Riscaldamento e trasferimento in ambienti pericolosi
Ogni componente in grado di agire come sorgente di accensione deve essere progettato, valutato e certificato per la specifica classificazione di zona in cui opera.
La maggior parte dei guasti nelle installazioni in aree pericolose non sono guasti delle apparecchiature — sono guasti del sistema, che derivano da una specifica errata, lacune nella catena di certificazione o errori di integrazione che vengono scoperti solo dopo la messa in servizio.
La classificazione ATEX non è una semplice designazione sì/no applicata a un sito. È un framework tridimensionale — zona, classe di temperatura e gruppo di gas — e tutti e tre i parametri devono essere soddisfatti simultaneamente da ogni apparecchiatura elettrica installata nell'area classificata. Un sistema di riscaldamento che soddisfa il requisito di zona ma è classificato per una temperatura superficiale più alta rispetto alla temperatura di autoaccensione della sostanza presente non è conforme. Un sistema che soddisfa sia la zona che la classe di temperatura ma è classificato per un gruppo di gas inferiore a quello richiesto dall'atmosfera non è conforme nemmeno.
Zona, classe di temperatura e gruppo di gas sono indipendenti. Non si compensano a vicenda. Un'apparecchiatura che soddisfa due dei tre non è conforme. Verificare solo la zona — il parametro più visibile su un disegno del sito — non è sufficiente.
La selezione delle apparecchiature richiede di lavorare attraverso tutte e tre le dimensioni rispetto alle sostanze e alle condizioni effettivamente presenti.
Specificamente per i sistemi di riscaldamento e trasferimento, la classificazione impone anche vincoli diretti all'architettura del sistema: limiti di temperatura superficiale dell'elemento, requisiti di ridondanza del controllo e una catena di certificazione che si estende a ogni componente elettrico nella zona, non solo al riscaldatore stesso.
Classificazione di zona per aree pericolose
La classificazione di zona definisce la frequenza con cui è presente un'atmosfera infiammabile e determina quali categorie di apparecchiature sono ammissibili. Gli ambienti con gas e vapori e gli ambienti con polveri combustibili utilizzano sistemi di zone paralleli ma separati.
Zone gas e vapori
- Zona 0 — Un'atmosfera di gas o vapori infiammabili è presente in modo continuo o per lunghi periodi durante il normale funzionamento. Richiesta apparecchiatura di Categoria 1G. In pratica, la Zona 0 è limitata all'interno di serbatoi, recipienti e tubazioni chiuse. L'apparecchiatura di riscaldamento esterna non viene quasi mai installata in Zona 0.
- Zona 1 — È probabile che si verifichi un'atmosfera infiammabile durante il normale funzionamento. Richiesta apparecchiatura di Categoria 2G. Questa è la zona più impegnativa per le installazioni di riscaldamento esterno e comprende le aree immediatamente circostanti le apparecchiature di processo: intorno alle pompe, nelle stazioni di movimentazione fusti e IBC, vicino ai punti di riempimento e ai collettori di valvole su sistemi con liquidi infiammabili.
- Zona 2 — Non è probabile che si verifichi un'atmosfera infiammabile durante il normale funzionamento e, se si verifica, persisterà solo per un breve periodo. Richiesta apparecchiatura di Categoria 3G. L'apparecchiatura di Categoria 2G è accettabile anche in Zona 2. Le apparecchiature commerciali standard senza certificazione ATEX non sono accettabili in nessuna zona classificata, inclusa la Zona 2.
Zone polveri combustibili
- Zona 20 — Una nube di polvere infiammabile è presente in modo continuo o per lunghi periodi durante il normale funzionamento. Richiesta apparecchiatura di Categoria 1D. Come la Zona 0, questa è quasi esclusivamente una classificazione interna — all'interno di filtri, silos e sistemi di trasporto.
- Zona 21 — È probabile che si verifichi una nube di polvere infiammabile durante il normale funzionamento. Richiesta apparecchiatura di Categoria 2D. Rilevante per le installazioni di riscaldamento nella lavorazione del legno, nella gestione dei cereali, nella produzione di polveri farmaceutiche, nella gestione del carbone e in ambienti simili che generano polvere.
- Zona 22 — Non è probabile che si verifichi una nube di polvere infiammabile durante il normale funzionamento. Richiesta apparecchiatura di Categoria 3D. I sistemi di riscaldamento nelle vicinanze di processi che generano polvere senza esposizione diretta a nubi di polvere rientrano tipicamente qui. Come per la Zona 2 per il gas, l'apparecchiatura standard non classificata non è accettabile.
Dove sia i pericoli di gas che di polvere possono essere presenti simultaneamente — ad esempio in un processo di produzione a base di solventi che genera anche polvere combustibile — le apparecchiature devono essere classificate per entrambe le atmosfere. La marcatura combinata II 2GD indica l'idoneità per ambienti di gas di Categoria 2 e di polvere di Categoria 2.
Classe di temperatura e gruppo di gas
La classificazione di zona determina la categoria di apparecchiatura richiesta. La classe di temperatura e il gruppo di gas devono quindi essere adattati alle sostanze specifiche che potrebbero essere presenti.
La classe di temperatura definisce la massima temperatura superficiale consentita di qualsiasi apparecchiatura nella zona. Le sei classi vanno da T1 (450°C massimo) fino a T6 (85°C massimo). La classe deve essere selezionata in modo che la temperatura superficiale dell'apparecchiatura — in tutte le condizioni operative, incluse le condizioni di guasto come un regolatore bloccato in stato di richiesta di calore — rimanga al di sotto della temperatura di autoaccensione della sostanza più pericolosa presente. Punti di riferimento comuni: il metano e la maggior parte degli idrocarburi leggeri hanno temperature di autoaccensione superiori a 450°C, rendendo T1 sufficiente; il gasolio e la nafta richiedono T3 (200°C massimo); molti solventi tra cui l'etere dietilico (TAI 160°C) e l'acetaldeide (TAI 175°C) richiedono T4 (135°C massimo) o classi più restrittive.
Per i sistemi di riscaldamento, questo vincolo non è astratto. Uno scaldafusti che mantiene il bitume a 160°C ha una superficie dell'elemento riscaldante che può essere considerevolmente più calda di 160°C — la differenza dipende dalla densità di potenza dell'elemento per unità di area. Un elemento progettato per la conformità T3 a quel punto operativo deve essere dimensionato in modo che la sua temperatura superficiale non superi i 200°C anche alla piena potenza nominale senza controllo attivo della temperatura. Questo governa direttamente la geometria dell'elemento e le dimensioni fisiche.
Il gruppo di gas classifica le sostanze infiammabili in base alla loro energia minima di accensione e al massimo gap sperimentale sicuro (MESG) — i parametri che regolano i requisiti costruttivi per le apparecchiature antideflagranti (Ex d) e altri concetti di protezione. Il gruppo IIA (gas rappresentativo: propano) è il meno esigente; IIB (etilene) è intermedio; IIC (idrogeno, acetilene) è il più esigente e richiede la costruzione di apparecchiature più restrittiva. Le apparecchiature certificate per IIC sono idonee in atmosfere IIA e IIB. Le apparecchiature solo-IIA non possono essere utilizzate dove possono verificarsi atmosfere IIB o IIC. La maggior parte delle applicazioni di riscaldamento chimico e petrolifero rientrano in IIA o IIB; gli ambienti con idrogeno, incontrati in alcune applicazioni di raffineria ed elettrochimica, richiedono IIC.
Vincoli di progettazione per i sistemi di riscaldamento nelle zone classificate
L'implicazione ingegneristica più diretta della classe T per i sistemi di riscaldamento è il vincolo di densità di potenza sugli elementi riscaldanti. Temperature superficiali massime inferiori richiedono watt inferiori per unità di area della superficie dell'elemento. Per la stessa potenza di riscaldamento totale, un elemento classificato T4 deve avere più superficie di un elemento classificato T2 — il che significa dimensioni fisiche maggiori e, in alcuni casi, una configurazione dell'elemento completamente diversa. Questo riguarda allo stesso modo gli scaldafusti ATEX, i riscaldanti IBC ATEX, i riscaldatori a immersione e i cavi di tracciatura termica.
L'architettura di controllo nelle installazioni di riscaldamento ATEX richiede una protezione indipendente dalla sovratemperatura. L'approccio accettato utilizza due dispositivi limitatori di temperatura in serie. Il dispositivo primario — un regolatore PID certificato ATEX — mantiene il setpoint operativo. Il dispositivo secondario è un interruttore di sicurezza indipendente impostato al di sopra della temperatura operativa ma al di sotto del limite superficiale della classe T. Questo interruttore di sicurezza deve essere di tipo a riarmo manuale: una volta scattato, il riscaldamento non può riprendere senza un intervento umano deliberato. La logica è che un'eccedenza di temperatura deve essere investigata prima che il sistema ritorni in servizio — non autocorretta e registrata invisibilmente.
La condizione di fail-safe è importante al di là dei dispositivi di controllo stessi. Se il regolatore primario guasta nello stato di richiesta di calore, fornendo energia continua all'elemento, il progetto dell'elemento deve garantire che la temperatura superficiale alla piena potenza sostenuta non possa raggiungere il limite della classe T. Questo è un requisito di progettazione verificato, non un'assunzione operativa.
Componenti del sistema che devono portare la certificazione ATEX quando si trovano all'interno della zona classificata:
- Elementi riscaldanti e gruppi riscaldatori (fusti, IBC, immersione, tracciatura)
- Regolatori di temperatura e dispositivi di interruzione di sicurezza
- Pompe, motori e azionamenti
- Cassette di giunzione, cassette morsettiere e custodie
- Sensori di temperatura e trasmettitori
- Pressacavi, raccordi per conduit e tutte le entrate ai confini di zona
Per il trasferimento di liquidi in zone classificate, le pompe pneumatiche a membrana (AODD) raggiungono la conformità alla Zona 2 per costruzione, senza dover certificare un azionamento elettrico ai requisiti di zona. Il meccanismo pneumatico non introduce componenti elettrici nel percorso del fluido — nessun motore, nessun avvolgimento, nessuna sorgente di innesco nella zona di contatto con il prodotto. La serie Jessberger JP-810 è fornita di serie con certificazione ATEX per atmosfere gassose (Zona 2, Categoria 3G) e atmosfere polverose (Zona 22, Categoria 3D). Le installazioni in Zona 1 richiedono la variante Conductive: un corpo pompa elettricamente conduttivo fornisce un percorso di dissipazione definito per le cariche elettrostatiche che possono accumularsi quando un liquido infiammabile scorre ad alta velocità attraverso un corpo pompa non conduttivo.
Il sistema installato: certificazione e responsabilità
I certificati dei singoli componenti non costituiscono un'installazione conforme. Un sistema è valido solo quanto il suo anello più debole — e l'anello più debole di solito non è il riscaldatore.
Il disegno di classificazione di zona deve esistere prima che le apparecchiature vengano specificate. Questo documento definisce i confini di zona, le sostanze presenti e le categorie di apparecchiature richieste per ciascuna area del sito. La selezione delle apparecchiature deriva dal disegno, non viceversa.
Per le apparecchiature di Categoria 1 e Categoria 2 (Zona 0/1 e Zona 20/21), la certificazione deve essere rilasciata da un organismo notificato — tipicamente un Certificato di Esame CE del Tipo. L'autodichiarazione del fabbricante non è sufficiente. Per le apparecchiature di Categoria 3 (Zona 2/22), una Dichiarazione di Conformità rispetto alle norme armonizzate pertinenti è accettabile, ma l'apparecchiatura deve comunque conformarsi a tali norme e portare la marcatura ATEX.
L'installatore è responsabile della conformità dell'installazione completa al disegno di zona e alla IEC 60079-14 (la norma di installazione per atmosfere esplosive). Modi di guasto comuni in pratica: elementi riscaldanti con classificazione ATEX installati con quadri di controllo non classificati situati all'interno del confine di zona; apparecchiature di Categoria 3 installate in un'area di Zona 1 perché il disegno di zona non è stato consultato nella fase di specifica; pressacavi agli ingressi dei confini di zona non certificati per il concetto di protezione della custodia a cui sono fissati.
Risorse correlate
Sistemi di riscaldamento ATEX — progettati e prodotti internamente
HeatXperts progetta e produce elementi riscaldanti certificati ATEX e sistemi di riscaldamento integrati per Zona 1 e Zona 2. La progettazione del sistema parte dalla classificazione di zona, dai dati sulle sostanze e dai requisiti di classe T — lavorando attraverso la geometria dell'elemento, la verifica della densità di potenza, l'architettura di controllo e la documentazione di certificazione completa.
Ogni sistema ATEX viene consegnato con la documentazione di certificazione richiesta dall'installazione: certificati dei componenti, dichiarazioni di conformità e documentazione del sistema adattata al disegno di zona del sito di installazione.
Discutete la vostra applicazione in area pericolosa con un ingegnere