Взрывобезопасные решения для безопасности конвейеров для угля

Системы конвейерных систем перемещают миллионы тонн материала ежегодно, и каждая точка передачи, обратный ход ленты и приводная станция создают мелкие частицы, которые накапливаются в закрытых галереях. Когда концентрация пыли достигает от 40 до 4000 граммов на кубический метр и встречает источник воспламенения, возникающее дефлаграционное распространение происходит быстрее, чем могут среагировать люди. Я исследовал случаи, когда одна перегретая подшипниковая опора зажгла слой пыли, накопившийся за недели откладываемого уборки. Взрыв прошел через конвейерную галерею за секунды, нанеся структурные повреждения на сотни метров от точки происхождения.

Понимание этих опасностей — не просто обязательное ознакомление. Это основа для каждого выбора оборудования, практики установки и интервала обслуживания, который следует. Регуляторные рамки в регионах добычи угля, от MSHA в России до правил безопасности шахт в России, рассматривают предотвращение взрывов угольной пыли как первоочередное требование соответствия, а не как второстепенное.

Почему угольная пыль ведет себя иначе, чем другие горючие частицы

Угольная пыль обладает совокупностью характеристик, делающих ее особенно опасной. Материал имеет относительно низкую минимальную энергию воспламенения, часто ниже 30 миллиджоулей для битуминозного угля, что означает, что статический разряд с конвейерной ленты или искра от контакта металла с металлом могут инициировать воспламенение. Минимальная взрывоопасная концентрация составляет около 40–60 граммов на кубический метр для большинства видов угля, что легко превышается в точках передачи, где материал падает с одной ленты на другую.

Распределение частиц по размеру важно так же, как и концентрация. Мелкие частицы менее 75 микрон остаются в воздухе дольше и легче воспламеняются, чем более крупные фракции. Конвейерные системы механически разрушают уголь при каждой передаче, каждом контакте скребка ленты и каждом ударе в зонах загрузки. Система, обрабатывающая добытый уголь на начальных этапах, может уже на третьей станции передачи генерировать мелкие частицы, готовые к взрыву.

Эти параметры определяют выбор взрывозащищенных решений по всей системе конвейеров. Оборудование, рассчитанное только на газовые опасности, не учитывает ограничения по температуре поверхности и требованиям по защите от проникновения, которые предъявляет угольная пыль.

Классификация опасных зон для установок с угольными конвейерами

Перед выбором любого электрического оборудования необходимо иметь задокументированную классификацию опасных зон. Для условий с угольной пылью эта классификация основана на системе зон, определенной в IEC 60079-10-2, которая категоризирует зоны в зависимости от частоты и продолжительности взрывоопасных пылевых атмосфер.

Зона 20 применяется там, где постоянно или длительно присутствуют взрывоопасные пылевые облака. В системах с угольными конвейерами внутренняя часть оборудования для сбора пыли, пространство внутри закрытых транспортных шутов и область вокруг непломбированных скребков ленты часто попадают в эту категорию. Зона 21 охватывает места, где взрывоопасные пылевые облака могут возникать время от времени во время нормальной работы, включая общий зал вокруг точек передачи и область около механизмов натяжения ленты. Зона 22 обозначает области, где во время нормальной работы взрывоопасные пылевые облака маловероятны, но могут возникать кратковременно, например, в общем коридоре конвейера вдали от точек передачи.

Классификация определяет минимальный уровень защиты электрического оборудования. Зона 20 требует оборудования с самым высоким уровнем защиты от воспламенения пыли, обычно корпуса Ex ta или Ex tb с ограничениями по температуре поверхности, соответствующими конкретному типу угля. Зона 21 допускает использование оборудования Ex tb или Ex tc, а зона 22 — Ex tc.

Я изучил чертежи классификации, где инженер нарисовал аккуратные круги вокруг точек передачи и обозначил всё остальное как Зону 22. Такой подход игнорирует то, как пыль мигрирует по галереям конвейера. Воздушные течения от движения ленты, системы вентиляции и температурные различия переносят мелкие частицы далеко от места их образования. Тщательная классификация учитывает эти механизмы транспорта и обычно расширяет границы Зоны 21 больше, чем предполагают первоначальные предположения.

Выбор взрывозащиты Электрооборудование для угольных конвейеров

Электрическое оборудование в системах с угольными конвейерами должно учитывать два различных типа опасностей: взрывоопасную пылевую атмосферу и, в подземных условиях добычи угля, возможное присутствие метана. Выбор оборудования начинается с подбора концепции защиты в соответствии с классификацией зоны и конкретными характеристиками воспламенения обрабатываемого угля.

Пламенные корпуса, обозначенные Ex d, содержат внутренний взрыв и предотвращают распространение пламени во внешнюю атмосферу. Для условий с угольной пылью эти корпуса также должны соответствовать требованиям по проникновению пыли, обычно IP6X, и поддерживать температуру поверхности ниже температуры воспламенения слоя угля. Двигатели, соединительные коробки и станции управления в зонах 21 обычно используют этот метод защиты. Конструкция корпуса должна учитывать повышение давления при дефлаграции угольной пыли, которое может достигать 9 бар в зависимости от характеристик пыли.

Защита от воспламенения пыли через корпус, обозначенная Ex t, основана на предотвращении проникновения пыли и ограничении температуры поверхности. Этот подход хорошо подходит для осветительных приборов, датчиков и измерительных систем, где внутренние компоненты не выделяют значительного тепла. Маркировка класса температуры указывает максимальную температуру поверхности при неисправностях, и это значение должно оставаться ниже температуры воспламенения пылевого облака и температуры воспламенения слоя конкретного угля.

Защита повышенной безопасности, обозначенная Ex e, предотвращает искры и чрезмерные температуры при нормальной работе и при определенных неисправностях. Коробки соединений, некоторые осветительные приборы и определенные конструкции двигателей используют этот метод защиты. В условиях с угольной пылью оборудование Ex e должно сочетаться с соответствующей защитой от проникновения пыли, чтобы предотвратить накопление на внутренних компонентах.

Внутрисхемная безопасность, обозначенная Ex i, ограничивает энергию, доступную в цепи, до уровней ниже минимальной энергии воспламенения опасной атмосферы. Этот метод защиты подходит для измерительных цепей, датчиков и систем связи. Для угольной пыли с минимальной энергией воспламенения около 30 миллиджоулей необходимо выбирать и устанавливать барьеры внутренней безопасности, чтобы поддерживать уровни энергии значительно ниже этого порога.

Прессуризация, обозначенная Ex p, поддерживает внутри корпуса защитное газовое давление, предотвращающее проникновение взрывоопасной атмосферы. Этот метод позволяет использовать стандартное промышленное оборудование внутри герметичного корпуса, что удобно для контрольных комнат, центров управления двигателями и систем анализа. Система прессуризации должна включать межблоки, отключающие питание защищенного оборудования при падении давления ниже требуемого уровня.

Управление источниками воспламенения за пределами электрического оборудования

Электрические неисправности составляют значительную часть случаев воспламенения угольной пыли, однако механические и тепловые источники представляют равные или большие риски в конвейерных системах. Комплексный подход к предотвращению взрывов учитывает все возможные источники воспламенения.

Трение от проскальзывания ремня вызывает температуры, легко превышающие температуру воспламенения слоя угольной пыли. Когда ремень останавливается, а привод продолжает прикладывать крутящий момент, точка контакта между ремнем и приводной шкивом может достигать температуры выше 300°C за считанные секунды. Системы обнаружения проскальзывания ремня, контролирующие разницу скоростей между приводным шкивом и роликом натяжного ролика, обеспечивают раннее предупреждение. Эти системы должны запускать сигнал тревоги при низких уровнях проскальзывания и отключать конвейер при более высоких порогах.

Отказы подшипников проходят предсказуемую стадию — от увеличения трения до повышения температуры и заедания. Постоянный мониторинг температуры подшипников конвейера, особенно в приводных станциях и на высоконагруженных роликах, позволяет выявить ранние стадии неисправности до достижения температур, способных вызвать воспламенение. Вибрационный мониторинг дополняет информацию о состоянии подшипников. Система мониторинга должна быть интегрирована с системой управления конвейером для автоматического отключения при превышении установленных лимитов температуры или вибрации.

Перегретый материал может поступать в систему конвейера из upstream-процессов. В угольных подготовительных цехах материал из термических сушилок или из складов с активным окислением может достигать температур, способных воспламенить накопленную пыль. Мониторинг температуры в точках подачи материала на конвейер помогает выявить эту опасность до попадания материала в закрытые галереи.

Статическое электричество накапливается на ремнях конвейеров, особенно в условиях низкой влажности. Поверхность ремня может развивать потенциалы, достаточные для разрядов, превышающих минимальную энергию воспламенения угольной пыли. Антистатические составы для ремней, правильное заземление всех металлических компонентов конвейера и заземляющие щетки или штанги в стратегических точках вдоль пути ремня рассеивают статический заряд до опасных уровней. Системы заземления требуют регулярных проверок и обслуживания для поддержания эффективности.

Контроль пыли как основная стратегия предотвращения взрывов

Снижение концентрации взрывоопасной пыли в воздухе ниже минимальной взрывоопасной концентрации — наиболее эффективная мера предотвращения взрывов. Ни один источник воспламенения не может инициировать взрыв, если концентрация топлива остается ниже нижней взрывоопасной границы. Контроль пыли в системах конвейеров для угля включает локализацию источника, его извлечение и подавление.

Закрытые конструкции конвейеров предотвращают утечку пыли в точках передачи, возврата ремня и зон загрузки. Такая оболочка должна быть спроектирована с учетом характеристик материала и скорости конвейера. Быстросменные ремни и большие высоты падения в точках передачи создают больше взрывоопасной пыли, чем медленные и низкие конструкции. Оболочка должна иметь доступные для осмотра и обслуживания отверстия с блокирующимися дверями, которые предотвращают работу при открытых дверях.

Системы извлечения пыли захватывают взвешенные частицы у источника, прежде чем они распространятся в атмосферу галереи. Вытяжные зонты, расположенные в точках передачи, на скребках ремня и в зонах загрузки, соединены с системой сбора, которая удаляет захваченную пыль из опасной зоны. Самая система извлечения должна быть спроектирована с учетом взрывобезопасности, с вентиляцией или подавлением взрыва на коллекторе и устройствами для предотвращения распространения пламени на воздуховодах.

Водное подавление пыли снижает концентрацию взвешенных частиц, агломерируя мелкие частицы. Системы распыления в точках передачи и на зонах загрузки наносят воду в контролируемых количествах, чтобы увлажнить поверхность материала без создания проблем при обработке из-за избыточной влажности. Добавки с поверхностно-активными веществами улучшают эффективность смачивания и уменьшают необходимое количество воды. Пенное подавление обеспечивает более длительный контроль пыли по сравнению с простыми водяными распылителями.

Уборка территории удаляет накопленную пыль, прежде чем она может быть взорвана в взрывоопасное облако. Пылевой слой толщиной 1 миллиметр на горизонтальных поверхностях представляет собой значительный запас топлива, если его потревожить воздушным потоком, техническим обслуживанием или ударной волной от начального небольшого взрыва. Регулярные графики уборки, вакуумные системы, рассчитанные на работу с горючей пылью, и конструкции поверхностей, минимизирующие горизонтальные зоны накопления, способствуют эффективной уборке.

Меры по снижению последствий взрыва при недостаточной профилактике

Даже при полном комплексе мер по предотвращению взрывов, полностью исключить возможность их возникновения невозможно. Системы снижения последствий ограничивают последствия при возникновении воспламенения.

Взрывное вентиляция обеспечивает контролируемый выход давления, создаваемого дефлаграцией. Вентиляционные панели, рассчитанные по значению Kst угольной пыли и объему защищаемого пространства, открываются при заданном давлении и направляют продукты взрыва от персонала и оборудования. Вытяжные каналы могут перенаправлять выброс в безопасное место, если вентиляция не может открыться напрямую в атмосферу. Устройства без пламени, гасящие пламя и охлаждающие продукты взрыва, позволяют осуществлять вентиляцию внутри зданий, где обычные вентиляционные отверстия могли бы создать дополнительные опасности.

Системы подавления взрыва обнаруживают начальный рост давления от дефлаграции и выпускают подавляющее средство для гашения пламени до полного развития взрыва. Высокоскоростные системы выпуска реагируют в миллисекунды после обнаружения, ограничивая пиковое давление до уровней, с которыми оборудование может справиться без разрушения. Такие системы подходят для закрытых участков конвейеров, транспортных шутов и оборудования для сбора пыли, где вентиляция невозможна.

Изоляция взрыва предотвращает распространение дефлаграции через соединенное оборудование. Химические барьеры, выпускающие подавляющее средство в канал или шут при срабатывании датчика взрыва, создают преграду, останавливающую распространение пламени. Механические устройства изоляции, такие как быстро закрывающиеся клапаны и ротационные воздуходувки, физически блокируют путь распространения. Особенно важна изоляция в соединениях между ограждениями конвейеров и системами сбора пыли, поскольку взрыв в коллекторе может распространиться обратно в галерею конвейера.

Интеграция систем безопасности с управлением конвейером

Системы защиты от взрывов должны взаимодействовать с общей системой управления конвейером для обеспечения скоординированного реагирования на опасные ситуации. Такое интегрирование требует внимательного подхода к требованиям по уровню надежности безопасности для каждой защитной функции.

Обнаружение проскальзывания ремня, мониторинг температуры подшипников и состояние систем извлечения пыли должны быть входными данными для системы управления конвейером. Логика управления должна четко определять действия при каждом отклонении, начиная от сигналов тревоги оператору при незначительных отклонениях и заканчивая автоматическим отключением конвейера при условиях, представляющих непосредственную опасность взрыва.

Системы аварийной остановки обеспечивают возможность ручного вмешательства, когда автоматические системы не реагируют или когда персонал наблюдает опасные условия, которые датчики не обнаружили. Пункты аварийной остановки должны быть расположены с интервалами вдоль длины конвейера, чтобы персонал мог добраться до станции за считанные секунды с любой точки. Цепь аварийной остановки должна быть спроектирована так, чтобы выход из строя приводил к безопасной остановке конвейера.

Системы обнаружения пожара в галереях конвейеров должны подбираться с учетом конкретной среды. Датчики дыма могут неэффективно реагировать в пыльных атмосферах, поэтому более подходящими являются линейное тепловое обнаружение или обнаружение пламени. Система обнаружения пожара должна взаимодействовать с системой управления конвейером для инициирования остановки и с системами подавления, если они установлены.

Если ваша установка конвейера для угля включает несколько точек передачи, закрытые галереи или интеграцию с системами сбора пыли, взаимодействие между этими элементами влияет на общий профиль риска взрыва. Специальная оценка, учитывающая характеристики материала, конфигурацию конвейера и существующие меры контроля, служит основой для выбора подходящих взрывобезопасных решений.

Требования к сертификации и проверка соответствия

Оборудование, устойчивое к взрывам, должно иметь сертификат признанной испытательной лаборатории, подтверждающий соответствие применимым стандартам. Для оборудования, предназначенного для европейских рынков, обязательна сертификация ATEX по Директиве 2014/34/EU. Оборудование для международных рынков обычно имеет сертификат IECEx, который обеспечивает стандартизированную оценку, признанную странами-участниками.

Маркировка сертификата указывает концепцию защиты, группу оборудования, класс температуры и любые особые условия безопасного использования. Для приложений с угольной пылью маркировка должна указывать группу III (пыль) и соответствующий класс температуры, основанный на характеристиках воспламенения угля. Оборудование, сертифицированное только для опасностей группы II (газ), не учитывает требования к проникновению пыли и поверхностной температуре для условий с угольной пылью.

Практики установки должны сохранять целостность сертифицированного оборудования. Огнестойкие корпуса требуют правильного затяжения болтов крышки, правильной установки прокладок и соблюдения размеров пламяпуть. Корпуса, защищенные от пыли, зависят от целостности уплотнений и правильной установки кабельных вводов. Барьеры внутренней безопасности должны устанавливаться согласно сертифицированному монтажному чертежу с правильным заземлением и разделением от незащищенных цепей.

Периодическая проверка подтверждает, что оборудование остается в состоянии, необходимом для безопасной эксплуатации. Визуальные осмотры выявляют очевидные повреждения, коррозию или неправильные модификации. Детальные осмотры проверяют пламяпуть, уплотнения и кабельные вводы. Интервал осмотра зависит от классификации зоны и условий эксплуатации, при этом более частые проверки необходимы в зонах 20 и 21.

Практики обслуживания, сохраняющие взрывобезопасность

Обслуживание в опасных зонах требует специальных мер предосторожности, чтобы избежать создания источников воспламенения во время работы. Горячие работы, такие как сварка, резка и шлифовка, должны быть запрещены в опасных зонах, если только не применяется формальная система разрешений. Процесс разрешения должен подтверждать, что зона очищена от скопившейся пыли, что осуществляется постоянный контроль газа и пыли, а также что персонал, следящий за пожарной безопасностью, присутствует во время и после работ.

Электромонтажные работы с оборудованием, устойчивым к взрывам, должны выполняться в соответствии с требованиями конкретной концепции защиты. Огнестойкие корпуса не должны открываться под напряжением, и корпус должен быть правильно собран перед повторным включением. Цепи внутренней безопасности могут обслуживаться под напряжением только если работа не нарушает ограничения по энергии и только обученным персоналом, знакомым с принципами внутренней безопасности.

Запасные части должны быть идентичны оригинальным сертифицированным компонентам или специально одобрены органом сертификации для использования в качестве альтернатив. Замена стандартных промышленных компонентов на сертифицированные взрывобезопасные части нарушает защиту и создает ответственность для оператора объекта.

Документация по осмотрам и обслуживанию подтверждает соответствие требованиям и поддерживает расследование инцидентов в случае происшествия. Документация должна содержать сведения о проверяемом оборудовании, методах осмотра, обнаруженных недостатках и принятых мерах по их устранению.

Практическое применение решений взрывобезопасности

Проект фабрики по производству красок демонстрирует, как эти принципы реализуются на практике. Оценка площадки выявила несколько источников воспламенения, включая электроприборы без соответствующей сертификации для условий пылевзрывоопасности, недостаточное заземление, позволяющее накоплению статического заряда, и практики уборки, допускающие накопление пыли на горизонтальных поверхностях.

Решение включало использование нескольких технологий взрывобезопасности. Газовые датчики обеспечивали постоянный контроль атмосферы в закрытых зонах. Взрывобезопасные распределительные коробки и панели заменили существующее несертифицированное оборудование. Устройства для разрядки статического электричества в стратегических точках по пути обработки материалов рассеивали заряд до опасных уровней. Проект занял три месяца, с поэтапным внедрением, которое сохраняло производство и одновременно повышало уровень безопасности.

Проект Tilenga в Уганде столкнулся с иными задачами. Скважинные площадки, центральный перерабатывающий завод и трубопроводная инфраструктура требовали взрывобезопасного освещения и электросистем, способных выдерживать как опасности взрывоопасной атмосферы, так и суровые условия окружающей среды. Выбор оборудования балансировал требования взрывозащиты с необходимостью энергоэффективности и низких затрат на обслуживание в удаленной местности. Проект показал, что решения взрывобезопасности могут соответствовать эксплуатационным требованиям без ущерба для безопасности.

Для обсуждения конкретных требований к взрывозащите конвейеров для угля свяжитесь с нашей инженерной командой для проведения оценки площадки и рекомендаций по оборудованию, адаптированных к вашей установке.

Часто задаваемые вопросы

К какой зоне относятся большинство точек передачи конвейера для угля?

Точки передачи, где уголь падает с одной ленты на другую, обычно попадают в зону 21, где время от времени могут возникать взрывоопасные облака пыли во время нормальной работы. Внутри закрытых транспортных наклонных каналов такие зоны могут квалифицироваться как зона 20, если облака пыли присутствуют постоянно. Классификация распространяется за пределы непосредственной точки передачи, поскольку воздушные потоки переносят мелкие частицы в соседние области. Правильное исследование классификации учитывает конкретную скорость конвейера, высоту падения, характеристики материала и схемы вентиляции, а не применяет универсальные границы.

Как часто необходимо проводить осмотр взрывозащищенного оборудования в системах конвейеров для угля?

Интервалы осмотра зависят от классификации зоны и конкретного типа оборудования. Оборудование зоны 20 и зоны 21 обычно требует визуального осмотра не реже чем раз в неделю и детального осмотра не реже чем раз в год. Оборудование зоны 22 может осматриваться реже, с визуальным осмотром раз в месяц и детальным — раз в два-три года. Эти интервалы предполагают нормальные условия эксплуатации; суровые условия, частое обслуживание или признаки ухудшения состояния оборудования могут оправдывать более частые проверки.

Можно ли использовать стандартные промышленные электродвигатели в приложениях для конвейеров угля, если они установлены в герметичном корпусе?

Создание давления позволяет использовать стандартное оборудование внутри защищенного корпуса, однако сама система создания давления должна быть правильно спроектирована и обслуживаться. Система должна обеспечивать достаточное время очистки перед включением защищенного оборудования, постоянный контроль давления во время работы и автоматическое отключение питания при снижении давления ниже необходимого уровня. Компоненты системы создания давления, включая вентилятор, датчики давления и панель управления, должны быть подходящими для опасной зоны, в которой они установлены.

Какова связь между сертификацией ATEX и IECEx для оборудования конвейеров для угля?

Сертификация ATEX обязательна для оборудования, выпускаемого на рынок в Европейском союзе, и охватывает как проектирование оборудования, так и систему обеспечения качества при производстве. Сертификация IECEx обеспечивает стандартизированную международную оценку, признанную странами-участниками, но не является напрямую обязательной по регламенту в большинстве юрисдикций. Оборудование может иметь обе сертификации, и технические требования в значительной степени гармонизированы. Для приложений конвейеров для угля за пределами ЕС сертификация IECEx обеспечивает уверенность в соответствии международным стандартам и упрощает принятие регуляторными органами в странах-участниках. Если вам нужно сертифицированное оборудование для конкретного рынка, наша команда может проконсультировать по применимым требованиям и путям сертификации.

Если эта статья оказалась полезной, вам также может быть интересно ознакомиться с следующими:

Решения по взрывобезопасности для опасных промышленных условий

Понимание требований сертификации ATEX и IECEx

Профилактика пылевых взрывов в системах обработки материалов

Warom на 137-й Canton Fair 2025
NEMA 7 против ATEX Сертифицированные взрывозащищённые станции управления
WAROM на NOG ENERGY WEEK
Warom на выставке SMM Hamburg

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