Классификация взрывоопасных зон для морских верхних строений: практика определения групп газа, температурных классов и протяженности зон

Проблема: чертежи классификации, которые больше не соответствуют палубе

Большинство чертежей взрывоопасных зон на морских объектах точны в день их выпуска. Затем на модуле устанавливается новая ветрозащитная стена, рядом с сепаратором появляется разгрузочная рама, добавляется аккумуляторная или перенастраивается вентиляционная заслонка. Границы зон на чертеже остаются прежними, но реальная картина рассеивания газа изменилась. Инспекторы Ex находят оборудование, которое соответствует чертежу, но не соответствует опасности. Инженеры по промышленной безопасности обнаруживают маркировку Zone 2 там, где небольшая утечка больше не может рассеиваться.

Последствия носят практический характер. Либо оборудование, способное стать источником воспламенения, находится в месте, которое теперь является Zone 1, либо палуба, которая никогда не нуждалась в тяжелом Ex-оборудовании, все равно его получает. И то, и другое обходится дорого. В этой статье рассматривается, как источники утечки, вентиляция и градиенты вентиляции определяют протяженность зон на типичных морских технологических палубах, и как выбираются группа газа и температурный класс после определения зоны.

Контекст стандартов и требований

Структура одинакова, где бы вы ни работали, в Северном море или в другом месте:

• IEC 60079-10-1 охватывает классификацию зон с взрывоопасными газовыми средами. Она строится на основе степени утечки, степени и доступности вентиляции, а также результирующего типа и протяженности зоны.
• IEC 60079-0 устанавливает общие требования к Ex-оборудованию, включая маркировку по группе, температурному классу и уровню защиты оборудования.
• IEC 60079-14 охватывает проектирование, выбор и монтаж электроустановок во взрывоопасных средах.
• IEC 60079-17 охватывает проверку и техническое обслуживание электроустановок во взрывоопасных средах.
• IEC 60079-20-1 предоставляет характеристики материалов (группа газа, данные о самовоспламенении) для классификации газов и паров.
• API RP 505 охватывает классификацию зон Class I, Zone 0, 1 и 2 на нефтяных объектах. API RP 500 является эквивалентом для системы Division.
• Директива 1999/92/EC касается оценки рисков взрыва на рабочем месте и зонирования. Директива 2014/34/EU касается оборудования, выпускаемого на рынок для работы во взрывоопасных средах.

В системе IEC группа Group IIC (водород, ацетилен) является самой требовательной и требует наиболее строгой защиты оборудования. В системе NEC/API Division группа Group D является самой требовательной. На морских установках с вендорными блоками из нескольких регионов смешивание двух стандартов является обычным делом и частым источником ошибок при выборе.

Как определяются зоны

Источник и степень утечки

Зонирование начинается с поиска каждого источника утечки и определения его степени:

• Постоянная степень дает утечку, которая присутствует постоянно или ожидается в течение длительного времени. Это ведет к Zone 0.
• Первичная степень дает утечку, ожидаемую периодически или эпизодически при нормальной эксплуатации. Это ведет к Zone 1.
• Вторичная степень дает утечку, не ожидаемую при нормальной эксплуатации, а если она случается, то кратковременна. Это ведет к Zone 2.

Затем вентиляция корректирует эту базовую зону. Типичные морские источники включают:

• Оконечные устройства технологических вентиляционных и дренажных линий
• Точки отбора проб и соединения для пробоотборных баллонов
• Затворы камер пуска и приема скребков
• Вентиляционные отверстия уплотнений компрессоров
• Уплотнения насосов
• Соединения импульсных трубок КИП
• Фланцы и сальники клапанов на линиях углеводородов
• Открытые приямки и дренажи

Фланцы и сальники на углеводородных линиях под давлением обычно относятся к первичной степени. Вентиляционные отверстия и точки отбора проб, открываемые при нормальной эксплуатации, имеют первичную или постоянную степень. Двери затворов и эпизодические соединения относятся к вторичной степени.

Степень и наличие вентиляции

IEC 60079-10-1 рассматривает вентиляцию в двух измерениях. Степень описывает, насколько хорошо вентиляция разбавляет утечку (высокая, средняя или низкая). Наличие описывает надежность ее обеспечения (хорошее, удовлетворительное или плохое). Открытая палуба с естественной вентиляцией может обеспечить высокую степень разбавления, но ее наличие зависит от ветра, который постоянно меняется. На практике во многих оценках открытые морские палубы признаются имеющими вентиляцию с хорошим наличием только там, где геометрия действительно открыта. Закрытые модули зависят от HVAC, поэтому их наличие определяется надежностью вентиляторов, демпферов и электропитания.

Градиенты вентиляции

На реальных палубах вентиляция никогда не бывает равномерной. Направление ветра, загроможденность оборудованием, настил палуб, трубные эстакады и ветрозащитные стены — все это создает градиенты. Одна сторона модуля может хорошо продуваться, в то время как подветренная сторона находится в кармане рециркуляции. Отрисовка зоны в виде симметричной оболочки вокруг источника игнорирует все эти факторы. Инспекторы должны смотреть на то, куда на самом деле движется воздух, используя дымовые тесты, показания анемометров или результаты CFD, если они существуют, вместо того чтобы доверять виду в плане.

Плотность газа также имеет значение, особенно в замкнутых пространствах и под сплошными навесами и софитами палуб. Более тяжелые пары конденсата или потоков, богатых LPG, оседают низко, в траншеи и под рамы скидов. Правильная форма зоны следует за плавучестью утечки, а не за стандартной сферой или цилиндром.

Протяженность: геометрия и экспертная оценка

Стандарты и нормы дают рекомендации по протяженности, но загроможденность морских платформ часто делает типовые расстояния бесполезными. Граница устанавливается препятствиями в той же мере, что и расстоянием. Сплошные палубы, переборки и обшитые стены останавливают или перенаправляют облако. Зона обычно заканчивается у сплошного барьера, но она может распространяться через проемы, двери и воздуховоды в прилегающие области.

Выбор группы газа и температурного класса

Группа газа

Группа газа определяется по самому опасному веществу, которое может присутствовать, на основе его энергии воспламенения и характеристик безопасного экспериментального максимального зазора.

Оборудование с маркировкой IIC подходит для применения в средах IIC, IIB и IIA, но не наоборот. Для классификации IEC 60079-20-1 используйте фактический состав при наихудших условиях процесса, а не номинальный анализ газа. Кислый поток или водородсодержащий отходящий газ могут повысить требуемую группу выше общего предположения для углеводородов.

Температурный класс

Температурный класс ограничивает максимальную температуру поверхности оборудования, чтобы она оставалась ниже температуры самовоспламенения газа.

Для углеводородных систем выбирайте класс по самой низкой температуре самовоспламенения среди вероятных утекающих сред, включая тяжелые фракции конденсата и любые присадки. Не ориентируйтесь только на доминирующий компонент. Горячие технологические поверхности, такие как выхлопные трубы, теплообменники и обогреваемые линии, сами по себе являются источниками воспламенения, и их следует оценивать по тому же значению самовоспламенения.

Иллюстративный сценарий: компрессорный модуль после модификации

Этот сценарий составлен для иллюстрации и не описывает реальную установку.

Модуль компрессии газа был классифицирован как Zone 2 вокруг фланцевых соединений и вентиляционных отверстий уплотнений на основании открытой естественной вентиляции. Позже со стороны наветренной стороны были возведены ветрозащитные стены, а над частью компрессорного поезда был добавлен мезонин с настилом. Чертеж классификации так и не был пересмотрен.

Инспектор, обходящий модуль, обнаруживает, что:

1. Клеммные коробки под мезонином имеют исполнение Ex e, подходящее для Zone 2, но отсутствуют доказательства оценки для Zone 1.
2. Софит мезонина образует карман, где может скапливаться газ легче воздуха из вентиляционного отверстия уплотнения.
3. Дым, выпущенный у вентиляционного отверстия уплотнения, задерживается под плитой, а не рассеивается.

Правильная реакция — это не просто смена маркировки зоны. Инженер по функциональной безопасности проверяет категорию источника утечки (действительно ли вентиляция уплотнения является лишь вторичным источником?), заново оценивает степень вентиляции в кармане и решает, становится ли зона у софита Zone 1. Варианты включают восстановление открытости, добавление локальной вентиляции, перенос клеммных коробок или модернизацию оборудования до уровня зоны, которая теперь назначена. Затем пересматриваются чертеж классификации и реестр оборудования, а затронутая установка подвергается повторной инспекции.

Контрольный список для инспекторов и инженеров по функциональной безопасности

• Подтвердите, что ревизия чертежа классификации соответствует фактическому состоянию палубы: стены, настилы, навесы, скиды и устройства вентиляции.
• Проверьте каждую модификацию с момента последнего исследования на предмет ее влияния на воздушный поток и источники утечек.
• Сверьте источники утечек с исполнительными схемами P&IDs, включая вентиляционные отверстия, дренажи, точки отбора проб и затворы.
• Где это практически возможно, протестируйте поведение вентиляции в полевых условиях с помощью дыма или наблюдения за воздушным потоком в мертвых зонах, на мезонинах и с подветренной стороны.
• Изучите сценарии потери вентиляции для закрытых пространств и подтвердите, что допущения по зонам остаются в силе для этого случая.
• Проверьте плотность: более легкие газы под софитами, более тяжелые пары в приямках, траншеях и низких ограждениях.
• Подтвердите, что назначенная группа газа охватывает наихудший вариант флюида, включая источники водорода и кислые потоки.
• Подтвердите, что температурный класс основан на минимальной достоверной температуре самовоспламенения и что горячие поверхности были оценены.
• Сравните маркировку каждого элемента (группа, температурный класс, уровень защиты оборудования) с зоной в реестре.
• Зафиксируйте любое несоответствие как отклонение с указанием ответственного, временной меры и даты переклассификации.

Безопасность во время инспекции

Инспекция вблизи источников углеводородов проводится в рамках системы разрешений на работу установки. Если инспекция требует вскрытия, сброса давления или работы на оборудовании, содержащем углеводороды, убедитесь, что изоляция, сброс давления, проверка отсутствия энергии, блокировка/маркировка (lockout/tagout) и меры предосторожности для взрывоопасная зона приняты до начала работ. Используйте откалиброванные портативные детекторы газа и безопасно стравливайте газ в назначенное место. Не открывайте корпуса работающего оборудования Ex во взрывоопасная зона, если это не разрешено нарядом-допуском и сертификацией оборудования.

Заключение и следующие шаги

Границы морских зон зависят от категории утечки, степени вентиляции, доступности и фактической схемы воздушного потока. Группа газа и температурный класс определяются по наихудшему варианту флюида. Чертеж классификации хорош лишь настолько, насколько хорош его последний пересмотр.

Практические следующие шаги:

1. Возьмите текущие чертежи классификации и сравните их с фактическим состоянием палубы, начиная с модулей, в которых были изменены стены, настилы или вентиляция.
2. Уделите приоритетное внимание закрытым и частично закрытым зонам, где градиенты вентиляции и сценарии потери вентиляции чаще всего меняют зону.
3. Согласуйте маркировку каждого элемента с назначенной ему зоной, группой газа и температурным классом.
4. Настройте управление изменениями так, чтобы любая структурная или вентиляционная модификация инициировала пересмотр классификации до ее завершения.