. Tai leido mums pasirinkti tinkamą sertifikuotų, derva užsandarintų kabelių įvorės skaičių ir skersmenį, kad būtų užtikrintas reikiamas sprogimo saugos lygis.
Papildomą iššūkį kėlė specialių kabelių, pavyzdžiui, optinių pluoštų ir Ethernet kabelių, įdiegimas, kuriems reikalingos specialios izoliacinės įvores. Optinių pluoštų kabelių atveju taip pat teko pakeisti kliento pasiūlytą pradinį kabelio tipą, nes jis nebuvo tinkamas hermetizavimui derva.
Komponentų išdėstymas ir šilumos valdymas
Projektuodami korpusų vidų, atlikome vertikalaus temperatūros pasiskirstymo analizę. Rezultatai parodė, kad tarp apatinės ir viršutinės korpuso zonos temperatūra skiriasi net keliais laipsniais. Todėl labiausiai temperatūrai jautrius komponentus, įskaitant keitiklius, išdėstėme kuo žemiau korpuse, kur temperatūra yra žemesnė. Aukščiau buvo išdėstyti pasyvūs ir atsparesni karščiui komponentai. Toks išdėstymas užtikrino tolygų šilumos pasiskirstymą ir saugaus temperatūros rezervo išlaikymą net ir esant maksimalioms šiluminėms apkrovoms.
Poveikis ir reikalavimai investuotojams
Mūsų ekspertų sukurta konstrukcija leido saugiai naudoti pramoninius komponentus „Ex“ zonoje, kai išsklaidoma galia viršija 500 W. Trijų modulių „Ex d“ skirstomoji įranga su „Ex e“ korpusais leidžia išlaikyti stabilią darbo temperatūrą nepriklausomai nuo atmosferos sąlygų, pašalina perkaitimo riziką ir užtikrina visišką atitiktį ATEX reikalavimams bei IEC 60079 standartams. Investuotojas teigiamai įvertino mūsų projektą ir pavedė mums įgyvendinti šį sprendimą.