Ex d rozváděče pro ventilační a topné systémy v rafinérii: vyřešení problému s přehříváním interiéru
Vysoký rozptýlený výkon a vysoké okolní teploty jsou typickými problémy pro zařízení Ex. V tomto projektu rozváděče Ex d pro rafinerii jsme použili řešení, která umožnila bezpečný provoz systému, který generuje více než 500 W tepelných ztrát – bez překročení přípustných teplot a v plném souladu s ATEX.
Příliš vysoká teplota uvnitř rozváděče
Naším úkolem bylo vyvinout koncepci bezpečnosti proti výbuchu a dodat kompletní rozváděč Ex d pro nebezpečný prostor ATEX II 2G (Ex d IIB T3 Gb). Jednotka měla být klíčovou součástí řídicího systému pro ventilační a chladicí systém v areálu rafinerie. Stručně řečeno: odpovídala za napájení a řízení ventilátoru, kompresoru, kondenzátoru a elektrického ohřívače.
Systém měl pracovat ve dvou různých režimech:
- Zimní režim: invertor s regulací ventilátoru + elektrické topení.
- Letní režim: invertor s regulací ventilátoru + kompresor + kondenzátor.
Již ve fázi analýzy technického dotazu jsme zjistili, že celý systém bude schopen vyrábět více než 500 W distribuovaného výkonu. V uzavřené skříni Ex d, která pracuje při teplotách okolí dosahujících v létě 40 °C, by toto množství tepelné energie fungovalo jako ohřívač.
Hrozilo tak překročení přípustné provozní teploty vnitřních součástí (55 °C), a tím i ztráta stability a životnosti celého systému. Právě potřeba udržet teplo v omezeném prostoru se pro nás stala klíčovou konstrukční výzvou.
Proč byl nutný kryt Ex d
Vysoká teplota nebyla jediným aspektem návrhu. Při návrhu bylo použito mnoho součástí v průmyslovém provedení, které nejsou certifikovány podle ATEX.
Tento typ situace je typický pro individuálně navržená řešení. Pak jsou možné dva přístupy:
- Certifikace celé hotové jednotky (např. rozváděče) jako kompletního výrobku Ex – zdlouhavý a nákladný proces, který má opodstatnění pouze u sériové výroby.
- Použití ohnivzdorného krytu Ex d, který umožňuje bezpečnou instalaci součástí běžného průmyslového provedení.
Po příslušné analýze a konzultaci s klientem jsme zvolili druhou možnost.
Kryt Ex d připouští přítomnost zdrojů vznícení (jiskra, oblouk, horký povrch) a je navržen tak, aby odolal možnému vnitřnímu výbuchu a díky hasicím štěrbinám zadržel plamen a horké plyny uvnitř. Díky tomu může rozváděč bezpečně pracovat v prostředí s výbušnými směsmi, i když uvnitř dojde ke vznícení.
Omezení rozptýleného výkonu a oddělení konstrukce
Chtěli jsme zajistit bezpečnou úroveň teploty, takže výkon rozptýlený v jedné skříni nesměl překročit 140 W. Překročení této hodnoty by vedlo k nárůstu vnitřní teploty nad limit 55 °C.
Proto jsme se rozhodli rozdělit jednotku na tři skříně Ex d a skříně Ex e propojené kabelovými průchodkami. Každá z nich plnila samostatnou funkci:
- Modul 1 – napájení a hlavní přístroje
- Modul 2 – Řízení a logika systému
- Modul 3 – Měniče
V procesu přidělování jsme také zohlednili závislost provozu systému na venkovní teplotě. Některé komponenty zodpovědné za napájení topných okruhů se aktivovaly pouze tehdy, když okolní teplota klesla pod +21 °C. Tímto způsobem jsme byli schopni soustředit více distribuovaného výkonu do jediné skříně, aniž by hrozilo riziko přehřátí během letního provozu. Hodnota 140 W se totiž vztahovala k nejzátěžovějšímu scénáři, tj. když okolní teplota dosáhne 40 °C.
Spojení mezi skříněmi a kabelovými vstupy
Dalším klíčovým prvkem návrhu byl nedostatečný počet průchodek, který by znemožnil správné propojení jednotlivých sekcí rozváděče. Proto jsme ve fázi návrhu pečlivě propočítali tok silových a ovládacích kabelů mezi skříněmi. To nám umožnilo zvolit správný počet a průměr certifikovaných kabelových průchodek utěsněných pryskyřicí, abychom zajistili správnou úroveň bezpečnosti proti výbuchu.
Další výzvou bylo zavedení speciálních kabelů, jako jsou optická vlákna a ethernetové kabely, které vyžadují speciální bariérové vývodky. V případě optických kabelů bylo také nutné změnit původní typ kabelu navržený zákazníkem, protože nebyl vhodný pro utěsnění pryskyřicí.
Rozložení komponent a tepelný management
Při navrhování vnitřního prostoru skříní jsme provedli analýzu vertikálního rozložení teploty. Výsledky ukázaly rozdíl až několika stupňů mezi spodní a horní zónou skříně. Proto jsme komponenty citlivé na teplotu, včetně měničů, umístili do nejnižší možné části skříně, kde je teplota nižší. Výše byly umístěny pasivní a teplotně odolnější komponenty. Toto uspořádání zajistilo rovnoměrné rozložení tepla a udržení bezpečné teplotní rezervy i při provozu s maximální tepelnou zátěží.
Účinek a požadavky investorů
Konstrukce vyvinutá našimi odborníky umožnila bezpečné použití průmyslových komponentů v Ex zóně s rozptylovým výkonem vyšším než 500 W. Třímodulový rozváděč Ex d s krytem Ex e umožňuje udržovat stabilní provozní teplotu bez ohledu na atmosférické podmínky, což eliminuje riziko přehřátí a zajišťuje plnou shodu s požadavky ATEX a normami IEC 60079. Investor náš návrh kladně zhodnotil a pověřil nás realizací tohoto řešení.