Содержание
В последние годы идет интенсивное развитие промышленных предприятий в условиях «Севера».
С учетом отдаленности месторождений полезных ископаемых, актуальным является применение блочно-модульных зданий (БМЗ) для организации производственной инфраструктуры месторождений и предприятий.
Часто данные БМЗ по умолчанию размещаются в категорийных зонах с возможностью появления взрывоопасных газовых смесей и поэтому система вентиляции данных установок должна обеспечивать взрывобезопасную эксплуатацию.
В статье рассмотрим топологию блочно-модульных зданий и как нагреватели канальные модульные взрывозащищенные (НКМУ) могу организовать корректную систему вентиляции (ОВ).
Топология и применение БМЗ
Последние несколько десятилетий, широкое распространение в промышленности получили блочно-модульные здания (БМЗ).
Встречаются различные определения данного термина, но есть одно общее универсальное определение — быстровозводимые здания модульного типа, конструкция которого выполнена из блок-модулей или блок-контейнеров которая сохраняет работоспособность основного технологического оборудования и является укрытием.
БМЗ получили свое широкое распространение по следующим причинам:
- В здании уже встроены все инженерные системы.
- Срок эксплуатации некоторых зданий составляет до 20 лет.
- Здание на объект приходит комплектно и сразу готово к монтажу на фундамент.
- Заводская унификация позволяет оптимально обслуживать инженерные системы здания.
- При капитальном строительстве затраты на возведение аналогичных объектов обходятся дороже.
- Наладка оборудования, размещенного в БМЗ, проходит быстрее поскольку на заводе-изготовителе уже протестированы основные технологические узлы.
Есть много заводов изготовителей которые производят блочно-модульные здания и у каждого завода своя топология задний, но есть общая градация заданий по назначению в частности:
- БЖ – блок жилой.
- БА – блок аппаратный.
- БО – блок операторной.
- БНС – блочная насосная станция.
- СПЖ – склад пожарного инвентаря.
- СМ – склад материально-технический.
- БКС – блочная компрессорная станция.
- БВЗ – блочное вспомогательное здание.
- БКУ – блочная конденсаторная установка.
- БТК – блочный технологический комплекс.
- БХР – блок хранения химических реагентов.
- БПКУ – блочный пункт контроля и управления.
- БИТП – блочный индивидуальный тепловой пункт.
- БАЭП – блок автоматизированного электропривода.
- БАБК – блочный административно-бытовой комплекс.
- БКДЭС – блочно-комплектная дизельная электростанция.
- БЭЛП – блок электроснабжения линейных потребителей.
- БНКУ – блочное низковольтное комплектное устройство.
- БКТП – блочно-комплектная трансформаторная подстанция.
- БКУЭС – блочно-комплектное устройство электроснабжения.
- БКРУ – блочное комплектное распределительное устройство.
- 2БКТП – блочно-комплектная двух трансформаторная подстанция.
Из данной топологии зданий в большинстве случаев в категорийных зонах устанавливаются:
- БХР.
- БТК.
- БКУ.
- БКС.
- БНС.
По конструкторскому исполнению блочно-модульные здания различаются по следующим типам:
- Блок-бокс – это полностью оконченное модульное здание с промышленным оборудованием которое при доставке на объект может монтироваться на объект и сразу можно начать ШМ и ПНР оборудования.
Обычно данное решение может быть выполнено больше размера стандартного транспортного габарита.
- Блочно-модульное здание, это сооружение, которое собирается из более чем одного модуля на объекте монтажа.
В зависимости от конструкции модули обычно делают в транспортный габарит, что бы было удобно осуществлять доставку.
- Быстровозводимые блочно-модульные здания, это категория сооружений конструкции, которых изготавливаются в транспортный габарит и при доставке на объект данное здание с технологическим оборудованием можно собрать в сжатые сроки.
По исполнению стен БМЗ разделяются на следующие категории:
- Стены и кровля исполнены из сэндвич-панелей – данные задания выглядят красиво на объекте, но использование сэндвич-панелей приводит к тому, что каркас здания приходится делать жестким что увеличивает вес самого здания.
- Стены и кровля исполняются из цельнометаллического корпуса – в данном случае с внешней стороны приваривается изогнутый лист толщиной 1,5 мм, в связи с чем возникает дополнительная жесткость конструкции как у морского контейнера. С внутренней стороны прокладывается пароизоляция, утеплитель и еще слой пароизоляции и закрывается стена профнастилом С8.
На рисунках 1 и 2 приведен пример внешнего вида и каркаса составного БМЗ из 6 модулей:
Сейчас приоритетным направлением является развитием Арктики и в условиях развития данного региона приоритетным в использовании будут блок-боксы, поскольку необходимо привезти и сразу запустить установку в полевых условиях.
Согласно ВСН и «Правил по проектированию отопления и вентиляции нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий» если для системы вентиляции обеспечить забор воздуха с безопасной отметки, то для системы вентиляции БМЗ можно применять общепромышленное оборудование.
При возникновении такой задачи на предприятии, которое находится в средней полосе России, проблем нет, и все решается в следующем ключе:
- Проектная организация рассчитывает безопасную отметку забора свежего воздуха, которая может достигать 40 метров.
- Проектируется поле под фундаментную плиту или свайное поле в зависимости от объекта.
- Заливается фундамент под трубу и блок-бокс.
- Производится монтаж подборной трубы совместно с БМЗ на объекте монтажа.
В условиях Арктики каждый раз готовить свайное поле и делать расчеты не получится, поскольку блок-боксы должны быть универсальными и мобильными.
Для подобных зданий используются БМЗ с тамбур-шлюзами как на рисунке 3:
где
- Тамбур-шлюз – 2 ед.
- Компрессорный отсек – 1 ед.
- Вентиляционная камера – 1 ед.
- Электротехнический отсек – 1 ед.
В данном случае для обеспечения корректности работы системы вентиляции целесообразно применять НКМУ.
Далее подробно рассмотрим применение данного оборудования для систем ОВ БМЗ.
Нагреватели канальные модульные взрывозащищенные типа «НКМУ»
Назначение устройства
Нагреватели канальные модульные взрывозащищенные типа «НКМУ» (в дальнейшем «Нагреватели») предназначены для подогрева воздуха в системах вентиляции с возможным содержанием взрывообразных газовых смесей.
Нагреватели не предназначены для подогрева воздуха с содержанием пыли.
Область применения НКМУ:
- Взрывоопасные зоны помещений и наружных установок согласно Ех-маркировке в соответствие с требованиями ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011 «Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования».
- ГОСТ Р МЭК 60079-7-2012 «Взрывоопасные среды. Часть 7. Оборудование.
- Повышенная защита «е» класса 1 и 2 (классы по ГОСТ IEC 60079-10-1-2013).
- Категории IIА и IIВ (подгруппы по ГОСТ Р МЭК 60079-20-1-2011).
- Температурным классам Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6 (по ГОСТ Р МЭК 60079-20-1).
Нагреватели в комплекте с аппаратурой, указанной в настоящего описания предназначены для эксплуатации во взрывоопасных зонах, относящихся согласно классификации «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ) к классу В-Iа, В-Iб, В-Iг, где возможно образование взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом категорий IIA, IIB и температурных групп T1, T2, T3, T4, T5, T6.
Климатическое исполнение и категория размещения УХЛ2 по ГОСТ 15150-69 (Микроклиматические районы с умеренным и холодным климатом).
Структура обозначения НКМУ-Ex-X1/X2-X3:
- НКМУ – Шифр изделия.
- Ex — Знак взрывозащиты АНГЛ.
- X1 — Номинальная мощность, кВт.
- X2 – Номинальное напряжение, В.
- X3 – Диаметр присоединения, мм.
Пример записи условного обозначения нагревателя с номинальной мощностью 4,8 кВт, номинальным рабочим напряжением 380В и диаметром присоединяемого воздуховода 560 мм при заказе и в документации другого изделия.
Нагреватель НКМУ-Ex-4,8/380-560 ТУ 27.51.29-002-03852324-2019.
Технические данные устройства
Основные параметры и размеры НКМУ представлены в таблице 1:
По согласованию с Клиентом можем изготовить нагреватели с другими техническими параметрами, удельной мощностью нагревательной камеры не более 0,3 Вт/куб.см. для удельной мощности нагревательного элемента 100 Вт/м.
Напряжение питающей сети:
- 220 В.
- 380 В.
Максимально допустимая температура теплоотдающей поверхности:
- 180 °C.
Примечание максимальная рабочая температура теплоотводящей поверхности ограничивается терморегулятором в соответствии с температурным классом взрывоопасной смеси.
Маркировка взрывозащиты:
- 1Ex e IIB T6…T3 Gb X.
Температура окружающей среды:
- От минус 60 °C.
- До плюс 60 °C.
Электрическое сопротивление изоляции нагревателей, пересчитанное на 1 кВт при температуре 20 °C не менее:
- 1000 Мом.
Тип встроенного термопреобразователя:
- ДТС 014-Pt100.B.3.20/500.Exi-T6.
Средний срок службы 10 лет.
Требования безопасности соответствуют классу I по ГОСТ 12.2.007.0-75.
Устройство и работа НКМУ
Конструкция нагревателя состоит из:
- Взрывозащищенного ленточного нагревателя.
- Нагревательной камеры, состоящей из каркаса для ленточного нагревателя и оболочки.
- Термопреобразователя температуры поверхности ленточного нагревателя и фланцевых соединителей.
- Все элементы собраны в единую конструкцию.
- На поверхности нагревательной камеры закреплены площадки для крепления взрывозащищенных соединительных коробок.
Для увеличения производительности, НКМУ могут быть собраны в последовательные сборки.
Ленточные нагреватели имеют кабельные выводы в термостойкой герметичной изоляции.
Выводы выведены наружу для подключения кабеля внутри взрывозащищенных соединительных коробок.
Принцип действия нагревателя основан:
- На выделении тепла ленточными нагревателями при протекании тока и передаче этого тепла проходящему воздуху.
- Теплоотдающей поверхностью является поверхность ленточного нагревателя.
Нагреватель должен использоваться в системе вентиляции только при соблюдении следующих условий:
- Обеспечен непрерывный поток воздуха через устройство.
- Электропитание устройство должно быть сблокировано с питанием вентиляторов, обеспечивающих поток воздуха через нагреватель, так, чтобы питание на нагреватели не подавалось при неработающих вентиляторах.
- Нагреватель должен использоваться в системе вентиляции только при условии применения фильтров перед нагревателем.
- Система управления НКМУ должна иметь защитную аппаратуру, не допускающую нагрева поверхности ленточного нагревателя выше значения, регламентируемого для температурных групп взрывоопасной среды уменьшенного на 20°С, в которой производится эксплуатация системы.
- При установке нескольких нагревателей в системе вентиляции, термопреобразователь каждого из нагревателей должен быть подключен к аппаратуре защиты от перегрева.
- Аппаратура защиты по температуре на поверхности ленточного нагревателя должна быть независимой от аппаратуры, предназначенной для регулирования температуры в помещении, обслуживаемом системой вентиляции.
- Нагреватели или их группы должны быть защищены от перегрузок, токов короткого замыкания и токов утечки на землю. Аппаратура защиты от токов утечки на землю должна отключать Нагреватели от сети при токе утечки на землю более 30 мА.
- Соединение кабельных выводов Нагревателя с питающими кабелями (проводами) в пределах взрывоопасных зон должны выполняться в клеммных коробках, удовлетворяющих требованиям таблицы 7.3.11. ПУЭ.
- Соединение кабельных выводов термопреобразователя с кабелем аппаратуры защиты должно выполняться в клеммной коробке для искробезопасных цепей.
- Аппаратура защиты по температуре должна иметь в своём составе барьеры искрозащиты.
- Корпус НКМУ должен быть заземлен.
Градация температурных групп взрывоопасной среды:
- Выше 180 °С для групп T1, T2, T3.
- Выше 105 °С для группы T4.
- Выше 80 °С для группы T5.
- Выше 65 °С для группы T6.
Структурная схема включения нагревателя приведена на рисунке 4:
Аннотация к схеме приведена в таблице 2:
Где в состав стандартного НКМУ входят:
- Позиция 15.
- Позиция 16.
- Позиция 17.
- Остальные позиции могут быть поставлены опционально.
Аппаратура контроля и регулирования температуры, расположенная во взрывоопасной зоне, должна соответствовать требованиям гл. 7.3. ПУЭ.
Указание мер безопасности
К монтажу и обслуживанию оборудования допускаются лица, имеющие квалификационную группу не ниже III, согласно «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей», ознакомленные с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации, с эксплуатационной документацией на конкретный объект, прошедшие инструктаж и специальное обучение.
Запрещается:
- Эксплуатация Нагревателя без заземления.
- Эксплуатация без периодического обслуживания.
- Монтаж и эксплуатация Нагревателя, имеющего механические повреждения.
- Эксплуатация Нагревателя с неисправным коммутационным и защитным оборудованием.
- Эксплуатация нагревателя, имеющего сопротивление изоляции в холодном состоянии менее 1000 МОм на кВт мощности нагревателя.
При эксплуатации Нагревателей не допускается:
- Попадание веществ разрушающих кремний-органическую резину, в том числе жидких нефтепродуктов.
- Попадание веществ, вызывающих коррозию оцинкованной стали.
Выбор нагревателя канального модульного взрывозащищенного типа «НКМУ»
Для выбора типоразмеров Нагревателей и их количества необходимо знать следующие параметры:
- Мощность.
- Расход воздуха.
- Температурную группу.
- Температуру воздуха на выходе нагревателя.
Эти параметры определяются проектом на систему вентиляции.
Исходя из температуры нагретого воздуха и температурной группы, определяем максимально допустимую разницу температур нагретого воздуха и нагревающей поверхности.
С использованием графика на рисунке 5, по известному расходу и температурной группе определяется типоразмер НКМУ:
где
- По известной суммарной мощности определяется количество Нагревателей.
- В целях уменьшения затрат необходимо выбирать НКМУ с максимальной допустимой мощностью нагревателя.
Так же график на рисунке 5 можно использовать для расчёта нагревающей поверхности устройства.
График показывает перегрев нагревающей поверхности относительно температуры воздуха на выходе нагревателя.
Исходя из расчетных данных в таблице 3, зеленым цветом отмечена область рекомендуемых режимов работы устройства в зависимости от модели:
Для любой системы вентиляции важным является расчёта падения давления воздуха при прохождении через устройство НКМУ.
На рисунке 6 представлены графики падения давления:
где
- График приведен для одного модуля.
- При использовании нескольких модулей, нужно полученное падение давления умножить на количество модулей.
В таблице 4 зеленым цветом отмечена область рекомендуемых режимов работы:
Данные параметры необходимы для расчета производительности вентиляционной установки системы ОВ.
Пример расчёта НКМУ
Для наглядности разберем пример, на основании которого определим оптимальный нагреватель для системы.
Исходные данные:
- Температура воздуха на выходе нагревателя — 25°C.
- Температурная группа — T5.
- Расход воздуха 1000 куб.м/час.
- Суммарная мощность нагревателей — 10 кВт.
Определяем максимально допустимую разницу температур нагревающей поверхности и нагретого воздуха:
- Tmax = 80 – 25 = 55 °C.
где
- Есть примечание: 80°C – минимальная температура для группы T5 за вычетом 20°C.
По графику на рисунке 5, определяем типоразмер нагревателя.
Соответственно, принимаем модель модуля:
- НКМУ-Ex-3,6/380-500.
Исходя из суммарной мощности нагревателя, определяем, необходимое количество нагревателей:
- N = 10/3,6 = 2,8.
где
- Производим округление до 3 шт.
Таким образом, расчёт показал, что необходим следующий НКМУ:
- Нагреватель, состоящий из 3 модульных НКМУ-Ex-3,6/380-500.
- При расходе воздуха 1000 куб.м./час перегрев составит 47°C.
- При температуре воздуха на выходе 25°C температура нагревающей не превысит 72°C.
- Диаметр присоединения составит – 500 мм.
- Длина — 240 (3х80) мм.
Можно по аналогии самостоятельно подбирать данное оборудование или обратиться к заводу-изготовителю, только все равно понадобятся исходные данные для расчетов.
Размещение и монтаж оборудования
Монтаж системы вентиляции следует производить с учётом следующих документов:
- ПУЭ.
- ПТЭЭП.
- Технического описания и инструкции по эксплуатации НКМУ.
- Проектной документации на систему вентиляции, в составе которой применен Нагреватель.
- Эксплуатационных документов на приборы, указанные в проекте, защиты Нагревателя от перегрузки по току и тока утечки изоляции.
- Эксплуатационных документов на приборы, указанные в проекте, ограничивающие температуру на поверхности Нагревателей.
Перед монтажом, взрывозащищенное оборудование должно быть осмотрено и при этом необходимо обратить внимание на следующее:
- Наличие уплотнений.
- Отсутствие повреждений поверхностей.
- Знаки взрывозащиты и предупредительные надписи.
- Наличие заглушек на неиспользованных кабельных вводах кабельных коробок.
Во время монтажа следует соблюдать следующие требования:
- Корпус Нагревателя должен быть заземлен.
- Фильтры воздуха должны быть установлены.
- Кабельные выводы нагревателя должны быть защищены кожухом или металлорукавом.
- Монтаж кабельной продукции должен быть выполнен в соответствии с инструкцией ВСН 332-74.
- Аппаратура управления, защиты от перегрева и сигнализации должна быть установлена в месте, предусмотренном проектом.
- Соединение кабельных выводов Нагревателя с питающими кабелем в пределах взрывоопасных зон должны выполняться в клеммных коробках.
- Защитно-отключающие устройства контроля тока и утечки тока (автоматические выключатели и УЗО) должны быть установлены на входе питающих линий.
После монтажа системы вентиляции, в которой применены нагреватели необходимо произвести следующие работы:
- Измерить сопротивление изоляции мегомметром с испытательным напряжением 1000В, где определенное сопротивление изоляции должно быть не менее 1000 МОм на 1 киловатт мощности нагревателя.
- Проверить и измерить сопротивление защитного заземления.
- Провести проверку срабатывания УЗО и защиты от превышения температуры поверхности нагревателя.
Провести тепловые испытания НКМУ после монтажа:
- Температура поверхности нагревателя не должна превышать рассчитанную по графикам на рисунке 5.
- Температура поверхности нагревателя должна совпадать с индицируемой на устройстве защиты от перегрева.
- Результаты тепловых испытаний должны быть оформлены актами и протоколами и подшиты к эксплуатационной документации на вентиляционную систему.
На каждом этапе проведения работ по монтажу и наладки системы ОВ необходимо соблюдать:
- Требования к монтажу электрических соединительных линий.
- Монтаж цепей питания и заземления выполнить в соответствии с ПУЭ.
- Требования к монтажу терморегулирующих приборов.
- При монтаже и эксплуатации приборов необходимо выполнять требования инструкций заводов-изготовителей.
- Уставки регулирующих приборов должна быть не выше значения температурной группы взрывоопасной смеси уменьшенной на 20°C.
- Вторичные приборы для термопреобразователя должны иметь искробезопасный вход.
При установке нескольких нагревателей в сборку, каждый термопреобразователь должен быть подключен к отдельному входу вторичного преобразователя.
Следует учитывать, что контактор может быть, как общим для всех нагревателей в сборке, так и отдельным для каждого Нагревателя или группы нагревателей.
Техническое обслуживание НКМУ
Поскольку рассматриваемые устройства являются составляющей частью системы ОВ, поэтому смонтированная система должна быть принята в эксплуатацию специальной комиссией, утвержденной главным инженером предприятия, эксплуатирующего систему вентиляции.
При приёмке комиссии должны быть представлены:
- Акт приёма сдачи электромонтажных работ.
- Протоколы испытаний согласно ПТЭЭП и ПУЭ.
- Техническая документация на систему вентиляции.
- Другие документы необходимые для приёмки системы ОВ в эксплуатацию.
- Технические описания и паспорта на взрывозащищенное электрооборудование, примененное в системе вентиляции.
Персонал, обслуживающий Нагреватели обязан знать:
- Устройство и принцип действия НКМУ.
- Электрическую схему питания Нагревателей.
При эксплуатации НКМУ необходимо руководствоваться следующими нормативными документами:
- ПУЭ.
- ПТЭЭП.
- Инструкция ВСН-332-74.
- Техническими описаниями на взрывозащищенное электрооборудование, используемое в системе электрообогрева.
- Эксплуатационными документами на аппаратуру защиты от перегрева поверхности Нагревателей, аппаратуру защиты от короткого замыкания и токов утечек, систему вентиляции в которую установлены НКМУ.
В процессе эксплуатации система вентиляции должна подвергаться со следующей периодичностью:
- Ежемесячно.
- Ежегодное обслуживание.
Другие сроки обслуживания могут быть установлены эксплуатирующей организацией, но не реже указанных выше.
При проведении ежемесячного обслуживания проверяется:
- Маркировка.
- Предупредительные надписи.
- Целостность оболочек Нагревателей.
- Работоспособность устройств защитного отключения.
- Состояние уплотнений вводов кабелей и нагревателей.
- Общее состояние кабельных коробок – целостность оболочек.
При ежегодном обслуживании выполняются следующие работы:
- Проверяется настройка средств электрической защиты.
- Подтяжка контактных соединений токоведущих частей.
- Проверяется сопротивление изоляции и сопротивление заземления.
- Работы, предусмотренные в описаниях на взрывозащищенное оборудование.
Результаты осмотров и выявленные неисправности оборудования необходимо занести в журнал эксплуатации вентиляционной системы.
Транспортирование и хранение
Транспортирование и хранение нагревателей должно соответствовать требованиям разделов 1 и 2 ГОСТ 23216-78, в том числе:
- Условия транспортирования в части воздействия климатических факторов такие же, как в условиях хранения 8 по ГОСТ 15150-80.
- Условия транспортирования в части воздействия механических факторов с по ГОСТ 23612-78.
- Условия хранения 2(С) по ГОСТ 15150-80.
НКМУ подлежат транспортированию всеми видами транспортных средств в соответствии с правилами перевозок, действующими на конкретном виде транспорта.
Материалы для проектных организаций и Клиентов
Руководство по эксплуатации НКМУ:
Сертификат ТР ТС 012/2011 № ЕАЭС RU С-RU.МЮ62.В.01385/19:
Сборочные чертежи модификаций НКМУ:
Схема коробок коммутационных 3-НКМУ (220В):
Схема коробок коммутационных 6-НКМУ (380В):
Схема блока защиты для сборки от 1 до 6 модулей с общей мощностью до 15 кВт:
Спецификация для сборки с общей мощностью до 15 кВт:
Схема блока защиты для сборки от 1 до 6 модулей с общей мощностью до 30 кВт:
Спецификация для сборки с общей мощностью до 30 кВт:
