Přístroje Krohne do prostředí s nebezpečím výbuchu

Přístroje Krohne do prostředí s nebezpečím výbuchu

Tento příspěvek je určen spíše širší technické veřejnosti, specializovaným odborníkům se může i výklad jevit málo podrobný.

Jako u každé jiné světové firmy vyrábějící měřicí přístroje na nejvyšší technické úrovni snad do všech průmyslových odvětví, je i většina přístrojů firmy Krohne dostupná v modifikovaných („Ex“) verzích, jež dovolují jejich bezpečnou činnost v prostředí s nebezpečím výbuchu (SNV).

Ochrana pevným uzávěrem
Klasickou ochranou většiny snímačů a elektroniky přístrojů firmy Krohne určených do prostředí SNV je ochrana pevným závěrem, kdy jsou snímač nebo elektronika uzavřeny do masivního krytu. Ten, kdyby byly iniciovány výbušné plyny nebo páry uvnitř uzavřeného prostoru, zabrání vyšlehnutí plamene a tím i rozšíření výbuchu do přilehlého okolí. Všechny průchody do takových krytů jsou chráněny a kryt je v podstatě hermeticky uzavřen. Elektronika těchto přístrojů se od standardní liší mj. bajonetovou svorkovnicí. Průchod pevnou stěnou z elektroniky do prostoru svorkovnice je nutné řešit tak, aby nemohla atmosféra z prostoru elektroniky proniknout do prostoru svorkovnice.

Klasická svorkovnice pro připojení vodičů je ve výrobcích firmy Krohne důsledně umísťována mimo prostor elektroniky. Svorkovnici je tedy možné chránit stejným způsobem jako elektroniku, tj. pevným závěrem, popř. jinak (viz dále). Kabely jsou do prostoru svorkovnice přivedeny přes nevýbušné vývodky, jež zajišťují důkladné utěsnění místa průchodu.

Nevýbušné kryty elektroniky výrobků firmy Krohne jsou standardizovány. Většinou jsou společné pro několik druhů přístrojů – shodné pouzdro mají např. elektronika magneticko-indukčních průtokoměrů IFC 090, ultrazvukového průtokoměru UFM 500, hmotnostního průtokoměru MF C081 a MFC 085 a reflexního radarového hladinoměru BM 100; podobně pouzdro BRX je použito na vibračním hladinovém spínači LS 3000, kontaktech stavoznaku BM 26 a proudoznaku DW 18x a stejně tak na plovákovém hladinoměru LT100 nebo plovákovém hladinovém spínači BW 17. Tyto kryty jsou schváleny příslušnými úřady jako samostatné celky. K většině přístrojů Krohne je tak možné obdržet dva certifikáty – jeden se schválením typu přístroje a jeho konkrétního provedení a druhý certifikát na kryt, ve kterém může být uzavřeno v podstatě cokoliv, neboť je tak zajištěno proti výbuchu. Díky ochraně pevným závěrem je možné elektroniku napájet libovolným napětím; limitováno z principu není ani množství energie.

Ochrana pevným uzávěrem však s sebou nese určité nevýhody. Hrozí-li nebezpečí vznícení hořlavých par nebo plynů, je zakázáno kryt přístrojů s touto ochranou otevírat za provozu. Parametry elektronických přístrojů lze tedy měnit z klávesnice a s využitím displeje jen v prostředí, kde takové nebezpečí nehrozí. To způsobuje značné komplikace. Buď je nutné přístroj demontovat a parametry nastavit jinde nebo ověřit, že se výbušné páry v provozu nevyskytují, a teprve poté úkon provést – většinou za asistence hasičů. Samozřejmě není-li k dispozici obousměrná digitální komunikace. Ta však vyžaduje další investici, a to do technického i programového vybavení.

Odborníci firmy Krohne zmíněný problém úspěšně vyřešili použitím magnetického pera a magnetických senzorů, paralelně připojených ke klávesám. To dovoluje přístroj programovat s využitím zobrazovací displejové jednotky přes sklo závěru za plného provozu – bez jakýchkoliv komplikací. Tento způsob nastavování parametrů bez otevření pouzdra elektroniky se osvědčuje i mimo prostředí s nebezpečím výbuchu, zejména v prašných provozech, za deště apod.

Kombinované způsoby ochrany
Ochrana elektroniky pevným závěrem se často kombinuje s jiným způsobem ochrany. Zejména svorkovnice často postačuje pouze v tzv. zajištěném provedení, kdy je zabráněno vzniku elektrického výboje (nevodivé přepážky mezi svorkami, speciální konstrukce svorek atd.). Potom stačí jednodušší a podstatně levnější průchodky, zjednodušit lze také kryt svorkovnice. Je-li totiž zabráněno zažehnutí hořlavé směsi tím, že se znemožní jiskření a vznik elektrického oblouku, je bezpředmětné zajišťovat se proti vyšlehnutí plamene mimo prostor svorkovnice. Jak už bylo zmíněno, jsou prostor svorkovnice a prostor elektroniky hermeticky odděleny a vodiče procházejí stěnou ve speciální průchodce.

Jiným kombinovaným způsobem ochrany používaným firmou Krohne je ochrana pískovým uzávěrem. Ten je použit u magneticko-indukčních průtokoměrů Krohne do prostředí SNV, kdy je prostor cívek pod pláštěm přístroje vyplněn inertními skleněnými kuličkami. Tím je v tomto prostoru zabráněno vytvoření dostatečného objemu výbušné směsi, který by mohl být iniciován.

U magneticko-indukčního průtokoměru je použit také další dílčí způsob ochrany, a to jiskrově bezpečné (viz dále) provedení obvodu elektrod. Tento obvod je nízkoúrovňový a jeho technickým řešením a důsledným oddělením se zabrání tomu, aby se do něj dostala energie schopná způsobit zážeh. Jestliže by tomu tak nebylo, mohly by se např. vznítit hořlavé plyny v nezaplněném potrubí.

Podobně je tomu i v případě ultrazvukových a hmotnostních průtokoměrů, kdy části signálových obvodů jsou jiskrově bezpečné.

Podotýkáme, že tato dílčí ochrana jiskrově bezpečným provedením dílčích obvodů by v klasifikaci ochrany přístroje měla být vždy uvedena v hranatých závorkách, a tak by nemohlo dojít k omylu. Je bezpředmětné uvažovat o modrých kabelech, bariérách apod., nejde-li o úplnou jiskrovou bezpečnost.

V koncepci přístrojů do prostředí SNV firmy Krohne se, sice méně často než u jiných firem, také používá řešení, kdy je bezpečná pouze část přístroje, a to senzor. Elektronika je s ním spojena kabely a je umístěna mimo prostor SNV. Toto řešení lze nalézt u složitějších či speciálních převodníků, kdy překonat omezení daná prostorem a krytem pevného závěru by bylo obtížné.

Jiskrově bezpečné provedení obvodů
Modernějším a stále častěji používaným principem ochrany je již zmíněná jiskrová bezpečnost. Podstata spočívá v tom, že energie v obvodech je natolik malá, že nemůže způsobit vznícení hořlavých par a plynů. U některých přístrojů je nemožné přívod energie drasticky omezit prostě proto, že pro svou správnou a bezproblémovou činnost potřebují více energie, než je pro dosažení jiskrové bezpečnosti přípustné. Zde firma Krohne postupuje tak, že ochrana napájení přístroje a elektroniky je řešena pevným závěrem nebo jinou ochranou a výstupy z přístroje jsou důsledně odděleny a jsou jiskrově bezpečné. Výhodou pro uživatele je, že výstupní obvody těchto přístrojů mohou být sdružovány do mnohažilových „jiskrově bezpečných“ kabelů a sdružovací skříně jsou jednodušší konstrukce, a tedy levnější. Kromě toho s nimi lze za provozu snadno manipulovat. Jiskrově bezpečné výstupy tohoto typu lze u firmy Krohne najít u reflexních radarových hladinoměrů BM 100, radarových hladinoměrů BM 70, převodníků pro magneticko-indukční průtokoměry IFC 090, hmotnostní průtokoměry s jedinou přímou měřicí trubicí MFM 4085 G+ a pro hmotnostní průtokoměry řad MFM 3081 a MFM 2081.

Přístroje, jimž postačuje energie omezená bariérou nebo oddělovačem, jsou v tzv. dvouvodičovém (loop powered) provedení, neboť k napájení přístroje je dostatečná energie v proudové smyčce 4 až 20 mA. Do této skupiny u firmy Krohne patří převodník plováčkových průtokoměrů ESK, převodníky plovákových hladinoměrů, všechny jazýčkové (reed) kontakty a kontakty podle Namur, vírový průtokoměr VFM 3100, dvouvodičový ultrazvukový hladinoměr BM98 a nově reflexní radarový hladinoměr BM 102, magneticko-indukční průtokoměr IFM 4042 – Altoflux 2W a radarový hladinoměr BM 702.

Pozornost si pro svou jedinečnost zasluhují obzvláště poslední tři ze zmíněných přístrojů.

Z nich je reflexní radarový hladinoměr BM 102 úspěšným pokračovatelem bezkonkurenčního hladinoměru BM 100 (parametry BM 100: měření do 60 m, možnost výměny senzoru, měření sypkých i kapalných médií a médií s malou permitivitou, měření v nepřímém módu a dokonce i současné měření rozhraní dvou kapalin!). Několikaletý náskok zmiňované firmy a zkušenosti z tisíců aplikací reflexních radarových hladinoměrů jsou u BM 102 zúročeny v technických parametrech – opět má univerzální použití na kapaliny i sypké látky, opět je k dispozici variabilní provedení snímače a opět lze měřit i média s relativně malou permitivitou. Omezení přívodu energie samozřejmě vedlo ke zhoršení technických parametrů ve srovnání s BM 100, ale je možné konstatovat, že v mnoha aplikacích přístroj bezproblémově vyhovuje. Navíc při nízké ceně lze očekávat jeho široké uplatnění.

Nabídka unikátních řešení
Druhý z přístrojů, dvouvodičový magneticko-indukční průtokoměr IFM 4042 – Altoflux 2W, je kromě svých parametrů unikátní možností dodatečného připojení napájení v případě potřeby. Obecně platní, že je-li zásadně omezena energie, která je k dispozici pro buzení magnetického pole v průtokoměru, začne být při obtížnějších podmínkách (přítomnost pevných látek, pulsující průtok) měření velmi nestabilní. Firma Krohne tuto komplikaci vyřešila svérázným způsobem – jestliže se tak stane, je možné připojit dodatečné napájení – a problém je vyřešen. Pevný závěr elektroniky je standardní, svorky jsou k dispozici – přidá se jedna vývodka, jejíž závit je do té doby zaslepen. Není zapotřebí objednávat nový přístroj s napájením, není třeba žádná odstávka, výměna v potrubí atd.

A třetí přístroj – radarový hladinoměr BM 702? Celosvětové prvenství – první dvouvodičový radar založený na principu FMCW (rozmítání frekvence nosné vlny), žádný pulsní radar s jeho neduhy. Prestižní ocenění jeho tvůrců, v ČR ocenění Grand Prix na 22. ročníku veletrhu Pragoregula. Svými technickými parametry se nevyrovná přístroji, u něhož není přívod energie omezen. Není vhodný k použití v reaktorech, technologických nádržích apod. Takovýto úkol může vykonat BM 70, ověřený desítkami tisíc úspěšných aplikací v nejnáročnějších podmínkách. Naproti tomu ve skladovacích nádržích, zásobnících apod., navíc při své příznivé ceně, zajisté prokáže své přednosti.

Řešení podle standardů průmyslových sítí
Jiskrově bezpečnou ochranou jsou opatřeny také přístroje Krohne s komunikací podle protokolu Profibus-PA, u nichž jsou důsledně dodržena doporučení a požadavky FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe COncept). Jak je pro zmiňovanou firmu typické, vyvíjí své přístroje tak, aby našly uplatnění i v nejmodernějších a nejnáročnějších segmentech trhu (když Profibus, tak samozřejmě i jiskrově bezpečný pro prostředí SNV). V tomto provedení jsou nyní dostupné magneticko-indukční průtokoměr IFM 4080, radarový hladinoměr BM 70A, všechny hmotnostní průtokoměry, reflexní radarový hladinoměr BM 100 a plováčkové průtokoměry s převodníkem ESK III. Je prokázáno již na několika stovkách úspěšných instalací, že přístroje firmy Krohne s protokolem Profibus jsou plně funkční a ovladatelné a že mohou být bez problémů použity ve smyčkách společně s přístroji pro Profibus od jiných výrobců, a to i v prostředí s nebezpečím výbuchu.

KROHNE CZ spol. s r. o.
Drážní 7, 627 00 Brno
tel.: 05/45 51 33 43, fax: 05/45 51 33 39
e-mail: brno@krohne.cz
http://www.krohne.com