Електродвигатели за химическата промишленост

• Рисковете от експлозия, агресивните атмосфери и екстремните температури в химическата промишленост изискват стриктно спазване на най-строги стандарти за безопасност
  
  
• Електрическите двигатели с приложения в химическата индустрия, където средите традиционно са агресивни, трябва да отговарят на редица специфични изисквания
  
  
• Изборът на подходящ двигател за задвижване на технологични системи и машини в химическите заводи изисква проучване на някои основни характеристики на продукта и средата, в която ще се експлоатира

Електрическите двигатели с приложения в химическата индустрия, където средите традиционно са агресивни и включват наличие на опасни вещества, трябва да отговарят на редица специфични изисквания. Ето защо при проектирането на оборудване за такива цели и избора на конкретен модел двигател е необходимо да се отчетат някои ключови съображения относно дизайна и работните характеристики, както и да се проучат в детайли факторите на експлоатационната среда, които оказват най-голямо влияние върху ефективността, производителността и безопасността на електродвигателите.

Специфики на средата

Рисковете от експлозия, агресивните атмосфери и екстремните температури в нефтената, газовата, химическата и нефтохимическата промишленост изискват стриктно спазване на най-строгите стандарти за безопасност. Ето защо промишлените зони и среди, в които могат да се образуват взривни газове и паровъздушни смеси или има наличие на горими прахове, налагат използването на електрически двигатели и задвижвания със специален дизайн. Тези системи трябва да се отличават с максимална сигурност и надеждност, за да се гарантира адекватна защита на персонала, оборудването и околната среда от опасни аварии.

Електродвигателите могат да образуват електрически дъги или искри и традиционно работят при достатъчно високи температури, за да представляват сериозен риск в среди, които съдържат запалими материали. Експлозия може да бъде предизвикана както вследствие на искрене на двигателя поради повреда в изолацията на намотката или проблем със захранването, така и при повишаване на температурата на повърхността на двигателя до такава степен по време на работа, че да възпламени пара, газ или прах в близост. В повечето случаи резултатите от неизправностите в електрическата система водят до нежелано прекъсване на работния процес, но при дадена комбинация от обстоятелства може да до стигне до сериозни инциденти, включващи нараняване на персонала или в най-лошия случай до фатален изход.

Ето защо прилагането на превантивни мерки за безопасност започва още във фазата на проектиране на задвижващите системи и включва внимателен и информиран избор на най-подходящия за конкретното приложение електродвигател.

В химическата индустрия е задължително да се използват специален клас взривозащитени двигатели, които се отличават със съответната степен на устойчивост на експлозия. Тази характеристика не гарантира, че двигателят никога няма да избухне, нито че е налице безкомпромисна защита срещу външни експлозии. Взривозащитата на тези системи по-скоро се свежда до набор от конструктивни особености и функции, които предотвратяват възпламеняването на горима атмосфера в корпуса вследствие на вътрешна експлозия на двигателя.

Класификация на електродвигателите

Изборът на подходящ двигател за задвижване на технологични системи и машини в химическите цехове и заводи изисква проучване на типа на работната зона според официалната действаща класификация, както и на специфичната температура на самозапалване (AIT) на наличните опасни субстанции.

В различните държави се прилагат разнообразни стандарти и методи за оценка на риска на опасните зони в индустрията според условията в тях. Най-популярна е класификацията на Международна електротехническа комисия (IEC), а в Северна Америка действат Националният електрически кодекс на Съединените щати (NEC) и Канадският електрически кодекс (CEC). Методът на IEC, който се отнася само до среди от клас I (най-често срещаната класификация на индустриални химически среди), използва клас, зона и група за диференциране на опасните зони. За категоризиране на условията, при които се намират взривоопасните материали, стандартът въвежда три зони на риск (Зона 0, Зона 1 и Зона 2). Първата се отнася до среди, в които е налице непрекъсната опасност от възпламеняване, а втората – до такива, при които рисковете възникват периодично. Третата се отнася до опасности, които съществуват само при необичайни обстоятелства. Примери за опасни вещества, които са налични в химическите съоръжения и биха могли да предизвикат експлозия вследствие на възпламеняване, са: ацетилен, водород, бутадиен, етилен, въглероден оксид, сероводород, бензин, амоняк, етанол, пропан и др.

NEC и CEC определят три класа опасни среди въз основа на вида на рисковите материали: газове и пари, запалими прахове и влакна, стърготини и летящи във въздуха частици. Средите от Клас I съдържат запалими газове или пари в достатъчни количества в атмосферата, за да представляват риск от експлозия или запалване. Съоръженията за преработка на нефт например често се класифицират в тази категория поради наличието на газообразни въглеводороди.

Помещенията от Клас II съдържат прах, който е електропроводим или може да бъде експлозивен при смесване с въздух. В тази категория са налице и някои “скрити” опасности, тъй като праховете могат да преминат от безвредни към смъртоносни при различни концентрации. В допълнение, някои прахове реагират различно от техните твърди форми. Електропроводимите материали, като алуминий и магнезий например, горят, когато са в консолидирана маса, но са потенциално експлозивни, когато са суспендирани във въздуха.

Средите от Клас III се характеризират с наличието на лесно запалими влакна, стърготини или носещи се във въздуха частици (които се натрупват, но не се суспендират във въздуха). Те много по-рядко се срещат в химическата промишленост в сравнение с първите две групи. Ето защо обикновено не се коментират в специализираните ръководства за селекция на взривозащитени електродвигатели за приложения в химически съоръжения.

Особености в дизайна

Електродвигателите, подходящи за използване в среди от Клас I, Раздел 1 (по NEC), които съвпадат със Зона 0 и Зона 1 по класификацията на IEC, е необходимо да разполагат със специални обозначения за взривозащитен дизайн на табелката с технически характеристики, поставена от производителя. Ключово изискване е двигателят да бъде конструиран така, че да може изцяло да задържи потенциална вътрешна експлозия без разкъсване на корпуса. Конструкцията трябва да предполага извеждането на горещите газове от корпуса по специални дълги и тесни канали. Докато се придвижват през тези приспособления, пламъците трябва да бъдат потушени и материалът да бъде охладен до достатъчно ниска температура, за да се предотврати по-нататъшна експлозия във външната опасна атмосфера.

Защитните канали най-често минават по протежение на вала или са проектирани във фланцови и резбови съединения в специални взривозащитени кутии. Като цяло двигателите, произведени за групи среди с по-сериозни опасности от експлозия, изискват по-здрави корпуси и по-дълги пътища за извеждане на горещите газове с по-малки диаметри.

Ключова характеристика на взривозащитените електродвигатели е специфичният температурен код (Т-code). Двигателите за използване в Зона 0 и Зона 1 не трябва да развиват повърхностни температури, достатъчно високи, за да предизвикат спонтанно запалване на опасни газове във външната атмосфера. За целта двигателят се обозначава със специфичен температурен код – маркировка, която идентифицира максималната температура на повърхностите, които са в контакт с опасни материали. Посочената максимална температура се отчита при всички възможни условия, включително при изгаряне, претоварване или блокиран ротор.

Логично е предположението, че всеки двигател, който се счита за подходящ за среди, попадащи в от Клас I, Раздел 1 по NEC (или Зона 0 и 1 по IEC), би могъл спокойно да се използва и в среди, в които наличните рискови субстанции са опасни само при определени обстоятелства или необичайни условия (Зона 2), ако моторът отговаря на съответните изисквания според групите материали и температурния си код. Този подход е широко използван в миналото като максимално безопасен, но днес обикновено се счита за твърде скъп и морално остарял поради възможностите за по-прецизна и рентабилна селекция на оптимално решение за всяко приложение.

При използване на честотни задвижвания или инвертори в химическата индустрия с цел повишаване на енергийната ефективност на двигателя и цялата система е необходимо да се вземе предвид, че тези устройства в редица случаи предполагат допълнително повишаване на работната температура. Тези електродвигатели са специално предназначени за използване при променливи скорости с честотни задвижвания, като могат да издържат на изкривяване на сигнала и ниски скорости на въртене без прегряване. Комбинациите от такъв двигател и честотен регулатор в химическите съоръжения е необходимо да бъдат подложени на отделно тестване и одобрение за използване.