موتور ضد انفجار (Explosion Proof Electric-Motor) در صنعت با نام هایی مانند الکتروموتور ضد جرقه، الکتروموتور EX، الکتروموتور محیط های خطرناک (Hazardous Are) و غیره نیز شناخته می شود.
الکتروموتور ضد انفجار یا همان الکتروموتور EX نوعی موتور الکتریکی می باشد که علاوه بر درجه حفاظت بالا در برابر ورود اجسام و ذرات جامد خارجی و همچنین در مقابل ورود قطرات آب به داخل آن (که به درجه حفاظت IP معروف است)، دارای ویژگی مهم دیگری نیز میباشد و آن اینکه در صورت ایجاد جرقه یا شعله به هر دلیلی درون آن، و در نتیجه بروز انفجار در داخل آنها به دلیل وجود گاز، قادر باشند فشار حاصل از این انفجار را تحمل کرده و از سرایت شعله به محیط اطراف جلوگیری نمایند و سبب بروز آتش سوزی و یا انفجار در محیط نشوند. الکتروموتور ضد انفجار معمولا در تاسیساتی بکار میرود که با گاز ها و یا غبار های قابل اشتعال سر و کار دارند. گاز های قابل اشتعال معمولا از خانواده هیدروکربن ها هستند و غبار قابل اشتعال معمولا غبار زغال سنگ است.
از آنجایی که این مقاله بطور اخص جهت معرفی الکتروموتور ضد انفجار یا همان الکتروموتور ضد جرقه نوشته شده است، در نتیجه نامی از تجهیزات دیگر ضد انفجار برده نمیشود، اگرچه این مطالب را به دیگر تجهیزات ضد انفجار نیز میتوان تعمیم داد.
برای انتخاب صحیح یک الکتروموتور ضد انفجار از نظر محافظت در مقابل آتش سوزی و انفجار، به دو مطلب اصلی باید توجه داشت. اولا شناسایی دقیق محیط اطراف و برآورد میزان احتمال خطر در آن که بستگی دارد به وجود مواد قابل اشتعال، درصد احتمال آزاد شدن آن در محیط و نوع و مقدار موجود آن مواد در محیط و ثانیا انتخاب نوعی از الکتروموتور ضد انفجار که طراحی و ویژگی آن جهت نصب در محیط شناخته شده فوق کاملا مناسب باشد.
در اینجا ابتدا به شناسایی و طبقه بندی محیط های مختلف و مقدار و مدت زمان وجود مواد قابل اشتعال در محیط میپردازیم.
از نقطه نظر احتمال آتش سوزی و انفجار، در طبقه بندی محیط های مختلف در صنعت، دو استاندارد در سطح جهان مطرح هستند. استاندارد ملی برق آمریکا NEC و استاندارد بین المللی IEC. استاندارد NEC در آمریکا، کانادا و تعداد معدودی از کشورها کاربرد دارد در حالیکه استاندارد IEC در اروپا و اکثر کشورهای جهان مورد استفاده قرار می گیرد.
الکتروموتور ضد انفجار EEXو ضد جرقه
شعله:
سوختن مخلوط گاز یا بخار و هوا به همراه پخش نور را شعله گوییم. برای یک شعله سه ناحیه متفاوت وجود دارد.
اجزا الکتروموتور ضد انفجار :
۱-ناحیه گاز:
ماده قابل احتراق مایع یا فسیلی که بخار می‌شود.
۲-ناحیه برافروختگی:
گازهای قابل اشتعال و بخارها تحت تأثیر دمای احتراق به کربن و هیدروژن تجزیه می‌شوند. تابش نور ناشی از این ناحیه بی ارزش است اما با برافروختگی کربن شکافته شده، ماده قابل احتراق فسیلی به شکل نسبتا یکنواختی توزیع می‌شود.
۳-ناحیه احتراق:
در ناحیه مرزهای بیرونی با مخلوط شدن با اکسیژن هوا رخ می‌دهد و یک واکنش شمیایی گرمازا به دمای احتراق می‌رسد. این دما همچنین روی ناحیه برافروختگی اثر می‌گذارد و باعث می‌شود تا مواد قابل اشتعال تجزیه شود. ناحیه احتراق، داغ‌ترین قسمت شعله و محدوده فضائی کوچکی است که به‌صورت یک پوشش خیلی نازک، اطراف شعله شکل می‌گیرد. احتراق ممکن است در سرعت‌های مختلفی رخ دهد. در احتراق حالت یکنواختی، مانند یک سرعت احتراق کم است. سرعت احتراق وقتی زیاد می‌شود که نسبت مقداری بین ماده قابل اشتعال و اکسیژن در محدوده اشتعال قرار گیرد. سرعت احتراق همچنین به خوب مخلوط شدن، توزیع خوب ماده قابل اشتعال یا آزاد شدن مخلوط اضافات غیر قابل اشتعال بستگی دارد. بسته به سرعت احتراق، یک تمایز بین تعاریف زیر ایجاد می‌شود.
ویژگی های الکتروموتور ضد انفجار :
Deflagration:
سرعت احتراق که در حدود cm/s است افزایش فشاری را به کندی و صدای کم ایجاد می‌کند. مخلوط در دمای تقریبا نزدیک به نقطه انفجارمعمولا به شکل یک Deflagration می‌سوزد.
Explosion:
سرعت احتراق در حدودm/s است تمام فرایند احتراق به‌صورت ناپایدار رخ می‌دهد و افزایش فشار قابل ملاحظه‌ای در حدود ۳ تا ۱۰ بار ایجاد می‌شود. افزایش صدا مانند صدای گوشخراش ناشی از انبساط گازها در اثر دمای زیاد قابل ملاحظه است.
Detonation:
سرعت احتراق در حدود Km/s است. مخلوط قابل اشتعال لحظه‌ای تجزیه می‌شود و افزایش فشار می‌تواند بیشتر از ۲۰ بار باشد. صدای خیلی تند و شدیدی ایجاد می‌شد. این احتراق گاهی بصورت واکنش مواد قابل اشتعال در یک توزیع ملایم اکسیژن است که قبلا در هوای محیط مخلوط شده و گاهی ممکن است واکنش موادی باشد که شامل اکسیژن مورد نیاز احتراق به شکل یک ترکیب شیمیایی باشد.
حفاظت انفجاری اولیه:
می‌تواند با پرهیز ازتشکیل فضای قابل انفجار از وقوع انفجار پیشگیری کرد. همچنین با رعایت احتیاط‌های ویژه از ایجاد جرقه در فضای قابل انفجار پیشگیری کرد. از آنجا که پیشگیری از ایجاد شرایط خطر، بهتر از محافظت درمقابل خطر است، محدودیتی که فضای قابل انفجار به عنوان احتیاط های پیشگیری تقدم دارد، ما آن را بعنوان حفاظت انفجاری اولیه می‌شناسیم.
پرهیز از مایعات قابل اشتعال:
در اولین گام باید مواد قابل اشتعال را به‌وسیله ماده دیگری که قادر به تشکیل یک فضای قابل انفجار نیستند، جایگزین کرد به‌طوری که میتوان حلال‌های بر مبنای آب یا هیدروکربن‌های هالوژنه غیر قابل اشتعال به‌جای حلال‌های قابل اشتعال استفاده کرد. از روغن‌های هالوکربن میتوان به‌جای مایعات منتقل کننده فشار قابل اشتعال و از پرکننده‌های غیر قابل اشتعال به‌جای پرکننده‌های پودری قابل اشتعال استفاده کرد. این موارد ملاحظاتی هستند که فقط در یک دامنه محدود قابل بکارگیری هستند.
بالا بردن نقطه اشتعال:
در موارد زیادی از کار با مایع تقابل اشتعال نقطه اشتعال، به اندازه کافی زیر دمای محیط و دمای کار قرار دارد. مطابق کدهای عملی حفاظت ضد انفجاری، اختلاف دمای درجه کلوین (KELVIN) برای ایمنی کافی به نظر می‌رسد.
مرکز محدودیت ها:
با محدود کردن مقدار مواد قابل اشتعال و تغلیظ آن میتوان از تشکیل مقادیر خطرزای فضای قابل انفجار اطراف یک دستگاه پیشگیری کرد یا آن را محدود ساخت. وقتی این میزان بکار رود، تمرکز مواد قابل اشتعال باید زیر بیشترین حد انفجار یا بالای بالاترین حد انفجار نگه داشته شود. درخیلی جاها که با بخار اشباع کار می‌کنند، تغلیظ را میتوان به‌وسیله انتخاب مناسب شرایط کار در تمام دستگاه‌ها کنترل کرد. در عمل محدود کردن تغلیظ ترجیحا در دامنه بین صفر و پایین‌تر از حد انفجار به‌کار میرود.
غیر فعال کردن (بی اثر سازی):
با ترکیب حجمی کمتر از ۱۰% اکسیژن فضا دیگر مستعد انفجار نیست، همچنین وقتی نسبت حجمی گازهای بی‌اثر به گازهای قابل اشتعال حداقل ۲۵ باشد، یک فضای قابل انفجار دیگر نمی‌تواند دچار انفجار شود.
تهویه:
تشکیل فضای قابل انفجار با تهویه نیز قابل پیشگیری است، به‌طوری که برای اطمینان از عدم تشکیل فضاهای قابل انفجار خطرناک درهیچ نقطه‌ای و هیچ زمانی، میتوان از تهویه استفاده کرد اما تهویه ثابت پایدار در اتاق‌های کار فقط وقتی می‌تواند در حد ایمنی پیشگیری کند که امکان تخمین ماکزیمم مقدار گازها و بخارات متصاعد شده موجود باشد و موقعیت منابع و شرایط انتشار آنها به اندازه کافی مشخص باشد. در مورد غبارها، تهویه فقط وقتی به اندازه کافی توانایی حفاظت را دارد که ته‌نشین شدن بارهای اضافی خطرناک به‌طور قابل اطمینانی پیشگیری شده باشد.
الکتروموتور ضد انفجار بر اساس قابلیت استفاده آن در مناطق خطرناک به دو گروه تقسیم می شود.
- گروه اول موتورهایی هستند که در معادن و همینطور محیط هایی که در آن غبار زغال سنگ وجود دارد مورد استفاده قرار گرفته
- دسته دوم به موتورهایی گفته می شد که در مناطق هیدروکربنی و البته فضاهایی که دارای گازهای اشتعال بوده مورد استفاده قرار می گیرد.
علامت EEX نشان دهد ضد انفجار بودن الکتروموتور است.
حال می خواهیم سری های مختلف الکتروموتور ضد انفجار را با هم بررسی کنیم.
- سری d : که با حرف EEXd نمایش داده می شود.
این موتورها به این شکل طراحی شده اند که اگر جرقه و یا احتراق صورت بگیرد به هیچ عنوان به بیرون از الکتروموتورها منتشر نمی شود و در واقع از احتراق محیط جلوگیری می کند. این سری از موتورها دارای پوشش و همینطور پوسته های ضخیمی هستند و وزنی که برای آن استفاده می شود کمی بیشتر از موارد مشابه است. محدوده کاری استاندارد برای الکتروموتور ضدانفجار سری d در محیط های انفجاری بسیار خطرناک و zone است.
- سری de : که در واقع مدت تکمیل شده قبل است . این گزینه به نسبت قبل از امنیت بالاتری برخوردار است.
- سری p : که محیط داخلی الکتروموتورها با استفاده از هوا و یا یک گاز بی اثر به صورت فشاری قرار گرفته و در این شرایط اتمسفرهای خارجی از آنها جدا می شود و امکان بروز انفجار در فضای بیرونی کمتر شده و به نوعی از آن جلوگیری خواهد شد.
- سری n : این موتورها ضد جرقه هستند و در ساخت و تولید این محصولات تمهیداتی خاصی اعمال شده است. در واقع این سری از الکتروموتور ضد انفجار به این شکل کار می کنند که در حین کار در شرایط عادی و یا غیر عدی هیچ نوع جرقه ای را ایجاد نمی کنند. میزان درجه انفجاری الکتروموتور ضدانفجار مدل n به نسبت مدل d پایین تر است.
- سری e : بسیار مشابه با گزینه قبل است اما تمهیدات به کار رفته در آن سختگیرانه تر بوده و برای تکمیل گزینه قبل طراحی شده است که روند کاری را بهبود بخشد.
استاندارد NEC (National Electrical Code)
استاندارد NEC ، استاندارد ملی آمریکا می باشد و براساس ماده قابل اشتعال و میزان خطر تعاریف زیر در این استاندارد وجود دارد.
کلاس بندی مواد خطرناک
کلاس1 (class1): در این کلاس گازهای قابل اشتعال وجود دارد.
کلاس2 (class2): کلاس 2 غبارهای قابل اشتعال وجود دارد.
کلاس3 (class3): فیبرهای قابل اشتعال در این فضا وجود دارد.
دسته بندی فضا براساس میزان خطر
دیویژن1 (Division1): در این گروه، در شرایط عادی، مواد قابل اشتعال در محیط وجود دارد.
دیویژن2 (Division2): دراین دسته، در شرایط عادی مواد آتش زا در محیط وجود ندارد اما در شرایط غیر عادی این مواد در فضا وجود خواهد داشت.
استاندارد IEC
این استاندارد فقط برای محیط هایی استفاده می شود که گاز و بخارهای قابل اشتعال در فضا وجود دارد. به عبارتی این استاندارد فقط کلاس 1 استاندارد NEC را پوشش می دهد.
دسته بندی ناحیه ها براساس میزان خطر
زون0 (Zone0): این ناحیه همانند دیویژن 1 در استاندارد NEC می باشد و در شرایط عادی گاز و بخارهای قابل اشتعال در محیط وجود دارد. اما برای مدت طولانی در محیط وجود ندارد. لازم به ذکر است که در این محیط هیچ گونه لوازم برقی یا حتی الکتروموتور ضد انفجار هم نصب نمی شود
زون1 (Zone1): این ناحیه نیز همانند دیویژن 1 در استاندارد NEC می باشد و در شرایط عادی و کاری گاز و بخارهای قابل اشتعال در محیط وجود دارد. تفاوت زون 1 با زون 0 در مدت زمانی است که گازهای قابل اشتعال در فضا وجود دارد و مدت زمان وجود این گازها در زون 1 از زون 0 کمتر است.
زون2 (Zone2): این ناحیه همانند دیویژن 2 در استاندارد NEC می باشد و در شرایط عادی گازهای قابل اشتعال در محیط وجود ندارد و در شرایط غیر عادی کاری این گازها و بخارات ایجاد می شود و برای طولانی مدت نیز نمی باشد.
به صورت کلی الکتروموتورهای ضدانفجار به لحاظ امنیت به ترتیب عبارتند از:
EEx de>EEx d>EEx p>EEx e>EEx n اگر دستگاه شامل ترکیبی از انواع حفاظت باشد، بجای استفاده از یک حرف بعد از عبارت EEx از چند حرف استفاده می شود که نشان دهنده حفاظت های مختلف الکتروموتور می باشد. جدول ذیل جهت سهولت در استفاده از انواع کاس حفاظتی الکتروموتورهای ضدانفجار در حوزه های کاربرد آورده شده است.
- حوزه صفر: استفاده از هیچ نوع موتور الکتریکی مجاز نمی باشد.
- حوزه یک:استفاده از موتورهای با حفاظت EExd و EExp و EExe مجاز می باشد.
- حوزه دو:استفاده از موتورهای با حفاظت EExd و EExp و EExe و EExnمجاز می باشد.
گروه کاس موتور: الکتروموتورهای ضد انفجار بسته به قابلیت استفاده در مناطق خطرناک به دو گروه تقسیم بندی می شوند:
گروه I: موتورهایی که در معادن و در محیط هایی که غبار ذغال سنگ و دیگر غبارهای قابل اشتعال در آن موجود باشد استفاده می گردند.
گروه II: الکتروموتورهایی که در مناطق هیدروکربنی و فضاهایی که گازهای قابل اشتعال در آن وجود دارد قابل استفاده هستند. این گروه شامل 3 زیر مجموعهمی باشند:
- IIA:این گروه معمولاً شامل گازها و بخارات اتان، پروپان، بوتان، پنتان، هگزان، نوتان، دکان، استیک اسید، استون، متانول، تولولن، اتیل استات و ... می باشند.
- IIB:مهمترین گازهای این گروه معمولاً اتلین، دی متیل اتر، اتیل اتر، دی اتیل اتر، اکسید اتیلن و ... می باشند.
- IIC:از مهمترین بخارها و گازهای موجود در این گروه می توان به هیدروژن، دی سولفید کربن، استیلن و اتیل نیترات اشاره نمود.
و نوع IIC آن دارای بالاترین حفاظ ایمنی است. حداکثر دمای سطح الکتروموتورT6 -T1 : از آنجا که تماس گازها و بخارهایی با قابلیت بالقوه انفجار با یک سطح داغ هم می تواند باعث انفجار آنها گردد، ضرورت دارد که حداکثر دمای سطح داخلی و خارجی موتورهای ضدانفجار نیز تحت کنترل بوده و دقت شود که با حفظ یک فاصله ایمنی از میزان دمای احتراق گازهای موجود در محیط بیشتر نگردد.
استاندارد توصیه می کند که دمای الکتروموتور 20 % کمتر از دمای احتراق مخلوط گازی قابل انفجار در محیط نصب باشد. این درجه بندی را با حرف T نمایش داده و برحسب نوع استاندارد از T6-T1 تقسیم بندی می نمایند. جدول زیر درجه حرارت سطح الکتروموتور بر حسب استانداردهای مختلف و طبقه بندی T6-T1 را نشان می دهد. برای مثال در الکتروموتوری با درجه حرارتی T4 حداکثر درجه حرارت کلیه قسمتهای موتور از 135 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند. لازم به ذکر است که کلاس حرارتی الکتروموتور و حداکثر دمای سطح، دو پارامتر کاما متفاوت بوده و نباید با هم اشتباه گرفته شوند.
به صورت کلی الکتروموتورهای ضدانفجار به لحاظ امنیت به ترتیب عبارتند از :
EEx de>EEx d>EEx p>EEx e>EEx n
اگر دستگاه شامل ترکیبی از انواع حفاظت باشد، بجای استفاده از یک حرف بعد از عبارت EEx از چند حرف استفاده می شود که نشان دهنده حفاظت های مختلف الکتروموتور می باشد. جدول ذیل جهت سهولت در استفاده از انواع کاس حفاظتی الکتروموتورهای ضدانفجار در حوزه های کاربرد آورده شده است.
- نوع حوزه موتورهای قابل استفاده حوزه صفر استفاده از هیچ نوع موتور الکتریکی مجاز نمی باشد.
- حوزه یک استفاده از موتورهای با حفاظت, EExd,EExp,EExe مجاز می باشد.
- حوزه دو استفاده از موتورهای با حفاظت EExd,EExp,EExe, EExn, مجاز می باشد.
حداکثر دمای سطح الکتروموتور (T6 -T1): از آنجا که تماس گازها و بخارهایی با قابلیت بالقوه انفجار با یک سطح داغ هم می تواند باعث انفجار آنها گردد، ضرورت دارد که حداکثر دمای سطح داخلی و خارجی موتورهای ضدانفجار نیز تحت کنترل بوده و دقت شود که با حفظ یک فاصله ایمنی از میزان دمای احتراق گازهای موجود در محیط بیشتر نگردد.
استاندارد توصیه می کند که دمای الکتروموتور 20 % کمتر از دمای احتراق مخلوط گازی قابل انفجار در محیط نصب باشد. این درجه بندی را با حرف T نمایش داده و برحسب نوع استاندارد از T6-T1 تقسیم بندی می نمایند. جدول زیر درجه حرارت سطح الکتروموتور بر حسب استانداردهای مختلف و طبقه بندی T6-T1 را نشان می دهد.
