Взрывозащищенные пускатели двигателей для управления компрессорами в опасных зонах

Отказы компрессоров в зонах 1 и 2 редко начинаются с самого компрессора. По моему опыту проектирования взрывозащищенных электрических систем для газокомпрессорных станций и нефтехимическиххимической предприятий, коренная причина чаще всего связана с пускателем двигателя: недостаточно мощные контакторы, неправильные классы температурных характеристик или защитные цепи, которые срабатывают на ложные неисправности, пропуская настоящие перегрузки. Выбор взрывозащищенного пускателя двигателя для управления компрессором требует соответствия электрических характеристик пускателя характеристикам пускового тока компрессора, подтверждения, что метод защиты корпуса соответствует классификации зоны, и проверки, что настройки тепловой защиты учитывают рабочий цикл компрессора. Эта статья рассматривает решения по спецификациям, с которыми сталкиваются инженеры по закупкам и менеджеры проектов при выборе взрывозащищенных стартеры двигателей для компрессорных приложений, с особым вниманием к согласованию между характеристиками пускателя и профилями нагрузки компрессора, которые большинство технических паспортов не уточняют.

Почему нагрузки компрессоров требуют специфических характеристик пускателя двигателя

Компрессоры создают пусковые токи, которые могут достигать шести-восьми раз полной нагрузки, поддерживаемые в течение нескольких секунд, пока двигатель не достигнет рабочей скорости. Поршневые компрессоры добавляют пульсирующие крутящие моменты, которые создают колебания тока в процессе работы. Винтовые компрессоры, работающие с переменным давлением на выходе, генерируют колебания нагрузки, которые стандартные кривые защиты двигателя не учитывают.

Взрывозащищенный пускатель двигателя, выбранный исключительно по номинальной мощности, вероятно, будет испытывать преждевременный износ контакторов или ложные срабатывания. Рейтинг AC-3 контактора должен учитывать продолжительность тока заблокированного ротора, а не только ток в установившемся режиме. Для компрессора мощностью 75 кВт с током заблокированного ротора 480 А и временем пуска 8 секунд, контактор с рейтингом 150 А AC-3 в категории использования AC-3 может быть предельным. Тепловое реле перегрузки должно быть регулируемым в диапазоне, который охватывает коэффициент полезного действия двигателя, обеспечивая характеристики срабатывания класса 10 или класса 20, соответствующие частоте пуска компрессора.

Я видел проекты, где пускатель двигателя был правильно подобран для двигателя, но вышел из строя через несколько месяцев, потому что последовательность пуска компрессора без нагрузки была заменена на пуски с нагрузкой после изменений в процессе. Тепловая память пускателя накапливала тепло быстрее, чем реле могло его рассеивать, что приводило к ложным срабатываниям, которые операторы в конечном итоге обходили, создавая реальную угрозу безопасности.

Согласование метода защиты с классификацией зоны и требованиями установки

Взрывозащищенные пускатели двигателя для управления компрессорами доступны в конфигурациях Ex d (взрывозащищенные), Ex e (повышенная безопасность) и комбинированных Ex de. Выбор зависит от классификации зоны, частоты переключения и требований к доступу для обслуживания.

Для компрессорных приложений в газовых средах Зоны 1 стандартными являются конфигурации Ex d или Ex de. Компоновка Ex de упрощает завершение кабеля, поскольку увеличенная безопасная терминальная камера может быть открыта без проблем с повторной сертификацией, связанных с взрывозащищенными соединениями. При спецификации стартеров Ex de убедитесь, что вводные кабельные вводы в камеру Ex e имеют рейтинг Ex e или Ex d в соответствии с требованиями стандарта установки.

Классификация газовых групп имеет значение. Компрессорная станция, обрабатывающая природный газ (IIA), требует оборудования, сертифицированного для IIA как минимум. Обслуживание водорода (IIC) требует сертификации IIC, что обычно означает большие размеры огнеопасного пути и соответственно большие корпуса. Температурный класс должен соответствовать температуре самовоспламенения газа с запасом. Для большинства приложений компрессоров на углеводородах достаточно оценок T3 или T4, но для водородных приложений могут потребоваться T1 или T2 в зависимости от условий процесса.

Определение размера стартера для прямого включения и пусков с пониженным напряжением

Прямое включение (DOL) является самым простым и распространенным методом для компрессоров мощностью ниже 200 кВт в помещениях с достаточной мощностью питания. Взрывозащищенный DOL стартер содержит главный контактор, тепловое реле перегрузки и компоненты управля circuits. Контактор должен быть рассчитан на полный ток нагрузки двигателя с достаточным запасом для категории использования.

Для больших компрессоров или установок с ограниченной мощностью питания становятся необходимыми методы пуска с пониженным напряжением. Стартеры звезда-дельта уменьшают пусковой ток примерно до одной трети значений DOL, но требуют двигателей, намотанных для работы с двойным напряжением. Мягкие стартеры обеспечивают регулируемое ограничение тока и все чаще специфицируются для компрессорных приложений, где снижение механических нагрузок продлевает срок службы оборудования.

При спецификации взрывозащищенного корпуса мягкого стартера требования к рассеиванию тепла значительно увеличиваются. Мягкие стартеры генерируют значительное количество тепла в течение периода разгона, и тепловая емкость взрывозащищенного корпуса должна учитывать это, не превышая пределы температурного класса. Я рассмотрел спецификации, где силовая электроника мягкого стартера была правильно оценена, но внутренний подъем температуры корпуса превышал пределы T4 во время длительных последовательностей запуска.

Настройки термозащиты для рабочих циклов компрессора

Термореле перегрузки защищает двигатель от длительных условий перегрузки, но рабочие циклы компрессора усложняют координацию защиты. Компрессор, работающий в непрерывном режиме при нагрузке 85%, имеет другие тепловые характеристики, чем тот, который переключается между загруженным и разгруженным состояниями каждые несколько минут.

Термореле класса 10 срабатывают в течение 10 секунд при 7.2 раза превышающем установленный ток. Реле класса 20 допускают 20 секунд при том же кратном значении. Компрессоры с тяжелыми маховиками или высокими инерционными нагрузками могут требовать защиты класса 20 или класса 30, чтобы избежать ложных срабатываний во время нормальных запусков, при этом защищая от реальных условий заблокированного ротора.

Компенсация температуры окружающей среды термореле перегрузки становится критически важной в взрывозащищенных корпусах. Внутренняя температура корпуса во время работы может превышать 60°C в жарком климате, смещая кривую срабатывания реле. Реле с автоматической компенсацией окружающей среды поддерживают постоянную защиту независимо от температуры корпуса. Реле без компенсации требуют ручной настройки установленного тока с учетом повышенной температуры окружающей среды, что вводит человеческую ошибку в координацию защиты.

Для компрессоров с частыми запусками термическая память электронных реле перегрузки обеспечивает более точную защиту, чем биметаллические реле. Электронные реле рассчитывают тепловое состояние двигателя на основе величины и продолжительности тока, учитывая охлаждение между запусками. Биметаллические реле полагаются на физическое нагревание и охлаждение биметаллического элемента, что может не точно отслеживать фактическое тепловое состояние двигателя во время быстрого переключения.

Требования к напряжению управления и интерфейсу

Взрывозащищенные пускатели двигателей для управления компрессором должны взаимодействовать с системой управления предприятия, что вводит требования к совместимости напряжения и сигналов цепи управления. Общие напряжения управления включают 24 В DC, 110 В AC и 230 В AC. Трансформатор управления внутри пускателя должен быть рассчитан на класс температуры корпуса и должен обеспечивать достаточную мощность VA для катушки контактора, индикаторных ламп и любых вспомогательных реле.

Удаленная возможность запуска/остановки требует вспомогательных контактов, рассчитанных на входные требования системы управления. Программируемые логические контроллеры обычно требуют сухих контактов или бесконтактных контактов для обратной связи о состоянии. Вспомогательные контактные блоки должны быть сертифицированы как часть взрывозащищенной сборки, а не добавлены в качестве полевых модификаций.

Для компрессоров, интегрированных в системы безопасности, пускатель двигателя может требовать компонентов с рейтингом SIL. Комбинация контактора и реле перегрузки должна достигать необходимого уровня SIL, обычно SIL 2 для приложений компрессоров в опасных зонах. Это требование влияет на выбор компонентов и может потребовать резервных контакторов или специализированных реле безопасности внутри взрывозащищенного корпуса.

Материал корпуса и экологические соображения

Взрывозащищенные корпуса пускателей двигателей изготавливаются из литого алюминиевого сплава, чугуна, нержавеющей стали и стеклопластика (GRP). Выбор материала влияет на коррозионную стойкость, вес, тепловые характеристики и стоимость.

Литой алюминиевый сплав (без меди для сертификации взрывозащиты) обеспечивает хорошую коррозионную стойкость при умеренном весе. Порошковое покрытие поверхностей обеспечивает дополнительную защиту в химических средах. Для морских и оффшорных компрессорных установок корпуса из нержавеющей стали 316L устойчивы к коррозии, вызванной хлоридами, но значительно увеличивают вес и стоимость.

Корпуса из GRP предлагают отличную химическую стойкость и меньший вес по сравнению с металлическими аналогами. Однако более низкая теплопроводность GRP может повысить внутренние температуры, что влияет на класс температурного рейтинга. Для пускателей двигателей с высокими требованиями к рассеиванию тепла металлические корпуса обычно обеспечивают лучшие тепловые характеристики.

Рейтинг IP должен соответствовать условиям установки. IP66 является стандартом для промышленных установок на открытом воздухе, обеспечивая защиту от попадания пыли и мощных водяных струй. Оффшорные установки могут требовать IP67 для временной устойчивости к погружению во время операций по мойке палуб.

Позиции ввода кабеля влияют на гибкость установки. Нижний ввод является стандартом для большинства промышленных установок, но боковой ввод может потребоваться для настенных конфигураций или в условиях ограниченного пространства. Спецификация кабельного ввода должна соответствовать типу кабеля: бронированные кабели требуют Ex d кабельными флегмами с зажимом для брони, в то время как небронированные кабели используют вводы Ex e или Ex d, соответствующие диаметру кабеля.

Спецификации закупок, которые предотвращают проблемы на месте

Спецификация взрывозащищенных пускателей двигателей для управления компрессорами требует больше деталей, чем стандартные спецификации центров управления двигателями. Следующие параметры должны быть указаны в каждой спецификации закупки:

Данные о двигателе: ток полной нагрузки, ток заблокированного ротора, время запуска, коэффициент службы и рабочий цикл. Без этой информации поставщик не может подтвердить размеры контакторов и перегрузок.

Классификация зоны: зона (0, 1 или 2) или деление (1 или 2), группа газа (IIA, IIB или IIC) и температурный класс (T1 до T6). Сертификация должна охватывать все применимые параметры.

Метод запуска: DOL, звезда-треугольник, мягкий пуск или VFD. Для методов с пониженным напряжением укажите предел тока запуска и требования к времени разгона.

Управляющее напряжение и интерфейс: напряжение цепи управления, требования к вспомогательным контактам и любые потребности в интеграции систем безопасности.

Условия окружающей среды: диапазон температур окружающей среды, воздействие коррозионной атмосферы и требования к рейтингу IP.

Требования к сертификации: IECEx, ATEX или региональные сертификаты, как требуется юрисдикцией установки. Укажите, требуется ли проверка сертификации третьей стороной перед отгрузкой.

Когда мы поддерживали проект Tilenga в Уганде, процесс спецификации выявил, что несколько пускателей компрессоров требовали сертификации IECEx с конкретными температурными классами, отличающимися от стандартного ассортимента. Раннее выявление позволило внести изменения в производство без влияния на график. Проекты, которые оставляют детали сертификации на усмотрение поставщика, часто обнаруживают пробелы в соответствии во время приемочного тестирования на заводе, когда исправления становятся дорогими и времязатратными.

Координация выбора пускателя двигателя с требованиями вашего компрессора

Разрыв между техническим паспортом пускателя двигателя и фактическими эксплуатационными требованиями компрессора — это место, где происходят ошибки спецификации. Технические паспорта указывают максимальные характеристики при идеальных условиях. Компрессоры работают при переменных нагрузках, повышенных температурах окружающей среды и последовательностях запуска, которые нагружают компоненты иначе, чем условия испытаний, лежащие в основе рейтингов.

Если ваше применение компрессора связано с классификацией зоны 1, частыми циклами запуска или интеграцией с системами безопасности, стандартные таблицы выбора продуктов могут не предоставить достаточных рекомендаций. Отправьте данные о вашем компрессоре, детали классификации зоны и требования к интерфейсу управления на gm*@***om.com или позвоните по номеру +86 21 39977076. Мы подтвердим, соответствуют ли стандартные конфигурации вашим требованиям или необходимы ли специфические изменения перед тем, как вы подтвердите заказ.

Общие вопросы о взрывозащищенных пускателях двигателей для компрессоров

Какие сертификаты должен иметь взрывозащищенный пускатель двигателя для международных проектов?

Сертификация IECEx обеспечивает наибольшее международное признание и признается в большинстве стран за пределами Северной Америки и Европы. Сертификация ATEX обязательна для установок в Европейском Союзе. Проекты в Северной Америке обычно требуют сертификации UL или CSA в соответствии со стандартами NEC 500 или 505. Для проектов, охватывающих несколько юрисдикций, указание IECEx с ATEX в качестве вторичной сертификации охватывает большинство требований. Сертификат должен указывать конкретную группу газа и класс температуры, а не только метод защиты. Убедитесь, что номер сертификата соответствует заводской табличке продукта перед приемкой груза.

Как определить правильный класс температуры для пускателя двигателя компрессора?

Класс температуры должен быть ниже температуры самовоспламенения газа, деленной на коэффициент безопасности, указанный в применимом стандарте. Для большинства углеводородных газов в компрессорных приложениях подходят классы T3 (максимальная температура поверхности 200°C) или T4 (135°C). Водород и ацетилен требуют классов T1 (450°C) или T2 (300°C) в зависимости от концентрации и условий процесса. Внутреннее тепловыделение пускателя двигателя во время работы не должно вызывать превышение предела класса температуры на поверхности корпуса. Если температура самовоспламенения вашего технологического газа ниже 200°C, подтвердите конкретные требования к классу температуры у вашего инженера по безопасности перед спецификацией оборудования.

Могу ли я добавить вспомогательные контакты или изменить взрывозащищенный пускатель двигателя после установки?

Полевые модификации взрывозащищенного оборудования аннулируют сертификат, если они не выполнены в соответствии с сертифицированными инструкциями производителя с использованием сертифицированных компонентов. Добавление вспомогательных контактов, изменение кабельных вводов или модификация внутренней проводки требует повторной сертификации уведомленным органом в большинстве юрисдикций. Практический подход заключается в том, чтобы указать все необходимые вспомогательные контакты и интерфейсные компоненты во время первоначальной закупки. Если ваши требования к системе управления изменятся после установки, свяжитесь с производителем, чтобы определить, доступен ли сертифицированный комплект для модификации или необходимо ли замещение.

В чем разница между пускателями Ex d и Ex de для компрессорных приложений?

Пускатели Ex d содержат все компоненты внутри одного взрывозащищенного корпуса. Открытие корпуса по любой причине, включая завершение кабеля, требует замены прокладки и потенциально повторной сертификации огнеупорного пути. Пускатели Ex de разделяют взрывозащищенную камеру, содержащую контактор и защиту от перегрузки, от камеры повышенной безопасности терминала. Полевое подключение осуществляется в камере Ex e, которую можно открывать без влияния на взрывозащищенную сертификацию. Для компрессорных приложений, требующих периодического обслуживания кабелей или изменения их завершения, конфигурации Ex de снижают сложность обслуживания. Если ваша установка включает частые изменения кабелей или вы предпочитаете более простые процедуры полевой проводки, укажите Ex de вместо чистой конструкции Ex d.

Как мне проверить, что поставщик пускателей двигателя может удовлетворить мои требования к проекту?

Запросите сертификат IECEx или ATEX и проверьте его через онлайн-базу данных выдавшего органа. Сертификаты можно проверить в системе онлайн-сертификации IECEx или в записях уведомленного органа ATEX. Попросите ссылки на проекты с аналогичными компрессорными приложениями и свяжитесь с этими ссылками напрямую. Для критически важных проектов проведите аудит на заводе перед размещением заказов. Аудит должен подтвердить, что производственные процессы соответствуют сертифицированному дизайну, что испытательное оборудование откалибровано и что записи о качестве демонстрируют постоянное соблюдение. Поделитесь своими спецификациями компрессора и графиком проекта с gm*@***om.com чтобы обсудить, как наш процесс приемочного тестирования на заводе отвечает этим требованиям верификации.

Если вас интересует, ознакомьтесь с этими связанными статьями:

Определение взрывобезопасности: Основные факты безопасности 2025 года
Взрывозащищенная электропроводка: основные стандарты промышленной безопасности

С более чем десятилетним опытом он — опытный инженер по взрывобезопасности электротехники, специализирующийся на проектировании и производстве безопасной и взрывобезопасной продукции. Он обладает глубокими знаниями в ключевых сферах, включая системы взрывозащиты, освещение для атомной энергетики, морскую безопасность, пожарную защиту и интеллектуальные системы управления. В Warom Technology Incorporated Company он занимает две руководящие должности: заместитель главного инженера по международному бизнесу и руководитель отдела международных НИОКР, где курирует исследования и разработки и обеспечивает точную передачу проектной документации для международных проектов. Стремясь к продвижению глобальной промышленной безопасности, он сосредоточен на преобразовании сложных технологий в практические решения, помогающие клиентам внедрять более безопасные, умные и надёжные системы управления по всему миру.

Qi Lingyi