La mayoría de las especificaciones de adquisición tratan la Zona 1 y la Zona 2 como niveles de riesgo adyacentes en el mismo gráfico de clasificación, pero la distancia de ingeniería entre ellas dicta arquitecturas de equipos, cargas de mantenimiento y perfiles de costos totales fundamentalmente diferentes. Si su proyecto aplica equipos de Zona 2 donde una evaluación de Zona 1 habría requerido gabinetes a prueba de explosión, la brecha de cumplimiento puede no surgir hasta la auditoría previa a la puesta en marcha, momento en el cual el costo de corrección es un orden de magnitud mayor que la diferencia inicial de especificación. Este artículo examina el método de protección, la certificación, la instalación y las distinciones de costos del ciclo de vida que determinan qué categoría de equipo pertenece a cada zona, basándose en tres décadas de experiencia en fabricación y entrega de proyectos en los sectores del petróleo, gas, químico y farmacéutica sitios.
Cómo la clasificación de zonas determina los métodos de protección de equipos
La clasificación de zonas describe la probabilidad y la duración de una atmósfera inflamable, y esa probabilidad selecciona directamente el concepto de protección. La Zona 1 se define como un área donde es probable que ocurra una atmósfera de gas explosiva en operación normal. La Zona 2 es un área donde no es probable que ocurra una atmósfera de gas explosiva en operación normal y, si ocurre, solo persistirá durante un corto período.
La consecuencia práctica es que los equipos de Zona 1 deben contener una explosión interna, limitar la energía o evitar que la atmósfera inflamable llegue a las fuentes de ignición, incluso cuando el equipo está funcionando normalmente y el gas está presente. Los gabinetes a prueba de explosión (Ex d) son la solución más común para la Zona 1: el gabinete está diseñado para soportar una explosión de gas interna y extinguir la llama al pasar por la ruta de llama mecanizada para que la atmósfera externa nunca se encienda. Los diseños de seguridad aumentada (Ex e), que eliminan arcos y superficies calientes por diseño en lugar de contenerlos, también se utilizan en la Zona 1 para iluminación y armarios terminales pero requieren controles de instalación más estrictos.
Los equipos de Zona 2 operan bajo una suposición diferente: la atmósfera inflamable solo está presente en condiciones anormales. Se permiten métodos de protección como Ex n (no generador de chispas) o Ex ec (una variante menos restrictiva de seguridad aumentada) porque la superposición estadística entre una falla del equipo y una liberación de gas es aceptablemente baja. No se requiere ruta de llama. Los gabinetes son más ligeros, las disposiciones de entrada de cable son más simples y el costo por unidad disminuye significativamente.
He visto esta distinción manifestarse en una sola refinería donde un área de motor de bomba de Zona 1 requería interruptores de desconexión Ex d con rutas de llama mecanizadas y un espaciado mínimo de 6 mm entre pernos en las cubiertas, mientras que la instrumentación de Zona 2 junction boxes a 20 metros de distancia utilizaba gabinetes Ex e con tapas con juntas estándar. Ambas instalaciones pasaron la inspección de terceros, pero el hardware de Zona 1 costó aproximadamente 2.5 veces más por unidad. La diferencia no fue una sobreingeniería, sino que se mapeó directamente al estudio de dispersión de gas que colocó los sellos de la bomba dentro del contorno de Zona 1.
Certificación y Marcado: Lo que requieren la Zona 1 y la Zona 2
La certificación es donde muchas comparaciones de licitaciones salen mal porque los compradores comparan la presencia del certificado en lugar del alcance del certificado. Un certificado de Zona 1 cubre la aplicación de Zona 2 bajo el marco IEC 60079, pero nunca al revés. Cuando un fabricante ofrece equipos "certificados para Zona 2", el organismo de certificación solo ha verificado que el diseño cumple con los requisitos reducidos de conceptos de protección como Ex nA, Ex nR o Ex ec. El equipo no ha sido probado para contener una explosión interna o para soportar los requisitos de ruta de llama de Ex d.
El marcado del equipo cuenta la historia completa. Un gabinete Ex d de Zona 1 lleva una marca como Ex db IIC T6 Gb, donde "db" indica un nivel de protección a prueba de explosión adecuado para Zona 1, "IIC" cubre el grupo de gas más amplio, incluido el hidrógeno y el acetileno, "T6" limita la temperatura superficial a 85 °C y "Gb" indica el nivel de protección del equipo para Zona 1. Un equivalente de Zona 2 podría leer Ex ec IIC T4 Gc. Los caracteres "ec" y "Gc" son los decisivos: le dicen al inspector de instalación que este equipo no está clasificado para Zona 1, independientemente de cómo se vea el gabinete externamente.
En los proyectos que nuestro equipo ha apoyado, el hallazgo de certificación más frecuente durante las pruebas de aceptación en fábrica es que una especificación listaba "Ex d IIB T4" para un área de Zona 1, pero el gas presente era hidrógeno, que requiere IIC. El segundo más común es que un paquete de adquisición mezcló equipos de Zona 1 y Zona 2 sin verificar que los artículos de Zona 2 tuvieran un certificado que declarara explícitamente el nivel de protección Gc. Si su proyecto involucra zonas mixtas, solicite el certificado IECEx o ATEX completo para cada artículo y verifique el carácter EPL antes de aceptar la cotización.
Diferencias de instalación y entrada de cable que afectan el costo del proyecto
La selección de prensaestopas revela el límite de zona más claramente que cualquier clasificación de gabinete. Los equipos Ex d de Zona 1 requieren una prensaestopas a prueba de explosión que mantenga la integridad de la ruta de llama en el punto de entrada. La prensaestopas debe tener la misma certificación Ex d que el gabinete, y el instalador debe verificar que la barrera compuesta o el sello elastomérico cumplan con el mismo grupo de gas y clase de temperatura. Cuando el cable está blindado, la prensaestopas también debe terminar el blindaje y mantener la ruta de llama simultáneamente. Estas prensaestopas son componentes mecanizados con longitudes y diámetros de ruta de llama controlados, no son intercambiables con prensaestopas industriales a prueba de intemperie.
Los equipos Ex e o Ex n de Zona 2 aceptan prensaestopas de seguridad aumentada o, en muchos casos, prensaestopas industriales estándar glándulas de cable clasificados para el nivel de protección de ingreso. La diferencia de costo por punto de entrada suele ser de 3 a 5 veces, y en un panel de distribución con 20 puntos de entrada de cable, esa diferencia por sí sola puede aumentar el costo instalado en varios miles de dólares.
Más allá de la prensaestopas, las prácticas de cableado divergen. Las cajas de terminales Ex e de Zona 1 requieren que cada terminación de conductor mantenga las distancias de fuga y de aislamiento especificadas según el estándar de seguridad aumentada. Las cajas de terminales no generadoras de chispas de Zona 2 tienen requisitos de espaciado menos restrictivos. La mano de obra de instalación y el tiempo de inspección para los circuitos de Zona 1 son mediblemente más altos, algo que los estimadores de EPC deberían capturar en los elementos de costo indirecto en lugar de enterrarlos en una asignación por unidad que no diferencia entre zonas.
Material del recinto y solapamientos ambientales
La clasificación de la zona define el método de protección contra explosiones, pero el entorno ambiente—salpicaduras de sal, chemical exposición, temperaturas extremas—determina el material del recinto. En plataformas offshore donde los grupos de gases de la Zona 1 suelen incluir IIC (hidrógeno de salas de baterías) e IIB (vapores de hidrocarburos en la parte superior), la selección del material del recinto está impulsada tanto por la resistencia a la corrosión como por la protección contra explosiones.
Los recintos de aleación de aluminio sin cobre con superficies recubiertas en polvo sirven para la mayoría de las aplicaciones en tierra de la Zona 1 y Zona 2 y proporcionan protección IP66 contra la entrada de agua con resistencia a la corrosión WF2 cuando se especifican correctamente. Nuestra biblioteca de productos ofrece las series de paneles de distribución HRMD92 y HRMD93 en este material, y hemos enviado estos recintos a sitios desde campos de tanques en desierto hasta terminales químicas tropicales sin reclamaciones por corrosión durante un período de observación de diez años.
El acero inoxidable entra en la especificación cuando la atmósfera externa contiene cloruros en concentraciones que atacan el aluminio. Las plataformas marinas, terminales de LNG costeros y áreas de carga en muelles entran en esta categoría. La serie de cajas terminal BXJ-S utiliza recintos de acero inoxidable 316L para exactamente estas instalaciones. La prima de coste del material sobre el aluminio es aproximadamente del 60 al 80 por ciento, pero elimina la necesidad de reemplazo periódico del recinto que el aluminio requeriría en un entorno de Zona 1 cargado de sal.
Una opción de material que crea un verdadero punto de decisión entre Zona 1 y Zona 2 es el poliéster reforzado con fibra de vidrio (GRP). Los recintos de GRP ofrecen una excelente resistencia a la corrosión a un coste menor que el acero inoxidable, y se utilizan ampliamente en aplicaciones de Zona 2 y Zona 22 (polvo combustible). El GRP no suele estar certificado para construcción a prueba de llamas Ex d, por lo que su uso en Zona 1 se limita a diseños de seguridad aumentada Ex e, como el BXM(D)8050 cuadros de distribución de iluminación en nuestra gama de productos. Si la especificación de su Zona 1 requiere protección a prueba de llamas, el GRP queda fuera de la lista de materiales y la elección se limita al aluminio o acero inoxidable.
Cuando el equipo de Zona 2 se convierte en la opción comercial más inteligente
La discusión técnica puede dar la impresión de que el equipo de Zona 1 siempre es la opción más segura o conservadora, pero esa lógica se rompe bajo restricciones presupuestarias del proyecto. El equipo de Zona 2 existe porque el análisis de riesgos determinó que la probabilidad de atmósfera inflamable no justifica la arquitectura completa a prueba de llamas, y especificar equipo de Zona 1 en áreas de Zona 2 aumenta el gasto de capital sin un beneficio de seguridad correspondiente.
El caso comercial del equipo de Zona 2 es más fuerte en instalaciones de gran superficie donde el estudio de dispersión de gases confirma la clasificación de Zona 2: iluminación perimetral de campos de tanques, ventiladores de refugios de compresores y cajas de conexiones de cables a lo largo de racks de tuberías son ejemplos típicos. Reemplazar un foco de Zona 1 Ex d por un foco de Zona 2 Ex nR en un campo de tanques con 40 postes reduce significativamente el coste del paquete de iluminación, y el caso de seguridad está plenamente respaldado por el dibujo de clasificación de áreas peligrosas.
Si su proyecto incluye ambas zonas, consolidar el pedido de equipos con un fabricante que produzca productos certificados para ambas zonas simplifica el paquete de documentación y elimina las disputas que surgen cuando dos proveedores afirman que la interfaz es responsabilidad del otro. Un proveedor de fuente única también puede montar en fábrica armarios de distribución de zonas mixtas—por ejemplo, una cámara principal de entrada Ex d de Zona 1 con circuitos de salida Ex e de Zona 2—lo que reduce el tiempo de montaje en campo y evita la ambigüedad de certificación de combinaciones construidas en sitio.
Preguntas frecuentes sobre la selección de equipos de Zona 1 y Zona 2
¿Puedo instalar equipos certificados para Zona 2 en un área de Zona 1 si añado medidas de seguridad adicionales?
No. Las medidas externas adicionales—detección de gases, interbloqueo de ventilación, procedimientos administrativos—no cambian la certificación del equipo. El nivel de protección EPL (Gb para Zona 1, Gc para Zona 2) del equipo está determinado por el concepto de protección incorporado en el equipo y verificado por el organismo de certificación. Un luminaria Ex n de Zona 2 sigue siendo un dispositivo Gc independientemente de cuántos detectores de gases se instalen en el área. La única vía aceptada para usar equipos de Zona 2 en Zona 1 es si el propio equipo lleva doble certificación para ambos niveles de protección, lo cual es extremadamente raro y se indicará explícitamente en el certificado.
¿Cuánto cuesta más el equipo eléctrico a prueba de explosiones de Zona 1 en comparación con el de Zona 2?
El multiplicador depende de la categoría del producto. Para iluminación, un foco de Zona 1 Ex d suele costar entre 2 y 2,5 veces el coste del foco Ex n de Zona 2 equivalente. Para paneles de distribución, la proporción puede alcanzar de 3 a 4 veces porque la carcasa a prueba de llamas requiere secciones de pared más gruesas, caminos de llama mecanizados y componentes certificados para entrada de cables. La diferencia total en coste instalado es aún mayor si se consideran las glandulas de cables a prueba de llamas y las horas adicionales de inspección. En nuestra experiencia de proyecto, un enfoque de zonas mixtas—solo hardware de Zona 1 donde la clasificación lo requiera, Zona 2 en otros lugares—reduce el coste total del paquete eléctrico en un 20 a 30 por ciento en comparación con una especificación general de Zona 1.
¿Qué sucede si un inspector encuentra instalado equipo de Zona 2 en un área de Zona 1?
El inspector emitirá un informe de no conformidad y el equipo será marcado para su reemplazo antes de que la instalación reciba su permiso operativo. Esto no es una observación menor que pueda cerrarse con un apéndice de evaluación de riesgos. La certificación del equipo no soporta operación en Zona 1, y el inspector no tiene discreción para aceptarlo. El coste de reemplazo incluye no solo el hardware sino también la mano de obra de instalación, re-terminación, reinspección y el retraso en el cronograma—todo lo cual se agrava si la no conformidad se detecta durante la precomisión en lugar de en la revisión de la presentación del equipo. Por eso aconsejamos a los contratistas EPC que presenten el certificado completo, no solo la hoja de datos, durante el ciclo de aprobación.
¿El requisito de clase de temperatura cambia entre Zona 1 y Zona 2?
La selección de la clase de temperatura está determinada por el gas o vapor presente, no por la zona. El hidrógeno requiere T1 (450°C de temperatura máxima en la superficie), pero en la práctica se especifica equipo con clasificación T6 (85°C) porque los drivers LED y componentes electrónicos en equipos Ex modernos ya cumplen con T6 o T5 sin coste adicional. La zona influye en qué conceptos de protección están disponibles, pero una vez que se selecciona el concepto de protección, el requisito de clase de temperatura para un gas dado es idéntico en la Zona 1 y en la Zona 2. El acetileno siempre requiere T2 o mejor independientemente de la zona que ocupe. La diferencia práctica es que las cajas Ex d de la Zona 1 tienen mayor masa térmica y pueden funcionar a temperaturas más bajas bajo la misma carga térmica interna, lo que puede facilitar alcanzar T6 en la Zona 1 que en una luminaria compacta Ex n de la Zona 2 con menos superficie para disipación de calor.
¿Es más seguro simplemente especificar equipo de la Zona 1 para toda el área peligrosa?
No necesariamente. La especificación generalizada para la Zona 1 introduce sus propios problemas. El equipo de la Zona 1 es más pesado, lo que complica su montaje estructural en racks de tuberías y plataformas de recipientes. Los volúmenes mayores de las cajas aumentan el volumen interno de gas que debe ser purgado o inertizado en sistemas presurizados (Ex p). Las tareas de mantenimiento toman más tiempo porque las cajas Ex d requieren secuencias específicas de torque en los tornillos y verificación del espacio de la trayectoria de llama al reemplazar las tapas. Ninguno de estos factores mejora la seguridad en un área de la Zona 2; añaden carga operativa sin una justificación de reducción de riesgo. El enfoque más seguro es seguir exactamente el dibujo de clasificación del área peligrosa: equipo de la Zona 1 en la Zona 1, equipo de la Zona 2 en la Zona 2.
Para proyectos donde el dibujo de clasificación del área peligrosa muestra zonas mixtas, consolidar ambos equipos a prueba de explosiones de la Zona 1 y la Zona 2 con un fabricante que tenga certificación para ambas categorías simplifica el paquete de aprobación y elimina brechas en la interfaz. Envíe su lista de equipos y datos de clasificación de zona a gm*@***om.com o llame al +86 21 39977076, y nuestro equipo de ingeniería confirmará el método de protección correcto para cada número de etiqueta antes de la cotización.
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Con más de una década de experiencia, es un Ingeniero Eléctrico a prueba de explosiones con experiencia en el diseño y fabricación de productos de seguridad y a prueba de explosiones. Posee una experiencia profunda en áreas clave que incluyen sistemas a prueba de explosiones, iluminación nuclear, seguridad marina, protección contra incendios y sistemas de control inteligente. En Warom Technology Incorporated Company, ocupa roles de liderazgo dual como Subgerente de Ingeniería para Negocios Internacionales y Jefe del Departamento Internacional de I+D, donde supervisa iniciativas de I+D y garantiza la entrega precisa de la documentación de diseño para proyectos internacionales. Comprometido con avanzar la seguridad industrial global, se enfoca en traducir tecnologías complejas en soluciones prácticas, ayudando a los clientes a implementar sistemas de control más seguros, más inteligentes y fiables en todo el mundo.
Qi Lingyi