Projektowanie Urządzeń z Osłoną Ognioszczelną „d”

Projektowanie Urządzeń z Osłoną Ognioszczelną „d” Zgodnie z PN-EN 60079-1 – Najważniejsze Zasady i Praktyki. Norma PN-EN 60079-1 „Atmosfery wybuchowe – Część 1: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą osłon ognioszczelnych «d»” to fundamentalny dokument dla każdego inżyniera i projektanta pracującego z urządzeniami przeznaczonymi do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Zrozumienie i właściwe wdrożenie jej wymagań jest kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa przeciwwybuchowego. Ten artykuł ma za zadanie przybliżyć najważniejsze aspekty tej normy, podać praktyczne wskazówki projektowe oraz wskazać, jak zastosować najlepsze praktyki inżynierskie zgodne z duchem Dyrektywy ATEX 2014/34/UE.

Co to jest osłona ognioszczelna „d” w świetle PN-EN 60079-1?

Osłona ognioszczelna „d” to metoda zabezpieczenia urządzeń elektrycznych stosowanych w atmosferach wybuchowych gazów, par lub mgieł. Jej podstawowym celem jest zamknięcie wewnątrz obudowy wszystkich elementów mogących stać się źródłem zapłonu, takich jak styki elektryczne czy elementy grzejne. Obudowa ta musi być na tyle wytrzymała, aby przetrwać wewnętrzny wybuch mieszaniny palnej, która mogła się do niej przedostać, a jednocześnie musi zapobiegać przeniesieniu się płomienia na zewnątrz, do otaczającej, potencjalnie wybuchowej atmosfery.

Kluczową rolę w tej metodzie ochrony odgrywają tzw. złącza ognioszczelne (ścieżki ogniowe). Są to precyzyjnie wykonane szczeliny pomiędzy elementami obudowy, które, mimo że nie są gazoszczelne, są na tyle wąskie i długie, że gazy powybuchowe, przechodząc przez nie, ulegają schłodzeniu poniżej temperatury zapłonu zewnętrznej atmosfery wybuchowej.

Norma PN-EN 60079-1 rozróżnia trzy poziomy zabezpieczenia urządzenia (EPL – Equipment Protection Level) dla osłon ognioszczelnych:

• „da” (EPL „Ma” lub „Ga”): Ten najwyższy poziom ochrony jest przeznaczony dla urządzeń pracujących w strefach o najwyższym ryzyku (strefa 0 dla gazów lub strefa 20 dla pyłów – choć „d” zasadniczo dotyczy gazów, EPL „Ma” odnosi się do urządzeń w Group I, czyli kopalniach). Wymagania dla tego poziomu są najbardziej rygorystyczne, obejmując m.in. ograniczoną wewnętrzną objętość i zwiększoną liczbę cykli badawczych.
• „db” (EPL „Mb” lub „Gb”): Jest to najczęściej spotykany poziom ochrony dla urządzeń Ex „d”, przeznaczonych do pracy w strefach 1 (gazy) lub w Group I (kopalnie). Większość wymagań konstrukcyjnych i badawczych zawartych w normie dotyczy właśnie tego poziomu.
• „dc” (EPL „Gc”): Najniższy poziom ochrony dla Ex „d”, przeznaczony do strefy 2 (gazy). Dotyczy głównie urządzeń z rozłączanymi zestykami i ma specyficzne, mniej rygorystyczne wymagania dotyczące budowy i badań w porównaniu do poziomów „da” i „db”.

Ważne jest, aby pamiętać, że PN-EN 60079-1 uzupełnia i modyfikuje wymagania ogólne zawarte w PN-EN IEC 60079-0. Oznacza to, że projektując urządzenia Ex „d”, należy zawsze stosować wymagania obu norm, przy czym wymagania PN-EN 60079-1 mają pierwszeństwo w przypadku sprzeczności.

Projektowanie Urządzeń z Osłoną Ognioszczelną „d” – Wymagania Konstrukcyjne

Najbardziej krytycznym elementem osłony ognioszczelnej są złącza ognioszczelne. Norma precyzyjnie określa ich parametry, które zależą od grupy gazów (związanej z MESG – Maximum Experimental Safe Gap – maksymalnym doświadczalnym bezpiecznym prześwitem) i wewnętrznej objętości osłony.

Rodzaje i Wymiary Złączy Ognioszczelnych

Norma definiuje różne typy złączy i podaje minimalne długości (L) oraz maksymalne prześwity (i) w szczegółowych tabelach (Tablice 2, 3, 4, 5).

• Złącza kołnierzowe, cylindryczne, cylindryczno-kołnierzowe: Są to najczęściej spotykane typy złączy. Wymagania dla nich różnią się znacząco w zależności od grupy gazów (I, IIA, IIB, IIC) i objętości wewnętrznej osłony. Przykładowo, dla grupy IIC (gazy o małym MESG, jak wodór czy acetylen) dopuszczalne prześwity są znacznie mniejsze niż dla grupy IIA (np. propan).
• Złącza gwintowe: Muszą spełniać wymagania dotyczące skoku gwintu, wykonania, pasowania i liczby zazębionych zwojów. Norma odwołuje się do norm ISO dla gwintów metrycznych i ANSI/ASME dla gwintów NPT.
• Złącza stożkowe, częściowo cylindryczne, zębate, wielostopniowe: Norma precyzuje wymagania również dla tych specyficznych typów złączy, często odwołując się do konieczności potwierdzenia ich skuteczności poprzez badania.

Praktyczna wskazówka: Projektując złącza, należy zawsze brać pod uwagę tolerancje wykonania. Wymiary podane w normie to wartości graniczne, które muszą być spełnione przez gotowy produkt. Norma dopuszcza stosowanie smarów antykorozyjnych na powierzchniach złączy, ale muszą one spełniać określone warunki i nie mogą wpływać negatywnie na właściwości ognioszczelne. Pokrycia galwaniczne są dopuszczalne, ale grubsze warstwy wymagają dodatkowej weryfikacji.

Otwory i Elementy Mocujące

Otwory w powierzchniach złączy (np. na śruby) muszą być odpowiednio oddalone od krawędzi złącza, aby nie tworzyć łatwej ścieżki dla płomienia. Elementy mocujące (śruby, kołki gwintowe) dostępne z zewnątrz muszą być zabezpieczone przed przypadkowym odkręceniem, np. przez zastosowanie zamknięć specjalnych lub naturalną ochronę konstrukcyjną. Norma precyzuje również wymagania dotyczące materiałów elementów mocujących (nie dopuszcza się tworzyw sztucznych ani stopów lekkich) oraz minimalnej grubości ściany osłony w przypadku otworów nieprzechodzących.

Materiały Obudów

Wybór materiałów ma kluczowe znaczenie dla wytrzymałości osłony na ciśnienie wybuchu oraz odporności na działanie atmosfery wybuchowej i warunków środowiskowych.

• Wytrzymałość mechaniczna: Materiały muszą zapewnić, że osłona wytrzyma ciśnienia powstające podczas wewnętrznego wybuchu, potwierdzone badaniami.
• Ograniczenia materiałowe: Norma wprowadza specyficzne ograniczenia dla niektórych materiałów w określonych atmosferach:
  • Nie stosuje się cynku ani stopów cynku o wysokiej zawartości cynku ze względu na ryzyko degradacji.
  • W atmosferach zawierających acetylen, miedź i stopy miedzi o zawartości miedzi powyżej 60% stosowane na zewnątrz osłony muszą być pokryte warstwą ochronną (np. cyną, niklem), aby zapobiec tworzeniu się niebezpiecznych acetylenków.
• Osłony niemetalowe: Jeśli obudowa lub jej części są wykonane z materiałów niemetalowych (np. tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym – GRP, które są popularnym wyborem w praktyce), muszą one spełniać dodatkowe wymagania dotyczące m.in. odporności na prądy pełzające, odstępów izolacyjnych oraz przejść specyficzne badania typu, w tym badanie erozji spowodowanej płomieniem.

Badania – Weryfikacja Zgodności z Normą

Zgodność urządzenia z wymaganiami PN-EN 60079-1 jest potwierdzana poprzez szczegółowe badania typu i badania wyrobu.

Badania Typu

Badania typu (przeprowadzane na prototypach lub reprezentatywnych próbkach) obejmują:

• Określenie ciśnienia wybuchu (ciśnienia odniesienia): Badanie polegające na zainicjowaniu wybuchu mieszaniny gazowej wewnątrz osłony i pomiarze maksymalnego ciśnienia. Procedura różni się w zależności od grupy gazów i objętości osłony. Norma uwzględnia również specyficzne warunki, takie jak obecność elementów wewnętrznych (np. wirujących maszyn), które mogą wpływać na wzrost ciśnienia.
• Badanie nadciśnieniem: Weryfikacja wytrzymałości mechanicznej osłony na ciśnienie (statyczne lub dynamiczne), które jest wyższe od ciśnienia odniesienia. Osłona nie może ulec trwałym odkształceniom ani uszkodzeniom naruszającym ognioszczelność.
• Badanie nieprzenoszenia się wewnętrznego zapłonu: Kluczowe badanie potwierdzające skuteczność złączy ognioszczelnych. Polega na zainicjowaniu wybuchu wewnątrz osłony, która jest umieszczona w komorze badawczej z taką samą mieszaniną wybuchową. Zapłon na zewnątrz jest niedopuszczalny. Norma precyzuje warunki badania (typ mieszaniny, liczba cykli, modyfikacje prześwitów) w zależności od grupy gazów i typu złączy.

Badania Wyrobu

Badania wyrobu (przeprowadzane na każdym egzemplarzu lub na partii produkcyjnej) mają na celu wykrycie ewentualnych wad produkcyjnych, które mogłyby obniżyć poziom ochrony. Najczęściej jest to badanie nadciśnieniem (statyczne), choć norma dopuszcza alternatywne metody, zwłaszcza dla konstrukcji spawanych.

Specyficzne Komponenty i Zastosowania

Norma PN-EN 60079-1 zawiera również szczegółowe wymagania dla konkretnych komponentów i typów urządzeń:

• Urządzenia wejściowe (wpusty kablowe, przepusty, elementy zaślepiające): Muszą być skonstruowane i badane tak, aby zachować integralność ognioszczelną osłony. Norma podaje szczegółowe wymagania dotyczące ich budowy, uszczelnień (np. dławiki kablowe z pierścieniami uszczelniającymi lub masą wypełniającą) i badań. Mogą być certyfikowane jako urządzenia lub komponenty Ex, co ułatwia ich stosowanie w różnych obudowach.
• Maszyny elektryczne wirujące (silniki): Wymagania obejmują konstrukcję łożysk i wałów przechodzących przez osłonę oraz specjalne procedury badań ciśnieniowych (w spoczynku i ruchu). W przypadku zasilania z przemiennika, należy również uwzględnić dodatkowe wymagania dotyczące łożysk (prądy wałów) i określenia klasy temperaturowej.
• Baterie: Stosowanie ogniw i baterii w osłonach ognioszczelnych jest dopuszczalne tylko przy spełnieniu szczegółowych wymagań dotyczących typu ogniw (nie mogą wydzielać gazów w normalnych warunkach pracy) i zastosowania odpowiednich środków zabezpieczających (np. przed zwarciem, odwrotnym ładowaniem).
• Aparatura łączeniowa (grupa I): Dla urządzeń stosowanych w kopalniach (grupa I) z osłoną ognioszczelną i zdalnie sterowanymi elementami łączeniowymi, norma wprowadza wymagania dotyczące środków odłączania i blokad mechanicznych dla drzwi i pokryw, które muszą zapewniać odłączenie zasilania przed otwarciem osłony.

Najlepsze Praktyki Projektowe w Praktyce Inżynierskiej

Projektowanie zgodne z PN-EN 60079-1 to nie tylko spełnienie wymagań formalnych, ale również zastosowanie inżynierskiego podejścia ukierunkowanego na bezpieczeństwo.

• Kompleksowa Analiza Ryzyka: Choć norma skupia się na typie ochrony „d”, zawsze należy rozpocząć od pełnej analizy ryzyka wybuchu dla danego zastosowania i strefy zagrożenia. To pozwala na właściwy dobór grupy gazów i poziomu zabezpieczenia (EPL).
• Dokumentacja Projektowa: Prowadzenie szczegółowej i precyzyjnej dokumentacji, zawierającej rysunki wykonawcze z kluczowymi wymiarami złączy ognioszczelnych, specyfikacje materiałowe, technologie wykonania i montażu, jest niezbędne dla procesu certyfikacji ATEX i późniejszej identyfikowalności. Norma wyraźnie wskazuje, jakie informacje powinny znaleźć się w dokumentacji technicznej.
• Współpraca z Jednostką Notyfikowaną: Wczesne nawiązanie kontaktu i konsultacje z akredytowaną jednostką notyfikowaną (np. w przypadku urządzeń kategorii 1 i 2 dla gazów) mogą znacząco usprawnić proces certyfikacji i pomóc w rozwianiu wątpliwości interpretacyjnych normy.
• Zarządzanie Jakością Produkcji: Precyzja wykonania złączy ognioszczelnych jest krytyczna. Wdrożenie odpowiednich procedur kontroli jakości w procesie produkcyjnym (np. kontrola wymiarów złączy, weryfikacja materiałów) jest niezbędne do zapewnienia powtarzalności i bezpieczeństwa każdego wyrobu. Norma odwołuje się do badań wyrobu i badań partii wyrobów jako sposobu weryfikacji jakości produkcji.
• Instrukcje Użytkowania i Konserwacji: Zgodnie z wymaganiami PN-EN IEC 60079-0, do urządzenia należy dołączyć szczegółowe instrukcje dotyczące instalacji, użytkowania i konserwacji, w tym informacje o złączach ognioszczelnych (np. o braku możliwości ich naprawy, jeśli tak określono). W przypadku szczególnych warunków eksploatacji (np. minimalna odległość od przeszkód dla złączy kołnierzowych), muszą one być wyraźnie wskazane w instrukcji i oznakowaniu.
• Spójność z innymi normami: Projektując urządzenia Ex „d”, należy pamiętać o spójności z innymi normami dotyczącymi bezpieczeństwa maszyn, np. PN-EN ISO 13849-1 w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego układów sterowania.

Projektowanie urządzeń z osłoną ognioszczelną „d” to zaawansowane wyzwanie inżynierskie, które wymaga dogłębnego zrozumienia i rygorystycznego stosowania wymagań normy PN-EN 60079-1 w połączeniu z PN-EN IEC 60079-0. Ważne jest precyzyjne wykonanie złączy ognioszczelnych, dobór odpowiednich materiałów oraz pozytywne przejście badań typu i wyrobu. Stosując najlepsze praktyki projektowe, prowadząc rzetelną dokumentację i współpracując z doświadczonymi specjalistami i jednostkami certyfikującymi, można skutecznie wprowadzać na rynek bezpieczne urządzenia przeznaczone do pracy w atmosferach wybuchowych, spełniając jednocześnie wymagania Dyrektywy ATEX 2014/34/UE.

Zachęcamy do zapoznania się z innymi artykułami na eshield.pl dotyczącymi bezpieczeństwa w strefach Ex oraz certyfikacji maszyn.

FAQ: Projektowanie Urządzeń z Osłoną Ognioszczelną „d”

analiza ryzyka automatyka przemysłowa automatyzacja procesów produkcyjnych automatyzacja produkcji bezpieczeństwo maszyn dokumentacja techniczna dyrektywa ATEX dyrektywa EMC dyrektywa LVD dyrektywa maszynowa 2006/42/WE Instrukcja obsługi integrator automatyki przemysłowej maszyna nieukończona normy zharmonizowane oznakowanie CE Performence level projektowanie maszyn rozporządzenie w sprawie maszyn 2023/1230 zarządzanie projektami Znak CE