Классификация взрывоопасных зон для газоперерабатывающих предприятий: определение зон по источнику утечки

Чертежи классификации взрывоопасных зон на газовых заводах обычно содержат ошибки с самого начала. Кто-то проводит классификацию по габаритам оборудования, а не по источнику утечки. В итоге компрессорная станция превращается в единый блок Zone 2, а узел пуска очистных устройств получает стандартный круг. Спросите позже, почему граница проходит именно здесь, и никто не сможет вам ответить. Издержки проявляются двумя способами. Завод с избыточной классификацией несет расходы на оборудование с сертификацией Ex, объем инспекций и ограничения по допускам, которые не повышают безопасность. Завод с недостаточной классификацией размещает источники воспламенения там, где может образоваться взрывоопасная среда, а изменения при техническом обслуживании постепенно сводят на нет заложенные допущения. Метод источника утечки исправляет это. Каждая зона становится привязанной к конкретной точке утечки, ее градации и вентиляции, которая ее рассеивает.

Контекст стандартов и требований

Основным справочным документом для газовых сред является IEC 60079-10-1 (Взрывоопасные среды — Часть 10-1: Классификация зон — Взрывоопасные газовые среды). Издание 3.0 было опубликовано в декабре 2020. Метод прост в изложении: идентифицировать источники утечки, градировать их, оценить вентиляцию, затем назначить тип и протяженность зоны.

Для установок природного газа в Великобритании и других странах IGEM/SR/25 (Классификация взрывоопасных зон установок природного газа, издание 2 с поправками, 2013) применяется наряду с принятым BS EN стандартом IEC 60079-10-1 и содержит более подробные сведения. IGEM и DNV также публикуют калькулятор IGEM/SR/25 (2023) для расчета утечек и протяженности зон для природного газа.

Другие стандарты находятся в цепочке даунстрим после классификации:

• IEC 60079-14 (Взрывоопасные среды — Часть 14: Проектирование, выбор и монтаж электроустановок) использует зону, группу газа и температурный класс для выбора оборудования.
• IEC 60079-17 (Взрывоопасные среды — Часть 17: Проверка и техническое обслуживание электроустановок) определяет режим инспекции для установленного оборудования Ex.

Руководство HSE по техническим мерам COMAH рассматривает классификацию зон и контроль источников воспламенения как единую взаимосвязанную меру. Классификация ценна лишь настолько, насколько эффективен контроль воспламенения, который она обуславливает.

Зоны отслеживают вероятность присутствия взрывоопасной газовой среды:

• Zone 0: присутствует постоянно, в течение длительного времени или часто.
• Zone 1: вероятно возникновение периодически при нормальной эксплуатации.
• Zone 2: маловероятно при нормальной эксплуатации, а если возникает, то только на короткое время.

Метод источников утечки

Шаг 1: Идентификация источников

Изучите схемы P&ID, затем осмотрите установку. Составьте список всех точек, где горючая среда может попасть в атмосферу. Prime Process Safety описывает ту же последовательность: обзор материалов, идентификация источников утечки, оценка вентиляции, затем анализ риска воспламенения. Проверьте:

• Точки сброса вентиляционных линий и факельных коллекторов
• Выхлопные трубы предохранительных клапанов, выходящие в атмосферу
• Вентиляционные отверстия уплотнений компрессоров и сальников
• Затворы камер пуска-приема очистных устройств и дренажные соединения
• Точки отбора проб и вентиляционные линии анализаторов
• Вентиляционные отверстия КИП и пневматики, где рабочей средой является технологический газ
• Фланцы, штоки клапанов, резьбовые соединения и другие потенциальные точки утечки

Запишите тип среды для каждой точки. Ее состав определяет группу газа, температурный класс и то, является ли пар легче или тяжелее воздуха. Плотные пары конденсата или потоков, богатых LPG, скапливаются в приямках, траншеях и обвалованиях. Обедненный природный газ обычно поднимается и рассеивается.

Шаг 2: Определение степени утечки

IEC 60079-10-1 использует три степени:

• Постоянная (Continuous): утечка существует постоянно или в течение длительного времени. Примером является постоянно работающая технологическая вентиляция.
• Первая (Primary): вероятность появления утечки периодически или периодически при нормальной работе. Примеры — регулярно открываемая точка отбора проб или камера пуска-приема при проведении очистки.
• Вторая (Secondary): появление в нормальных условиях не ожидается, а если и происходит, то редко и кратковременно. Примеры — фланцевые прокладки, сальники клапанов и нормально закрытые дренажи.

Присвоение степени — это экспертное суждение о нормальной эксплуатации, поэтому зафиксируйте обоснование в протоколе классификации. Распространенная ошибка — классифицировать постоянно работающую вентиляцию уплотнения как вторую степень, потому что «это всего лишь небольшая утечка». Если поток идет при нормальной работе, это не вторая степень.

Шаг 3: Оценка вентиляции

Согласно стандарту, вентиляция оценивается по двум параметрам: степень разбавления (высокая, средняя или низкая) и ее готовность (хорошая, средняя или плохая). Разбавление зависит от интенсивности утечки, движения воздуха вокруг источника и геометрии пространства. Готовность определяет, насколько надежно эта вентиляция существует на самом деле.

Естественной вентиляции на открытых установках часто достаточно для разбавления, но она никогда не гарантирована. Плотно скомпонованные модули, ветровая тень за крупными сосудами, сплошные стены и низменные участки ослабляют ее. В закрытых зданиях, таких как компрессорные, вопросы становятся более конкретными. Надежна ли механическая вентиляция? Есть ли сигнализация при ее отказе? Может ли утечка быть разбавлена до того, как атмосфера достигнет диапазона воспламеняемости?

Шаг 4: Назначение типа и границ зоны

Степень утечки задает начальную точку, а параметры вентиляции корректируют ее:

Протяженность — это расстояние от источника до точки, где концентрация газа рассеялась ниже доли нижнего предела воспламеняемости. Она рассчитывается исходя из интенсивности утечки, свойств среды и вентиляции. Ее нельзя просто взять из типового радиуса. Для природного газа существуют стандарт IGEM/SR/25 и соответствующий калькулятор для обеспечения повторяемости результатов. Как отмечается в резюме классификационного пакета Made Supply (США), чертеж взрывоопасных зон должен содержать виды в плане и разрезы, класс или зону и группу газа для каждой области, а также источник утечки для каждой из них. Высотные отметки важны. Утечка может опускаться в приямки или подниматься в подкровельные пространства и воздухозаборники.

Типичные ошибки при классификации

• «Ковровые» зоны. Все здание объявляется Zone 2 без анализа источников или подтверждения эффективности вентиляции.
• Игнорирование режимов работы. Отбор проб, очистка трубопроводов, замена фильтров и стравливание давления при техобслуживании — это нормальные операции. Они создают первую степень утечки, даже если выполняются по графику.
• Отношение к предохранительным клапанам как к постоянной опасности. Предохранительный клапан, сбрасывающий среду в безопасное место, не создает зону на установке. Клапан, сбрасывающий в атмосферу в нижней точке, требует оценки, но как редкая утечка, а не постоянный источник.
• Устаревшие данные по вентиляции. Новое укрытие, закрытые жалюзи или перенос оборудования меняют условия рассеивания, но чертеж не обновляется.
• Использование общих рекомендаций вместо расчета. Руководства, такие как EGPC-PSM-GL-014, описывают процесс, но не заменяют расчетную базу IEC 60079-10-1 или, для природного газа, IGEM/SR/25.

Иллюстративный пример: камера пуска очистных устройств и прилегающее укрытие компрессора

Этот сценарий создан для иллюстрации. Он не основан на реальном объекте и не содержит числовых размеров, так как границы зон должны определяться расчетом для конкретной площадки.

На газовом заводе камера пуска очистных устройств расположена на открытой площадке рядом с укрытием компрессора, открытым с двух сторон. Рабочая среда — тощий природный газ, который легче воздуха.

1. Идентификация источников. Затвор камеры, дренаж, продувочный клапан для сброса давления перед открытием, выхлопная труба продувки, шток клапана и точки утечки на фланцах ловушки, а также продувка уплотнения компрессора и фланцевые соединения внутри укрытия.
2. Назначение степеней утечки.
   • Открытие затвора и продувка перед открытием: первая степень, так как это происходит при нормальной эксплуатации каждый раз при использовании ловушки.
   • Фланцы ловушки и сальники клапанов: вторая степень.
   • Продувка уплотнения компрессора, выведенная в безопасное место: отсутствие выбросов в атмосферу при нормальной эксплуатации. Соединения линии продувки уплотнения имеют вторую степень утечки.
   • Продувочный клапан, сбрасывающий газ непосредственно в атмосферу при сбросе давления, рассматривается как источник первой степени.
3. Оценка вентиляции. Камера пуска находится на открытой площадке, поэтому разбавление обычно хорошее, а естественная вентиляция доступна всегда, когда дует ветер. Специалист должен проверить наличие ветровой тени у стены укрытия. Укрытие открыто с двух сторон, но если оборудование внутри ограничивает движение воздуха вблизи уплотнений, разбавление там может быть только средним, а доступность — удовлетворительной.
4. Назначение зон.
   • Выбросы первой степени у затвора камеры и продувки создают объем Zone 1 вокруг каждого источника, окруженный Zone 2, где расчет показывает сохранение горючей атмосферы за пределами этого объема.
   • Фланцы и клапаны ловушки создают небольшие объемы Zone 2, которые могут сливаться с оболочкой Zone 1.
   • Внутри укрытия источники второй степени создают Zone 2, при этом границы проверяются по наихудшему вентилируемому углу, а не по среднему значению.
5. Документирование. На чертеже показан каждый источник, его степень утечки, обоснование вентиляции, а также результирующая зона, группа газа и температурный класс. Границы зон привязаны к расчету.

Последствия для инспекции следуют напрямую. Оборудование внутри оболочки Zone 1 вокруг камеры пуска требует соответствующей защиты согласно правилам выбора IEC 60079-14, а план инспекции согласно IEC 60079-17 должен отражать место установки этого оборудования.

Инспекция и эксплуатационная безопасность

Классификация формирует реестр Ex-инспекций, поэтому инспекторы должны оспаривать ее, если условия на площадке ей не соответствуют. Продувка, сбрасываемая в новое место, новое ограждение или оборудование, установленное в зоне, где его тип защиты не соответствует классу зоны: каждый из этих случаев является поводом для пересмотра классификации.

Любые работы по вскрытию, сбросу давления или инспекции оборудования, содержащего углеводороды, в этих зонах требуют полной системы обеспечения безопасности работ:

• Надежное отключение оборудования с использованием системы двойного отсечения и дренажа (double block and bleed), если это предусмотрено конструкцией.
• Сброс давления через предусмотренный маршрут на безопасную свечу или факел, никогда не в рабочую зону.
• Проверка отсутствия энергии в оборудовании, включая остаточное давление между клапанами, перед разгерметизацией.
• Применение блокировки/маркировки (lockout/tagout) на точках отключения и источниках энергии.
• Соблюдение мер предосторожности во взрывоопасных зонах. Используйте только оборудование и инструменты, подходящие для данной зоны, и не открывайте находящиеся под напряжением Ex-оболочки в классифицированной зоне без соответствующего разрешения.
• Газовый контроль перед началом и во время работ с использованием стационарных или переносных детекторов, подходящих для данного газа.
• Безопасная продувка и обеспечение того, чтобы выходящий газ не мог достичь источников зажигания или мест пребывания людей.

Контрольный список для проверки классификации

• Каждая зона на чертеже привязана к конкретному источнику утечки.
• Для каждого источника указана степень утечки с обоснованием для нормальной эксплуатации.
• Зафиксированы свойства среды: группа газа, температурный класс, легче или тяжелее воздуха.
• Вентиляция оценена по степени разбавления и доступности, а не просто принята как «открытый воздух».
• Границы зон определены на основе расчета, например, по IEC 60079-10-1 или IGEM/SR/25 для природного газа.
• На чертежах фасадов показаны приямки, крыши и воздухозаборники вентиляции.
• Отбор проб, очистка трубопроводов, замена фильтров и продувка рассматриваются как выбросы при нормальной эксплуатации.
• Управление изменениями инициирует переклассификацию при изменении оборудования, ограждений или маршрутов продувки.
• Реестр Ex-оборудования соответствует зонам, группам газа и температурным классам на чертеже.
• Степени и интервалы инспекций учитывают зону установки.

Заключение

Обоснованная классификация — это протокол рассуждений, а не карта кругов. Начните с утечки, честно определите ее степень, проверьте предположения о вентиляции на реальной компоновке и рассчитайте границы методом из IEC 60079-10-1, дополненным IGEM/SR/25 для природного газа. В качестве следующего шага выберите самую большую классифицированную зону на вашем заводе, выберите три случайных источника и проследите каждый из них от чертежа до степени утечки, обоснования вентиляции и расчета. Если цепочка обрывается, проведите переклассификацию этой зоны и обновите реестр Ex-оборудования.