Как и на предприятиях химической, нефтяной, газовой и других специальных отраслей промышленности, на современных машиностроительных, электротехнических, деревообрабатывающих, текстильных и многих других производствах разного технологического профиля и назначения широко используются, перерабатываются и хранятся всевозможные твердые, жидкие и газообразные горючие вещества.

Нарушения технологических процессов, неисправности производственного, санитарно-технического и прочего оборудования и коммуникаций могут в этих условиях являться источниками образования взрывоопасной и пожароопасной среды. Возникновение в таких средах электрических дуг или нагрев окружающих предметов до критических температур в определенных случаях приводят к разрушительным взрывам или пожарам.

Значительную опасность подобных ситуаций представляют не соответствующие современным требованиям конструкции .светильников, электропроводок, аппаратов и других элементов осветительных установок, как правило, размещаемых в труднодоступных местах, усложняющих их эксплуатацию и постоянное наблюдение.

Устройство электрического освещения, устойчивого и безопасного при эксплуатации во взрыво- или пожароопасных зонах, требует значительных материальных затрат, расхода дефицитных электрических аппаратов и. материалов, существенного усложнения электромонтажных работ. Поэтому технически грамотные и экономные решения по осуществлению осветительных установок в этих условиях должны быть основаны на строгом учете специфики технологических процессов, физико-химических свойств используемых горючих веществ и опыта эксплуатации освещения. Недооценка опасности окружающей среды, а также излишняя перестраховка приводят либо к понижению надежности и безопасности осветительных установок, либо к неоправданному увеличению расходов на их устройство и эксплуатацию.

Основные определения и характеристики горючих веществ

Особенности взрывоопасной среды.

Взрывоопасность среды предопределяется возможностью образования в ней газопаропылевоздушных  смесей, которые приобретают при определенных условиях способности взрываться от прикосновения со посторонними источниками зажигания.

Взрыв характеризуется мгновенным изменением химического состояния вещества, которое сопровождается выделением большого количества энергии, резким повышением температуры и давления, возникновением мощных ударных волн.

Свойства взрывоопасности приобретают следующие смеси с воздухом:

любых горючих газов и паров, горючих легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) при соответствующих концентрациях, которые измеряются в объемных частицах или граммах на 1 м3 свободного объема помещения;

горючей пыли или волокон в зависшем состоянии с нижней границей взрывчатости до 65 г/м3.

К легковоспламеняющимся относятся горючие жидкости, температура вспышки паров которых равняется 61°С и ниже, а давление паров при температуре 20°С меньше 100кПа.

В зависимости от физико-химических свойств взрывоопасность газопаровоздушных смесей находится в промежутках между значениями их наименьших и наибольших концентраций. При концентрациях выше- или ниже указанных предельных значений, которые называют соответственно нижней или верхней концентрационной границей взрывчатости, взрывы не происходят.

Характерными показателями взрыво- и пожароопасности паровоздушных смесей горючих жидкостей есть:

температура вспышки паров или наиболее низкая температура жидкости, при которой внесение постороннего источника зажигания вызовет вспышку ее паров без загорания самой жидкости;

температура самовозгорания или наиболее низкая температура, к которой должна быть нагретая смесь, чтобы она занялась без внесения постороннего источника зажигания.

Важное значение для правильной оценки взрывоопасности среды, в особенности при обустройстве электроосвещения, имеет плотность горючих газов и паров ЛВЖ, которые выделяются в помещении, по отношению к плотности воздуха. Относительная плотность указанных веществ, которые используются в разных производствах, колеблется от частиц единиц до нескольких единиц.

При нарушении технологических процессов или работы вентиляции это определяет способность распространения горючих газов и паров соответственно в верхних или нижних зонах помещений. Например, в красильных цехах, где плотности паров. растворителей значительно превышают плотность воздуха, опасной есть нижняя зона помещений, а в зарядных помещениях аккумуляторов, где при зарядке выделяется водород, особо опасная верхняя зона, где размещаются светильники и проводки.

Плотность горючих газов характеризуется следующими признаками:

тяжелый газ - газ с плотностью по отношению к воздуху большее 0,8;

легкий газ - газ с плотностью по отношению к воздуху, равняется или меньшая 0,8;

сжиженный газ - вещество, которое при температуре 20°С и давления 100 кПа газообразное, а при понижении температуры или повышении давления превращается в жидкость.

Оценивая взрывоопасность среды помещений, следует учитывать такой важный фактор, как значение предельно допустимой санитарными нормами концентрации газов или паров ЛЗР по условиям токсичности.

Так, в помещениях с постоянным пребыванием обслуживающего персонала повышенная токсичность газопаровоздушных смесей (в результате нарушения технологического процесса или аварийных ситуаций) есть своего рода индикатором, который предупреждает о возможности возникновения взрывоопасных концентраций. Эти концентрации для большинства смесей значительно (иногда в сотни раз) превышают нормированные по условиям токсичности концентрации.

В таких случаях причина, которая вызвала существенное повышение концентрации горючих газов или паров ЛВЖ, может быть устранена задолго к приближению ее к опасному значению. В то же время соразмерность значений токсичной и взрывоопасной концентраций некоторых горючих смесей требует обеспечение надежного неотложного восстановления нормальных условий в помещениях.

Особенности пожароопасности среды

Пожароопасность среды предопределяется сохранением или использованием в ней определенных горючих веществ, которые находятся там при нормальном технологическом процессе или при его возможных нарушениях. К указанным веществам относятся: горючие вещества с температурой вспышки паров большее 61 °С; горючая пыль или волокна с нижней границей взрывчатости большее 65 г/м3 при нахождении их в воздухе в зависшем состоянии;

горючая пыль или волокна, содержимое которых в воздухе по производственным условиям не достигает взрывоопасных концентраций; твердые вещества, которые сгорают (дерево, ткани, пластмассы и др.).

Процесс горения этих веществ при достижении соответствующей температуры в сравнении с взрывом происходит значительно медленнее, без существующего повышения давления газов в помещении.

Классификация взрывоопасных смесей

Основным критерием, определяющим допустимость применения тех или иных светильников, групповых щитков, аппаратов, электроустановочных устройств и электромонтажных изделий во взрывоопасных зонах, является соответствие их конструкций свойствам взрывоопасных смесей. Классификация разделяет взрывоопасные смеси газов и паров ЛВЖ с воздухом на категории и группы. Категории указанных смесей отличаются обозначениями и размерами безопасных экспериментальных зазоров (БЭМЗ) (таблица 1). БЭМЗ – максимальное расстояние между фланцами оболочки, сквозь которое не передается взрыв с оболочки в окружающею среду при любой концентрации горючих газов в воздухе. Установлена также расширенная шкала групп взрывоопасных смесей, соответствующих температурам их самовоспламенения (таблица 2). В приведенных таблицах и категории и группы взрывоопасных смесей применимы для объектов всех отраслей промышленности, за исключением подземных выработок, шахт и рудников, опасных по газу или пыли.

Таблица 1

     Таблица 2

Классификация взрывоопасных помещений

Правильное и экономически выполненное электрическое освещение в помещениях производств, связанных с использованием горючих веществ, зависит главным образом от объективной и обоснованной оценки взрыво- и пожароопасности окружающей среды. Здесь основная задача состоит в том, чтобы надежность и безопасность электроосвещения объединялась с минимальной затратой средств на его осуществление, экономией дефицитных материалов и оснащения, изъятием лишнего при монтаже.

Степень взрывоопасности и пожарной опасности ДНАОПО.00-1.32-01 среды в помещениях регламентируется двумя нормативными документами "Правила устройства электроустановок" (раздел 4 "Электроустановки в взрывоопасных зонах", раздел 5 "Электроустановки в пожароопасных зонах" и СНиП (Строительные нормы и правила) ІІ-90-81 "Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проэктирования".

Классификацией "Правилами устройства электроустановок" установлено шесть классов взрывоопасных зон, в соответствии с которыми выполняется выбор и размещение электроустановок, в зависимости от частоты и продолжительности присутствующей взрывоопасной среды.

Газо-паровоздушные взрывоопасные среды образовывают взрывоопасные зоны классов 0, 1, 2, а пылевоздушные - взрывоопасные зоны классов 20, 21, 22.

1) Взрывоопасная зона класса 0 - пространство, в котором взрывоопасная среда присутствует постоянно или на протяжении продолжительного времени.

2) Взрывоопасная зона класса 1 - пространство, в котором взрывоопасная среда может образоваться во время нормальной работы, если установка работает в соответствии со своими расчетными параметрами.

3) Взрывоопасная зона класса 2 - пространство, в котором взрывоопасная среда при нормальных условиях эксплуатации отсутствует, а если  возникает, то редко и продолжается недолго. В этих случаях возможные аварии катастрофических размеров.

4) Взрывоопасная зона класса 20 - пространство, в котором при нормальной эксплуатации взрывоопасная пыль в виде облака присутствуюет постоянно или часто в количестве, достаточном для образования опасной концентрации смеси с воздухом. Обычно это имеет место внутри оборудования, где пыль может формировать взрывоопасные смеси часто и на продолжительный срок.

5) Взрывоопасная зона класса 21 - пространство, в котором при нормальной эксплуатации возможно появление пыли в виде облака в количестве, достаточном для образования смеси с воздухом взрывоопасной концентрации.

6) Взрывоопасная зона класса 22 - пространство, в котором взрывоопасная пыль в зависшем состоянии может появиться не часто и существовать недолго или в котором слои взрывоопасной пыли могут существовать и образовывать взрывоопасные смеси в случае аварии.

Допустимый уровень взрывозащиты и степень защиты светильников в зависимости от класса взрывоопасной зоны приведен в таблице 3.

Классификацией ПУЭ «Правила устройства электроустановок» изд. 6 установлено пять классов помещений, которые определяют выбор электрооборудования, светильников и электропроводок в взрывоопасных помещениях:

1) помещение класса В-І, в которых горючие газы или пары ЛЗР, которые выделяются, могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных непродолжительных режимах работы (например, при загрузке или разгрузке технологических аппаратов, сохранении или переливании ЛЗР, которые находятся в открытых сосудах, и т.д.);

Таблица 3

2) помещение класса В-Іа, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси с воздухом горючих газов или паров ЛЗР не имеют места, а возможные лишь в результате аварий или неисправностей;

3) помещение класса В-Іб, те же помещения, что и класса В-Іа, но отличаются одной из следующих особенностей: горючие газы в этих помещениях имеют высокую нижнюю границу взрывчатости (15% и большее) и резкий запах при предельно допустимых за санитарными нормами концентрациях; образование в аварийных случаях в помещениях общих взрывоопасных концентраций по условиям технологического процесса  исключено, а возможные лишь местные взрывоопасные концентрации легковоспламеняющиеся жидкости или горючие газы являются в помещениях в небольших количествах, недостаточных для создания в них взрывоопасных  концентраций, и работа с ними проводится без использования открытого огня;

4) помещение класса В-ІІ, в которых выделяется горючая пыль и волокна, которые переходят в зависшее состояние и способные образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных непродолжительных режимах работы (например, при загрузке и разгрузке технологических аппаратов).

Классификация взрывозащищенного электрооборудования

Взрывозащищенное электрооборудование подразделяется по уровню и виду взрывозащиты, группам, и температурным классам.

Определены следующие уровни взрывозащиты электрооборудования:

- электрооборудование (электротехническое устройство) повышенной надежности против взрыва – взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается только в определенном режиме его работы. Знак уровня – 2.

- взрывозащищенное электрооборудование (электротехническое устройство) – взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается как при нормальном режиме роботы, так и при определенных вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждений способов взрывозащиты. Знак уровня – 1.

- особо взрывозащищенное электрооборудование (электротехническое устройство) – взрывозащищенное электрооборудование, в котором по отношению к взрывозащищенному электрооборудованию (электротехническому устройству) приняты дополнительные меры взрывозащиты, предусмотренные стандартами на виды взрывозащиты. Знак уровня – 0.

Взрывозащищенное электрооборудование имеет следующие условные обозначения видов взрывозащиты:

Электрооборудование группы II, имеющее взрывозащиту «взрывонепроницаемая оболочка» и (или) «искробезопасная электрическая цепь», подразделяются на три подгруппы, которые отвечают взрывоопасным смесям в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4

Электрооборудование группы II в зависимости от значения предельной температуры подразделяется на шесть температурных классов, указанных в таблице 5.

Таблица 5

Маркировка взрывозащищенного электрооборудования

В маркировку взрывозащиты электрооборудования в указанной ниже последовательности входят:

- знак уровня взрывозащиты электрооборудования (2, 1, 0);

- знак Ех, указывающий на соответствие электрооборудования стандартам на взрывозащищенное электрооборудование;

- знак вида взрывозащиты (d, p, i, q, o, e, s, m, n);

- знак группы или подгруппы электрооборудования (ІІ, ІІА, ІІВ и ІІС);

- знак температурного класса электрооборудования (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6).

В маркировке взрывозащиты могут иметь место дополнительные знаки и надписи, соответствующие стандартам на электрооборудование с отдельными видами взрывозащиты.

Примеры маркировки взрывозащищенного электрооборудования приведены в таблице 6.

Таблица 6

Классификация пожароопасных зон

Пожароопасная зона – пространство в помещении или за его пределами, в котором постоянно или периодически находятся (сохраняются, используются или выделяются во время технологического процесса) горючие вещества как при нормальном технологическом процессе, так и при его нарушении в таком количестве, что требуются специальные меры в конструкции электрооборудования при его монтаже и эксплуатации.

Класс пожароопасных зон согласно классификации и их границы определяются технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации.

Класс пожароопасных зон характерных производств должен отображаться в нормах технологического проектирования или в отраслевых перечнях производств по пожаровзрывоопасности.

1) Пожароопасная зона класса П-І – пространство в помещении, в котором находится горючая жидкость, имеющая температуру воспламенения более +61°С.

2) Пожароопасная зона класса П-ІІ – пространство в помещении, в котором могут накапливаться и выделяться горючая пыль или волокна.

3) Пожароопасная зона класса П-ІІа – пространство в помещении, в котором находятся твердые горючие вещества и материалы.

4) Пожароопасная зона класса П-ІІІ – пространство вне помещения, в котором находится горючая жидкость с температурой воспламенения более+61°С или твердые горючие вещества.

Зоны в помещениях или за их пределами до 5 м по горизонтали и вертикали от аппарата, в котором находятся горючие вещества, но технологический процесс ведется с применением открытого огня, раскаленных частей или технологические аппараты имеют поверхности, нагретые до температуры самовоспламенения горючих паров, пыли или волокон, не относятся в части их электрооборудования к пожароопасным зонам.

Класс среды за границами указанной 5-метровой зоны следует определять в зависимости от технологических процессов, применяемых в этой среде.

Зоны в помещениях и за их пределами, в которых твердые и газообразные горючие вещества сжигаются как топливо или утилизируются путем сжигания, не относятся в части их электрооборудования к пожароопасным зонам.

Особенности электротехнического освещения

Широкая номенклатура и разный характер помещений и наружных установок с взрыво- и пожароопасными зонами, распространенных во всех отраслях промышленности, а также в общественных зданиях массового строительства, ограничивают возможность обобщения и выводов, относящихся к светотехнической части осветительных установок указанных объектов. Вместе с тем некоторые особенности, присущие многим таким помещениям, могут служить основанием для ряда общих рекомендаций, направленных на повышение качества и эффективности электрического освещения,

С точки зрения светотехнических требований основная масса помещений и установок промышленных и вспомогательных зданий и участков открытых территорий с взрыво- и пожароопасными зонами по основным производственным признакам может быть условно разделена на несколько групп.

К первой группе можно отнести помещения и установки предприятий химической, нефтяной, газовой и других отраслей промышленности, где технология производства основана на широком использовании жидких, газообразных и пылевидных легковоспламеняющихся и горючих веществ при высоком уровне механизации и автоматизации производственных процессов.

К второй группе относится широкая номенклатура цехов: окрасочных, сушильно-пропиточных, промывочно-пропарочных, консервации, антисептирования изделий и других, в которых широко используются всевозможные лакокрасочные материалы, пропиточные массы, легковоспламеняющиеся растворители, разбавители и масла.

К третьей группе относятся помещения, в которых производится обработка первичного сырья (хлопок, лен, шерсть, макулатура, отходы древесины и др.) и изготовление всевозможных тканей, бумаги, картона и другой продукции на волокнистой основе.

К четвертой группе относятся помещения, технологические процессы которых связаны с применением и обработкой твердых горючих веществ, например цехи деревообрабатывающих, электротехнических, пластмассовых изделий и других предприятий.

К пятой группе относятся отдельные помещения, размещаемые в общественных и гражданских зданиях, где хранятся и обращаются разные горючие материалы. Это, например, помещения архивов, книгохранилищ, светокопии, предприятий бытового обслуживания, упаковочных, различных мастерских, складов и др.

К шестой группе могут быть отнесены взрывоопасные и пожароопасные зоны на открытых территориях. Это установки хранения ЛВЖ, и горючих жидкостей в резервуарах и баках с запорной арматурой, эстакады для налива и разлива ЛВЖ и горючих жидкостей, открытые склады угля, торфа, леса и др.

Номенклатура и количество светильников для освещения взрыво- и пожароопасных зон, выпускаемых светотехнической промышленностью, непрерывно возрастают. Модернизируются и осваиваются новые типы взрывозащищенных светильников для взрывоопасных зон классов В-I, В-Iа, В-Iг и В-II и светильников для тяжелых условий среды, конструкции которых допускают применение их во взрывоопасных зонах классов В-I и В-IIа и пожароопасных зонах классов П-I, П-II и П-III. Увеличиваются также номенклатура и выпуск светильников, предназначенных для освещения производственных помещений с нормальными условиями среды, пригодных и для освещения некоторых пожароопасных зон классов П-II и П-IIа при определенных условиях.

Классы взрыво- и пожароопасных зон и характер окружающей среды обусловливают применение светильников разных конструкций и исполнений, правильный выбор которых является основным фактором, определяющим надежность, энергетическую экономичность и оптимальную стоимость осветительных установок.

Следует учитывать, что сложность конструкции и защитная оснастка (стекла, решетки, сетки и др.) светильников отрицательно влияют на их светотехнические характеристики и КПД, поэтому выбор светильников для рассматриваемых условий требует всесторонней оценки факторов, определяющих качестве и эффективность электроосвещения.

В таблице 7 помещены данные о минимально допустимых уровнях взрывозащиты и степени защиты оболочек светильников в зависимости от классов взрывоопасных зон.

Таблица 7

Во взрывоопасных зонах классов В-II и В-IIа рекомендуется применение светильников, предназначенных для взрывоопасных зон со смесями горючих пылей или волокон с воздухом. При отсутствии таких светильников допускается в зонах класса В-II применение светильников во взрывозащищенном исполнении для работы в средах со взрывоопасными смесями газов и паров с воздухом, а в зонах класса В-IIа – светильников общего назначения (без взрывозащиты), но имеющих соответственную защиту оболочки от проникновения пыли.

Переносные светильники в пожароопасных зонах любого класса должны иметь степень защиты не менее ІР54; стеклянные колпаки должны быть защищены металлической сеткой.

Конструкция светильников с газоразрядными лампами в этих зонах должна исключать выпадение из них ламп. Светильники с лампами накаливания должны иметь сплошное силикатное стекло, защищающее лампу. Они не должны иметь отражателей и рассеивателей из сгораемых материалов. В пожароопасных зонах любого класса складских помещений светильники с газоразрядными лампами не должны иметь отражателей и рассеивателей из горючих материалов.

Авторы статьи: Пилипчук Р. В. кафедра светотехники. Тернопольский государственный технический университет им. И. Пулюя Хорунжий П. М. Испытательный сертификационный центр взрывозащищенного электрооборудования г. Донецк Щиренко В. В. ОАО «Ватра» г. Тернополь www.vatra.te.ua