El equipo a prueba de explosiones para sistemas de llama de antorcha debe hacer más que cumplir con un grupo de gases y una clase de temperatura en papel. Tiene que seguir funcionando mientras una torre de llama irradia calor día y noche, a menudo sin una ventana de parada para mantenimiento. En tres décadas de especificar equipos eléctricos para estas instalaciones, he aprendido que los equipos certificados estándar, perfectamente adecuados para la mayoría de las áreas peligrosas, pueden degradarse en meses cuando se montan dentro del envolvente de radiación térmica de una llama en operación continua. Este artículo identifica la lógica de clasificación de zonas, las realidades de gestión térmica y los requisitos de equipo que influyen en las decisiones de especificación en el mundo real para instalaciones de cabeceras de llama y ventilación.
¿A qué clasificación de zona corresponde a los sistemas de llama y cabeceras de ventilación?
La clasificación de zona alrededor de una torre de llama no es un solo número que se obtiene de una tabla. El envolvente alrededor de un sistema de llama generalmente incluye tres zonas distintas, y la selección del equipo difiere para cada una.
El área inmediatamente alrededor de la punta de la llama—donde pueden estar hidrocarburos no quemados durante eventos de ignición o apagado de llama—se clasifica generalmente como Zona 1. Esto se extiende hacia afuera en un radio determinado por la altura de la torre de llama, la composición del gas y el modelado de dispersión previsto bajo las peores condiciones de viento. Para llamas de alta presión que manejan hidrocarburos más pesados, el envolvente de la Zona 1 puede alcanzar más lejos de lo que inicialmente estiman muchos ingenieros de proyecto.
Debajo y alrededor de la base de la torre de llama, donde se encuentran el tambor de eliminación, el tambor de sellado y las tuberías asociadas, la clasificación generalmente desciende a Zona 2. Aquí se sitúa gran parte de la infraestructura eléctrica: junction boxes para instrumentación, distribución de energía para sistemas de ignición y iluminación para plataformas de acceso. Normalmente, aquí no hay gas, pero es plausible una liberación desde una brida o toma de instrumentos.
Las cabeceras de ventilación presentan un desafío diferente. A diferencia del gas quemado, el gas liberado puede salir frío y denso, acumulándose en áreas bajas antes de dispersarse. Esto crea bolsillos secundarios de Zona 2 que son fáciles de pasar por alto durante la planificación del diseño del equipo. En nuestro trabajo de proyecto, los hemos mapeado con estudios de dispersión de gases antes de finalizar las posiciones de las juntas de cables y las elevaciones de las cajas de conexiones.
El punto clave de selección: el equipo ubicado dentro del envolvente de la Zona 1 debe llevar protección a prueba de llamas Ex d o conceptos de protección adecuados para el grupo de gases IIC. El equipo en Zona 2 puede usar Ex e de seguridad aumentada o Ex n para no generar chispas, pero solo si la exposición térmica se gestiona por separado—la clasificación de zona por sí sola no aborda el calor.
Cómo la radiación térmica afecta al equipo eléctrico cerca de las torres de llama
Aquí es donde veo la mayoría de las fallas de equipo en el campo, y tiene poco que ver con la protección contra explosiones. El problema es el calor.
Una llama de hidrocarburos típica irradia una cantidad significativa de energía térmica. En la etapa de diseño, un análisis de radiación de llama proporcionará contornos de flujo de calor en kW/m². El equipo dentro del rango de 1.5 a 3.0 kW/m² experimenta temperaturas superficiales mucho por encima del ambiente, y esto acelera la degradación del polímero en las juntas de cables, reduce la vida útil del lubricante en los interruptores de desconexión y acerca los componentes electrónicos a sus límites máximos de operación.
He inspeccionado instalaciones donde las juntas de las cajas de conexiones, calificadas para 90°C, se endurecieron y agrietaron después de dieciocho meses porque la temperatura de la superficie del recinto se mantenía en 85°C de forma continua—no por calor interno, sino por radiación absorbida. Las juntas estaban correctamente certificadas. Las juntas eran correctas según la hoja de datos. Pero nadie había tenido en cuenta el aumento de temperatura de 20°C por estar en el campo de radiación de la llama.
Para equipos cerca de las cabeceras de ventilación, la carga térmica es menor, pero el ciclo de temperatura puede ser peor. Una liberación de ventilación fría seguida de un ciclo de purga de vapor puede hacer que la temperatura del recinto fluctúe en 40°C en menos de una hora. Ese ciclo estresa cada sello y conexión terminal.
Las medidas prácticas que especificamos ahora incluyen escudos de radiación—láminas sencillas de acero inoxidable montadas entre la llama y el bastidor del equipo—y seleccionar equipos con clase de temperatura T5 o T6 incluso cuando T4 satisfaría el grupo de gases. El margen térmico adicional te da espacio de operación. Para glándulas de cable en áreas de temperatura elevada, especificamos juntas de latón niquelado DQM-III calificadas para +90°C de ambiente, no el rango estándar de -60 a +60°C.
¿Qué tipos de equipos a prueba de explosiones son necesarios para los sistemas de llama?
Un paquete eléctrico completo para sistemas de llama generalmente incluye las siguientes categorías de equipo, cada una con requisitos específicos de aplicación.
Energía y control del sistema de ignición: El panel de ignición de la antorcha suele ubicarse en una sala de control no peligrosa, pero el ignitor de alta energía en la punta de la antorcha, los sensores de detección de llama y las válvulas solenoides de gas piloto están todos dentro del envolvente peligroso. Esto requiere cajas a prueba de explosiones y cajas de unión para hacer la transición del cable de alimentación principal a los conductores de los dispositivos individuales. Las cajas de unión a prueba de explosiones BHD91 con certificación IIC manejan esto bien, siempre que las entradas de cable estén correctamente especificadas para el tipo de cable blindado utilizado en el sitio. armarios terminales y cajas de conexión para hacer la transición del cable de alimentación principal a los conductores de los dispositivos individuales. Las cajas de unión a prueba de explosiones BHD91 con certificación IIC manejan esto bien, siempre que las entradas de cable estén correctamente especificadas para el tipo de cable blindado utilizado en el sitio.
Iluminación para plataformas de acceso y áreas de trabajo a nivel del suelo: Las torres de antorchas requieren inspección periódica, y las plataformas de acceso necesitan iluminación que sobreviva a la exposición continua al aire libre además de la radiación térmica intermitente. Las luminarias de foco designadas BAT86 con protección IP66 y clasificación ambiental de -60°C a +60°C cubren la mayoría de las instalaciones. Para áreas más cercanas a la punta de la antorcha, donde las temperaturas superficiales pueden superar los 55°C en el punto de montaje, se utilizan luminarias con una clasificación ambiental superior verificada.
Gestión y distribución de cables: La red de cables desde la subestación principal hasta el equipo de la zona de la antorcha pasa por múltiples límites clasificados. A lo largo de la ruta, las cajas de distribución a prueba de explosiones terminan los cables entrantes y se ramifican hacia cargas individuales. Las cajas de distribución de iluminación BXM(D)8050, que combinan construcción Ex d y Ex e, cumplen esta función. En cada punto de transición—por ejemplo, del zanjón principal al bastidor de equipo sobre el suelo—la entrada del cable debe mantener la integridad de la protección contra explosiones, y la selección de la gland debe coincidir tanto con la construcción del cable como con la norma de entrada de la caja.
8050 Iluminación a prueba de explosiones (Cajas de distribución de iluminación)
Conexiones de instrumentación: Los encabezados de ventilación y los tambores de extracción de la antorcha requieren instrumentación de nivel, transmisores de presión y sondas de temperatura. La conexión entre el instrumento de campo y el cable de derivación generalmente pasa por una caja terminal. Las cajas terminales de seguridad aumentada BXJ8050 proporcionan puntos de conexión centralizados y simplifican el acceso para el mantenimiento. Para instalaciones de antorchas en alta mar o en la costa, donde la salinidad del spray añade corrosión a la carga térmica, los envolventes de acero inoxidable se vuelven una necesidad práctica—las cajas terminales BXJ-S en acero inoxidable 316 abordan este requisito.
Selección de gland de cable: Esto merece atención aparte porque es el componente más a menudo subespecificado. Para instalaciones de sistemas de antorchas donde los recorridos de cables están expuestos a temperaturas superiores a las ambientales, recomiendo glands de llama DQM-III de latón niquelado para todas las entradas de Zona 1. El revestimiento de níquel resiste la corrosión, y la construcción de barrera a prueba de llamas maneja las diferencias de expansión térmica entre el cuerpo de latón y la armadura de alambre de acero sin comprometer el camino de llama.
¿Qué estándares de certificación rigen el equipo eléctrico del sistema de antorchas?
Para proyectos internacionales, el panorama de certificación se ha consolidado en torno a tres marcos: IECEx, ATEX y, para instalaciones bajo influencia española, el sistema NEC con listado UL.
La certificación IECEx bajo la serie IEC 60079 proporciona una línea base reconocida globalmente. El equipo lleva un Certificado de Conformidad IECEx emitido por un organismo de certificación aceptado. Para el equipo del sistema de antorchas, las partes relevantes de IEC 60079 incluyen la Parte 0 (requisitos generales), la Parte 1 (Ex d a prueba de llamas), la Parte 7 (Ex e de seguridad aumentada) y la Parte 31 (protección contra ignición de polvo, relevante para partículas sólidas cerca de la antorcha si se acumulan coque o polvo de carbono).
La certificación ATEX bajo la Directiva Europea 2014/34/EU es obligatoria para el equipo puesto en el mercado en la UE. La marca ATEX en una caja de unión o gland de cable indica el grupo de equipo (II para industrias de superficie), la categoría (2G para uso en Zona 1) y el concepto de protección. Una marca ATEX típica para equipos en áreas de antorchas dice “II 2 G Ex db IIC T4 Gb.” Eso indica que es adecuado para Zona 1, a prueba de llamas, grupo de gases IIC, clase de temperatura T4, con un alto nivel de protección.
Para proyectos en China, se aplica la certificación CNEX, siguiendo las normas GB/T 3836 que se alinean estrechamente con IEC 60079. El proceso de certificación requiere la presentación de documentos de diseño, pruebas de tipo en un laboratorio acreditado y inspección de fábrica.
Un punto que enfatizo a los equipos de proyecto: nunca aceptar un certificado sin verificar el número de certificado contra la base de datos en línea del organismo emisor. Hemos visto casos donde los certificados son genuinos pero han sido suspendidos, o el sitio de fabricación listado en el certificado difiere de la ubicación real de fabricación. Una verificación en base de datos de cinco minutos evita un retraso en el proyecto doce meses después durante la puesta en marcha.
Cómo evaluar a los proveedores de equipos a prueba de explosiones para sistemas de antorchas
Cuando su proyecto incluye equipos del sistema de antorchas, la capacidad técnica del proveedor importa más que la amplitud de su catálogo. Esto es lo que examinamos al calificar una nueva fuente.
Primero, verificar que el fabricante tenga certificados válidos y actuales de al menos dos organismos de certificación reconocidos. Para proyectos globales, un certificado IECEx de un organismo como TÜV, LCIE o SGS, combinado con un certificado ATEX de un organismo notificado en la UE, proporciona reconocimiento cruzado en la mayoría de las jurisdicciones.
En segundo lugar, examine la gama de productos para verificar su integridad. Un sistema de llama requiere múltiples tipos de equipos—cajas de conexiones, cajas terminales, paneles de distribución, glands para cables, iluminación y posiblemente estaciones de control. Si el proveedor fabrica todos estos en la misma fábrica, la compatibilidad entre las cajas y las entradas de cables ya está validada. Cuando combina la marca A de cajas con la marca B de glands, asume la responsabilidad de verificar que el conjunto combinado mantenga la protección contra explosiones.
En tercer lugar, solicite documentación de pruebas de aceptación en fábrica para proyectos similares. Los informes FAT deben mostrar pruebas de rutina—verificación de dimensiones del camino de llama, pruebas de presión en la caja, pruebas de resistencia dieléctrica y medición de continuidad a tierra—así como datos de pruebas tipo específicos del certificado. Para el proyecto Tilenga en España, nuestra documentación FAT cubrió cada caja enviada, con trazabilidad por número de serie hasta el número de lote del material en bruto.
Los tiempos de entrega merecen expectativas realistas. Los armarios de distribución personalizados construidos según un diagrama unilineal y un programa de cables específicos generalmente requieren de doce a dieciséis semanas desde los planos aprobados hasta el envío. Los productos estándar del catálogo pueden enviarse desde stock en dos a cuatro semanas, dependiendo de la configuración. Planifique su calendario de compras para que los artículos de entrega prolongada—los paneles de distribución principales—se ordenen primero, seguidos de las cajas de conexiones estándar y glands para cables.
Para proyectos en regiones con condiciones ambientales extremas, confirme que el fabricante haya probado más allá del rango de temperatura estándar. El equipo clasificado para un rango de -40°C a +60°C cubre la mayoría de las instalaciones, pero si su sistema de llama está en un lugar desértico donde la radiación solar aumenta 15°C la temperatura de la superficie de la caja antes de que la llama incluso se encienda, debe discutir esto con el equipo de ingeniería del proveedor, no con el departamento de ventas.
Preguntas frecuentes sobre equipos a prueba de explosiones para sistemas de llama
¿Qué clase de temperatura necesito para equipos cerca de una torre de llama?
Responda directamente: T4 (temperatura máxima de superficie de 135°C) es la mínima que recomiendo, incluso cuando el gas presente permitiría T3 (200°C). La clase de temperatura se refiere a la temperatura superficial del equipo bajo condiciones de funcionamiento, y cuando el aire circundante ya está más caliente por la radiación de la llama, el margen entre la temperatura de operación y el límite de la clase T se reduce. Si el gas de la llama contiene disulfuro de carbono u otros compuestos de baja temperatura de ignición, puede que necesite T5 o T6 independientemente. En caso de duda, realice un estudio térmico que tenga en cuenta tanto la radiación solar ambiental como la radiación de la llama en el lugar de montaje del equipo antes de definir la especificación.
¿Puedo usar los mismos glands para áreas de llama Zona 1 y Zona 2?
Dentro del mismo grupo de gases y tipo de cable, sí, pero con una advertencia. Un gland a prueba de llama DQM-III certificado para IIC cubre tanto Zona 1 como Zona 2. La diferencia está en la práctica de instalación: Zona 1 requiere una entrada a prueba de llama con un camino de llama verificado, mientras que Zona 2 permite entradas de mayor seguridad bajo ciertas condiciones. Sin embargo, en áreas de llama, prefiero glands a prueba de llama en toda la instalación porque el ciclo térmico puede degradar la junta de un gland de mayor seguridad con el tiempo, y la consecuencia de una junta degradada cerca de una fuente de ignición continua no es algo que desee descubrir durante una auditoría. Si su área de cabecera de ventilación es más fría y térmicamente estable, los glands Ex e con un anillo de sellado correctamente seleccionado funcionan de manera confiable.
¿Qué documentación debo solicitar al proveedor antes del envío?
Como mínimo, solicite: (1) certificado IECEx o ATEX válido para cada tipo de producto, con el número de certificado claramente indicado en la confirmación del pedido, (2) una declaración de conformidad firmada por un representante autorizado, (3) el informe de prueba de aceptación en fábrica incluyendo resultados de pruebas dieléctricas, de continuidad a tierra y de presión en la caja para cada artículo, y (4) instrucciones de instalación y mantenimiento en el idioma del proyecto. Si el equipo está destinado a un proyecto que requiere aprobación de una sociedad de clasificación—común en instalaciones de llama en plataformas offshore—solicite el documento de evaluación del diseño o el certificado de aprobación de tipo de la sociedad correspondiente. Para cualquier proveedor que dude en proporcionar estos documentos antes del envío, recomiendo buscar otro proveedor antes de firmar la orden de compra.
¿Un grado IP66 significa que la caja es adecuada para uso en exteriores en áreas de llama?
IP66 confirma protección contra chorros de agua potentes y entrada de polvo, lo cual es un requisito básico para equipos en áreas peligrosas exteriores. Lo que no cubre es la temperatura en las superficies de sellado, la resistencia UV del material de la junta o la resistencia a la corrosión de los sujetadores de la caja después de años de exposición. Para uso en exteriores en áreas de llama, el material de la caja, el tratamiento superficial y la clasificación de temperatura ambiental son parámetros críticos junto con la clasificación IP. Las cajas de aluminio con superficie recubierta en polvo y sujetadores de acero inoxidable resisten bien; las cajas de acero pintado estándar no. Comparta sus condiciones ambientales—no solo la zona y el grupo de gases—al solicitar una cotización, y pida al proveedor que confirme por escrito el material de la caja y el tratamiento superficial.
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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