Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Technika měření vlhkosti plynů – měření v prostředí s nebezpečím výbuchu

Technika měření vlhkosti plynů – měření v prostředí s nebezpečím výbuchu

Jednou z oblastí použití techniky pro měření vlhkosti plynů je měření v prostorách s nebezpečím výbuchu. Pod pojmem prostor se zde myslí nejen provozní (technologické) prostory, ale i tlaková potrubí a zásobníky s měřeným plynem.

Při měření vlhkosti plynů je nutné přivést měřený plyn obsahující určitou koncentraci vodní páry do bezprostřední blízkosti sorpčního vlhkoměrného senzoru. Z tohoto principiálního důvodu nelze tedy pro zabezpečení měřicího systému v podmínkách prostředí s nebezpečím výbuchu použít techniky oddělující výbušnou směs plynů od elektrických obvodů, jako jsou přetlakový uzávěr, pevný závěr nebo olejový uzávěr.

Obr. 1.

Obr. 1. Jednotka Zenerových bariér JZB 760 pro jiskrově bezpečné oddělení aktivní měřicí sondy vlhkosti a teploty plynu od převodníku

Pro zajištění bezpečné funkce měřicího prvku v prostředí s nebezpečím výbuchu se jako vhodné řešení jeví použití techniky jiskrové bezpečnosti (Intrinsic Safety – IS).

Jiskrová bezpečnost při řízení a monitorování vlhkosti technologických procesů

Jiskrová bezpečnost je jednou z mnoha technik určených pro vyloučení exploze v prostředí s nebezpečím výbuchu. Jejím principem je omezení elektrické energie v elektrických obvodech zařízení a přístrojů na úroveň, která je tak malá, že nemůže vznítit nejsnáze zapálitelnou směs plynu se vzduchem, jež se v dané oblasti může vyskytnout. Zde je uvažován mechanismus vznícení plynné směsi elektrickou jiskrou – výbojem, a nikoli od horkého povrchu elektrického zařízení. Pod pojem „plyn“ je možné zahrnout také výbušné směsi vzduchu a pevných látek, jako jsou uhelný prach, textilní vlákna, mouka, škrob, cukr a jiný polétavý materiál.

Měřicí obvody a zařízení musí být navrženy tak, aby byla bezpečnost zajištěna jak za normálního provozu, tak i při všech pravděpodobných poruchových stavech.

Jiskrová bezpečnost je tedy v principu technika nízkého příkonu, který je v praxi omezen na hodnotu zhruba 1 W pro plyny třídy IIC (vodík, acetylen). Je proto vhodná pro průmyslové provozní přístroje, jako jsou řídicí obvody a snímače fyzikálních veličin.

Obr. 2.

Obr. 2. Pohled na měřicí sestavu jednotky Zenerových bariér a hygrometru pro řízení parního zvlhčovače stříkacího boxu lakovny

Technické a ekonomické přednosti metody IS jsou:

  • Před kalibrací nebo jiným seřizováním přímo v provozu není nutné zajišťovat nepřítomnost výbušných plynů v okolí měřicího zařízení, rozpojovat obvod nebo jinak zajišťovat bezpečnost. Rovněž není nutné použití utěsněných kabelových průchodek.

  • Při návrhu měřicího systému lze volit lehké kryty a lze použít běžné vodiče a kabely. Termočlánky, odporové snímače teploty a další prvky měřicího obvodu, které nejsou schopny akumulovat elektrickou energii, mohou být rovněž běžného typu a pouze s ochranou proti možným vlivům prostředí.

  • Měřicí systém zůstává bezpečný, přestože selže jeho utěsnění nebo dojde k přerušení kabelu.

  • Obsluha nebo údržba měřicího zařízení nemůže být poraněna napětím používaným v jiskrově bezpečných obvodech.

  • V praxi jde o jedinou podobu nevýbušné techniky, kterou lze použít v zóně 0 (SNV 3).

Elektronické měřicí zařízení, jako je aktivní měřicí sonda vlhkosti a teploty, převodník signálu nebo hygrometr, může snadno akumulovat ve svých vnitřních prvcích, charakterizovaných vlastní i vzájemnou indukčností a kapacitou, nebezpečné množství elektrické energie. Takové zařízení, jehož jiskrová bezpečnost není zajištěna, nelze použít v prostředí s nebezpečím výbuchu, a je nutné je doplnit vhodnou ochranou.

Obr. 3.

Obr. 3. Čtyřvstupový analyzátor System 4215 pro měření vlhkosti a teploty výbušných plynů s tlakovými měřicími sondami vlhkosti a teploty HTP-7512

Vhodnými technikami použitými k zajištění jiskrové bezpečnosti jsou:

  • přidání omezovacích rezistorů včetně pojistek k potlačení vybíjecích proudů kondenzátorů,

  • potlačení vypínacího přepětí kumulovaného indukčností Zenerovými diodami.

Tyto techniky vedly ke konstrukci Zenerových bariér (obr. 1), které jsou nejjednodušším a nejméně nákladným typem jiskrově bezpečného rozhraní určeného k ochraně elektrických obvodů umístěných v prostředí s nebezpečím výbuchu.

Jiskrově bezpečné bariéry se tedy používají jako rozhraní mezi elektrickými obvody v prostředí s nebezpečím výbuchu (čidla, sondy, snímače apod.) a elektrickými obvody (převodníky, hygrometry apod.) v bezpečném prostředí, které však samy o sobě nezajišťují jiskrovou bezpečnost.

Obr. 4.

Obr. 4. Pohled na elektroniku analyzátoru vlhkosti System 4215 se Zenerovými bariérami MTL, chránícími vstupy aktivních měřicích sond vlhkosti a teploty plynů

Nutnou podmínkou pro správnou činnost jiskrově bezpečné bariéry je její umístění v prostředí bez nebezpečí výbuchu a její uzemnění podle požadavku na hodnotu odporu zemní smyčky.

Příklady z praxe

Jako příklad z praxe lze uvést měření relativní vlhkosti v prostoru stříkacího boxu lakovny. Důvodem, proč je zde vlhkost měřena, je potřeba zajistit optimální vlhkost prostředí pro nanášení barev. Měřicí systém (měřicí sonda a hygrometr) je součástí záporné zpětné vazby regulátoru parního zvlhčovače. Zde je dosaženo jiskrové bezpečnosti vřazením jednotky Zenerových bariér (obr. 2) mezi aktivní měřicí sondu umístěnou v prostředí s nebezpečím výbuchu a provozní hygrometr.

Druhým příkladem z praxe je monitorování účinnosti sušicího procesu stlačeného acetylenu. Acetylen se suší ve třech sušicích zařízeních, čtvrté je určeno pro sušení stlačeného vzduchu. Protože acetylen je výbušný plyn, i v tomto případě byl použit princip jiskrové bezpečnosti. Ve vstupech pro sondy vlhkosti a teploty acetylenu použitého měřicího systému – analyzátoru vlhkosti (obr. 3 a obr. 4), jsou zapojeny Zenerovy bariéry, zajišťující ochranu pro plyny skupiny IIC.

Literatura:
[1] KLASNA, M..: Měření stopové vlhkosti plynů – 1. část. Automa, 2006, č. 3, s. 34.
[2] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů – 2. část. Automa, 2006, č. 4, s. 20.
[3] DOLÁK, J.: Zásady jiskrové bezpečnosti pro řízení technologických procesů – český překlad TP1106. MTL, Luton, rok neuveden.

Ing. Miloš Klasna, CSc.,
Sensorika, s. r. o., Praha

Sensorika, s. r. o.
V Zátiší 74/4
147 00 Praha 4 – Hodkovičky
tel./fax: 241 727 122
e-mail: sensorika@volny.cz
http://www.sensorika.cz