Область техники

Изобретение относится к способу и устройству для обеспечения взрывоза- щиты приборов и шкафов с электрической и радиоэлектронной аппаратурой и мо- жет использоваться в газовой, нефтяной и других областях промышленности, где работа этой аппаратуры происходит во взрывоопасных средах.

Предшествующий уровень техники

Предприятия нефтехимической, химической, газоперерабатывающей про- мышленности, а также некоторые предприятия пищевой промышленности предъ- являют особые требования к аппаратуре, в частности, к приборам и устройствам систем управления технологическими процессами. Особенностью таких произ- водств является постоянное или временное наличие взрывоопасных газовоздушных смесей на некоторых производственных установках. Таким образом, на подобных объектах неисправности электрических цепей систем управления, такие как замы- кание сигнальных цепей или попадание высокого потенциала на сигнальные цепи может вызвать искрение и спровоцировать пожар или взрыв. Именно поэтому ранее для управления взрывоопасными объектами в основном применялись пневматиче- ские системы, которые исключали возможность возникновения искры во взрыво- опасных зонах, но вместе с тем были дороги и обладали невысокой точностью. С увеличением доли электрических приборов в промышленности распространение получил способ защиты взрывонепроницаемой оболочкой. Способ взрывозащиты вида d - «взрывонепроницаемая оболочка» (ГОСТ Р 52350.1 -2005. (МЭК 60079-1 - 2003) состоит в том, что части, способные воспламенить взрывоопасные смеси, за- ключаются во взрывонепроницаемую оболочку, которая выдерживает давление взрыва внутри нее и исключает его передачу в окружающую взрывоопасную среду в нормальном и аварийных режимах работы.

Своеобразным симбиозом двух способов обеспечения взрывозащиты явля- ется техническое решение, приведенное в п. РФ .015573. В данной системе пневмомагистраль выполняет функцию энергоносителя для питания скомпонован- ных в общей герметической оболочке электроэлементов, т. е. ее функция отделена от функции элементов, обеспечивающих передачу информации, при сохранении эффективности передачи энергии в малых габаритах, характерных для пневмогид- равлических систем. Недостатки технических решений, реализующих эти способы - существенное увеличение габаритов, веса и стоимости взрывозащищенного обору- дования.

В последнее десятилетие все большее распространение получил вид взрыво- защиты «искробезопасная электрическая цепь» (ГОСТ Р 52350.1 1 -2005 (МЭК 60079-1 1 -2006). Данный метод основан на ограничении электрической энергии, пе- редаваемои во взрывоопасную зону, а также на ограничении энергии, запасаемой самой цепью таким образом, что цепь теряет возможность генерировать искру, мощности которой достаточно для воспламенения взрывоопасной смеси. В спосо- бах и устройствах этого вида взрывозащиты патентуются различные решения, на- правленные на оптимизацию контроля за передаваемой энергией и расширение возможностей способа. Так, в патенте US N°6751076 предлагается комбинирован- ный контроль по току в нагрузку, напряжению на нагрузке и мощности и приводят- ся различные схемные решения по реализации способа, в способе (патент US N°7898786) предлагается двухступенчатая реализация барьера для совмещения требования гальванической изоляции и разделения взрывоопасного и безопасного помещений, в патенте US 261 1 1738 применяется секционирование функциональ- ных частей защищаемого устройства. В патенте РФ N° 2195023 энергоограничи- вающие свойства разделительного узла - барьера обусловлены максимальной энер- гией передачи. При увеличении энергии, подводимой к разделительному узлу, вы- ше максимальной, происходит его насыщение и энергопропускная способность уз- ла ограничивается тем самым на расчетном уровне, а также обеспечивается одно- временный прием-передача извещений от искробезопасных цепей к искроопасным и в обратном направлении (от источника питания к искробезопасной цепи).

Недостатками способа «искробезопасная электрическая цепь» являются су- щественные ограничения по допустимым рабочим напряжениям и мощности уст- ройств, которые можно защитить таким способом. Значения этих параметров, ха- рактерные для взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь», приведены в патенте US .N!-6751076. Это значения напряжения до 30 В и мощности в 10-20 Вт. Наиболее близким к заявляемому представляется способ, предполагающий заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением ( взрывозащита ви- да «р» по ГОСТ Р 52350.2-2006 (МЭК60079-2:2007).

Способ заключается в том, что части, которые могут воспламенить взрыво- опасные смеси, заключаются в оболочку, заполненную негорючим газом под избы- точным давлением. Давление в оболочке поддерживается и контролируется во вре- мя работы электрооборудования, что исключает образование взрывоопасной смеси в нормальном и аварийном режимах роботы.

Примером реализации этого способа является патент US JSTe7456753, в кото- ром представлена совокупность датчиков, контролирующих давление во внутрен- нем объеме прибора или шкафа, датчиков, контролирующих поток в трубках пода- чи негорючего газа, детекторов, клапанов и регуляторов, устройств управления, реализующих алгоритмы взаимодействия между устройствами.

Недостатки: предполагается использование дополнительного оборудования для обеспечения избыточного давления внутри оболочки и контроля превышения давления, необходима также подача негорючего газа (воздуха из невзрывоопасной зоны, например), гарантированно не содержащего взрывоопасных добавок.

Как видим из приведенных выше сведений о применяемых видах взрывоза- щиты, все они имеют свои серьезные недостатки. Главные из них - это громозд- кость и существенные материальные затраты на их выполнение, что увеличивает их себестоимость.

Раскрытие изобретения

Задача заявляемого способа состоит в расширении функциональных воз- можностей и области применения взрывобезопасного оборудования.

Технический результат заключается в упрощении конструкции, что позволя- ет уменьшить ее габариты и вес, обеспечение возможности использования во взры- воопасной среде электрооборудования общего назначения, снятие ограничений на величины напряжения, токи и мощность приборов (шкафов) во взрывозащищенном исполнении;

Для достижения технического результата в способе обеспечения взр вобе- зопасности приборов или устройств, заключающемся в том, что ограничивают кор- пусом или шкафом объем, в котором размещают защищаемые приборы или устрой- ства, вводят в защищаемый объем устройства, измеряющие внутренние параметры защищаемого объема, приборы или устройства, реагирующие на изменение среды в защищаемом объеме, в корпус или шкафа с электрической и/или радиоэлектронной аппаратурой помещают не менее одного датчика загазованности взрывобезопасного исполнения и не менее одного взрывозащищенного ключа или пускателя, обеспе- чивают начальный контроль загазованности внутри корпуса или шкафа путем по- дачи питания на, по крайней мере, один взрывозащищенные датчик загазованности, затем при отсутствии загазованности подключают через, по крайней мере один взрывозащищенный ключ или пускатель не взрывозащищенные приборы или уст- ройства, далее проводят мониторинг загазованности внутри корпуса в течение вре- мени подачи на него напряжения питания и в случае появления газа с концентраци- ей, превышающей безопасную, отключают не взрывозащищенные приборы или устройства и вырабатывают сигналы оповещения об опасности. В корпус или шкаф могут помещать не менее одного взрывозащищенного устройства управле- ния.

Устройство для обеспечения взрывобезопасности приборов или устройств содержит источник питания, корпус или шкаф, в котором установлены, по крайней мере, один взрывозащищенный датчик загазованности, каждый из которых соеди- нен, по крайней мере, с одним взрывозащищенным ключом или пускателем, кото- рые соединены с не взрывозащищенным прибором или устройством, установлен- ным также в корпусе или шкафу. При наличии более одного взрывозащищенных датчика загазованности и ключа или пускателя, каждый датчик соединен с соответ- ствующим ключом или пускателем, которые, в свою очередь, установлены после- довательно. Между взрывозащищенными датчиком загазованности и ключом или пускателем может быть установлено взрывозащищенное

Таким образом, в основу способа положен принцип прямого измерения зага- зованности внутри защищаемого объекта, и выполнения коммутации силового обо- рудования, находящегося в защищенном корпусе в зависимости от результатов из- мерения загазованности.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана блок-схема алгоритма, иллюстрирующая предлагаемый способ, на фиг. 2 представлена структурная схема устройства, реализующего пред- лагаемый способ, на фиг. 3 показан пример конкретного исполнения устройства.

Вариант осуществления изобретения На фиг.2: 1 - зона (помещение), в котором имеется (возможно) наличие взрывоопасной смеси газов; 2 - корпус прибора (шкафа), имеющий определенную степень IP-защиты по ГОСТ 14254-96; 3 - условно сгруппированые взрывозащи- щенные устройства: датчик (датчики) загазованности 5, устройство управления 4, электронный ключ (пускатель) 6. Линия связи 8, которая подводит питание в при- бор (шкаф) выполнена во взрывобезопасном исполнении, линия связи 9 подает пи- тание на не взрывозащищенные устройства и модули 7.

Устройство работает следующим образом. После подачи питания на линию 8 происходит инициализация датчика (датчиков) загазованности. Ключ 6 закрыт. При отсутствии загазованности датчики (датчики) 5 выдают сигналы разрешения на устройство управления 4, которое в свою очередь открывает ключ (пускатель) 6. Далее датчики проводят мониторинг воздушной среды внутри корпуса прибора (шкафа) и при превышении порога (обычно это 10% нижнего концентрационного предела распространения пламени - НКПР - для взрывоопасного газа) отключают не взрывозащищенные устройства и модули 7 и выдают сигналы оповещения (на схеме не показаны).

Промышленная применимость

Было проведено тестирование пилотного экземпляра устройства, реализую- щего способ с датчиками загазованности типа МИП ВГ-02, а также сигнализатором загазованности типа СЗ-1 . Тестирование показало реализуемость предлагаемого способа и возможность создания целой группы устройств с предлагаемой структу- рой.

Рассмотрим, в частности, пример применения предлагаемого способа для электрооборудования, зоны «0» (оборудование особо взрывобезопасного исполне- ния).

Для этого необходимо:

- применить корпус со степенью защиты IP67, это означает, что он пылевла- гонепроницаемый и соответствует требованиям ГОСТ 22782.3-77 (Специальный вид защиты). - использовать заявляемый способ, исключающий воспламенение взрывоопасной среды (выключение силовых цепей), что также является одним из требований ГОСТ Р 52330.014-2006;

- реализовать структуру (см. фиг.З), где 1 - зона (помещение), в котором имеется (возможно) наличие взрывоопасной смеси газов; 2 - корпус прибора (шка- фа), имеющий определенную степень IP-защиты по ГОСТ 14254-96, в примере IP67; 3 - условно сгруппированые взрывозащищенные устройства: датчики загазо- ванности 51 , 52, 53, последовательно расположенные электронные ключи (пускате- ли) 61 , 62, 63, что позволяет обеспечить необходимую надежность за счет их резер- вирования. Линия связи 8, которая подводит питание в прибор (шкаф) выполнена во взрывобезопасном исполнении, линия связи 9 подает питание на не взрывоза- щищенные устройства и модули 7.

Приведенная схема соответстветсвует требованиям стандарта ГОСТ Р 52350.1 1 -2005 «Искробезопасные цепи» (введение двух учитываемых поврежде- ний).

Мы видим, что ни в одном из перечислений нет оговорок о ограничении мощности, напряжений, токов, а это в настоящее время является актуальным. Обеспечивается возможность использования электрооборудования общего назна- чения с минимальными доработками во взрывоопасных зонах I и II.

Преимуществами данной способа являются:

- возможность использования во взрывоопасной среде электрооборудования общего назначения;

- снятие ограничений на величины напряжения, токи и мощность приборов (шкафов) во взрывозащищенном исполнении;

- минимизация материальных затрат на выполнение средств взрывозащиты, основную роль будет играть в ней корпус самого электрооборудования, выполнен- ный по ГОСТ 14254-96.