مفاتيح بدء تشغيل المحركات المقاومة للانفجار للتحكم في الضواغط في المناطق الخطرة

تبدأ أعطال الضواغط في بيئات المنطقة 1 والمنطقة 2 نادراً من الضاغط نفسه. من خلال تجربتي في تصميم أنظمة كهربائية مقاومة للانفجار لمحطات ضغط الغاز والبترو.chemical المرافق، السبب الجذري غالبًا ما يعود إلى بدء تشغيل المحرك: قواطع غير مناسبة، تصنيفات درجة الحرارة غير الصحيحة، أو دوائر الحماية التي تفصل الأعطال المزعجة بينما تفوت ظروف الحمل الزائد الحقيقية. يتطلب اختيار بدء تشغيل محرك مقاوم للانفجار للتحكم في الضاغط مطابقة تصنيفات الكهرباء للبدء مع خصائص بدء التشغيل للضاغط، والتأكد من أن طريقة حماية Ex للحاوية تناسب تصنيف المنطقة، والتحقق من أن إعدادات الحماية الحرارية تأخذ في الاعتبار دورة عمل الضاغط. تتناول هذه المقالة قرارات المواصفات التي يواجهها مهندسو الشراء ومديرو المشاريع عند الحصول على معدات مقاومة للانفجار. محركات البدء لتطبيقات الضواغط، مع اهتمام خاص بالتنسيق بين تصنيفات البدء وملفات تحميل الضاغط التي لا توضحها معظم أوراق بيانات المنتجات.

لماذا تتطلب أحمال الضواغط خصائص محددة لبداية المحرك

تفرض الضواغط تيارات بدء يمكن أن تصل إلى ستة إلى ثمانية أضعاف تيار الحمل الكامل، وتستمر لبضع ثوانٍ حتى يصل المحرك إلى سرعة التشغيل. تضيف الضواغط الترددية أحمال عزم الدوران النابض التي تخلق تقلبات في التيار طوال فترة التشغيل. تولد الضواغط اللولبية التي تعمل بضغط تفريغ متغير تقلبات في الحمل لا تتوقعها منحنيات حماية المحرك القياسية.

محرك بدء التشغيل المقاوم للانفجار المختار بناءً على قوة الحصان الموجودة على لوحة الاسم فقط من المحتمل أن يعاني من تآكل مبكر في القاطع أو انقطاع غير مرغوب فيه. يجب أن يتناسب تصنيف القاطع AC-3 مع مدة تيار الدوار المقفل، وليس فقط مع تيار الحالة الثابتة. بالنسبة لضاغط بقوة 75 كيلو وات مع تيار دوار مقفل قدره 480 أمبير ووقت بدء قدره 8 ثوانٍ، قد يكون القاطع المصنف لـ 150 أمبير AC-3 في فئة الاستخدام AC-3 هامشيًا. يجب أن يكون المرحل الحراري القابل للتعديل ضمن نطاق يغطي عامل خدمة المحرك مع توفير خصائص انقطاع من الفئة 10 أو الفئة 20 المناسبة لتردد بدء تشغيل الضاغط.

لقد رأيت مشاريع حيث كان بدء تشغيل المحرك بحجم مناسب للمحرك ولكنه فشل خلال أشهر بسبب استبدال تسلسل بدء التشغيل غير المحمل للضاغط ببدء التشغيل المحمل بعد تغييرات في العملية. تراكمت حرارة الذاكرة الحرارية للبدء بشكل أسرع مما يمكن أن يبدد المرحل، مما أدى إلى رحلات مزعجة قام المشغلون في النهاية بتجاوزها، مما خلق خطرًا حقيقيًا على السلامة.

توافق طريقة الحماية مع تصنيف المنطقة ومتطلبات التركيب

تتوفر مشغلات المحركات المقاومة للانفجار للتحكم في الضواغط في تكوينات Ex d (مضادة للاشتعال) وEx e (أمان معزز) وEx de المدمجة. يعتمد الاختيار على تصنيف المنطقة، وتردد التبديل، ومتطلبات الوصول للصيانة.

لتطبيقات الضواغط في بيئات الغاز في المنطقة 1، تعتبر تكوينات Ex d أو Ex de معيارية. ترتيب Ex de يبسط إنهاء الكابلات لأن غرفة الأطراف ذات السلامة المعززة يمكن فتحها دون القلق من إعادة التصديق المرتبطة بالوصلات المقاومة للانفجار. عند تحديد بدء التشغيل Ex de، تأكد من أن مدخلات غلاف الكابل إلى غرفة Ex e مصنفة Ex e أو Ex d كما هو مطلوب بموجب معيار التركيب.

تصنيف مجموعة الغاز مهم. محطة ضاغط تتعامل مع الغاز الطبيعي (IIA) تتطلب معدات معتمدة للحد الأدنى من IIA. خدمة الهيدروجين (IIC) تتطلب شهادة IIC، مما يعني عادةً أبعاد مسار اللهب الأكبر وأبعاد الحاويات الأكبر. يجب أن يتطابق تصنيف درجة الحرارة مع درجة حرارة الاشتعال الذاتي للغاز مع هامش. بالنسبة لمعظم تطبيقات ضواغط الهيدروكربونات، فإن تصنيفات T3 أو T4 كافية، ولكن تطبيقات الهيدروجين قد تتطلب T1 أو T2 حسب ظروف العملية.

تحديد حجم البدء للتشغيل المباشر والبدء بجهد مخفض

يعتبر البدء المباشر (DOL) الطريقة الأكثر بساطة وشيوعًا للضواغط التي تقل قدرتها عن 200 كيلو وات في المنشآت ذات سعة الإمداد الكافية. يحتوي بدء التشغيل المقاوم للانفجار DOL على مفتاح رئيسي، ومرحلة تحميل حراري، ومكونات دائرة التحكم. يجب أن يكون المفتاح مصنفًا لتيار الحمل الكامل للمحرك مع هامش كافٍ لفئة الاستخدام.

بالنسبة للضواغط الأكبر أو التركيبات ذات سعة الإمداد المحدودة، تصبح طرق البدء بجهد مخفض ضرورية. تقلل بدء التشغيل بنظام النجمة دلتا من تيار البدء إلى حوالي ثلث قيم DOL ولكنها تتطلب محركات مصممة للعمل بجهدين مزدوجين. توفر البدء الناعم تحديد تيار قابل للتعديل وتزداد المواصفات لها في تطبيقات الضواغط حيث يقلل الضغط الميكانيكي من عمر المعدات.

عند تحديد حاوية بدء التشغيل الناعم المقاومة للانفجار، تزداد متطلبات تبديد الحرارة بشكل كبير. تولد البدء الناعم حرارة كبيرة خلال فترة التسارع، ويجب أن تستوعب سعة الحاوية المقاومة للانفجار ذلك دون تجاوز تصنيف درجة الحرارة. لقد راجعت المواصفات حيث كانت إلكترونيات الطاقة للبدء الناعم مصنفة بشكل صحيح ولكن ارتفاع درجة الحرارة الداخلية للحاوية دفع درجة حرارة السطح إلى ما بعد حدود T4 خلال تسلسلات البدء الممتدة.

إعدادات الحماية الحرارية لدورات عمل الضاغط

يعمل المرحل الحراري الزائد على حماية المحرك من ظروف التيار الزائد المستمر، ولكن دورات عمل الضاغط تعقد تنسيق الحماية. الضاغط الذي يعمل في دورة مستمرة عند حمل 85% له خصائص حرارية مختلفة عن الضاغط الذي يتناوب بين حالات الحمل والفراغ كل بضع دقائق.

تقوم مرحلات الحمل الزائد من الفئة 10 بالتشغيل خلال 10 ثوانٍ عند 7.2 أضعاف التيار المحدد. تسمح مرحلات الفئة 20 بـ 20 ثانية عند نفس المضاعف. قد تتطلب الضواغط ذات العجلات الثقيلة أو الأحمال ذات القصور الذاتي العالي حماية من الفئة 20 أو الفئة 30 لتجنب التشغيل غير المرغوب فيه أثناء البدء العادي مع الاستمرار في الحماية ضد ظروف قفل الدوار الحقيقية.

تصبح تعويض درجة حرارة البيئة للمرحل الزائد أمرًا حاسمًا في الأغطية المقاومة للانفجار. يمكن أن تتجاوز درجة الحرارة الداخلية للغلاف أثناء التشغيل 60 درجة مئوية في المناخات الحارة، مما يؤدي إلى تغيير منحنى تشغيل المرحل. تحافظ المرحلات ذات التعويض التلقائي للبيئة على حماية متسقة بغض النظر عن درجة حرارة الغلاف. تتطلب المرحلات التي لا تحتوي على تعويض تعديلًا يدويًا لإعداد التيار لأخذ البيئة المرتفعة في الاعتبار، مما يقدم خطأ بشريًا في تنسيق الحماية.

بالنسبة للضواغط التي تبدأ بشكل متكرر، توفر الذاكرة الحرارية للمرحل الزائد الإلكتروني حماية أكثر دقة من المرحلات ثنائية المعدن. تحسب المرحلات الإلكترونية الحالة الحرارية للمحرك بناءً على حجم التيار ومدة التشغيل، مع الأخذ في الاعتبار التبريد بين البدء. تعتمد المرحلات ثنائية المعدن على التسخين والتبريد الفيزيائي لعنصر ثنائي المعدن، والذي قد لا يتتبع بدقة الحالة الحرارية الفعلية للمحرك أثناء التناوب السريع.

متطلبات جهد الدائرة التحكم وواجهة

يجب أن تتوافق مشغلات المحركات المقاومة للانفجار للتحكم في الضاغط مع نظام التحكم في المنشأة، مما يقدم متطلبات توافق جهد الدائرة التحكم والإشارات. تشمل جهد التحكم الشائع 24 فولت تيار مستمر، 110 فولت تيار متردد، و230 فولت تيار متردد. يجب أن يكون المحول داخل المشغل مصنفًا لفئة درجة حرارة الغلاف ويجب أن يوفر سعة VA كافية لملف المتصل، ومصابيح المؤشر، وأي مرحلات مساعدة.

تتطلب القدرة على البدء/التوقف عن بُعد جهات اتصال مساعدة مصنفة لمتطلبات إدخال نظام التحكم. تتطلب وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة عادةً جهات اتصال جافة أو جهات اتصال خالية من الجهد لتغذية الحالة. يجب أن تكون كتل الاتصال المساعدة معتمدة كجزء من التجميع المقاوم للانفجار، وليس إضافتها كتعديلات ميدانية.

بالنسبة للضواغط المدمجة في أنظمة السلامة المعتمدة، قد يتطلب مشغل المحرك مكونات مصنفة SIL. يجب أن تحقق مجموعة المتصل والمرحل الزائد المستوى المطلوب من SIL، عادةً SIL 2 لتطبيقات الضاغط في المناطق الخطرة. يؤثر هذا المتطلب على اختيار المكونات وقد يتطلب متصلات زائدة أو مرحلات أمان مخصصة داخل الغلاف المقاوم للانفجار.

مواد الغلاف والاعتبارات البيئية

تُصنع صناديق بدء تشغيل المحركات المقاومة للانفجار من سبائك الألمنيوم المصبوب، الحديد الزهر، الفولاذ المقاوم للصدأ، والبلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية (GRP). يؤثر اختيار المواد على مقاومة التآكل، الوزن، الأداء الحراري، والتكلفة.

تقدم سبائك الألمنيوم المصبوب (خالية من النحاس للحصول على شهادة مقاومة الانفجار) مقاومة جيدة للتآكل مع وزن معتدل. توفر الأسطح المطلية بالبودرة حماية إضافية في البيئات الكيميائية. بالنسبة لتطبيقات الضواغط البحرية والبحرية، فإن صناديق الفولاذ المقاوم للصدأ 316L تقاوم التآكل الناتج عن الكلوريد ولكنها تزيد الوزن والتكلفة بشكل كبير.

توفر صناديق GRP مقاومة كيميائية ممتازة ووزن أخف من البدائل المعدنية. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي الموصلية الحرارية المنخفضة لـ GRP إلى زيادة درجات الحرارة الداخلية، مما يؤثر على تصنيف فئة الحرارة. بالنسبة لصناديق بدء التشغيل ذات متطلبات تبديد الحرارة العالية، توفر الصناديق المعدنية عادةً أداءً حراريًا أفضل.

يجب أن يتطابق تصنيف IP مع بيئة التركيب. IP66 هو المعيار للتطبيقات الصناعية الخارجية، حيث يوفر حماية ضد دخول الغبار واندفاعات المياه القوية. قد تحدد التركيبات البحرية IP67 لمقاومة الغمر المؤقت أثناء عمليات غسل السطح.

تؤثر مواضع دخول الكابلات على مرونة التركيب. الدخول من الأسفل هو المعيار لمعظم التركيبات الصناعية، ولكن قد يكون الدخول من الجانب مطلوبًا للتكوينات المثبتة على الحائط أو حيث تكون المساحة الأرضية محدودة. يجب أن يتطابق مواصفات غلاف الكابل مع نوع الكابل: تتطلب الكابلات المدرعة Ex d موصلات الكابل مع تثبيت الدرع، بينما تستخدم الكابلات غير المدرعة غلاف Ex e أو Ex d المناسب لقطر الكابل.

مواصفات الشراء التي تمنع مشاكل الميدان

يتطلب تحديد صناديق بدء تشغيل المحركات المقاومة للانفجار للتحكم في الضواغط مزيدًا من التفاصيل مقارنة بمواصفات مراكز التحكم في المحركات القياسية. يجب أن تظهر المعلمات التالية في كل مواصفة شراء:

بيانات المحرك: تيار الحمل الكامل، تيار الدوار المقفل، وقت البدء، عامل الخدمة، ودورة العمل. بدون هذه المعلومات، لا يمكن للمورد التحقق من حجم المتصلات والحمل الزائد.

تصنيف المنطقة: المنطقة (0، 1، أو 2) أو القسم (1 أو 2)، مجموعة الغاز (IIA، IIB، أو IIC)، وفئة الحرارة (T1 إلى T6). يجب أن تغطي الشهادة جميع المعلمات القابلة للتطبيق.

طريقة البدء: DOL، نجمة دلتا، بدء تشغيل ناعم، أو VFD. بالنسبة لطرق الجهد المنخفض، حدد حد تيار البدء ومتطلبات زمن التسارع.

جهد التحكم والواجهة: جهد دائرة التحكم، متطلبات الاتصال الإضافي، وأي احتياجات تكامل نظام الأمان.

الظروف البيئية: نطاق درجة حرارة البيئة، التعرض للجو التآكلي، ومتطلبات تصنيف IP.

متطلبات الشهادة: IECEx، ATEX، أو الشهادات الإقليمية حسب ما تتطلبه ولاية التركيب. حدد ما إذا كانت هناك حاجة للتحقق من الشهادة من طرف ثالث قبل الشحن.

عندما دعمنا مشروع Tilenga في أوغندا، حددت عملية المواصفة أن عدة صناديق بدء تشغيل المحركات تحتاج إلى شهادة IECEx مع تصنيفات فئة حرارة محددة تختلف عن نطاق المنتجات القياسي. سمح التحديد المبكر بإجراء تعديلات على التصنيع دون التأثير على الجدول الزمني. غالبًا ما تكتشف المشاريع التي تترك تفاصيل الشهادة لتقدير المورد فجوات في الامتثال أثناء اختبار قبول المصنع، عندما تصبح التصحيحات مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً.

تنسيق اختيار صندوق بدء التشغيل مع متطلبات الضاغط الخاص بك

الفجوة بين ورقة بيانات صندوق بدء التشغيل ومتطلبات التشغيل الفعلية للضاغط هي المكان الذي تحدث فيه أخطاء المواصفات. تسرد أوراق البيانات التصنيفات القصوى تحت ظروف مثالية. تعمل الضواغط تحت أحمال متغيرة، ودرجات حرارة مرتفعة، وتسلسلات بدء تشغيل تؤثر على المكونات بشكل مختلف عن ظروف الاختبار التي تستند إليها التصنيفات.

إذا كان تطبيق الضاغط الخاص بك يتضمن تصنيف المنطقة 1، دورات بدء تشغيل متكررة، أو تكامل مع أنظمة الأمان المعتمدة، فقد لا توفر جداول اختيار المنتجات القياسية إرشادات كافية. أرسل بيانات محرك الضاغط الخاص بك، تفاصيل تصنيف المنطقة، ومتطلبات واجهة التحكم إلى gm*@***om.com أو اتصل على +86 21 39977076. سنؤكد ما إذا كانت التكوينات القياسية تلبي متطلباتك أو ما إذا كانت هناك حاجة لتعديلات محددة للتطبيق قبل أن تلتزم بأمر الشراء.

أسئلة شائعة حول مشغلات المحركات المقاومة للانفجار للضواغط

ما هي الشهادات التي يجب أن تمتلكها مشغلات المحركات المقاومة للانفجار للمشاريع الدولية؟

تقدم شهادة IECEx أوسع قبول دولي وتُعترف بها في معظم البلدان خارج أمريكا الشمالية وأوروبا. شهادة ATEX إلزامية للتركيبات في الاتحاد الأوروبي. تتطلب المشاريع في أمريكا الشمالية عادةً شهادة UL أو CSA وفقًا لمعايير NEC 500 أو 505. للمشاريع التي تمتد عبر عدة ولايات قضائية، فإن تحديد IECEx مع ATEX كشهادة ثانوية يغطي معظم المتطلبات. يجب أن تسرد الشهادة مجموعة الغاز المحددة وفئة درجة الحرارة، وليس فقط طريقة الحماية. تحقق من أن رقم الشهادة يتطابق مع لوحة اسم المنتج قبل قبول الشحنة.

كيف يمكنني تحديد فئة درجة الحرارة الصحيحة لمشغل محرك الضاغط؟

يجب أن تكون فئة درجة الحرارة أقل من درجة حرارة الاشتعال الذاتي للغاز مقسومة على عامل الأمان المحدد في المعيار المعمول به. بالنسبة لمعظم غازات الهيدروكربون في تطبيقات الضواغط، فإن تصنيفات T3 (درجة حرارة السطح القصوى 200 درجة مئوية) أو T4 (135 درجة مئوية) مناسبة. يحتاج الهيدروجين والأسيتيلين إلى T1 (450 درجة مئوية) أو T2 (300 درجة مئوية) حسب التركيز وظروف العملية. يجب ألا تتسبب الحرارة الداخلية الناتجة عن بدء تشغيل المحرك أثناء التشغيل في تجاوز سطح الحاوية لحد فئة درجة الحرارة. إذا كانت درجة حرارة الغاز في عمليتك أقل من 200 درجة مئوية، تأكد من متطلبات فئة درجة الحرارة المحددة مع مهندس السلامة الخاص بك قبل تحديد المعدات.

هل يمكنني إضافة اتصالات مساعدة أو تعديل بدء تشغيل المحرك المقاوم للانفجار بعد التثبيت؟

تؤدي التعديلات الميدانية على المعدات المقاومة للانفجار إلى إبطال الشهادة ما لم يتم تنفيذها وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة المعتمدة باستخدام مكونات معتمدة. يتطلب إضافة اتصالات مساعدة، أو تغيير غلاف الكابل، أو تعديل الأسلاك الداخلية إعادة الشهادة من قبل جهة معتمدة في معظم الولايات القضائية. النهج العملي هو تحديد جميع الاتصالات المساعدة المطلوبة ومكونات الواجهة خلال عملية الشراء الأولية. إذا تغيرت متطلبات نظام التحكم الخاص بك بعد التثبيت، اتصل بالشركة المصنعة لتحديد ما إذا كانت مجموعة تعديل معتمدة متاحة أو ما إذا كان من الضروري الاستبدال.

ما الفرق بين بدء تشغيل المحركات Ex d و Ex de لتطبيقات الضواغط؟

تحتوي محركات Ex d على جميع المكونات داخل حاوية مقاومة للاشتعال. يتطلب فتح الحاوية لأي سبب، بما في ذلك إنهاء الكابل، استبدال الحشوة بشكل صحيح وقد يتطلب إعادة الشهادة لمسار اللهب. تفصل محركات Ex de غرفة مقاومة للاشتعال تحتوي على القاطع والحمولة الزائدة عن غرفة طرفية ذات أمان متزايد. تتصل الأسلاك الميدانية في غرفة Ex e، التي يمكن فتحها دون التأثير على الشهادة المقاومة للاشتعال. بالنسبة لتطبيقات الضواغط التي تتطلب صيانة دورية للكابل أو تغييرات في إنهاء الكابل، تقلل تكوينات Ex de من تعقيد الصيانة. إذا كانت تركيبك يتضمن تعديلات متكررة على الكابل أو كنت تفضل إجراءات أسلاك ميدانية أبسط، حدد Ex de بدلاً من البناء النقي Ex d.

كيف يمكنني التحقق من أن مورد بدء تشغيل المحرك يمكنه تلبية متطلبات مشروعي؟

اطلب شهادة IECEx أو ATEX وتحقق منها من خلال قاعدة بيانات الجهة المصدرة عبر الإنترنت. يمكن التحقق من الشهادات مقابل نظام الشهادات عبر الإنترنت IECEx أو سجلات الجهة المعتمدة ATEX. اطلب مشاريع مرجعية مع تطبيقات ضواغط مماثلة واتصل بتلك المراجع مباشرة. بالنسبة للمشاريع الحرجة، قم بإجراء تدقيق في المصنع قبل تقديم الطلبات. يجب أن يتحقق التدقيق من أن عمليات الإنتاج تتطابق مع التصميم المعتمد، وأن معدات الاختبار معايرة، وأن سجلات الجودة تظهر الامتثال المستمر. شارك مواصفات الضاغط الخاص بك وجدول المشروع مع gm*@***om.com لمناقشة كيف تعالج عملية اختبار قبول المصنع لدينا هذه المتطلبات للتحقق.

إذا كنت مهتمًا، اطلع على هذه المقالات ذات الصلة:

تعريف المقاومة للانفجار: حقائق السلامة الأساسية لعام 2025
أسلاك مقاومة للانفجار: المعايير الأساسية للسلامة الصناعية

مع أكثر من عقد من الخبرة، هو مهندس كهربائي مقاوم للانفجار متمرس متخصص في تصميم وتصنيع منتجات السلامة ومقاومة الانفجار. يمتلك خبرة عميقة في مجالات رئيسية بما في ذلك أنظمة مقاومة الانفجار، إضاءة الطاقة النووية، السلامة البحرية، حماية من الحرائق، وأنظمة التحكم الذكية. في شركة Warom Technology Incorporated، يشغل مناصب قيادية مزدوجة كمهندس نائب رئيس أول internationales للأعمال ورئيس قسم البحث والتطوير الدولي، حيث يشرف على مبادرات البحث والتطوير ويضمن تقديم وثائق التصميم بدقة للمشروعات الدولية. ملتزم بتعزيز السلامة الصناعية العالمية، يركز على ترجمة التقنيات المعقدة إلى حلول عملية، لمساعدة العملاء في تطبيق أنظمة تحكم أكثر أماناً وذكاءً وموثوقية حول العالم.

Qi Lingyi