Pokročilé inline procesní senzory pro nebezpečná (prašná) prostředí
Optimalizace procesů, zajištění bezpečnosti
1. Procesní excelence v náročných prostředích
V průmyslových odvětvích, kde se vyskytují hořlavé látky, včetně hořlavého prachu, plynů nebo par, je zajištění provozní bezpečnosti a zároveň zachování efektivity procesů prvořadé. Nebezpečná prostředí vyžadují přístroje, které nejen poskytují přesná a spolehlivá data, ale také splňují přísné požadavky na ochranu proti výbuchu.
Rheonics se zavázala poskytovat špičková řešení pro monitorování procesů v rámci výrobních linek, která umožňují průmyslovým odvětvím bezpečně a efektivně optimalizovat jejich provoz. Naše senzory s certifikací Ex, založené na principu jiskrové bezpečnosti, jsou navrženy pro bezproblémovou integraci do procesů v nebezpečných prostředích, pomáhají předcházet zdrojům vznícení a zvyšují celkovou bezpečnost zařízení.
Tento dokument poskytuje přehled problémů, které představují nebezpečná prostředí, zejména ta s rizikem výbuchu prachu, a představuje RheonicsJiskrově bezpečné inline viskozimetry a hustoměry, navržené pro spolehlivost a shodu s předpisy v těchto kritických aplikacích.
2. Pochopení nebezpečného (prašného) prostředí
2.1. Povaha prachových explozí
Výbuch prachu je rychlé spalování jemných částic suspendovaných ve vzduchu v uzavřeném nebo částečně uzavřeném prostoru. Když je hořlavý prach rozptýlen v dostatečné koncentraci a dostane se do kontaktu se zdrojem zapálení, může to vést k výbuchu. Mnoho organických materiálů, syntetických materiálů a kovů může tvořit hořlavý prach.
Aby došlo k výbuchu prachu, musí být splněno pět podmínek:
-
Hořlavý prach: Samotný materiál musí být schopen hoření. U hořlavých prachů s velikostí částic menší než 0.5 mm může k výbuchu dojít, pokud je prach rozptýlen ve vzduchu v koncentraci nad minimální výbušnou koncentrací (MEC). MEC je nejnižší koncentrace (obvykle měřená v gramech na metr krychlový), při které se prachový oblak může vznítit a šířit výbuch. Na rozdíl od plynů hořlavé prachy obecně nemají definovanou horní mez výbušnosti (UEL), protože při velmi vysokých koncentracích mají prachové oblaky tendenci ztrácet disperzi a dostupnost kyslíku se stává nedostatečnou pro udržení hoření.
| Materiál | MEC (g/m³) | Objasnění |
|---|---|---|
| Obilný prach | 125 | Vysoká výbušnost, běžná v zemědělství |
| Uhelný prach | 30 | Velmi jemný uhelný prach může být výbušný |
| Mouka | 60 | Všeobecně známé nebezpečí výbuchu v mlýnech |
| Cukr | 125 | Jemný moučkový cukr je vysoce výbušný |
| Hliníkový prach | 100 | Vysoce reaktivní kovový prach |
| Kanalizační kal | 250 | Záleží na suchosti a složení |
Tabulka 1. Minimální koncentrace výbušniny
Tabulkové hodnoty slouží jako reference; koncoví uživatelé si musí ověřit skutečnou hodnotu MEC pro svou aplikaci. Normy pro výbušnost doporučujeme použít naměřené hodnoty pro váš specifický prach, nejen obecné, při navrhování ochranných systémů.
-
Rozptyl: Prachové částice musí být ve vzduchu suspendovány v dostatečné koncentraci.
-
Kyslík: Pro podporu hoření musí být přítomen vzduch (nebo jiné oxidační činidlo).
-
Zdroj zapálení: Dostatečná energie k zapálení rozptýleného oblaku prachu (např. jiskry, horké povrchy, statická elektřina).
-
Zadržování: Uzavíraný nebo uzavřený prostor, který umožňuje hromadění tlaku.
Odstranění kteréhokoli z těchto prvků může zabránit výbuchu prachu. Zařízení používané v těchto prostorách musí být navrženo tak, aby se zabránilo jeho vzniku jako zdroje vznícení.
2.2 Kde se nachází hořlavý prach?
Hořlavý prach představuje nebezpečí v překvapivě široké škále průmyslových odvětví a procesů. Jakákoli činnost, při které vznikají nebo se manipuluje s jemnými, suchými částicemi z hořlavého materiálu, může představovat riziko.
Odvětví náchylná k nebezpečí prachu:
Běžné procesy generující prach:
Druhy hořlavého prachu:
2.3. Klíčové faktory ovlivňující výbušnost prachu
Ačkoli „Pentagon prachových výbuchů“ nastiňuje nezbytné podmínky, několik charakteristik samotného prachu a jeho prostředí významně ovlivňuje pravděpodobnost a závažnost výbuchu. Pochopení těchto faktorů je klíčové pro posouzení rizik a zavedení účinných bezpečnostních opatření.
| Charakteristický | Popis a význam | Dopad na výbušnost |
|---|---|---|
| Velikost a tvar částic | Menší částice (< 500 µm) mají větší povrch, což zvyšuje rychlost hoření. Tyto jemné částice mají větší povrch v poměru k jejich hmotnosti, což je činí reaktivnějšími na vzduchu – rychleji se vznítí a hoří. Vločkovité nebo vláknité tvary mohou také zvyšovat riziko. | Menší/jemnější částice = vyšší riziko a závažnost |
| Obsah vlhkosti | Suchý prach se snáze rozptýlí a vznítí. Vlhkost může vázat částice a absorbovat teplo. | Nižší vlhkost = vyšší riziko |
| Minimální výbušná koncentrace (MEC) | Minimální koncentrace prachu ve vzduchu, při které může dojít k šíření plamene. Pod touto hodnotou je vzduch příliš chudá směs na to, aby explodovala. | Nižší MEC = Vyšší riziko (k výbuchu je potřeba méně prachu) |
| Minimální energie zapalování (MIE) | Nejmenší energie (v mJ) potřebná k zapálení oblaku prachu za optimálních podmínek. | Nižší MIE = Vyšší riziko (snadnější vznícení) |
| Hodnota Kst (index deflagrace) | Měří rychlost nárůstu tlaku (bar·m/s) při zkušebním výbuchu. Používá se ke klasifikaci prachů (St 0 až St 3). | Vyšší Kst = Silnější exploze |
| Pmax (maximální výbušný tlak) | Maximální tlak vyvolaný během exploze optimální směsi prachu a vzduchu. Důležité pro konstrukci odvětrávacího otvoru a ochranného krytu. | Vyšší Pmax = Větší destruktivní síla |
| Teplota vznícení prachového oblaku (MIT Cloud) | Nejnižší teplota (°C), při které se oblak prachu vznítí při kontaktu s horkým povrchem. |
2.4. Klasifikace nebezpečných prostor pro prašné atmosféry
Nebezpečné oblasti jsou klasifikovány do zón na základě pravděpodobnosti přítomnosti výbušné atmosféry. Pro hořlavé prachy platí typická klasifikace (podle IEC standardy) jsou:
| Pásmo | Popis | Pravděpodobnost výbušné prachové atmosféry |
|---|---|---|
| 20 Zone | Je přítomna výbušná prachová atmosféra nepřetržitě, Pro dlouhá obdobínebo často. | Velmi vysoko |
| 21 Zone | Výbušná prachová atmosféra je Pravděpodobně k tomu dojít během běžný provoz občas. | Vysoký |
| 22 Zone | Výbušná prachová atmosféra je nepravděpodobné k němuž dochází za normálního provozu; pokud ano, je to krátké | Nízké |
2.5. Úrovně ochrany zařízení (EPL)
Zařízení určená pro použití v nebezpečných prostorách má přiřazenou úroveň ochrany zařízení (EPL), která udává jeho vhodnost pro různé zóny.
| EPL | Vhodná zóna(y) | Úroveň ochrany |
|---|---|---|
| Da | 20 Zone | Velmi vysoko |
| Db | 21 Zone | Vysoký |
| Dc | 22 Zone | Enhanced |
2.6. Zásady ochrany proti výbuchu
K zajištění bezpečnosti zařízení v nebezpečných prostorách se používá několik ochranných technik. Pro Rheonics senzory, primární metodou je Jiskrová bezpečnost („Ex i“).
Mezi další běžné metody ochrany patří nehořlavé pouzdra („Ex d“), zvýšená bezpečnost („Ex e“), zapouzdření („Ex m“) atd., přičemž každé z nich má specifické principy a aplikace.
| Metoda ochrany | Zásada | Vhodnost zóny | Kontext aplikace viskozity/hustoty | Typický případ použití v prašném prostředí | Klíčové výhody |
|---|---|---|---|---|---|
| Ochrana krytem (Ex t) | Prachotěsné pouzdro (IP6X) zabraňuje vniknutí prachu; reguluje povrchovou teplotu, aby se zabránilo vznícení prachu. | Zóna 20 / 21 / 22 | Ideální pro krytí Rheonics vysílače v prašných prostředích. Chrání elektroniku při balení, frézování nebo manipulaci s prášky. | Používá se v potravinářském, obilném, farmaceutickém a chemickém průmyslu, kde je polétavý prach stálý nebo častý. | Jednoduchý, robustní, široce akceptovaný v prachu. |
| Jiskrová bezpečnost (Ex i) | Omezuje elektrickou a tepelnou energii v obvodech a zabraňuje vznícení – a to i v případě poruchy. | Zóna 20 (Ex ia), zóna 21 (Ex ib) | Rheonics Senzory SRV/SRD využívají ochranu Ex ia, která umožňuje bezpečné použití uvnitř reaktorů, sil nebo potrubí s jemnými prášky. | Ideální pro inline monitorování viskozity/hustoty kapalin se suspendovanými pevnými látkami nebo během odpařování rozpouštědla | Vysoká bezpečnost; umožňuje servis pod napětím. |
| Tlakování (Ex pD) | Mírný přetlak uvnitř skříně zabraňuje vnikání prachu. Obvykle se před zapnutím proplachuje. | Zóna 21/22 | Standardní dům Can Rheonics vysílače nebo převodníky v panelech. Vyžaduje regulátor proplachování. | Používá se ve velkých elektrických skříních nebo ovládacích panelech pro systémy dávkového míchání. | Umožňuje použití nevýbušných součástí. |
| Zapouzdření (Ex m) | Kritická elektronika je utěsněna v hmotě, aby byla izolována od atmosféry. | Zóna 21/22 | Může chránit malé moduly rozhraní nebo zesilovače signálu v prašných prostorách. | Používá se v kompaktních vysílačích nebo zakázkové elektronice uvnitř uzavřených, prašných nádob. | Kompaktní a ochranný. |
| Ochrana proti vznícení prachu (DIP) | Utěsněný kryt zabraňuje vnitřnímu vznícení v důsledku vznícení vnější prašné atmosféry. | Třída II, oddíl 1/2 (NFPA/NEC) | Srovnatelné s Ex t. Používá se s kryty NEMA 9 pro senzorovou elektroniku v Severní Americe. | Silosy na obilí, dřevní prach, mlýny na mouku. Často s integrovanými senzory hustoty v silech. | Uznáváno v severoamerických kódech. |
| Zvýšená bezpečnost (Ex e) | Za normálního provozu nedochází k jiskření ani vysokým teplotám. Není určeno pro součástky, které mohou způsobovat oblouky nebo jiskry. | Zóna 21/22 | Lze použít pro rozvodné krabice nebo svorkovnice Rheonics senzory na bezpečných sekundárních místech. | Nejlepší pro pasivní zařízení, kde jsou zachována nízkoenergetická připojení. | Nízká cena, jednoduchý design. |
| NEMA typ 9 | Severoamerická norma pro rozváděče v prašném prostředí. Zabraňuje tomu, aby se prach z vnitřního vznícení dostal do vnějšího prostředí. | Třída II, Oddíl 1 | Typ krytu pro senzorové vysílače nebo převodníky, kde je vyžadován nevýbušný kryt. | Vhodné pro prašné procesy v oblasti potravin a nápojů nebo aditiv pro plasty. | Kryt s certifikací UL/CSA pro ochranu proti prachu. |
| Ohnivzdorné (Ex d) | Zabraňuje výbuchu uvnitř; zabraňuje vznícení vnější prachové nebo plynné atmosféry. | Většinou pro plyn (s omezeným obsahem prachu) | Nedoporučuje se pro přímé použití v prašném prostředí z důvodu problémů s odvětráváním a chlazením v důsledku hromadění prachu. | Lze kombinovat s prachotěsnými kryty, ale zřídka se používá pro aplikace viskozity/hustoty v prašných prostorách. | Silná fyzická ochrana, ochranný oblek proti plynu. |
| NEMA typ 10 | Kryt pro bezpečnost v dolech – uvnitř chrání před výbuchem. | Specifické pro těžbu | Nepoužívá se s Rheonics senzory; vhodnější pro náročné řídicí jednotky pro těžební provoz. | Určeno pro podzemní těžbu uhlí nebo oblasti s hořlavým horninovým prachem. | Certifikováno pro těžbu. |
3. Rheonics Řešení: Jiskrově bezpečné monitorování procesů v rámci linky
Rheonics specializuje se na inovativní technologii snímání tekutin. Naše inline viskozimetry (SRV) a hustoměry a viskozimetry (SRD) jsou navrženy pro náročné procesní podmínky a jsou k dispozici s globálními certifikacemi Ex, což je činí ideálními pro nasazení v nebezpečných prostředích v různých průmyslových odvětvích.
Klíčové výhody Rheonics Senzory s certifikací Ex:
4. Rheonics Portfolio senzorů s certifikací Ex
4.1. Rheonics SRV – Řadový viskozimetr
Jedno SRV je robustní a spolehlivý procesní viskozimetr, který umožňuje měření viskozity a teploty v reálném čase.
Princip činnosti
Využívá patentovaný symetricky vyvážený torzní rezonátor. Měří se viskózní odpor kapaliny na rezonančním prvku, ze kterého se vypočítá dynamická viskozita. Vestavěný Pt1000 senzor poskytuje přesné údaje o teplotě.
Klíčové vlastnosti:
- Kontinuální měření viskozity v reálném čase.
- Integrované vysoce přesné měření teploty (Pt1000).
- Žádné pohyblivé části, těsnění ani ložiska – prakticky bezúdržbové.
- Necitlivý na průtok, turbulenci a vibrace.
- Široký rozsah viskozity.
- Kompaktní a snadno se instaluje.
- K dispozici jsou různá procesní připojení.
| Parametr | Hodnota/Rozsah | Jednotky |
|---|---|---|
| Rozsah viskozity | např. 0.1 – 10 000+ (konzultace konkrétního modelu) | cP |
| Teplotní rozsah | např. -40 až +300 (konzultace konkrétního modelu) | ° C |
| Rozsah tlaku | např. až 500 (konzultace konkrétního modelu) | bar |
| Mokré materiály | Nerezová ocel 316L, Hastelloy C22 (volitelné) | - |
| Zpracování připojení | NPT, příruba, Tri-Clampatd. (možnosti) | - |
| Certifikace Ex | ATEX, IECEx (Ex ia) | - |
ATEx
ATEX: II 1 G Ex ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga nebo II 1 D Ex ia IIIC T200 85 °C … 435 °C Da
IECEx
IECExEx ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga nebo Ex ia IIIC T 200 85 °C … 435 °C Da
- JPEx: Ex ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga nebo Ex ia IIIC T 200 85 °C … 435 °C Da (certifikace pro Japonsko Ex)
- KC: Ex ia IIIC T200 85 °C…435 °C Da (korejská certifikace pro ochranu proti výbuchu)
- Vhodnost zóny:
- Zóna 0, 1, 2 (plyny, páry)
- Zóna 20, 21, 22 (prach)
Zpracování potravin
Sledování viskozity těsta, cukrářských povlaků a konzistence mléčných výrobků v případě manipulace s práškovými materiály (mouka, cukr, sušené mléko).
Léčiva
Granulace, potahovací procesy, výroba aktivních farmaceutických látek s použitím práškových látek.
Chemikálie
Polymerace, výroba pryskyřic, manipulace s práškovými katalyzátory nebo aditivy.
Barvy a nátěry
Monitorování viskozity ve fázích míchání a aplikace, kde jsou přítomny pigmenty a plniva.
Těžba a minerály
Regulace viskozity suspenze v místech, kde se tvoří jemný minerální prach.
Celulóza a papír
Potahování kuchyní, příprava škrobu.
4.2. Rheonics SRD – Inline hustoměr a viskozimetr
Jedno SRD rozšiřuje možnosti SRV zajištěním simultánního měření hustoty, viskozity a teploty přímo v přístroji.
Princip činnosti
Podobně jako v případě SRVse SRD využívá patentovaný vyvážený torzní rezonátor. Pokročilé algoritmy analyzují chování rezonátoru v kapalině a nezávisle určují hustotu a viskozitu spolu s teplotou z vestavěného Pt1000.
Klíčové vlastnosti:
- Současné měření hustoty, viskozity (dynamické a kinematické) a teploty v reálném čase.
- Všechny vlastnosti SRV (robustnost, absence pohyblivých částí, přesnost atd.). Jediný rozdíl je v rozsahu viskozity.
- Poskytuje kritická data pro měření koncentrace, kontrolu kvality a fázovou detekci.
- Široký provozní rozsah hustoty a viskozity.
| Parametr | Hodnota/Rozsah | Jednotky |
|---|---|---|
| Rozsah hustoty | např. 0 – 4 (viz konkrétní model) | g/cc |
| Rozsah viskozity | např. 0.1 – 10 000+ (konzultace konkrétního modelu) | cP |
| Teplotní rozsah | např. -40 až +300 (konzultace konkrétního modelu) | ° C |
| Rozsah tlaku | např. až 500 (konzultace konkrétního modelu) | bar |
| Mokré materiály | Nerezová ocel 316L, Hastelloy C22 (volitelné) | - |
| Zpracování připojení | NPT, příruba, Tri-Clampatd. (možnosti) | - |
| Certifikace Ex | ATEX, IECEx (Ex ia) | - |
ATEx
ATEX: II 1 G Ex ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga nebo II 1 D Ex ia IIIC T200 85 °C … 435 °C Da
IECEx
IECExEx ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga nebo Ex ia IIIC T 200 85 °C … 435 °C Da
Vhodnost zóny:
- Zóna 0, 1, 2 (plyny, páry)
- Zóna 20, 21, 22 (prach)
Zpracování potravin
Rekonstituce sušeného mléka, rozpouštění cukru, míchání složek, kde hustota udává koncentraci.
Chemikálie
Monitorování koncentrace roztoků, koncových bodů reakce a kvality produktu při použití práškových surovin.
Těžba a minerály
Hustota a viskozita suspenze se používají k optimalizaci přepravy a zpracování.
Stavební materiál
Konzistence cementové kaše, přísady při výrobě betonu.
Zemědělství
Sledování konzistence krmné směsi, produkce hnojiv.
5. Zajištění bezpečnosti: návrh, kvalita a shoda
Rheonics se věnuje nejvyšším standardům bezpečnosti a kvality svých produktů.
6. Instalace a údržba v nebezpečných prostorách
Správná instalace je zásadní pro zachování bezpečnosti a výkonu zařízení s certifikací Ex.
7. Servis a podpora
Rheonics nabízí svým zákazníkům komplexní podporu, která zahrnuje úvodní konzultace, výběr senzorů, pokyny k instalaci a poprodejní servis. Náš tým odborníků je vám k dispozici, aby vám pomohl s dotazy ohledně aplikací a zajistil optimální výkon našich senzorů ve vašem specifickém procesním prostředí.
8. O Rheonics
Rheonics je světovým lídrem ve vývoji a výrobě inovativních inline viskozimetrů a hustoměrů. Naším posláním je poskytovat průmyslovým odvětvím spolehlivá a přesná řešení pro snímání tekutin, která zvyšují efektivitu, kvalitu a bezpečnost. Se zaměřením na výzkum a vývoj se neustále snažíme dodávat špičkové technologie, které splňují vyvíjející se potřeby našich zákazníků po celém světě.
9. Kontakt Rheonics
Pro více informací o Rheonics Senzory a řešení s certifikací Ex pro nebezpečná prostředí, kontaktujte nás prosím:
Rheonics Sro
Švýcarsko
Rheonics Inc
Spojené státy americké
Odmítnutí odpovědnosti
Tento dokument slouží pouze pro informační účely. Vždy se řiďte oficiálními Rheonics Před instalací nebo použitím jakéhokoli produktu si prostudujte dokumentaci k produktu, certifikáty a instalační manuály, kde naleznete specifické technické podrobnosti, bezpečnostní pokyny a schválené provozní podmínky. Rheonics výrobek v nebezpečném prostředí. Za dodržování všech platných místních a národních bezpečnostních předpisů odpovídá uživatel.