Sensori di processo in linea avanzati per ambienti pericolosi (polvere)
Ottimizzazione dei processi, garanzia della sicurezza
1. Eccellenza dei processi in ambienti esigenti
Nei settori in cui sono presenti sostanze infiammabili, tra cui polveri, gas o vapori combustibili, è fondamentale garantire la sicurezza operativa mantenendo al contempo l'efficienza dei processi. Gli ambienti pericolosi richiedono una strumentazione che non solo fornisca dati accurati e affidabili, ma che soddisfi anche i rigorosi requisiti di protezione dalle esplosioni.
Rheonics si impegna a fornire soluzioni all'avanguardia per il monitoraggio dei processi in linea, consentendo alle aziende di ottimizzare le proprie operazioni in modo sicuro ed efficace. I nostri sensori certificati Ex, basati sul principio di sicurezza intrinseca, sono progettati per una perfetta integrazione nei processi in aree pericolose, contribuendo a prevenire fonti di innesco e a migliorare la sicurezza complessiva dell'impianto.
Questo documento fornisce una panoramica delle sfide poste dagli ambienti pericolosi, in particolare quelli con rischi di esplosione di polvere, e introduce RheonicsViscosimetri e densimetri in linea intrinsecamente sicuri, progettati per garantire affidabilità e conformità in queste applicazioni critiche.
2. Comprensione degli ambienti pericolosi (polvere)
2.1. La natura delle esplosioni di polvere
Un'esplosione di polveri è una rapida combustione di particelle fini sospese nell'aria all'interno di un luogo chiuso o parzialmente chiuso. Quando una polvere combustibile viene dispersa in concentrazione sufficiente ed entra in contatto con una fonte di innesco, può provocare un'esplosione. Molti materiali organici, materiali sintetici e metalli possono formare polveri combustibili.
Affinché si verifichi un'esplosione di polvere devono essere soddisfatte cinque condizioni:
-
Polvere combustibile: Il materiale stesso deve essere in grado di bruciare. Per le polveri combustibili con particelle di dimensioni inferiori a 0.5 mm, un'esplosione può verificarsi quando la polvere viene dispersa nell'aria a una concentrazione superiore alla Concentrazione Minima Esplosiva (MEC). La MEC è la concentrazione minima (tipicamente misurata in grammi per metro cubo) alla quale una nube di polvere può incendiarsi e propagare un'esplosione. A differenza dei gas, le polveri combustibili generalmente non hanno un Limite Superiore di Esplosività (UEL) definito, poiché a concentrazioni molto elevate le nubi di polvere tendono a perdere dispersione e la disponibilità di ossigeno diventa insufficiente a sostenere la combustione.
| Materiale | MEC(g/m³) | Chiarificazione |
|---|---|---|
| Polvere di grano | 125 | Alta esplosività, comune in agricoltura |
| Polvere di carbone | 30 | Le polveri di carbone molto fini possono essere esplosive |
| Farina | 60 | Rischio di esplosione ampiamente noto negli stabilimenti |
| Zucchero | 125 | Lo zucchero a velo fine è altamente esplosivo |
| polvere di alluminio | 100 | Polvere metallica altamente reattiva |
| Fanghi di depurazione | 250 | Dipende dalla secchezza e dalla composizione |
Tabella 1. Concentrazione minima di esplosivo
I valori della tabella devono essere utilizzati come riferimento; gli utenti finali devono confermare il MEC effettivo per la loro applicazione. Norme di esplosione consiglia di utilizzare valori misurati per la tua polvere specifica, non solo quelli generici, quando si progettano sistemi di protezione.
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Dispersione: Le particelle di polvere devono essere sospese nell'aria in una concentrazione sufficiente.
-
Ossigeno: Per favorire la combustione è necessaria la presenza di aria (o di un altro ossidante).
-
Fonte di accensione: Energia sufficiente per accendere la nube di polvere dispersa (ad esempio, scintille, superfici calde, elettricità statica).
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Contenimento: Un recinto o uno spazio confinato che consente l'accumulo di pressione.
La rimozione di uno qualsiasi di questi elementi può prevenire un'esplosione di polveri. Le apparecchiature utilizzate in queste aree devono essere progettate per evitare che diventino una fonte di innesco.
2.2. Dove si trova la polvere combustibile?
Le polveri combustibili rappresentano un pericolo in una gamma sorprendentemente ampia di settori e processi. Qualsiasi attività che crei o gestisca particolato fine e secco proveniente da un materiale combustibile può rappresentare un rischio.
Settori esposti ai rischi derivanti dalla polvere:
Processi comuni che generano polvere:
Tipi di polveri combustibili:
2.3. Fattori chiave che influenzano l'esplosività della polvere
Sebbene il "Pentagono delle esplosioni di polveri" delinei le condizioni necessarie, diverse caratteristiche della polvere stessa e del suo ambiente influenzano significativamente la probabilità e la gravità di un'esplosione. La comprensione di questi fattori è fondamentale per la valutazione del rischio e l'implementazione di misure di sicurezza efficaci.
| Caratteristica | Descrizione e significato | Impatto sull'esplodibilità |
|---|---|---|
| Dimensione e forma delle particelle | Le particelle più piccole (< 500 µm) hanno una superficie maggiore, aumentando la velocità di combustione. Queste particelle fini hanno una superficie maggiore rispetto alla loro massa, il che le rende più reattive nell'aria: si accendono e bruciano più velocemente. Anche le forme fibrose o squamose possono aumentare il rischio. | Particelle più piccole/fini = Rischio e gravità maggiori |
| Contenuto di umidità | La polvere secca si disperde e si infiamma più facilmente. L'umidità può legare le particelle e assorbire il calore. | Minore umidità = rischio maggiore |
| Concentrazione minima esplosiva (MEC) | Concentrazione minima di polvere nell'aria che può propagare una fiamma. Al di sotto di questa, la polvere è troppo debole per esplodere. | MEC inferiore = rischio maggiore (meno polvere necessaria per l'esplosione) |
| Energia minima di accensione (MIE) | Energia minima (in mJ) necessaria per accendere una nube di polvere in condizioni ottimali. | MIE inferiore = rischio più elevato (più facile da infiammare) |
| Valore Kst (indice di deflagrazione) | Misura la velocità di aumento della pressione (bar·m/s) in un'esplosione di prova. Utilizzato per classificare le polveri (da St 0 a St 3). | Kst più alto = esplosione più grave |
| Pmax (pressione massima di esplosione) | Pressione massima prodotta durante l'esplosione di una miscela ottimale di polvere e aria. Importante per la progettazione di sfiati e sistemi di contenimento. | Pmax più alto = forza più distruttiva |
| Temperatura di accensione della nube di polvere (MIT Cloud) | Temperatura minima (°C) alla quale una nube di polvere si infiamma a contatto con una superficie calda. |
2.4. Classificazione delle aree pericolose per atmosfere di polvere
Le aree pericolose sono classificate in Zone in base alla probabilità di presenza di un'atmosfera esplosiva. Per le polveri combustibili, le classificazioni tipiche (secondo IEC standard) sono:
| Zona | Descrizione | Probabilità di atmosfera di polvere esplosiva |
|---|---|---|
| Zona 20 | È presente un'atmosfera di polvere esplosiva continuamente, Per lunghi periodi, o frequentemente'. | Molto alto |
| Zona 21 | L'atmosfera di polvere esplosiva è probabile verificarsi durante funzionamento normale occasionalmente. | Alto |
| Zona 22 | L'atmosfera di polvere esplosiva è non probabile verificarsi durante il normale funzionamento; se accade, è breve | Basso |
2.5. Livelli di protezione delle apparecchiature (EPL)
Alle apparecchiature destinate all'uso in aree pericolose viene assegnato un livello di protezione dell'apparecchiatura (EPL), che ne indica l'idoneità per le diverse zone.
| EPL | Zona/e idonea/e | Livello di protezione |
|---|---|---|
| Da | Zona 20 | Molto alto |
| Db | Zona 21 | Alto |
| Dc | Zona 22 | Migliorata |
2.6. Principi di protezione dalle esplosioni
Per garantire la sicurezza delle apparecchiature in aree pericolose vengono utilizzate diverse tecniche di protezione. Per Rheonics sensori, il metodo primario è Sicurezza intrinseca (“Ex i”).
Altri metodi di protezione comuni includono custodie antideflagranti ("Ex d"), sicurezza aumentata ("Ex e"), incapsulamento ("Ex m"), ecc., ciascuno con principi e applicazioni specifici.
| Metodo di protezione | Principio | Idoneità della zona | Contesto applicativo della viscosità/densità | Caso d'uso tipico in ambienti polverosi | Vantaggi principali |
|---|---|---|---|---|---|
| Protezione tramite involucro (Ex t) | L'involucro a tenuta di polvere (IP6X) impedisce l'ingresso di polvere; controlla la temperatura superficiale per evitare l'accensione della polvere. | Zona 20 / 21 / 22 | Ideale per la recinzione di Rheonics trasmettitori in luoghi polverosi. Protegge i componenti elettronici durante l'imballaggio, la macinazione o la manipolazione delle polveri. | Utilizzato nei settori alimentare, dei cereali, farmaceutico e chimico, dove la polvere nell'aria è costante o frequente. | Semplice, robusto, ampiamente accettato per la polvere. |
| Sicurezza intrinseca (Ex i) | Limita l'energia elettrica e termica nei circuiti, impedendone l'accensione, anche in condizioni di guasto. | Zona 20 (Ex ia), Zona 21 (Ex ib) | Rheonics I sensori SRV/SRD utilizzano la protezione Ex ia, consentendo un utilizzo sicuro all'interno di reattori, silos o condotte con polveri fini. | Perfetto per il monitoraggio in linea della viscosità/densità di liquidi con solidi sospesi o durante l'evaporazione del solvente | Elevata sicurezza; consente la manutenzione sotto tensione. |
| Pressurizzazione (Ex pD) | Una leggera sovrapressione all'interno dell'involucro impedisce l'ingresso di polvere. Solitamente viene spurgata prima dell'accensione. | Zona 21 / 22 | Può ospitare standard Rheonics trasmettitori o convertitori nei pannelli. Richiede un controller di spurgo. | Utilizzato in grandi armadi elettrici o pannelli di controllo per sistemi di miscelazione in batch. | Consente l'uso di componenti non Ex. |
| Incapsulamento (Ex m) | I componenti elettronici critici sono sigillati in un composto per isolarli dall'atmosfera. | Zona 21 / 22 | Può proteggere piccoli moduli di interfaccia o condizionatori di segnale in aree polverose. | Utilizzato in trasmettitori compatti o in componenti elettronici personalizzati all'interno di recipienti polverosi e confinati. | Compatto e protettivo. |
| A prova di accensione da polvere (DIP) | L'involucro sigillato impedisce che l'accensione interna incendi l'atmosfera polverosa esterna. | Classe II, Div 1/2 (NFPA/NEC) | Paragonabile a Ex t. Utilizzato con custodie NEMA 9 per l'elettronica dei sensori in Nord America. | Elevatori per cereali, polvere di legno, mulini per farina. Spesso con sensori di densità in linea nei silos. | Riconosciuto nei codici nordamericani. |
| Sicurezza aumentata (Ex e) | Nessuna scintilla o temperatura elevata in condizioni di funzionamento normali. Non adatto a componenti che possono causare archi elettrici o scintille. | Zona 21 / 22 | Può essere utilizzato per scatole di giunzione o morsettiere di Rheonics sensori in posizioni secondarie sicure. | Ideale per apparecchiature passive in cui vengono mantenute connessioni a basso consumo energetico. | Basso costo, design semplice. |
| Tipo NEMA 9 | Standard nordamericano per involucri in ambienti polverosi. Impedisce all'ignizione interna di raggiungere la polvere all'esterno. | Classe II, Div 1 | Tipo di custodia per trasmettitori di sensori o convertitori in cui è necessario un involucro antideflagrante. | Adatto per processi polverosi di produzione di alimenti e bevande o di additivi per materie plastiche. | Involucro certificato UL/CSA per la polvere. |
| Antideflagrante (Ex d) | Contiene un rischio di esplosione al suo interno; impedisce l'accensione dell'atmosfera esterna di polvere o gas. | Principalmente per gas (limitato in polvere) | Non è consigliato l'uso diretto in ambienti polverosi a causa di problemi di ventilazione e raffreddamento dovuti all'accumulo di polvere. | Può essere combinato con involucri a tenuta di polvere, ma raramente utilizzato per applicazioni di viscosità/densità in aree polverose. | Elevata protezione fisica, tuta antigas. |
| Tipo NEMA 10 | Recinto per la sicurezza mineraria: contiene internamente un'esplosione. | Specifico per l'attività mineraria | Non utilizzato con Rheonics sensori; più adatti ai controllori minerari per impieghi gravosi. | Progettato per l'estrazione sotterranea del carbone o in aree con polvere di roccia combustibile. | Certificato per l'attività mineraria. |
3. Rheonics Soluzioni: monitoraggio dei processi in linea intrinsecamente sicuri
Rheonics è specializzata in tecnologie innovative di rilevamento dei fluidi. I nostri viscosimetri in linea (SRV) e misuratori di densità e viscosità (SRD) sono progettati per condizioni di processo impegnative e sono disponibili con certificazioni Ex globali, il che li rende ideali per l'impiego in ambienti pericolosi in vari settori.
Principali vantaggi di Rheonics Sensori certificati Ex:
4. Rheonics Portafoglio di sensori certificati Ex
4.1 Rheonics SRV – Viscosimetro in linea
Migliori SRV è un viscosimetro di processo in linea robusto e affidabile che fornisce misurazioni della viscosità e della temperatura in tempo reale.
Principio di funzionamento
Utilizza un risonatore torsionale brevettato, bilanciato simmetricamente. Viene misurata la resistenza viscosa del fluido sull'elemento risonante, da cui viene calcolata la viscosità dinamica. Un Pt1000 il sensore fornisce letture accurate della temperatura.
Caratteristiche principali:
- Misurazione continua e in tempo reale della viscosità.
- Misurazione della temperatura integrata ad alta precisione (Pt1000).
- Nessuna parte mobile, guarnizione o cuscinetto: praticamente esente da manutenzione.
- Insensibile alla portata, alla turbolenza e alle vibrazioni.
- Ampio intervallo di viscosità.
- Compatto e facile da installare.
- Sono disponibili vari collegamenti di processo.
| Parametro | Valore/Intervallo | Unità |
|---|---|---|
| Gamma di viscosità | ad esempio, 0.1 – 50,000+ (consultare il modello specifico) | cP |
| Intervallo di temperatura | ad esempio, da -40 a +300 (consultare il modello specifico) | ° C |
| Range di pressione | ad esempio, fino a 500 (consultare il modello specifico) | bar |
| Materiali bagnati | Acciaio inossidabile 316L, Hastelloy C22 (opzioni) | - |
| Connessioni al processo | NPT, flangia, Tri-Clamp, ecc. (opzioni) | - |
| Certificazioni Ex | ATEX, IECEx (Ex ia) | - |
ATEx
ATEX: II 1 G Ex ia IIC/Iib/IIA T6 … T1 Ga o II 1 D Ex ia IIIC T200 85°C … 435°C Da
IECEx
IECEx: Ex ia IIC/Iib/IIA T6 … T1 Ga o Ex ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da
- JPEx: Ex-ia IIC/Iib/IIA T6 … T1 Ga o Ex ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da (certificazione Ex Giappone)
- KC: Ex-ia IIIC T200 85 °C…435 °C Da (Certificazione coreana per la protezione dalle esplosioni)
- Idoneità della zona:
- Zona 0, 1, 2 (gas, vapori)
- Zona 20, 21, 22 (polveri)
Fabbricazione di prodotti alimentari
Monitoraggio della viscosità dell'impasto, delle coperture dei dolciumi, della consistenza dei prodotti lattiero-caseari in cui vengono manipolate polveri (farina, zucchero, latte in polvere).
Eccipienti farmaceutici
Granulazione, processi di rivestimento, produzione di API che coinvolgono sostanze in polvere.
Settore Chimico
Polimerizzazione, produzione di resine, manipolazione di catalizzatori in polvere o additivi.
Vernici e rivestimenti
Monitoraggio della viscosità nelle fasi di miscelazione e applicazione in cui sono presenti pigmenti e riempitivi.
Miniere e minerali
Controllo della viscosità della sospensione in cui vengono generate polveri minerali fini.
Additivi per carta
Cucine di rivestimento, preparazione dell'amido.
4.2 Rheonics SRD – Misuratore di densità e viscosità in linea
Migliori SRD estende le capacità di SRV fornendo misurazioni simultanee in linea di densità, viscosità e temperatura.
Principio di funzionamento
Simile al SRV, il SRD Utilizza un risonatore torsionale bilanciato brevettato. Algoritmi avanzati analizzano il comportamento del risonatore nel fluido per determinare in modo indipendente densità e viscosità, insieme alla temperatura, da un sensore incorporato. Pt1000.
Caratteristiche principali:
- Misurazione simultanea in tempo reale di densità, viscosità (dinamica e cinematica) e temperatura.
- Tutte le caratteristiche dell'SRV (robustezza, assenza di parti mobili, precisione, ecc.). L'unica differenza è l'intervallo di viscosità.
- Fornisce dati critici per la misurazione della concentrazione, il controllo di qualità e il rilevamento di fase.
- Ampio intervallo operativo per densità e viscosità.
| Parametro | Valore/Intervallo | Unità |
|---|---|---|
| Gamma di densità | ad esempio, 0 – 4 (consultare il modello specifico) | g / cc |
| Gamma di viscosità | ad esempio, 0.1 – 10,000+ (consultare il modello specifico) | cP |
| Intervallo di temperatura | ad esempio, da -40 a +300 (consultare il modello specifico) | ° C |
| Range di pressione | ad esempio, fino a 500 (consultare il modello specifico) | bar |
| Materiali bagnati | Acciaio inossidabile 316L, Hastelloy C22 (opzioni) | - |
| Connessioni al processo | NPT, flangia, Tri-Clamp, ecc. (opzioni) | - |
| Certificazioni Ex | ATEX, IECEx (Ex ia) | - |
ATEx
ATEX: II 1 G Ex ia IIC/Iib/IIA T6 … T1 Ga o II 1 D Ex ia IIIC T200 85°C … 435°C Da
IECEx
IECEx: Ex ia IIC/Iib/IIA T6 … T1 Ga o Ex ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da
Idoneità della zona:
- Zona 0, 1, 2 (gas, vapori)
- Zona 20, 21, 22 (polveri)
Fabbricazione di prodotti alimentari
Ricostituzione del latte in polvere, dissoluzione dello zucchero, miscelazione degli ingredienti dove la densità indica la concentrazione.
Settore Chimico
Monitoraggio della concentrazione delle soluzioni, dei punti finali della reazione e della qualità del prodotto quando vengono utilizzate materie prime in polvere.
Miniere e minerali
La densità e la viscosità della sospensione vengono utilizzate per ottimizzare il trasporto e la lavorazione.
Materiali da costruzione
Consistenza della malta cementizia, additivi nella produzione del calcestruzzo.
Agricoltura
Monitoraggio della consistenza della miscela di mangimi e della produzione di fertilizzanti.
5. Garantire la sicurezza: progettazione, qualità e conformità
Rheonics si impegna a garantire i più elevati standard di sicurezza e qualità nei suoi prodotti.
6. Installazione e manutenzione in aree pericolose
Un'installazione corretta è fondamentale per garantire la sicurezza e le prestazioni delle apparecchiature certificate Ex.
7. Assistenza e supporto
Rheonics offre ai propri clienti un supporto completo, che comprende consulenze iniziali, selezione dei sensori, assistenza all'installazione e assistenza post-vendita. Il nostro team di esperti è a disposizione per rispondere a qualsiasi domanda applicativa e garantire prestazioni ottimali dei nostri sensori nel vostro specifico ambiente di processo.
8. Di Rheonics
Rheonics è leader mondiale nello sviluppo e nella produzione di viscosimetri e densimetri in linea innovativi. La nostra missione è fornire alle aziende soluzioni di rilevamento dei fluidi affidabili e precise che favoriscano efficienza, qualità e sicurezza. Concentrandoci sulla ricerca e sviluppo, ci impegniamo costantemente a fornire tecnologie all'avanguardia che soddisfino le esigenze in continua evoluzione dei nostri clienti in tutto il mondo.
9. Contatto Rheonics
Per ulteriori informazioni su Rheonics Per sensori e soluzioni certificati Ex per ambienti pericolosi, contattateci:
Rheonics Ltd.
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Rheonics Inc.
USA
Negazione di responsabilità
Il presente documento è solo a scopo informativo. Fare sempre riferimento alla versione ufficiale. Rheonics documentazione del prodotto, certificati e manuali di installazione per dettagli tecnici specifici, istruzioni di sicurezza e condizioni operative approvate prima di installare o utilizzare qualsiasi Rheonics prodotto in un ambiente pericoloso. Il rispetto di tutte le normative di sicurezza locali e nazionali applicabili è responsabilità dell'utente.