Serviceline Industriële Sensoren
Telefoon +32 3 644 25 00
Serviceline Explosiebeveiliging
Telefoon +32 3 644 25 00

Werkingsprincipe


1 Wat is een purge- en overdrukregeling?

Een purge- en overdrukregeling is een beveiligingsmethode die perslucht of inert gas gebruikt om te verhinderen of vermijden dat gevaarlijke stoffen, zoals gas, stof of een combinatie van de twee, de elektronische apparatuur in de behuizing beschadigen. 


2 Welke normen zijn relevant?

NFPA 496 is de norm voor Class/Division-classificaties en IEC 60079-2 is de norm voor Zones. Dit zijn de purge- en overdruknormen, die slechts een deel van de puzzel uitmaken. Ook de bedrading, de temperatuur, het materiaal van de behuizing en de interne apparatuur moeten in aanmerking worden genomen. De bedrading naar en vanuit de behuizing maakt geen deel uit van het purgesysteem en zal zodoende moeten worden beschermd. De omgevingsclassificatie bepaalt wat kan worden gebruikt en welke normen van toepassing zijn.
  


3 Standaardwerking voor explosieve atmosferen met gas, stof of gas en stof

Voor explosieve gasatmosferen:  

Purge of spoeling vereist om al het explosief gas binnen de behuizing te verwijderen. Voor het beveiligen van de behuizing is een zekere hoeveelheid beschermgas per beschikbaar behuizingsvolume vereist. NFPA 496 stelt dat vier volumeverwisselingen nodig zijn, terwijl IEC60079-2vijf volumeverwisselingen voorschrijft. De doorstroomsnelheid in de behuizing wordt gemeten of gecertificeerd om te verzekeren dat de behuizing volledig werd gespoeld.

Nadat een behuizing werd gespoeld, moet de druk binnen de beveiligde behuizing op hetzelfde niveau worden gehouden. Om een behuizing onder druk te zetten, wordt een beperkt volume beschermgas geïntroduceerd om de behuizingsdruk boven het voorgeschreven minimumniveau te houden. Dit niveau verschilt naargelang NFPA 496 of IEC60079-2. De meeste behuizingen vereisen een constante doorstroming van beschermgas voor drukbewaring om lekverliezen via deuren, ramen, leidingen/wartels, enz. tegen te gaan.

 

Voor explosieve stofatmosferen:

Explosief stof moet eerst fysiek uit de behuizing worden verwijderd. Eens de behuizing gereinigd is, wordt ze verzegeld en onder druk gezet. Hiervoor wordt gewoonlijk een beperkt volume beschermgas gebruikt, dat de behuizingsdruk boven het voorgeschreven minimumniveau houdt, al naargelang de NFPA 496- of IEC60079-2-norm. De meeste behuizingen vereisen een constante stroom van beschermgas voor drukbewaring om lekkage via deuren, ramen, leidingen/wartels, enz. tegen te gaan. Er wordt niet gespoeld, omdat ontluchtingsventielen normaal gezien een vonkenvanger vereisen die geen stofdeeltjes kan afzuigen.

 

Voor stof- en gasatmosferen:

Allereerst moet het ontvlambaar stof worden verwijderd, en vervolgens al het explosief gas. De drukregelingscomponent blijftdezelfde, maar de veilige minimumdruk kan verschillen. Gewoonlijk vereist ontvlambaar stof een hogere overdruk in de behuizing, afhankelijk van de toegepaste norm.

Na een succesvolle spoeling en/of reiniging en drukregeling van de behuizing, kan apparatuur veilig worden gebruikt. Als het drukniveau onder het voorgeschreven minimumniveau daalt, moet worden ingegrepen. Afhankelijk van de gebruikte norm en de omgevingsclassificatie, kan het hierbij gaan om het spanningsloos maken van de beveiligde behuizing, met onmiddellijke ingang of na een voorgeschreven tijdsspanne (voor stilleggingsprocedures) tot de inschakeling van een zichtbaar of hoorbaar alarm zodat een operator de nodige stappen kan ondernemen, maar waarbij de behuizing onder spanning blijft staan.

Alle systemen vereisen echter een drukventiel om overdruk uit de behuizing te verwijderen. Ontluchtingsventielen zijn ook nodig in stofatmosferen, omdat een regulator zou kunnen uitvallen en een overmatige flow in de behuizing zou kunnen binnendringen.


4 Wat gebruikt men om een behuizing te spoelen en onder druk te brengen?

Men gebruikt een beschermgas om behuizingen te spoelen en onder druk te zetten. In de meeste fabrieksomgevingen gebruikt men perslucht. Sommige toepassingen gebruiken gebottelde lucht, en andere een inert gas zoals stikstof. Bij de installatie van de beschermgastoevoer moeten verschillende parameters in overweging worden genomen:

  • De toevoer voor het beschermgas moet proper zijn. Bekijk de normen en parameters van het toevoersysteem om te weten welk soort lucht vereist is. Om de kwaliteit te vrijwaren, dien je altijd een regulator en filter te voorzien.
  • Regulators worden gebruikt om een constante doorstroomsnelheid te garanderen. Het kan ook nodig blijken om het ververste volume in de behuizing te bepalen voor spoeldoeleinden. Niet-gereglementeerde voorraden kunnen extreme drukverschillen veroorzaken. Als de druk daalt tot onder het minimum, kunnen zich systeemstoringen of stilstanden voordoen. Een te hoge druk kan ramen, dichtingen en wartels binnen een behuizing vervormen of beschadigen.
  • Zorg ervoor dat de toevoerbron van het beschermgas over de capaciteit beschikt om de maximale doorstroomsnelheid van het systeem aan te kunnen. 
  • Verifieer of de toevoerleidingen die het gas naar de behuizing brengen groot genoeg zijn voor de maximale doorstroomhoeveelheid - meestal is dit de flow tijdens het spoelen.
     

5 Wat zijn de vereisten voor purging?

Bij de indienstname wordt aangenomen dat er zich genoeg brandbaar gas in de behuizing bevindt om een brandrisico te vormen bij ingebruikname van de interne apparatuur.

Purging is de methode waarbij al het explosief gas uit een behuizing wordt gespoeld zodat het niveau lager is dan de Lower Explosive Limit (LEL) of laagste explosiegrens van het explosiegevaarlijk gasmengsel. Verschillende variabelen beïnvloeden de tijd die nodig is om een behuizing veilig te maken, zoals o.a. de doorstroomsnelheid in/uit de behuizing, de afmetingen van de behuizing, het aantal spoelvolumes dat vereist is, de architectuur binnenin de kast en de behuizingssterkte. Als de beveiligde behuizing over verschillende compartimenten beschikt, zal de leiding voor het beschermgas op strategische plaatsen in de behuizing moeten worden gemonteerd, om ervoor te zorgen dat eventuele “dode hoeken” correct worden gespoeld. De spoeltijd wordt bepaald door de gebruikte norm, maar gewoonlijk is het:

  • NFPA 496: 4 volumeverwisselingen / 10 volumeverwisselingen voor motoren 

Spoeling vereist normaal een gestuurde flow van beschermgas naar de behuizing en een groot genoeg drukventiel voor de uitlaat. Het is een goed idee om het ventiel onderaan de behuizing te plaatsen en de inlaat voor het beschermgas bovenaan, als het explosief gaszwaarder is dan lucht. Het is echter van groter belang om ervoor te zorgen dat het volledige volume van de behuizing wordt gespoeld. Bij het certificeren van een behuizing kan de keurings- en certificeringsinstantie om een praktijktest vragen om te verzekeren dat de opgegeven spoeltijd effectief lang genoeg is. Zorg ervoor dat je de certificeringsinstantie vraagt of deze test vereist is.

Het spoelen van grote behuizingen is vaak problematisch, omdat de initiële druk van het behuizingsventiel hoger ligt. Druk is gebaseerd op oppervlakte, en een grotere oppervlakte betekent meer kracht:

  • Behuizingsgrootte = 900 x 1500 x 450 mm = 0,6075 m³
  • Afmetingen behuizingsdeur = 600 x 1200 mm = 0,72 m²
  • Voorbeeld 1: doorstroomsnelheid bij behuizingsdruk = 850 l/min bij 10 mbar
  • Voorbeeld 2: doorstroomsnelheid bij behuizingsdruk = 340 l/min bij 5 mbar

Bij een toepassing van 850 l/min zal de behuizingsdruk ongeveer 10 mbar zijn.

  • De kracht die op de deur wordt toegepast, is 10 mbar x 0,72 m² = 720 N.
    De veilige spoeltijd is 4 kastvolumes = 4 x 0,6075 m³. Dit geeft in dit voorbeeld een spoeltijd van 4 x 0,6075 m³ : 0,850 m³/min = 3 min 9 sec.

Bij toepassing van 340 l/min (voorbeeld 2) zal de behuizingsdruk ongeveer 5 mbar zijn.

  • De kracht die op de deur wordt toegepast, bedraagt 5 mbar x 0,72 m² = 360 N.
    De spoeltijd van 4 kastvolumes = 4 x 0,6075 m³ : 0,340 m³/min = 7 min 9 sec.

Soms kunnen grotere behuizingen worden versterkt voor de hogere druk.


6 Wat zijn de vereisten voor overdrukregeling?

Behuizingen worden onder druk gezet nadat ze zijn gespoeld of al het stof eruit is verwijderd. Het onder druk zetten van de behuizing zorgt ervoor dat geen explosiegevaarlijke atmosfeer in de behuizing kan ontstaan. Een constante doorstroming van beschermgas in de behuizing is nodig om lekken via de deur, ramen, afdichtingen, wartels, enz. te vermijden. De doorstroomsnelheid voor drukregeling is gewoonlijk lager dan de spoelsnelheid en de initiële druk van het drukventiel, maar in sommige gevallen zal de druk hoger moeten zijn dan de initiële druk van het ventiel om de behuizing af te koelen.

Bij het instellen van de behuizingsdruk dien je ervoor te zorgen dat de druk hoger is dan het exacte minimumniveau van het systeem, maar lager dan het maximale drukniveau van het overdrukventiel. Bijvoorbeeld: bij een minimumsysteemdruk van 0,25 in wc en een maximaal drukniveau van het ventiel van 1,0 in wc, stel je de behuizingsdruk in op 0,.5 in wc. Door de druk hoger in te stellen, is de kans kleiner dat schommelingen in gastoevoer een alarmsignaal of stillegging van het systeem in gang zetten. 


7 Welke soort apparatuur kan worden beschermd?

De meeste elektronische apparaten kunnen met deze beveiligingsmethode worden beschermd, hoewel enkele kleine aanpassingen nodig kunnen blijken vóór gebruik. Apparatuur in een behuizing die niet geschikt is voor explosiegevaarlijke atmosferen zal in het purge- en overdruksysteem worden opgenomen. Als het apparaatvolledig afgesloten of lucht-/waterdicht is, zal het moeten worden geopend zodat het beschermgas door het apparaat kan vloeien om het te purgeren. Raadpleeg de vereiste normen voor minimumopeningen. Elektronische componenten, zoals microchips, transistors, caps, enz., moeten niet altijd geventileerd worden. Als een apparaat moet worden aangepast om aan de vereisten van de purge- en overdrukregeling te voldoen, is het altijd best om contact op te nemen met de fabrikant om te verzekeren dat de productgarantie en -veiligheid hierdoor niet zal worden aangetast. 


e-news

Abonneer je op onze nieuwsbrief om updates en interessante informatie uit de automatiseringswereld te ontvangen.

Abonneer je

Lees de meest recente editie van e-news:

  • Industriële sensoren
  • Explosiebeveiliging