Protueskplozijska zaštita u postrojenjima · European standard covers effectively only diesel engines whereas the future international one should cover all types of the engines

Ex-Bilten 2018. Vol. 46, br. 1-2

Protueskplozijska zaštita u postrojenjima

Stapni motori s unutrašnjim izgaranjem u ugroženom prostoru (ISO/IEC 80079-41 – Prikaz norme

u nastajanju)

Reciprocating Internal Combustion Engines in Hazardous Area

(ISO/IEC 80079-41 – View of the standard in emerging)

Predrag Peršić

STI d.o.o., Zagreb e-mail: [email protected]

voditelj ekspertne grupe IEC MT 60079-10-1 član projektne grupe ISO/IEC PT 80079-41

član projektne grupe IEC 60079-45 član projektne grupe IEC 60079-46

Sažetak— Izradu norme ISO/IEC 80079-41 (u daljnjem tekstu

Norma) pokrenuo je tehnički odbor IEC-a TC 31 za potrebe IECEx certifikacije motora s unutrašnjim izgaranjem namijenjenih za rad u ugroženom prostoru. Izrada norme povjerena je pododboru SC 31M. Naslov je identičan već poznatoj normi EN 1834-1 i ta je poslužila kao predložak za buduću međunarodnu normu. No sadržaj ISO/IEC 80079-41 znatno će se razlikovati od EN 1834-1. Europska norma efektivno pokriva samo dizelske motore, dočim bi ova buduća, međunarodna, trebala pokrivati sve vrste motora. Na prvi pogled zadatak se čini jednostavnim jer postoji provjereni predložak u kojem bi samo trebalo izbrisati izuzeće koje se odnosi na motore sa svjećicom i eventualno dodati neke manje izmjene. U stvarnosti se pokazalo da je zadatak daleko složeniji i da ubacivanje motora sa svjećicom nalaže kompletnu izmjenu strukture EN 1834-1 predloška, pa možda i nekih načela na kojima ta norma počiva. Svrha članka je da prikaže probleme i dvojbe s kojima se susreće projektna grupa za izradu Norme. S obzirom na to da je tek u fazi prvog nacrta, bilo bi dobro da ovaj članak potakne razmišljanja izvan užeg autorskog kruga, koja bi na konstruktivan način pridonijela konačnom oblikovanju Norme. Pogotovo s obzirom na činjenicu da se Norma tiče i krajnjih korisnika koji bi posebno morali biti zainteresirani za konačni ishod.

Ključne riječi— motori s unutrašnjim izgaranjem, dizelski motori, Ottovi motori, motori sa svjećicom, plinski motori, sklopovi, EN 1834-1, ISO/IEC 80079-41, ISO/IEC 60079-46, CEN, ATEX, TC 31, SC 31J, SC 31M, IECEx certifikacija, projektna grupa

Abstract— Drafting of the standard ISO/IEC 80079-41 (Standard in the further text) was initiated by the IEC technical committee TC 31 for the purpose of IECEx certification of the internal combustion engines intended for the operation in hazardous area. The drafting has been assigned to the

subcommittee SC 31M. The title is identical to the already known European standard EN 1834-1 which serves as a template for the future international Standard. However, the content of ISO/IEC 80079-41 will be substantially different than the EN 1834-1. The European standard covers effectively only diesel engines whereas the future international one should cover all types of the engines. At first sight, the task seems simple because there is a verified template in which only the exemption related to spark ignited engines should be deleted and some minor changes added. In reality, it has appeared that the task is much more complex and that introducing the spark ignited engines requires a complete restructuring of EN 1834-1 template and even revision of some principles on which it lies. The purpose of this article is to display issues and doubts that the project team has encountered in drafting the Standard. Since it is yet at the 1st draft stage it would be beneficial if this article would foster a contemplating out of the inner authors circle thus constructively contributing to final forging of the Standard. All the more, because the Standard concerns also the end users who should be particularly interested in the final outcome.

Keywords— internal combustion engines, diesel engines, OTTO engines, spark ignited engines, gas engines, assemblies, EN 1834-1, ISO/IEC 80079-41, IEC 6079-45, IEC TS 60079-46, CEN, ATEX, TC 31, SC 31J, SC 31M, IECEx certification, project team.

I. UVOD

Godine 2007. osnovan je novi pododbor 31M pod nadležnošću tehničkog odbora IEC TC 31, Oprema za eksplozivne atmosfere. Naziv novog pododbora je Neelektrična oprema i zaštitni sustavi za eksplozivne atmosfere.

Budući da se pododbor 31M bavi neelektričnom problematikom, a uzimajući u obzir da se problematika protueksplozijske zaštite počela obrađivati ponajprije kao električna unutar IEC-a, dogovorom između IEC-a i ISO-a odlučeno je da će predsjedništvo i tajništvo novog pododbora držati ISO, da će buduće norme u pravilu imati dvostruki logo ISO/IEC, a da će se glasovanje o dokumentima obavljati unutar ISO-a i IEC-a. Ipak, s obzirom na to da se pododbor 31M nalazi unutar tehničkog odbora IEC TC31 koji mu određuje zadatke, jasno je da operativnu kontrolu nad izradom normi ima IEC TC 31.

Zadaća novog pododbora 31M je da stvara i održava norme koje će biti alat za cjelovitu IECEx certifikaciju koja će ubuduće obuhvaćati i neelektrične aspekte protueksplozijske zaštite. Iako to nije nigdje eksplicitno navedeno, bilo je jasno da pododbor 31M treba pospješiti ugrađivanje principa ATEX-a na međunarodnoj normativnoj razini. To se vidjelo od samog početka jer su kao predložak za izradu prvih ISO/IEC normi poslužile bazične harmonizirane norme EN 1127-1 i EN 13463-1. Iz njih su proizašle ekvivalentne ISO/IEC

Predrag Peršić: Stapni motori s unutrašnjim izgaranjem u ugroženom prostoru (ISO/IEC 80079-41…) III. (a2 – a9)


norme 80079-36 i 80079-37 koje sadržavaju nepromijenjena cijela poglavlja iz EN predložaka. Postoje dakako i razlike od kojih je na formalnoj razini najuočljivija da se u ISO/IEC normama govori o razinama zaštite opreme, Equipment Protection Level (EPL) dok ATEX govori o kategorijama opreme pa su ekvivalenti EPL a, b i c, Kategorije 1, 2 i 3. Također, u procesu stvaranja i održavanja normi iz područja pododbora 31M sudjeluju i tzv. ATEX Consultants (AC), stručnjaci s pravom komentiranja paralelno s nacionalnim odborima.

Stanje razvoja Normi koje pokriva pododbor 31M prikazano je u tablici niže:

TABLICA I. PRIKAZ STANJA NORMI IZ PODRUČJA PODODBORA 31M DO KRAJA 2018.

Norme pododbora 31M

Oznaka Naziv Predložak

1 ISO/IEC

80079-20-1: 1.0

Svojstva tvari za klasifikaciju plinova i para – Metode

ispitivanja i podaci

IEC 60079-20-1

2 ISO/IEC

80079-20-2: 1.0 Svojstva tvari – Zapaljive

prašine i metode ispitivanja IEC

60079-20-2

3 ISO/IEC

80079-34: 1.0 Primjena sustava kvalitete na

proizvodnju opreme

4 ISO

80079-36: 1.0

Neelektrična oprema za eksplozivne atmosfere –

Osnovne metode i zahtjevi EN 1127-1

5 ISO

80079-37: 1.0

Neelektrična oprema za eksplozivne atmosfere – Neelektrični tip zaštite

konstrukcijska sigurnost "c", kontrola uzročnika paljenja

"b", uranjanje "k"

EN 13463-1, 5,

6 i 8

6 ISO

80079-38: 1.0

Oprema i komponente u eksplozivnim atmosferama u

podzemnim rudnicima

7 ISO 16852

Hvatači plamena – Zahtjevi za djelovanje, metode

ispitivanja i ograničenja za uporabu

ISO 16852

8 ISO/IEC 80079-41

(u pripremi)

Stapni motori s unutrašnjim izgaranjem u ugroženom

prostoru EN 1834-1

Osim navedenog, postoji još ad-hoc grupa koja se počela baviti mogućnošću prenošenja normi ISO 6184, 1-4 (Sustavi za zaštitu od eksplozije) u opseg pododbora 31M. Iz prikaza je razvidno da je broj autentičnih normi koje je razvio pododbor 31M prilično malen. Ako se izuzmu dvije norme koje su prenesene iz IEC serije 60079 te jedna norma koja je prenesena iz ISO opsega, preostaju samo četiri autentične norme serije 80079 koje su bazičnog karaktera i bave se nekim općim zahtjevima.

ISO/IEC 80079-41 je prva norma iz opsega pododbora 31M koja bi se trebala baviti konkretnom opremom. Prije četiri godine IEC TC31 dao je zadatak pododboru da počne raditi na stvaranju te norme, a predložak je trebala biti norma EN 1834-1. No buduća ISO/IEC norma trebala bi pokrivati sve motore s unutrašnjim izgaranjem, a ne samo dizelske kao u slučaju EN 1834-1. Najprije je

formirana ad-hoc grupa (AHG) koja je postavila neka osnovna načela Norme, a zatim je prerasla u projektnu grupu (PT) koja je do sada izradila prvi nacrt Norme (oznaka dokumenta 31M/128e/CD).

Interes za Normu je izrazito velik, a to se vidi i iz broja članova projektne grupe (ukupno 41) od kojih na sastancima nikad ne bude manje od 25. To je i razumljivo s obzirom na to da je predmet Norme vrlo složena i skupa oprema koja može biti velikih snaga i gabarita. Zanimanje je razmjerno i broju industrija koje su zainteresirane za konačni oblik Norme, a to nisu samo proizvođači motora nego i proizvođači pripadajuće sigurnosne i zaštitne opreme. Pri tome ne treba zanemariti ni krajnje korisnike koji također imaju svoje viđenje. Ukratko, složeni predmet Norme, kao i velik broj različitih interesa, doveli su do toga da su se u radu projektne grupe javile brojne stručne dvojbe koje još nisu razriješene, a to najbolje pokazuje prvi nacrt koji je doživio čak 512 komentara nacionalnih odbora. Neuobičajeno velik broj komentara upućuje na to da slijedi i drugi nacrt prije dokumenta za glasovanje (CDV).

Valja naglasiti da objava Norme kasni u odnosu na prvobitni plan gotovo dvije godine i da je to kašnjenje rezultat opisanih okolnosti. Uviđajući složenost problematike, IEC TC31 produljio je mandat grupe, no prema svemu, čini se da Norma neće biti objavljena prije 2021. Mišljenje autora ovoga članka je da je bolje da Norma uopće ne bude objavljena ako se ne uklone neki temeljni nedostaci sadašnjeg nacrta.

II. PROBLEMATIKA NORME U NASTAJANJU

A. Problemi vezani uz opseg Norme

Za predložak Norme poslužila je norma EN 1834-1. Bolji poznavatelji EN 1834-1 znaju da je riječ o normi identičnog naslova koji donekle navodi na krivi zaključak. Naime, puni naslov Stapni motori s unutrašnjim izgaranjem – Sigurnosni zahtjevi za projektiranje i izradu motora za uporabu u zapaljivim atmosferama plinova i para može zavarati ako se korisnik na sljedećim stranicama ne obavijesti o izuzećima primjene te norme. Ta izuzeća obuhvaćaju i motore sa svjećicom, pa bi prikladniji i informativniji naslov bio Dizelski motori. No sadržaj ISO/IEC 80079-41 znatno će se razlikovati od EN 1834-1. Dok europska norma efektivno pokriva samo dizelske motore, buduća međunarodna treba pokrivati sve vrste motora. Na prvi pogled zadatak se čini jednostavnim jer postoji provjereni predložak u kojem bi samo trebalo izbrisati izuzeće koje se odnosi na motore sa svjećicom i eventualno dodati neke manje izmjene. U stvarnosti se pokazalo da je zadatak mnogo složeniji i da uvođenje motora sa svjećicom nalaže kompletnu izmjenu strukture EN 1834-1 predloška, pa možda i nekih načela na kojima ta norma počiva.



Prvo što se nameće je formalno pitanje: smije li se jedna u osnovi neelektrična norma baviti električnim aspektima svog predmeta? Ne zaboravimo da je naslov tehničkog pododbora 31M Neelektrična oprema i zaštitni sustavi za eksplozivne atmosfere. Prema tome, ima li u budućoj normi mjesta za propitivanje električne problematike, pa samim time i propisivanje načina ispitivanja pojedinih dijelova električne opreme i instalacija?

Norma EN 1834-1 samo se rubno bavi električnom problematikom upućujući na IEC 60079-14. No uvođenjem motora sa svjećicom (Ottovi motori) pitanje sustava paljenja i ispitivanje njegovih komponenti postaje toliko važnim da se ne može jednostavno alocirati na IEC 60079-14. Ta norma propisuje neke opće uvjete za električne instalacije u ugroženom prostoru, ali se ne bavi specifičnostima sustava paljenja. S druge strane, sustavi paljenja motora sa svjećicom, a u kontekstu buduće norme radi se prije svega o plinskim motorima, prevažno su pitanje da bi mogli biti apsolvirani jednim kratkim poglavljem. Projektnoj se grupi odmah nametnulo pitanje do koje mjere smije opteretiti buduću normu tom specifično električnom problematikom, a da to ne izazove formalne kontroverzije s jedne strane i s druge ne učini Normu preopširnom i preglomaznom.

Ne postoji posebna međunarodna norma koja se bavi sustavima paljenja motora namijenjenih za rad u ugroženom prostoru. Postoji samo američka norma UL 122001: General Requirements for Electrical Ignition Systems for Internal Combustion Engines in Class I, Division 2 or Zone 2 Hazardous (Classified) Locations. Ta norma može poslužiti kao kvalitetan predložak, no postoji pravilo u IEC-u koje određuje hijerarhiju normi i ne dopušta pozivanje na nacionalne, regionalne ili industrijske norme. Postoje doduše izuzeci koji kažu: "...osim u slučaju ako ne postoji druga referenca ili ako je norma na koju se poziva široko prihvaćena". Dakako da je široka prihvaćenost relativan pojam, pa to vrijedi i za UL 122001.

U međuvremenu je odlučeno da se Sustavi paljenja motora u ugroženom prostoru obrade u zasebnoj normi u sklopu tehničkog pododbora 31J. Kao predložak treba poslužiti UL 122001. U tom bi se slučaju norma ISO/IEC 80079-41 dijelom rasteretila od električnih aspekata, a neizbježna doticanja tih aspekata rješavala bi se pozivanjem na normu za sustave paljenja koja bi nosila oznaku IEC 60079-45. Formirana je projektna grupa koja međutim još nije počela s radom, pa će ta norma kasniti za ISO/IEC 80079-41. Taj raskorak imat će naravno posljedice jer će se barem prvo izdanje norme ISO/IEC 80079-41 morati detaljnije pozabaviti sustavima paljenja.

Valja napomenuti da je još jedna norma u nastajanju usko povezana s ISO/IEC 80079-41. To je IEC 60079-

46 (Equipment assemblies). Za sada je objavljen samo nacrt koji ima status tehničke specifikacije (TS), ali već služi kao alat za IECEx certificiranje sklopova na skidu. Ovdje valja reći da su motori doduše sami po sebi sklopovi, ali nikad nisu sami, već su spregnuti s radnim strojevima, pa pod sklopom u smislu IEC 60079-46 treba smatrati cijelu pogonsko-radnu kompoziciju.

Uvođenje motora sa svjećicom u opseg Norme izazvalo je neke dvojbe vezane uz veličinu motora. Stručnjaci koji su radili na stvaranju norme EN 1834-1 usmjerili su se prije svega na dizelske motore manjih snaga (nekoliko stotina kW). No motori sa svjećicom u kontekstu Norme prije svega su plinski motori koji u nekim aplikacijama mogu biti snage do 20 MW. Dakako da nije isto ispitivati motor snage nekoliko kW i motor snage nekoliko MW. Ispitna aparatura i njezini razmjeri veoma su različiti, a različite su i implikacije na konačnu konfiguraciju motora. Npr., ako je na usis zraka motora potrebno ugraditi hvatač plamena, to može predstavljati ozbiljan tehnički i konstrukcijski problem ako se radi o motoru od nekoliko MW. Bilo je prijedloga da se razgraniče normativni zahtjevi za male i za velike motore. No od toga se odustalo jer nije moguće definirati kriterije razgraničenja. Osim toga i s tehničkog je aspekta dvojbeno razdvajati motore po veličini s obzirom na to da za to nema valjanih sigurnosnih argumenata.

Ipak, veličina motora u tehničkom smislu i dalje ostaje problem. Moguće je da će neki zahtjevi biti ograničeni upravo uzimajući u obzir "velike" motore od više MW. Drugim riječima, zahtjev koji može biti prikladan za motor snage nekoliko kW može se u tehničkom smislu pokazati teško provedivim za motor od nekoliko MW. Osim toga, teško da će proizvođači motora graditi zasebne proizvodne linije za Ex-motore, posebno ako se radi o većim jedinicama. Usklađivanje s Normom bit će prepušteno specijaliziranim tvrtkama koje se bave pregradnjom opreme za eksplozivne atmosfere. No takve tvrtke obično imaju ograničene resurse i često ne mogu obuhvatiti motore snage veće od 1 MW. Slično vrijedi i za certifikacijska tijela. Samo rijetka bi mogla investirati u ispitnu aparaturu većih razmjera. O svemu tome valja voditi računa jer Norma ne smije biti izvan stvarnog života, odnosno ne smije postavljati zahtjeve koji su tehnički teško provedivi ili za krajnjeg korisnika stvaraju nepremostive probleme.

Slučaj slične norme koja se bavi plinskim turbinama (ISO 21798) ne pomaže mnogo jer su agregati koji su predmet te norme u pravilu velikih snaga i manje-više je jasno da se ta norma odnosi na agregate u kontejnerima, dočim se stapni motori mogu međusobno bitno razlikovati po principu rada, snazi i gabaritima, ali i po aplikacijama i položaju u prostoru. Problemi vezani uz protueksplozijsku zaštitu mogli bi pospješiti tehnička rješenja na liniji norme IEC 60079-13, odnosno



smještanje motora i radnih strojeva u kontejnere. B. Bitni nedostaci nacrta norme

1) Izjednačavanje razina zaštite EPL Gb i Gc

Najbitniji nedostatak je što nacrt ne pravi ni najmanju razliku između razina zaštite EPL Gb i EPL Gc, pa se naslovi poglavlja referiraju na obje razine, Gb i Gc s identičnim zahtjevima. Posljedično, u tekstu se nigdje ne spominju zone opasnosti, već samo ugroženi prostor kao zajednička osnova. To se najbolje vidi na slici 1. koja vuče podrijetlo iz predloška EN 1834-1. Tekst koji slijedi sliku samo potvrđuje taj nedostatak. Proizlazi da klasifikacija prostora uopće nije potrebna kad je riječ o motorima s unutrašnjim izgaranjem. To je u potpunoj suprotnosti s osnovnim principima protueksplozijske zaštite i filozofijom tehničkog odbora IEC TC31. Dok se takav pristup eventualno mogao tolerirati u normi EN 1834-1 koja se bavi samo dizelskim motorima, u nacrtu ISO/IEC 80079-41 on postaje posve neprihvatljiv. To više što se slika u nacrtu ISO/IEC 80079-41 razlikuje od izvornog predloška jer je za cijeli ugroženi prostor dodan zahtjev Leak tight & explosion protected.

Slika 1. Konfiguracija motora s unutrašnjim izgaranjem (Izvadak iz nacrta norme ISO/IEC 80079-41)

Naime, valja voditi računa da su motori sa svjećicom, pa dakle i plinski motori, po definiciji razine zaštite Gc.

Razlog su sustavi paljenja koji ne mogu biti za zonu 1, pa samim time određuju i mjesto motora u ugroženom prostoru, a to je isključivo zona 2. Dakako da su zahtjevi koji se postavljaju na opremu za zonu 2 redovito znatno blaži nego oni za zonu 1. No linearni zahtjevi koje nacrt Norme postavlja na sve motore u svakom ugroženom prostoru su toliko strogi da bi dramatično promijenili konfiguraciju plinskih motora, a time imali izrazito nepovoljan utjecaj na cijeli segment industrije. Naime, treba voditi računa da velik broj plinskih motora u naftno-plinskoj industriji u funkciji komprimiranja desetljećima radi na siguran način bez ispunjenih zahtjeva koje traži nacrt Norme. Nisu zabilježeni veći incidenti u kojima bi stapni motor s unutrašnjim izgaranjem koji radi u zoni 2 bio primaran uzrok eksplozije. Ipak, to ne znači da se na tim motorima smiju zanemariti mjere protueksplozijske zaštite, posebno kad su u pitanju električna oprema i vruće površine.

Valja posebno obratiti pozornost na gore navedeni zahtjev Leak tight & explosion protected. Zahtjev se odnosi na tzv. stazu plina (Gas Path), tj. segment od usisa zraka do ispuha, a termin explosion protected označava nešto vrlo slično terminu "oklapanja" kod električne opreme. Drugim riječima, traži se da "staza plina" izdrži određeni nadtlak, da se ne deformira u slučaju eksplozije i da ne prenese plamen izvan "kućišta" u ugroženi prostor. Vrlo ambiciozan zahtjev uzimajući u obzir da sadašnji plinski motori nemaju potvrđene takve karakteristike. Teško je pretpostaviti da će proizvođači biti voljni upuštati se u takve proizvodne pothvate, pogotovo ako imaju tržište za neke druge aplikacije koje ne pretpostavljaju rad u ugroženom prostoru, poput npr. kogeneracijskih jedinica.

Prije daljnje analize potrebno je objasniti odakle potječu takvi zahtjevi na konfiguraciju motora. Najveća opasnost za motor (posebno dizelski) prijeti od upada eksplozivne atmosfere kroz usis zraka. Npr., usis smjese zraka i metana u koncentraciji donje granice zapaljivosti (DGZ) i niže dovodi do naglog i nekontroliranog porasta brzine motora (overspeed) koji rezultira eksplozijom i povratom plamena kroz usis zraka. Ispitivanja na dizelskim motorima potvrđuju da se to događa u vremenu od 2 do 5 sekundi i da zaustavljanje dobave goriva u nuždi ne pomaže jer se proces ubrzanja i zapaljenja smjese na vrućim površinama nastavlja. Zbog toga je za slučajeve C i D na slici 1. predviđen hvatač plamena na usisu zraka. Nacrt Norme ide toliko daleko da povrat plamena (backfire) smatra dijelom normalnog rada, kako za motore EPL Gb, tako i za EPL Gc. Izvadak iz nacrta Norme prikazan je na slici 2.



Slika 2. Normativni dodatak B (Izvadak iz nacrta norme ISO/IEC 80079-41)

Zagovornici takva pristupa sigurnosti ističu da je opasnost navedenog događaja jednaka u zoni 1 i zoni 2 pa se onda ne smiju praviti razlike između razina zaštite Gb i Gc!? Pri tome se izvlače neki primjeri u kojima je motor bio uzročnik paljenja. U tom smislu spominje se čak i katastrofa platforme Deepwater Horizon u Meksičkom zaljevu samo zato što se u jednom forenzičkom izvješću usputno navodi prostorija s dizelskim generatorima u koju je ušao plin nakon prethodnih katastrofalnih događaja čiji uzrok nema veze s motorima. Obično se pokaže da su motori sekundarni ili tercijarni uzrok, dok za plinske motore u površinskim industrijama koji rade u zoni 2 takva izvješća uopće ne postoje.

Dvojbena je teza da je opasnost u zoni 2 jednaka opasnosti u zoni 1 samo zato što se u obje može pojaviti eksplozivna atmosfera. Osim što vjerojatnost događaja nije ista, najčešće nije ista ni količina ispuštanja zapaljive tvari. Zona 2 je ipak u pravilu vezana na ograničena ispuštanja (leakage) kroz cijevne spojeve i armaturu, a katastrofalni događaji ionako nisu predmet norme IEC 60079-10-1 (Klasifikacija ugroženog prostora). Cijela filozofija protueksplozijske zaštite zasniva se na vjerojatnosti događaja i ignoriranje te filozofije može ubuduće imati nesagledive posljedice. Zbog toga je logički konstrukt u dodatku B po kojem je povrat plamena iz usisa zraka dio normalnog rada motora posve neutemeljen. Ne može se dijelom normalnog rada nazvati nešto što je po definiciji posljedica nenormalnog

događaja. Dakako da i u zoni 2 treba provoditi mjere protueksplozijske zaštite, samo je pitanje dokle one trebaju ići. Promotrimo s tim u svezi slučaj A na slici 1. Motor ima usis zraka i ispuh u sigurnom prostoru. Ako zamislimo da se radi o ugroženom prostoru klasificiranom kao zona 2, postavlja se pitanje, zašto bi taj motor morao imati explosion protected enclosure na putu plina? Nema apsolutno nikakva razloga za takvo što. Dovoljno je ispuniti samo zahtjev za leak tight. Plinski motor predstavljen slučajem A može biti standardni industrijski motor s električnom opremom i instalacijama namijenjenim za zonu 2. Pa i slučaj C je dvojben kad se radi o motorima razine zaštite Gc koji rade u zoni 2.

2) Uloga plinodetekcije

U projektnoj grupi dugo je razmatrana moguća uloga detektora plina u osiguravanju potrebne razine zaštite. Napokon, detektori plina smatraju se legitimnim sredstvom zaštite i u nekim drugim normama, npr., IEC 60079-13 (Zaštita prostorijom u nadtlaku "p" i prisilno prozračivanom prostorijom "v") i ISO 21798 (Plinske turbine – Sigurnost). Dapače, prema tim normama je čak dopušteno korištenje zraka iz zone 2 za potrebe prozračivanja, a u slučaju ISO 21798 i za potrebe izgaranja u turbini. No, ispitivanja provedena s dizelskim motorima u tvrtki MTU pokazala su da je vrijeme odgovora detektora plina predugo da adekvatno reagira na upad zapaljive atmosfere kroz usis zraka. Neka druga ispitivanja (AMOT i PSA, Norway) pokazala su da unatoč brzini događaja koje uzrokuje upad zapaljive atmosfere kroz usis zraka, detektore plina ne treba odbaciti pod uvjetom da se odabere odgovarajući tip detektora, odgovarajuće osjetljivosti, koji bi se mogao podesiti na dovoljno nisku koncentraciju ispod donje granice zapaljivosti (DGZ). Ta diskusija još nije završena.

Spominjanje plinodetekcije u kontekstu Norme je veoma važno jer je zamišljeno da bi adekvatno razmješteni osjetnici detektora plina mogli zamijeniti hvatače plamena u slučajevima C i D na slici 1., naravno, ako je ugroženi prostor na slici klasificiran kao zona 2. To bi za plinske motore svakako bilo prihvatljivo rješenje. No zbog rezultata ispitivanja tvrtke MTU privremeno se odustalo od takve konfiguracije. Ovdje valja napomenuti da slična ispitivanja nisu provedena na plinskim motorima i da ne znamo pouzdano kako bi plinski motor reagirao na upad zapaljive atmosfere kroz usis zraka. Ne znamo to ni za slučaj da zapaljiva atmosfera sadržava pogonski / gorivi plin. Može se očekivati ubrzanje zbog bogatije smjese i ulazak u situaciju nadbrzine (overspeed). No standardni industrijski plinski motori imaju opciju prinudnog zaustavljanja po kriteriju brzine, a to se provodi prekidom napajanja sustava paljenja i zaustavljanjem dobave gorivog plina. Hoće li se nakon toga motor



zaustaviti prije detonacije s povratom plamena? Logično bi bilo zaključiti da hoće s obzirom na to da je princip rada drukčiji nego kod dizelskih motora. Očigledno, vezano za tu temu nisu prikupljena dovoljna iskustva ni ispitni rezultati kad se radi o plinskim motorima. Proizvođači plinskih motora nisu zainteresirani, odnosno ne žele trošiti sredstva na takva ispitivanja. No ta se činjenica može ekstrapolirati kao prednost, a ne nedostatak. Ako se u stotinjak godina uporabe plinskih motora u naftno-plinskoj industriji nije pokazala potreba za takvim ispitivanjima, onda pogonsko iskustvo ne upućuje na postojanje opasnosti.

Ipak, detektori plina ostavljeni su u nacrtu norme kao opcija "dodatne sigurnosti" (slika 3.). Doduše, teško je zaključiti što bi značilo "dodatna sigurnost", no ostaje činjenica da bi po nacrtu Norme plinski motor u zoni 2 trebao imati stazu plina u izvedbi oklapanja, hvatač plamena na usisu zraka ako se usis nalazi u zoni 2 i detektor(e) plina kao "dodatnu sigurnost". Vjerojatno se pod "dodatnom sigurnosti" misli na SIL 2 i razinu alarma. To je klasični primjer predizajniranja (overdesign) koji nije u skladu s dosadašnjim iskustvom, ali ni s nizom drugih međunarodnih normi.

Slika 3. Sigurnosne funkcije zaustavljanja i upute za integritet sigurnosti

(Izvadak iz nacrta norme ISO/IEC 80079-41)

Ako se dosadašnji rezultati ispitivanja prihvate kao vjerodostojni, onda detektori plina uopće nisu potrebni jer, prema svemu sudeći, nisu u stanju na vrijeme zaustaviti motor. Čemu alarm ako neposredno nakon njega slijedi eksplozija? No postavlja se pitanje, je li zračni kanal optimalno mjesto u koje treba ugraditi osjetnik? Jednom kad smjesa zraka i zapaljivog plina prođe filtar i dobije ubrzanje samo metar ili dva od prostora izgaranja, odgovor detektora plina doista može biti zakasnjeli. Jedino kombinacija osjetnika u zračnom kanalu i u prostoru može jamčiti sigurnost. Uostalom, tablica na slici 3. ispravno sugerira takvu mogućnost. U tom slučaju, oba osjetnika morala bi imati funkciju zaustavljanja kad se radi o zoni 2. No mjesto osjetnika u prostoru moralo bi biti definirano. Taj osjetnik ne smije

biti postavljen proizvoljno, bilo gdje. Optimalan položaj bio bi u blizini filtra zraka, na odgovarajućoj udaljenosti gdje je brzina smjese zraka i zapaljivog plina još malena, a struja još nije konsolidirana, ali je izvjesno da će smjesa ući u motor. Takva konfiguracija imala bi smisla, ali samo pod uvjetom da zamijeni konfiguraciju s hvatačima plamena. U suprotnom, i dalje bi se radilo o nepotrebnom projektnom konzervativizmu.

Valja dodati da je u nacrtu Norme malo ili nimalo prostora posvećeno katalizatorima u ispušnom sustavu i njihovu suodnosu s hvatačima plamena. Naime, katalizator je danas neizbježan dio gotovo svakog ispušnog sustava s obzirom na izrazito stroga ograničenja u pogledu emisije ispušnih plinova. Ograničenja zahvaćaju i stacionarne jedinice efektivne snage od samo nekoliko stotina kW. Čak ni motori s izgaranjem s pretičkom zraka ne mogu više zadovoljiti ta ograničenja bez uporabe katalizatora (bilo jednoučinskog bilo troučinskog). S tim u vezi u poglavlju 5.1.7.4.3. navedeno je da se katalizator ne smije rabiti kao nadomjestak za hvatač plamena. No o tome kako pomiriti katalizator i hvatač plamena ništa nije rečeno. Može se pretpostaviti da će katalizator i hvatač plamena u nizu stvarati prevelik otpor u ispušnom sustavu i time nepovoljno utjecati na rad motora, pa i povećavati rizike koji se zapravo žele smanjiti. Osim toga, u ispušnom je sustavu normalno predviđen rasteretni ventil ili rasprskavajuća pločica za zaštitu katalizatora od eksplozije. Takva konfiguracija je obvezna jer do detonacije / eksplozije u motoru može doći i zbog drugih razloga osim upada zapaljive atmosfere kroz usis zraka (neispravno rukovanje i održavanje). S druge strane, takva konfiguracija je u izravnoj suprotnosti sa zahtjevom za explosion protected gas path. Naime, sasvim je očigledno da će se eventualna eksplozija najvjerojatnije rasteretiti u ugroženi prostor. U inženjerskom smislu teško je riješiti cijevni izvod za rasterećenje čiji je jedan kraj vezan uz vibrirajuću ispušnu cijev. Također, nema riječi o pogonskim aspektima hvatača plamena koji se u nekim slučajevima moraju demontirati i čistiti na dnevnoj osnovi. Samo iz tog primjera je razvidno da nacrt Norme ne vodi računa o stvarnom životu i pogonskom iskustvu, a glas krajnjeg korisnika je potpuno zanemaren. Norma nastaje iz proizvoljnih scenarija i laboratorijskih ispitivanja koja takve scenarije trebaju potvrditi. Odraz takva pristupa je da je neproporcionalno mnogo prostora posvećeno opisu aparature za ispitivanje nadtlaka eksplozije i hvatačima plamena dok su neki praktični aspekti posve zanemareni. Kao da je Norma namijenjena isključivo certifikacijskim kućama i pregrađivačima opreme za ugrožene prostore, a ne originalnim proizvođačima motora.

Zagovornici konzervativnog pristupa često se pozivaju na važnost sigurnosti jer sigurnost mora biti ispred materijalnih troškova. To je točno do određene mjere,



međutim, svaka industrijska norma mora nastojati uspostaviti razumnu ravnotežu između sigurnosti i troškova. Da nije tog nastojanja, ne bi bila potrebna klasifikacija ugroženog prostora, već bi sva oprema i instalacije bile projektirane i izrađene za zonu 1. Osim toga, ISO/IEC direktive u poglavlju 4 (Objective of standardization) kao jedan od ciljeva izričito naglašavaju "...pomoć u međunarodnoj trgovini i komunikaciji", a u četvrtoj stavci istog poglavlja, da treba uzimati u obzir trenutačne uvjete na tržištu (slika 4.). Posebno valja obratiti pozornost na NAPOMENU 2. Taj nacrt Norme zanemaruje trenutačno stanje na tržištu i isključuje iz tržišnog natjecanja cijeli jedan segment industrije. Plinski motor koji već mora biti opremljen složenim sustavom za kontrolu emisije ispušnih plinova i k tomu dodatno opremljen u skladu sa slikom 1., prestao bi biti konkurentan u svakom pogledu. Ne samo da ne bi bio konkurentan nego je pitanje bi li objektivno bio moguć.

Slika 4. Ciljevi normizacije (Izvadak iz ISO/IEC direktiva od 05-2018)

3) Sustav paljenja

Sustav paljenja je izrazito važan segment Norme jer čini bitnu razliku u odnosu na EN 1834-1. Posebno je važan u kontekstu protueksplozijske zaštite zbog nekih specifičnosti koje ga razlikuju od druge električne opreme i instalacija (sekundarna strana s visokim naponom). Sama činjenica da se u plinskom motoru generiraju iskre koje pale smjesu zraka i zapaljivog plina, pobuđuje oprez. Dakle, pojava koja je u sklopu rada motora normalna, izvan motora je nenormalna i nepoželjna. Također, činjenica da sustavi paljenja ne mogu zadovoljiti kriterije za zonu 1 automatski svrstava plinske motore u skupinu EPL Gc, pa se slijedom toga struktura predloška EN 1834-1 ne smije protezati na Normu. No iz nacrta Norme vidljivo je da su motori sa svjećicom samo ugurani u već postojeću strukturu EN 1834-1 jer navodno procjena rizika od paljenja zapaljive atmosfere pokazuje da nema bitne razlike između dizelskih i Ottovih motora. Pri tome je posve zanemarena

povijest incidencije. Koliko god ovaj autor inzistirao da mu se predoče dokazi da je plinski motor koji radi u površinskoj industriji u zoni 2 ikad bio primarni uzročnik većeg incidenta, nikad nije dobio dokaze ili potvrdu za takvo što. Koliko god je procjena rizika prema ISO 80079-36 koristan alat, ona ne smije biti apsolutizirana. U rubrike tablice za procjenu rizika moguće je unijeti svakakve, pa i posve nerealne scenarije. Pogonsko iskustvo mora biti korektiv u situacijama kada se stvara nova norma, inače ispada da normu generiraju proizvoljni scenariji i laboratorijska ispitivanja.

Sustav paljenja prikazan na slici 5. je vrlo slabo i nekonzistentno obrađen u nacrtu Norme. Vidi se da su neka poglavlja na tragu norme UL 122001, ali bez cjelovitog pristupa. Bit protueksplozijske zaštite je u tri principa, odnosno metode zaštite:

zadržavanju iskre unutar za to predviđenog prostora /komore izgaranja (Spark containment)

sprečavanju iskre ili luka izvan komore izgaranja (Spark prevention)

detekciji / sprečavanju iskre ili luka izvan komore izgaranja (Spark detection / prevention).

Slika 5. Prikaz tipičnog sustava paljenja (Izvadak iz nacrta norme ISO/IEC 80079-41)

Drugim riječima, sustav paljenja mora biti tako projektiran i izrađen da spriječi pojavu iskre ili luka izvan komore izgaranja. Zadržavanje (containment) nije tip zaštite, nego metoda i ne smije se brkati s oklapanjem. Ispitivanja pojedinih komponenti koja predviđa UL 122001 usmjerena su na smanjivanje na minimum vjerojatnosti pojave iskre ili luka izvan komore izgaranja. U tom smislu UL 122001 propisuje niz ispitivanja za pojedine komponente, koja bi mogla biti koristan alat za certifikaciju (slika 6.). U tablici je prikazano na koju od tri metode zaštite se pojedino ispitivanje odnosi.



Slika 6. Popis ispitivanja za komponente sustava paljenja prema UL 122001

No malo od toga je vidljivo u nacrtu Norme, a i ono što je navedeno nije konzistentno. Bilo bi bolje da se Norma poziva na UL 122001 nego da se neki dijelovi parcijalno citiraju i umeću na neprikladna mjesta u tekstu. Tako su, npr., od svih predviđenih ispitivanja izdvojena samo dva:

Spark prevention test Secondary lead assembly flashover tests. Ta su ispitivanja smještena u poglavlja 6.10. i 6.11. da

bi plinski motori sa svjećicom i sustav paljenja bili obrađeni tek u poglavlju 7., i to na način da se uglavnom poziva na norme IEC 60079-14 i 15. Činjenica je da je unutar tehničkog pododbora IEC SC

31J osnovana projektna grupa za izradu norme koja će se baviti isključivo sustavima paljenja (IEC 60079-45). No to je slab izgovor za tako površno obrađenu temu. Ta projektna grupa još nije počela s radom i pitanje je kad će ta norma biti objavljena. Na taj način će norma ISO/IEC 80079-41 cijeli jedan ciklus biti bez odgovarajućeg alata kad je riječ o sustavima paljenja.

III. ZAKLJUČCI

Nacrt Norme je nekonzistentan, nekoherentan i bez logične strukture. Vidi se da su motori sa svjećicom na silu ugurani u shemu EN 1834-1 i da je taj predložak više odmogao nego pomogao u strukturiranju nacrta ISO/IEC 80079-41. Nacrt polazi od pretpostavke da je rizik od paljenja eksplozivne atmosfere u ugroženom prostoru isti za dizelske i Ottove motore, kao i za zonu 1 i zonu 2, pa zbog toga ne pravi razliku između motora razine zaštite Gb i razine zaštite Gc. Za ovu pretpostavku nema valjanih dokaza, i to zbog najmanje dva razloga:

U povijesti incidencije ne postoje vjerodostojna svjedočenja da je plinski stacionarni motor u zoni 2 ikada

bio primarni uzročnik većeg incidenta na način da izazove povratni plamen zbog upada zapaljive atmosfere kroz usis zraka. Incidente koji se navode u povijesti mahom su izazvali dizelski motori na vozilima koja povremeno ulaze u ugroženi prostor. Inače, stacionarni dizelski motori nisu česti u ugroženom prostoru. Ako se i nalaze na opasnim postrojenjima, obično služe za pogon generatora i smješteni su u siguran prostor.

Nisu dokumentirana sustavna ispitivanja plinskih motora na način da bi se kroz usis zraka namjerno i dozirano ubacivala smjesa zraka i zapaljivog plina. S tim u vezi treba napomenuti da postoje tzv. draw through plinski motori kod kojih se smjesa zraka i plina u određenoj pre-mix koncentraciji ubacuje izravno u turbonabijač. Znači, u normalnom radu izvodi se upravo ono što je glavna opasnost u slučaju dizelskih motora. Doduše, u slučaju upada zapaljive atmosfere kroz usis zraka taj bi proces bio nekontroliran, ali ipak sugerira da opasnost kod plinskih motora nije takva kao kod dizelskih motora kod kojih doista može doći do nekontrolirane reakcije ubrzanja koja se ne može zaustaviti prekidom dobave goriva.

To ne znači da plinski Ottov motor ne predstavlja opasnost po sebi, nego samo da je priroda opasnosti drukčija nego kod dizelskih motora. Zbog prije navedenog potrebno je restrukturirati nacrt Norme na način da se plinski motori koji čine znatan dio populacije stacionarnih motora u naftno-plinskoj industriji izvuku iz postojećeg konteksta koji ilustrira slika 1. Prikaz na slici 1. je najveći problem nacrta Norme jer na jednom mjestu sublimira sve pogreške pristupa u jedinstven, sveobuhvatan princip. Da stvar bude gora, slika 1. je prva informacija za kojom će prosječan korisnik Norme posegnuti.

Dvije su mogućnosti da se nacrt Norme popravi: da se slika 1. preimenuje npr. u sliku 1.a namijenjenu

za motore razine zaštite Gb i da se kreira zasebna slika 1.b koja bi se odnosila na motore razine zaštite Gc ili

da se slika 1. prepravi na način da se iz slučaja A izbaci zahtjev Leak tight & explosion protected za stazu plina te da se doda slučaj E kao alternativa za hvatače plamena, koja bi uključivala uporabu detektora plina.

To je samo temeljni prijedlog koji bi barem u načelu razdvojio dizelske i plinske Ottove motore, odnosno motore razina zaštite Gb i Gc. Osim toga, bilo bi potrebno temeljito restrukturirati dio koji se odnosi na motore sa svjećicom (Ottove motore) u smislu primjedbi iz prethodnog teksta.

U svakom slučaju, Norma ne bi smjela nametati nikakve dodatne proizvodne zahtjeve za plinske motore sa svjećicom osim onih koji su već sada aktualni i koje industrija poznaje (zahtjevi po pitanju električne opreme i vrućih površina). Možda bi valjalo više inzistirati na položajnim zahtjevima, npr. da njihov usis zraka bude u sigurnom prostoru, a gdje to nije moguće, da se primijene



detektori plina. Također bi dužnu pozornost trebalo posvetiti opasnosti od eksplozije uljnih maglica u uljnom koritu.

LITERATURA [1] IEC 31M/128/CD Explosive atmospheres – Part 41: Reciprocating

internal combustion engines, 2018-01-26 [2] EN 1834-1: 2000 Reciprocating internal combustion engines. Safety

requirements for design and construction of engines for use in potentially explosive atmospheres. Group II engines for use in flammable gas and vapour atmospheres

[3] UL 122001 STANDARD FOR SAFETY General Requirements for Electrical Ignition Systems for Internal Combustion Engines in Class I, Division 2 or Zone 2, Hazardous (Classified) Locations, August 29th, 2014.

[4] IEC 60079-13: 2017 Explosive atmospheres – Part 13: Equipment protection by pressurized room ''p'' and artificially ventilated room ''v''

[5] ISO 21789 ED 1, 2009 Gas turbine applications – Safety [6] IEC TS 60079-46: 2017 Explosive atmospheres – Part 46; Equipment

assemblies [7] IEC 60079-29-1: 2016 Explosive atmospheres – Part 29-1: Gas

detectors – Performance requirements of detectors for flammable gases [8] ISA TR12.13.03 Guide for Combustible Gas Detection as Method of

Protection, September 2005. [9] IEC 60079-10-1: 2015 Explosive atmospheres – Part 10-1:

Classification of areas – Explosive gas atmospheres [10] IEC 60079-10-2: 2015 Explosive atmospheres – Part 10-2:

Classification of areas – Explosive dust atmospheres [11] ISO/IEC Directives, Part 2: Edition 8.0, 2018-05. [12] J. Miller IEC TC 31 (Explosive Atmospheres) – Gas Detection,

Presentation for the purpose of 31M consideration, 2017. [13] D. Webber, P. Jedeur-Palmgren, O. K. Krukhaug: Diesel Engines as a

Source of Ignition, PSA Presentation, 2017. [14] A. Rief: Behaviour of Diesel Engines in Explosive Atmospheres,

Presentation for the purpose of 31M consideration, Tomago/Newcastle, NSW, Australia, October 2017.

[15] K. Fumagalli, R. S. Faranda, A. Pacetti, R. Tomasoni: Internal Combustion Engines as Ignition Source in Explosive Atmospheres, Paper No. PCIC Middle-East (ME 18_03).

Documents

Protueskplozijska zaštita u postrojenjima · European standard covers effectively only diesel engines whereas the future international one should cover all types of the engines