protueksplozijska zaštita opreme i zaštitnih sustava · protueksplozijske zaštite ima primjenu u...

Ex-Bilten 2018. Vol. 46, br. 1-2

Protueksplozijska zaštita opreme i zaštitnih sustava

Poredbeno ispitivanje: Ex "p"

Proficiency testing: Ex "p"

Stjepan Peretin, mag. ing. mech. Ex-Agencija, Industrijska 25, Sveta Nedelja

e-mail: [email protected]

Sažetak— Međulaboratorijsko poredbeno ispitivanje jedan je od načina provjere i dokazivanja kvalitete rada laboratorija. Tijekom 2017. i 2018. ExLab je sudjelovao u šestom programu poredbenog ispitivanja koje organizira PTB. Ispitivanje se provodilo prema IEC 60079-2:2014 – Eksplozivne atmosfere – 2. dio: Vrsta zaštite opreme nadtlak "p" s ciljem utvrđivanja potrebnog vremena za ispiranje dobivenog kućišta. Kućište koje je napravio PTB izvedeno je tako da se ne može smatrati kućištem jednostavne geometrije i stoga je potrebno pronaći moguće džepove gdje je otežana izmjena plinova te usmjeriti pozornost na te pozicije. Uz problematiku samog ispitivanja, članak obrađuje i zaključke dobivene na radionici održane u PTB-u.

Ključne riječi— ispitivanje nadtlakom, poredbeno ispitivanje, Ex "p"

Summary— International proficiency testing is the tool of one of the ways of verifying and demonstrating the quality of laboratory work. During 2017 and 2018. ExLab participated in the sixth proficiency testing program organized by PTB. Testing was done according to IEC 60079-2: 2014 - Explosive atmospheres - Part 2: Equipment protection by pressurized enclosure "p", with the purpose of determining the required time for purging the received enclosure. The housing, made by PTB, is made in a way that it can't be considered as simple design and therefore it is necessary to find pockets where gas exchange is difficult and to focus attention on those positions. In addition to the examination itself, the paper deals with the conclusions drawn from workshops held in PTB.

Keywords— pressure test, proficiency testing, Ex "p"

I. UVOD

Poredbeno ispitivanje jedan je od načina provjere i dokazivanja kvalitete rada laboratorija. Laboratorij Ex-Agencije i ove je godine sudjelovao u ispitivanju zajedno s laboratorijima iz cijelog svijeta, a domaćin i organizator tog projekta bio je Physikalische-Technische Bundesanstalt iz Braunschweiga, Njemačka (PTB). Jedna od metoda koje su bile predmet provjere bilo je ispitivanje opreme u vrsti zaštite nadtlak "p" i za taj program bila su prijavljena ukupno 42 laboratorija.

Nadtlak "p" jedna je od vrsta protueksplozijske zaštite i sukladna je normi HRN EN 60079-2[1]. Ta vrsta protueksplozijske zaštite ima primjenu u eksplozivnim atmosferama plinova i eksplozivnim atmosferama prašina. Postoje razlike u zahtjevima za izvedbu opreme

za eksplozivne atmosfere plinova u odnosu na eksplozivne atmosfere prašina, ali osnove izvedbe protueksplozijske zaštite su iste. Dijelovi opreme koji mogu biti uzročnik paljenja eksplozivne atmosfere nalaze se unutar kućišta u koje se upuhuje nezapaljivi plin. Tlak unutar kućišta veći je od tlaka okoline, stoga eksplozivna atmosfera ne može ući unutar kućišta i doći u dodir s mogućim uzročnikom paljenja koji je prisutan u nazivnom radu ili se može pojaviti u uvjetima kvara unutar kućišta. [2]. Grafički prikaz te izvedbe može se vidjeti na slici 1.

Slika 1. Prikaz protueksplozijske zaštite nadtlak "p" [3]

Nakon što su zadana ispitivanja provedena, održane su dvodnevne radionice i seminar u organizaciji njemačkog Physikalische-Technische Bundesanstalta iz Braunschweiga (PTB). Cilj radionica i seminara bio je približiti i objasniti osnovne zahtjeve ispitivanja i načine provedbe te analizirati dobivene rezultate poredbenog ispitivanja.

II. PROGRAM ISPITIVANJA

Jednaki uzorci zajedno s planom ispitivanja dani su svim sudionicima poredbenog ispitivanja te ih kao takve možemo smatrati identičnima. Ispitivanje je trebalo provesti na unaprijed propisan način kako bi rezultati svih sudionika bili usporedivi.

A. Uzorak

Ispitni uzorak bilo je metalno kućište dimenzija 600×400×300 mm (slika 1.) s pregradama (slika 2.) različitih geometrija radi vjerodostojnijeg predstavljanja zakonitosti kućišta u nadtlaku.

Stjepan Peretin: Poredbeno ispitivanje Ex "p" . II. (a2 – a7)


Slika 2. Prikaz unutrašnjosti ispitnog kućišta

Slika 3. Bočni prikaz postavljenih pregrada unutar kućišta [4]

Kućište je posebno zabrtvljeno za ispitivanje nadtlakom te ima otvore za ulaz i izlaz plina. Uz navedene otvore, na kućištu je još deset otvora za mjerenje tlaka od kojih je sedam odredio PTB i korišteni su u privremenom izvješću, a ostala tri mogu se postaviti prema vlastitom izboru. Ti otvori za mjerenje su mjerna mjesta. Pozicije prvih sedam mjernih mjesta koja je odredio PTB mogu se vidjeti u tablici I.

TABLICA I. PRIKAZ SMJEŠTAJA MJERNIH MJESTA

Mjerno mjesto Visina Širina

Dubina

Udaljenost [mm]

1 y x z

585 70 65

2 y x z

10 370 135

3 y x z

290 330 95

4 y x z

190 20 120

5 y x z

470 390 150

6 y x z

80 250 150

7 y x z

490 60 80

Iz priloženih slika 1. i 2. te tablice I. moguće je pretpostaviti i ispravno zaključiti da će različiti mediji imati i različita kritična mjesta gdje je potrebno dulje prozračivanje kućišta. Ovisno o mediju ispiranja (ugljični dioksid - CO2 ili helij - He), te pozicije mogu biti na dijametralno suprotnim mjestima pa su i zbog toga predviđena dodatna mjerna mjesta. Budući da su se te pozicije mogle samostalno odabrati, one nisu bile identične kod svih sudionika ispitivanja i zbog toga nisu bile obrađene u privremenom izvješću.

B. Oprema

Osnovni zadatak programa bio je određivanje protoka (leakage rate test) i ispitivanje ispiranja (CO2 i helij) s ciljem određivanja najnepovoljnijeg mjernog mjesta za pojedini test ispiranja. Ispitni sklop trebalo je sastaviti kako je to predvidio PTB (slika 4.), koristeći se pritom vlastitom mjernom opremom (slika 5.).

Stjepan Peretin: Poredbeno ispitivanje Ex "p" II. (a3 – a7)


Slika 4. Primjer ispitnog sklopa (PTB) [4]

Bilo je potrebno osigurati dovod plinova pod tlakom od 2 bara, a PTB je svakom korisniku osigurao regulator podešen na 0,3 bara i sve cijevi za uzorkovanje iste dužine. Do sada je naš laboratorij provodio takvu vrstu ispitivanja uglavnom na opremi većih dimenzija koja je zahtijevala veće protoke i tlakove. Zbog toga je u ispitivanju upotrijebljena oprema koja je prikladnija za takvo laboratorijsko ispitivanje, a ne standardna koja je zamišljena za uporabu u realnim uvjetima. Prikaz ispitnog sklopa Ex-Agencije vidljiv je na slici 5.

Slika 5. Prikaz ispitnog sklopa Ex-Agencije

Uz potrebne instalacije zraka, CO2 i helija, vidljivi su ispitno kućište, analizator kisika, mjerilo protoka, tlaka, temperature i vlage te štoperica. Regulatorom tlaka

osiguran je konstantan tlak na ulazu, a cijevima i priključcima nepropusnost instalacije.

III. OPIS ISPITIVANJA

Program ispitivanja obuhvaćao je mjerenje protoka, punjenja i ispiranja kućišta. Budući da nema razlike u metodologiji ispitivanja ovisno o korištenom ispitnom plinu (ugljični dioksid - CO2 ili helij - He), program će biti objašnjen na primjeru s helijem.

A. Mjerenje protoka

Na pripremljenom sistemu bilo je potrebno postaviti tlak na 10 mbara i mjeriti protok medija na ulazu. Za to je trebalo zatvoriti sva mjerna mjesta te izlazni otvor. Time se osiguralo da sav zrak koji izlazi to čini kroz otvore na kućištu. Uz protok, bilo je potrebno zabilježiti i okolišne uvjete: temperaturu i vlagu.

Što se tiče daljnjeg ispitivanja, rezultat tog ispitivanja neće više biti potreban, no bit će upotrijebljen kod idućih poredbenih ispitivanja. Sljedeća ispitivanja znatno su zahtjevnija, a za ispitivanje ispiranja tražilo se ponavljanje s tri različita vremena.

B. Mjerenje punjenja kućišta

Procedura punjenje kućišta počinje mjerenjem uvjeta okoliša i radnog tlaka helija (0,3 bara). Nakon provjere jesu li svi otvori osim ulaznog i izlaznog zatvoreni, bilo je moguće početi s postupkom punjenja. Zamišljeno je da postupak punjenja helijem traje 90 sekundi, nakon čega se zatvara dovod helija i ventili na ulazu i izlazu. Tada se u zadanim pozicijama prema definiranom redoslijedu mjeri koncentracija helija. Ako koncentracija u nekoj od mjernih točaka nije veća od 70%, zaustavlja



se postupak. Otvara se kućište radi prozračivanja na jednu minutu i ponavlja postupak punjenja s prethodnim vremenom uvećanim za dodatnih trideset sekundi (u tom slučaju to bi bilo 120 sekundi). Taj postupak treba ponavljati sve dok nije postignuta koncentracija helija veća od 70% u svim mjernim mjestima.

Odredivši vrijeme potrebno za punjenje kućišta, moguće je nastaviti s daljnjim ispitivanjem: mjerenjem vremena ispiranja kućišta.

C. Mjerenje ispiranja kućišta

Postupak ispiranja sličan je postupku punjenja kućišta, no ispiranje se obavlja u zadanom vremenskom intervalu s ciljem određivanja pozicija u kojima se plin (u ovom slučaju helij) još zadrži u kućištu u nedopuštenoj koncentraciji.

Kao što je spomenuto, postupak je vrlo sličan prethodnom, a počinje mjerenjem uvjeta okoliša i radnog tlaka zraka (0,3 bara). Nakon provjere svih otvora (samo ulazni i izlazni su otvoreni), moguće je početi postupak ispiranja. Nakon zadanog vremena zatvara se dovod zraka i ventili na ulazu i izlazu. Tada se u zadanim pozicijama prema definiranom redoslijedu mjeri koncentracija helija i bilježi rezultat. Ako je koncentracija u nekom od mjernih mjesta manja od 1%, mjerenje je na tom mjestu završeno. Postupak mjerenja po pojedinim pozicijama ponavlja se za sva vremena ispiranja.

Postupak ispiranja zrakom trajao je sukladno zadanim vrijednostima PTB-a. Zadana su tri vremena u kojim bi prvo trebalo biti dovoljno za ispiranje kućišta i u svim mjernim mjestima koncentracija helija trebala bi biti ispod zadanih 1%. Preostala dva vremena ispiranja kraća su i služe za određivanje kritičnih pozicija u kojima nije ispran helij.

Rezultati i analiza

Obradivši rezultate laboratorija sudionika, izdano je privremeno izvješće [4] u kojem su opisani način i

metodologija analize te rezultati. Premda nisu svi sudionici prijavili svoje rezultate do zadanog roka (68% laboratorija ih je prijavilo), uočene su određene zakonitosti, ali i problemi vezani za sam postupak.

Uzevši navedeno u obzir, prvotni zaključci ispitivanja su sljedeći:

- s obzirom na opremu svih laboratorija, vrijeme za uzorkovanje je prekratko i moguće je da analizator ne može očitati stvarnu vrijednost

- cijevi od kućišta do analizatora su predugačke, što utječe na vrijeme i točnost mjerenja analizatora

- protok koji stvara analizator može biti prevelik za ispitno kućište pa je moguć znatan utjecaj na lokalnu koncentraciju smjese unutar ispitnog kućišta

- budući da ne postoje analizatori helija i ugljičnog dioksida, postojeći nisu svaki put idealno rješenje i potrebno je upotrijebiti alternativno rješenje (posebno se odnosi na ugljični dioksid)

- vrijeme između ispiranja i mjerenja je predugo s obzirom na to da plinovi imaju tendenciju slobodnog širenja po volumenu

- cijev između regulatora i kućišta je preduga jer smanjuje ulazni tlak i time je potrebno više vremena za ispiranje kućišta.

Unatoč navedenom, ali i uzevši u obzir da je to prvo poredbeno ispitivanje na takvoj razini u vrsti zaštite nadtlak, sveukupni rezultati vrlo su važni za daljnja istraživanja.

Premda je prvo vrijeme ispiranja zamišljeno kao veličina koja će dati dovoljno vremena da sva mjerna mjesta zadovolje traženi uvjet, sa slike 6. vidljivo je da rezultati pojedinih laboratorija ne odstupaju znatno od ciljane vrijednosti (označena plavom linijom), no velika većina postigla je očekivani rezultat. Naravno, postoje različiti razlozi koji su već navedeni u tekstu. Sa stajališta Ex-Agencije, dobiveni rezultati slažu se s očekivanom vrijednosti i nije bilo potrebe ni za kakvim komentarom u toj fazi ispitivanja.

Slika 6. Graf pozitivnih mjernih mjesta svih laboratorija za prvo vrijeme ispiranja (helij) [4]



Rezultati drugog vremena ispiranja (slika 7.) ipak pokazuju znatnija odstupanja od ciljane vrijednosti za zadano vrijeme. Dok u prethodnom ispitivanju samo devet od 40 laboratorija nije postiglo očekivanu vrijednost, u tom slučaju samo osam ih je imalo traženi rezultat. Rezultati Ex-Agencije (crveni stupac)

pokazuju da su sva mjerna mjesta zadovoljila ispitivanje, no uz komentar da je to granično vrijeme i da se ispitivalo pet sekundi kraće, rezultat u dvije točke bio bi negativan. U realnom slučaju takav bi se rezultat korigirao duljim vremenom ispiranja, što je i najčešća praksa svih sudionika.

Slika 7. Graf pozitivnih mjernih mjesta svih laboratorija za drugo vrijeme ispiranja (helij) [4]

Posljednje vrijeme ispiranja (slika 8.) dalo je identičan rezultat kao i za drugo, s tim da je samo nekoliko laboratorija tijekom ispitivanja imao rezultate identične ciljanoj vrijednosti. Kao i u prethodnom slučaju, rezultati

Ex-Agencije (crveni stupac) odstupaju od ciljane vrijednosti i opet uz komentar da je vrijeme uzorkovanja bilo predugačko jer su pojedina mjerna mjesta bila na granici negativnog rezultata

Slika 8. Graf pozitivnih mjernih mjesta svih laboratorija za treće vrijeme ispiranja (helij) [4]

Posljednja dva ispitivanja trebala su olakšati procjenu pozicije kritičnog mjernog mjesta, što je bio posljednji zadatak ispitivanja. Ta pozicija predstavlja mjesto gdje je zbog konfiguracije samog ispitnog uzorka otežana difuzija plinova i stoga se dulje zadržava plinska smjesa (u ovom slučaju, helij). Na slici 9. može se primijetiti trend grupiranja rezultata oko dvije točke: točka na

1 S obzirom na veličinu kućišta, ta metoda u tom slučaju nije najprimjerenija.

mjernom mjestu 1 i na mjernom mjestu 5 (označene crveno). Kako je helij manje gustoće od zraka, ne iznenađuje veća koncentracija u gornjem dijelu ispitnog uzorka. Naravno, većim brojem ponavljanja, kao i većim brojem mjernih mjesta1, dobilo bi se i više rezultata, što bi teoretski dalo i bolji krajnji rezultat i tako preciznije odredilo kritično mjerno mjesto.



Slika 9. Prikaz kritičnih mjernih mjesta unutar ispitnog kućišta sukladno rezultatima pojedinih laboratorija (helij)

Zanimljivo je primijetiti da su prilikom prijavljivanja rezultata kritičnog mjernog mjesta za Ex-Agenciju, obje točke (1 i 5) prijavljene kao najgori slučaj, uz opasku da su rezultati previše slični za navedene pozicije te da s obzirom na obavljeni broj ispitivanja nije moguće sa sigurnošću utvrditi jedinstveno kritično mjesto.

U interakciji s preostalim sudionicima tijekom, ali i nakon održavanja radionice, došlo se do sličnih zaključaka, što je jedan od razloga zbog kojih je nužna promjena parametara i provedba novih ispitivanja u sljedećoj fazi.



IV. ZAKLJUČAK

Već je tijekom radionice javljeno kako će biti pokrenuta i druga faza ispitivanja, koja bi trebala završiti u prosincu 2018. kada se očekuju uniformniji rezultati. Sama radionica poslužila je kao dobra platforma za razmjenu iskustva i shvaćanje problematike takva ispitivanja.

Može se reći da su rezultati, ali još važnije, metodologija i princip rada Ex-Agencije usporedivi s onima vodećih svjetskih institucija. Uz odgovarajuću opremu, za to su zaslužni i djelatnici organizacije koji svojim iskustvom pridonose poboljšanju kvalitete rada. Iako rezultati na grafovima to izravno ne pokazuju, u interakciji sa sudionicima radionice pokazalo se da je mišljenje stručnjaka Ex-Agencije cijenjeno i u svjetskim okvirima.

S obzirom na dosadašnju praksu, u iduće izvješće trebalo bi biti uključeno više laboratorija i očekuje se da će se Ex-Agencija i dalje moći uspoređivati s ostalim svjetskim laboratorijima.

LITERATURA [1] HRN EN 60079-2:2015, Eksplozivne atmosfere -- 2. dio: Vrsta zaštite

opreme nadtlak "p" (IEC 60079-2:2014; EN 60079-2:2014) [2] Damir Korunić, Elektromotori u vrsti zaštite nadtlak – prednosti i mane,

Ex-Bilten br. 1-2, Vol 39, 2011., Agencija za prostore ugrožene eksplozivnom atmosferom (Ex-Agencija), Baštijanova bb

[3] https://www.automation.com/library/articles-white-papers/machine-process-safe-guarding/methods-of-protection-in-hazardous-explosion-risk-locations, pristupljeno 5. 9. 2018.

[4] Interim Report for the program Pressurized Enclosure - Test Round 2017 of the PTB Ex Proficiency Testing Scheme, Braunschweig, 2018-08-01, Jia Wu M.Eng., Lisa Zater M.Eng, Tim Krause M. Eng.

protueksplozijska zaštita opreme i zaštitnih sustava · protueksplozijske zaštite ima primjenu u...

Documents