防爆と本質安全: 危険場所における主な違い

石油化学プラントの廃油タンクに電気浸漬ヒーターを指定するとします。タンクは機密区域に設置されているため、ヒーター、ジャンクションボックス、温度トランスミッターはすべて認定された保護方法が必要です。機器ベンダーは本質安全防爆トランスミッターを提供しています。加熱機器メーカーでは防爆フランジヒーターを提供しております。どちらのアプローチも点火を防止しますが、まったく異なる原理で動作し、その違いによって電力能力、設置コスト、メンテナンス規則が決まります。

主要な違い: エネルギー制限と封じ込め

本質安全装置は、周囲の大気を引火させるほどの電気エネルギーや熱エネルギーを放出できないように設計されています。防爆装置は、炎や高温ガスを逃がすことなく内部爆発を抑えるように設計されています。つまり、本質安全防爆は予防戦略であり、防爆保護は封じ込め戦略です。

この区別は、この分野でよくある難題を説明します。温度トランスミッターは本質安全である可能性がありますが、数キロワットを消費するヒーターは本質安全ではありません。通常の動作と信頼できる故障状態の両方が、典型的な混合気の発火閾値を超えるエネルギーレベルを生成するため、高出力機器を本質安全にすることはできません。

用語は地域や規格によって異なります。北米の実務では、防爆という用語が広く使用されていますが、国際規格では同じ技術を防爆、Ex d と呼んでいます。同様に、本質安全防爆は Ex i と指定されます。両方の名前を知っておくと、ATEX 証明書と IECEx 証明書を現地の承認と比較するときに役立ちます。

本質安全機器の仕組み

本質安全防爆は、電源における電気エネルギーを制限します。 Ex i 回路では、電圧、電流、および蓄積エネルギーが、存在する特定のガスまたは蒸気を点火するのに必要なレベル以下に維持されます。安全領域に取り付けられた安全バリアは、電流制限抵抗と電圧クランプ部品によって回路を制限します。短絡、断線、または偶発的な地絡があっても、危険領域に到達するエネルギーは発火閾値を下回ったままです。

典型的な本質安全装置は、温度トランスミッタ、圧力トランスミッタ、レベルスイッチ、ソレノイドバルブ、通信装置などの低電力機器です。これらの利点は、技術的なものだけでなく実用的なものでもあります。

• これらは、爆発性雰囲気が継続的または長期間存在するゾーン 0 で承認できます。
• 重い耐火性ハウジングが必要ないため、エンクロージャはコンパクトかつ軽量です。
• バリアが損傷していなければ、訓練を受けた担当者は回路の電源を切ることなくデバイスを開けて保守することができます。
• バリアの安全領域側は通常の配線方法で済むため、設置コストを削減できます。

制限要因は電力です。本質安全回路は通常、わずか数百ミリワットしか供給しません。これは信号には十分ですが、ヒーター、モータースターター、照明器具には十分ではありません。

防爆機器の仕組み

耐圧防爆または Ex d とも呼ばれる防爆機器は、逆のアプローチをとります。エネルギーを制限する代わりに、内部爆発に耐えるのに十分な強度のエンクロージャを使用します。可燃性ガスがハウジング内に進入して点火した場合、エンクロージャ内で圧力が保たれて炎が消えるため、爆発が外部雰囲気に伝播することはありません。

封じ込めは、精密に設計された火炎経路に依存します。機械加工された接合部と狭い隙間により、逃げるガスはエンクロージャから出る前に周囲の大気の発火温度以下に冷却されます。ハウジングは、爆発のピーク圧力下でも変形に耐えなければなりません。このアプローチは、機器に蓄積されたエネルギーに関係なく機能するため、高出力デバイスに適しています。これらのエンクロージャがどのように設計および保守されているかを詳しく見るには、防爆電気ヒーターの構造、設置、および操作に関する記事が参考になります。

工業用暖房における一般的な防爆製品には次のものがあります。

• 貯蔵タンク用フランジ浸漬ヒーターおよびスクリュープラグヒーター
• エアダクトヒーターおよびプロセスヒーター
• 制御盤とモータースターター
• 接続箱、照明器具、ヒートトレース制御パネル

トレードオフは、重量、コスト、アクセスです。防爆ハウジングは重量があり、厳しい公差で作られているため、製造コストと輸送コストが高くなります。通常、エンクロージャを開ける前に、システムの電源を切り、エリアのガスをチェックする必要があります。ただし、機密区域内で実際の電力を必要とする機器の場合、多くの場合、防爆構造が唯一の認定オプションとなります。

本質安全防爆と防爆の概要

2 つの方法を比較する最も簡単な方法は、保護原理、電力容量、エンクロージャを確認することです。この表は、仕様を検討する購入者にとって最も重要な点をまとめたものです。

本質安全防爆構造と防爆構造の選択

まずはデバイスの電力要件から始めます。デバイスの消費電力がミリアンペアのみで、その機能が信号レベルである場合、通常は本質安全防爆が経済的で実用的な選択となります。デバイスが熱や機械的電力を供給する必要がある場合、電源回路には防爆構造、または安全性の向上 (Ex e) や加圧 (Ex p) などの別の高出力手段が必要になります。

2 つの方法は通常、同じインストール内に共存します。たとえば、危険区域のプロセススキッドでは、信号用に本質安全温度トランスミッターを使用し、加熱負荷用に防爆浸漬ヒーターを使用する場合があります。各デバイスには独自のマーキングが付いているため、購入者はすべてのマーキングがその場所の実際のゾーン、ガスグループ、および温度クラスと一致していることを確認する必要があります。 ATEX、IECEx、または UL や CSA などの国家承認を探してください。マーキングには、保護タイプ、ガスグループ (IIA、IIB、または IIC)、および温度クラス (T1 ～ T6) が記載されている必要があります。注文する前に、多くの購入者はメーカーの認定と栄誉を調べて、その承認が提供されている正確なモデルに適用されることを確認します。

防爆加熱装置の実用化

暖房用途の場合、ヒーター自体が本質的に安全かどうかが実際的な問題になることはほとんどありません。ヒーターは継続的に熱出力を供給する必要があるため、ヒーターの保護方法は防爆になっています。本当の問題は、ヒーターがゾーンで認定されているかどうか、その端子ハウジングが耐燃性であるかどうか、および制御側が同じ保護基準に適合しているかどうかです。

認定防爆フランジ浸漬ヒータは、標準フランジ ヒータと同様にタンク ノズルを通して取り付けられますが、その耐圧防爆端子ボックスと認定エレメントにより、危険場所での使用が認められます。中小規模のタンクの場合、6 kW ATEX 認定モデルがよく指定されます。

380V 6kW ATEX 認定防爆フランジ浸漬ヒーター この認定フランジ浸漬ヒーターは、危険区域にある小型から中型のタンクに適しており、耐圧性端子箱とゾーン 1 および 2 の場所向けの ATEX/IECEx 承認を備えています。 製品を見る→

制御機器はヒーターと同じくらい重要です。機密領域に配置されたスイッチング、保護、および温度制御コンポーネントには、独自の保護が必要です。同じ封じ込め原理に基づいて構築された耐圧防爆制御キャビネットは、これらのコンポーネントを収容し、加熱ループの適合性を維持するための従来のソリューションです。

危険エリア加熱システム用耐圧防爆制御キャビネット この耐圧エンクロージャは、加熱ループ用のスイッチング、保護、温度制御コンポーネントを安全に収容し、内部爆発を防ぎ、さまざまな業界の機密分野に適しています。 製品を見る→

危険場所でのヒートトレース制御

高出力加熱の代わりに温度維持が必要なパイプラインや容器の場合、電気ヒートトレースが一般的なソリューションですが、保護の問題も生じます。ヒート トレース ケーブル自体には一定ワット数または自己制限技術が使用されている場合がありますが、ケーブルに電力を供給するコントロール パネルはその地域に適している必要があります。危険な場所向けに設計された加熱トレース制御キャビネットは、耐圧エンクロージャ内に配電、保護、および温度制御を組み合わせているため、トレース ループ全体が残りの設備と同じ基準を満たします。

危険場所用のヒートトレース制御キャビネット この制御キャビネットは、電気熱トレース用の温度制御、検出、電源管理を統合し、最大 72 回路をサポートし、一般環境または危険環境に適しています。 製品を見る→

結論: 本質安全防爆と本質安全防爆は、同じ安全装置の互換性のある説明ではありません。本質安全防爆はエネルギーを制限することで発火を防止しますが、機器には効果がありますが、電力機器には効果がありません。防爆構造には、認定されたエンクロージャ内に点火装置が含まれているため、高出力ヒーター、制御キャビネット、トレース パネルを危険区域で使用できます。保護方法をデバイスの機能に合わせ、ゾーン分類と照らし合わせてマーキングを確認し、品質システムと危険区域の承認の両方を文書化しているメーカーから購入してください。