返回 QVF® 玻璃部件的工作条件

防爆

玻璃设备在潜在爆炸性环境中的安全操作规程
Explosion protection

1. 以下应用对工艺设备的操作要求爆炸性环境

化学设备的操作人员并非始终能完全消除设备周围爆炸性环境的风险。为了在爆炸性环境导致危险的区域(一般称为“区”)操作设备,操作人员必须采取措施清除所有点火源。 欧盟的各种指令中制定了相关要求,需要根据国家立法依次实施。 为了确保设备通过审批,制造商必须遵守指令 2014/34/EC(也称为 ATEX 114 或 ATEX 设备指令)的要求,操作人员必须满足指令 1999/92/EC(一般称为 ATEX 137)中规定的要求,这些要求都与车间安全相关。

1.1. 制造商需要满足的要求

必须根据通用产品安全的指令 2001/95/EC 设计和生产设备。 根据操作人员指定的设备内部和外部的 ATEX 区,制造商必须采取措施确保所有设备符合 ATEX 114。 Compliance must be documented in the plant documentation. 但是,设备没有贴 CE 标志。因为根据 ATEX 114 指南,将其视为独立装置组成的工艺设备。

QVF® 玻璃设备中可能是电气或机械点火源的独立装置通过了 ATEX 114 的认证,因此贴上了 CE 标志。

例如,配备机械密封的 QVF® 搅拌器驱动装置、QVF® 温度传感器和 QVF® 压力传感器通过了针对装置内部的装置种类 1(参见表 1)、装置组 C II 和爆炸组 II(参见表 2)的 ATEX 114 认证。 因此,可以用于根据 ATEX 137 将设备内部分类为 0 区的设备。 在设备周围,必须满足 1 区或 2 区的条件,因为 QVF® 玻璃设备外部的上述装置符合装置类别 2。

表 1: 装置类别

表 2: 爆炸组:

1.2. 操作人员需要满足的要求

设备操作人员必须遵守指令 89/391/EEC 的要求,该指令与引进鼓励提高作业的工人安全性的措施有关。 为了满足 ATEX 137 的要求,操作人员必须遵守 CENELEC 报告 CLC/TR 50404:2003“静电 — 预防静电引发的危害的作业规范”(CLC/TR 50404) 的国内执行标准。 例如,德国的国内执行标准是“操作安全的技术规程”TRGS727,该标准规定了设备在 ATEX 区的操作,对静电电荷 (TRGS727) 导致的着火危险执行该作业规范。 避免静电电荷的概念和下文所述概念符合这些技术规范,因此也符合欧洲作业规范 CLC/TR 50404。

制造商准备装置,以便于在操作人员指定的 ATEX 区安全使用;并提供爆炸安全文档所必需的设备文档。 这样可以确保操作人员能遵守指令 89/391/EEC,因而实现和正确记录 QVF® 设备的安全操作。

2. 工艺设备中的静电危害的来源

工艺设备中的静电电荷一般来自于两种不同材料接触又分开时(例如,彼此摩擦时)产生的摩擦电。 一种材料带正电荷,另一种带负电荷。 例如,在流体介质通过管道时发生这种现象。 这些电荷达到一定的水平时,可能会放电,发出电火花。当然,在易爆环境中,这可能引发着火,因此会特别危险。因此,防止在此种危险地区产生静电电荷很重要。 表 3 所示为可能产生静电电荷的工艺。在任何情况下,设备操作人员都应负责进行风险评估。 产生的电荷电量取决于流体的导电性。 一般而言,危险的静电电荷仅在流体导电性差时发生。 因此,通常可以在流体中加入适当的添加剂(例如,盐)防止产生电荷,因为这样可以提高流体的导电性。 通常,仅极少量(即,浓度在 ppm 范围内)就足以消除静电电荷的危险。

表 3:- 生成电荷的工艺示例

另外,有些工艺通常可以分为产生高电荷产生材料 — 参见表 4。 若可能,应结合特殊安全预防措施,避免此类工艺,或者,至少将其降至最低限度。

表 4: 产生高电荷的工艺示例

 

 

3. 在以下方面防止静电点火的预防措施工艺设备

如果摩擦电产生静电电荷,远离实际摩擦点的设备产生的静电电荷可能是静电感应引发的。 通过接地导电材料和避免使用非导电材料可以消除在摩擦点产生的以及静电感应引发的电荷。 此类措施的必要性和水平取决于在设备中和周围电荷产生工艺的可能性。

下文概述的防护措施符合 CLC/TR 50404 和 TRGS727,专门用于防止在特定工作条件下发生静电点火。

但是,仅在设备没有惰性环境保护的情况下或者设备周围存在爆炸性环境的危险时,需要此类措施。

3.1. 电位均衡

如果导电组件接地或者耗能组件与接地相连,则不会产生静电电荷,也不会发生静电点火的危险。 为了满足相关的 CLC/TR 50404 要求,满足最低  10-4 A的电流即可。 对于此类低电流,即使具有6ΩB 的相对高电阻的导电性差的接地导线也足够了。 但是,根据 CLC/TR 50404 的接地不得与电气装置的接地相混淆,因为这种接地需要电流更高的固有导电,以便激活过载保险丝。 在本文件中,术语“电位均衡”形容的是“根据 CLC/TR 50404 接地”。 将独立组件与接地相连接,可以实现电位均衡,或者将导电组件彼此相连从而提供共享的单芯接地导线。 电位均衡的电缆必须可明确识别(黄色/绿色塑料盖,参见第 5 页插图 1)。

3.2. 避免非导电材料

某些工艺中,非导电材料携带的电荷会变高。 这些零件因为具有绝缘性,无法通过电位均衡进行释放电荷。为了消除静电点火的危险,用导电或耗能材料替代非导电材料。 或者,可以在非导电材料的表面涂上导电的耗能材料。 通过确保导电或耗能表面有适当的电位均衡,可以避免危险的静电电荷。 硼硅玻璃 3.3 具有亲水性,表面一般具有耗能性 — 请参见第 3.5.2.1 部分。

3.3. 对于不产生电荷的工艺的防护措施

如果设备的内部和外部没有危险电荷的风险,或者如果实验和测试显示可以排除此类风险,则不需要电位均衡,而且允许使用非导电材料。

3.4. 对于可能产生高电荷的工艺的防护措施

如果预计工艺中会产生静电电荷(参见表 4),必须采取弥补性措施,以免爆炸性环境产生此类电荷。 不考虑 ATEX 区,工艺周围的所有导电和所有耗能组件和物体必须包含在电位均衡的概念中。 另外,必须避免所有非导电材料,换用导电或耗能材料,或换用表面有导电或耗能涂层的组件。

3.5. 对于可能产生中等至低电荷的工艺的防护措施

如果无法完全清除产生电荷的工艺,而且如果工艺的分类不是高电荷产生工艺(例如,参见表 1),可以采用通过实际点火风险确定的适当弥补性措施避免危险的静电电荷。 在此类情况下,非导电材料的表面可以有一定尺寸;如果其电容大于一定的限值,导电或耗能零件仅需包含在电位均衡的概念中。 不必连接至电位均衡的非导电表面的容许尺寸及导电和耗能物体的容许尺寸取决于实际的 ATEX 区。 CLC/TR 50404 和 TRGS727 中有详细说明,下文部分说明了具体的实施方案。

3.5.1. QVF® 玻璃设备中的电位均衡

QVF® 玻璃设备包含金属法兰等导电组件,如图 1 所示。 这些组件不直接接触通过设备馈入的媒介,因此仅可通过静电感应带上电荷。 物体中聚集的电荷取决于电容。 无电位均衡的导电物体容许的电容,即尺寸,属于 ATEX 区和爆炸组的功能。 对于 2、1IIA 和 1IIB 区,CLC/TR 50404 和 TRGS727 规定了最大容许电容 (10pF) 的指导值和标称直径最低为 DN50 的金属法兰的电位均衡。 对于 0 和 1 IIC 区,必须对所有金属法兰实施电位均衡,而不考虑各自的标称直径。

图 2 描述了金属法兰连接件根据其尺寸、ATEX 区和爆炸组,对于电位均衡的需要。

图 1: 金属法兰通过连接不锈钢电缆的电位均衡

图 2:不锈钢连接件的电位均衡的选择图

图 4: 电位均衡连接件

图 3: QVF® 电位均衡套件包括在玻璃设备安装电位均衡概念通常需要的所有组件。

由于玻璃设备中有许多金属法兰连接件,QVF® SUPRA 法兰连接件(图 4 和 5)专为安装方便和可靠的电位均衡而设计。 安装后,不锈钢法兰仅彼此连接(图 5)。 为此,通过转动预紧弹簧(图 5 中的产品 1)将 1.5 mm 厚的不锈钢电缆与各法兰相连接,用不锈钢法兰环(图 5 中的产品 2)建立导电的夹紧式连接。 该夹紧机构具有防腐蚀性,只有用工具才可以打开。 该电位均衡线路还有小于  106Ω 的电阻,所以符合 CLC/TR 50404 中的要求。 然后,在适当的点将所有组件的钢缆连接至接地导线。 QVF® SUPRA-Line 系统还有其他优势,即只要 1 个连续钢缆就可以保证适当的电位均衡。 如果钢缆与其中一个法兰的连接断开,则其他金属法兰仍可保持安全接地。

QVF® 玻璃设备一般还包含其他导电组件,如波纹管处的法兰、阀门、搅拌器、传感器、支架和框架,这些组件都配备电位均衡的连接点。

图 5: QVF® SUPRA 法兰连接

(1) 夹紧件

(2) 带接地槽的深拉不锈钢环 (1.4301) 

(3) 硅胶环或 SECTRANS 涂层防止不锈钢组件直接压在玻璃上 

(4) PTFE 通用垫片 

(5) 不锈钢 (1.4310) 制成的耐温组件

3.5.2. 避免 QVF® 玻璃设备的非导电表面

在玻璃设备中,一般仅 PTFE 或类似材料制成的塑料零件会有非导电表面。 某些情况下,玻璃组件外侧也可能有非导电表面。应避免或者尽量减少此类非导电表面。

无法避免使用 PTFE 或其他塑料组件时,可使用这类组件的耗能版本(即,含导电涂料的组件),或者使用含导电材料的版本,确保这些表面不再归类于非导电表面。

例如,外部的玻璃表面可以配备耗能的 QVF® SECTRANS 涂层,如以下章节所述。 对于玻璃设备的内部,TRGS727 要求必须采取与耗能设备相同的措施,如以下章节所述。

3.5.2.1. QVF® 玻璃组件的耗能 QVF® SECTRANS 涂层

硼硅玻璃 3.3 具有亲水性。 相对空气湿度为,例如,50%,且温度为 23℃ 时,表面形成的含水冷凝液膜会使表面电阻降至 1011Ω。 在此类条件下,通过外部工艺(诸如,摩擦表面)无法使玻璃设备带有危险量的电荷。 空气湿度低于 50% 且温度大于 50℃ 时,不会形成这种膜,因此应采取措施防止在 0 区或 1 IIC 区的环境(图 6)中操作玻璃设备时产生危险的静电电荷。 一种选择是使用有耗能 QVF® SECTRANS 涂层的玻璃(图 7),使表面的电阻降至最低 108Ω。 根据各涂层 QVF® 玻璃组件适用的 DIN IEC 93 VDE 0303 T30,测量该表面电阻,根据组件上说明测量日期的标签确认合规性。 在具有耗能涂层的组件上安装最低 DN300 的不锈钢法兰环,而非硅胶环(第 6 页图 5 中的产品 3)。 因此,通过不锈钢插件(第 6 页图 5 中的产品 5)将耗能涂层与 QVF® SUPRA-Line 的不锈钢法兰环(第 6 页图 5 中的产品 2)相连接。 这种安排确保能通过夹在法兰连接件上的不锈钢电缆清除表面产生的任何静电电荷。 对于标称直径最低为 DN450 的组件,表面电势通过玻璃侧颈部的标称直径较小的不锈钢法兰连接件或者通过直接接触耗能涂层的附加接地线而达到均衡。

QVF® SECTRANS 涂层不仅消除点火源而且能防止玻璃表面发生机械损坏,确保玻璃破损时可以将设备完全清空。 涂层的主要组件是聚氨酯,因此能防止化学或其他环境影响。 在非绝缘玻璃组件中,涂层保持稳定的工作温度,最低为 160℃(在长时间暴露的情况下)。

图 6: 有耗能涂层的玻璃的选择图

图 7: 有和没有耗能涂层的玻璃管

3.5.2.2. 耗能 PTFE 制成的 QVF® 组件

如果使用含 PTFE 等非导电塑料的组件,其表面不得超过一定的尺寸。 根据 CLC/TR 50404 和 TRBS2153,限值与爆炸区附近最大的投影表面有关(参见图 10 和 11)。 这些表面不得大于表 5 中规定的限值。

PTFE 制成的 QVF® 组件(诸如,垫片、波纹管、搅拌器、波纹管阀门等)可以用作耗能版本。 这些组件附有证书,说明其耗能性质并说明其材料特性符合相关的 FDA 法规。 对于产生低量至中量电荷的工艺,并非所有 PTFE 组件都必须由耗能材料制成(另请参见 3.5.2)。 表 5 所示为不可能聚集危险电荷的最大容许的非导电表面。 根据 TRGS727,针对组件的内侧和外侧分别计算QVF® PTFE 组件的投影表面的面积。 图 10 所示为 PTFE 垫片的外部投影表面,图 11 所示则为其内部投影表面。 在 0 区内,确定是否需要使用耗能材料时仅考虑内部投影表面,因为外部表面的面积与 0 区无关,这是由于受 ATEX 114 管辖的 QVF® 装置未获得作为 QVF® 玻璃设备外部 0 区的认证。 对于 1 区和 2 区,考虑两个表面中较大的一个。 表 5 中的值可以轻易转换为图 8 中所示的图表。下方的选择图显示,根据组件及其附近的 ATEX 区和爆炸组的标称尺寸,是否需要耗能 PTFE。

表 5: 根据 CLC/TR 50404 4.4.3 表 1a,非导电材料的极限表面

图 8:耗能 PTFE 的选择图

耗能 QVF® 组件的特征不是非导电表面,不与导电组件一起包含于电位均衡系统中。 与配备非导电 PTFE 的标准组件相反,即使没有静电感应的作用,配备耗能 PTFE 的 QVF® 组件的金属零件(诸如,波纹管、隔板等)也可能带上电荷,因此必须包含于电位均衡系统中。

下文将更详尽地描述可能受到这种影响的主要组件。如果您需要有关其他 QVF® PTFE 组件的信息,请随时联系我们。

图 9: PTFE 制成的 QVF® SUPRA-Line 通用垫片,适用于所有法兰类型

图 12: QVF® SUPRA-Line 法兰类型

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图 10:A2 = 外部投影表面

图 11: A1 = 内部投影表面

3.5.2.2.1. 垫片 – 9GG – 9GR

球窝法兰和平面法兰都可使用(图 12)QVF® SUPRA-Line 通用垫片(图 5 和图 9 中的产品 4)。 选择图(图 13)说明仅 DN300 和更大的垫片需要耗能材料。 对于 1 区和 2 区中的分类,总考虑两个投影表面(内部/外部)中较大的一个。耗能 PTFE 垫片配备调整片,以便于连接到电位均衡的电缆(图 14)上。

图 13: PTFE 垫片的选择图

图 14: 耗能 PTFE 制成的配备调整片的通用垫片

3.5.2.2.2. 角垫片 – 9GA

角垫片(图 16)可以用最小死区,对 QVF® SUPRA 平面法兰连接进行一定角度的定位。 其中包括用三个不锈钢环支撑的 PTFE 套筒。 图 15 中的选择图表示最低 DN40 的角垫片仅需 1 IIC 区和 0 区(内部)的电位均衡。 但是,DN50 和更大的角垫片总需要电位均衡。 通常通过在中央不锈钢环上固定的金属调整片实现这种电位均衡。 图表还说明尺寸为 DN40 和更大的角垫片应该用 0 IIC 区(内部)的耗能材料制成。

图 15:角垫片的选择图

图 16: 耗能 PTFE 制成的配备金属调整片的角垫片

3.5.2.2.3. 波纹管 – 9BW

波纹管(图 18)补充热膨胀导致的组件热膨胀和收缩,进而清除玻璃组件中的拉应力。 QVF® 波纹管由 PTFE 制成,通过不锈钢法兰连接到管道上。 由于与流向垂直的投影表面明显大于垫片中的投影表面,因此即使是相对较小的波纹管也应配备耗能 PTFE(图 17)。 图 17 中的图表也适用于配备真空支承的波纹管。 波纹管与金属法兰导电相连接,反过来通过螺钉与 QVF® SUPRA 连接件的不锈钢法兰环实现导电连接。 进行电位均衡的方法与对不锈钢法兰连接件采取的方法相同,即通过固定到配备弹簧机构的法兰环槽内的连续不锈钢电缆实现。

图 17: 波纹管的选择图

图 18: 波纹管剖面图

3.5.2.2.4. 波纹管阀门 — 3VO、3VD、3VV

QVF® SUPRA-Line 波纹管阀门(图 19 和 20)用作截止阀或用于流量粗调节。 阀门的顶部由不锈钢制成,通过有色金属自由轴与 PTFE 波纹管进行电气连接。 DN40 波纹管阀门的顶部与 DN50 的相同。 根据设备外部的区,标称尺寸为 DN40 的阀门因此也可能需要电位均衡(参见图 22)。 电位均衡的电缆与阀门的顶部相连接。 因此,将不锈钢电缆固定到同时还与不锈钢法兰环相连接的阀门部分上。 在顶部安装法兰的阀门(图 19)中,按照与 QVF® SUPRA 法兰连接件相同的方法固定不锈钢电缆。 在顶部紧凑的阀门中,用螺钉固定电缆(图 20)。 设备外部区确定阀门的玻璃壳体需要配备耗能涂层(参见图 22)。 迄今为止,波纹管的最大零件是装在玻璃壳体中的,因此仅会通过阀门内侧的摩擦电带上电荷。 因此,设备外部区与确定阀门波纹管是否采用耗能 PTFE 无关。 图 21 显示根据设备内部区需要耗能 PTFE。

图 19: 顶部安装法兰的波纹管阀门

图 20: 配备电位均衡连接件的标准波纹管阀门

图 21: 波纹管阀门的 PTFE 波纹管的选择图

图 22:波纹管阀门的玻璃涂层的选择图

4. 配备 QVF® 玻璃设备的优势

电气方面,根据 ATEX 指令和 CENELEC 作业规范,可以避免硼硅玻璃 3.3 制成的 QVF® 设备中由于静电和机械而产生火花。 因此,可以根据相关的操作安全法规在危险区安全地安装和操作防腐蚀的 QVF® 设备。 这同样适用于设备内侧分类为 0 区的部分。

QVF® SUPRA-Line 系统为您提供安全的解决方案,通过以下特征防止任何可能的静电电荷:

• 可靠,而且易于安装所有法兰连接件的电位均衡

• 专利耗能玻璃涂层

• 符合 FDA 21CFR §177&178 的耗能 PTFE 组件

• ATEX 认证的装置

• 关于符合 CLC/TR 50404 的可靠的制造商数据,具体示例如表 6 中所示。

表 6:

作为合格的合作伙伴,我们能为您提供先进的工艺系统,而且很乐于帮您找到最佳解决方案,从而安全执行和适当存档您的工艺。

 

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