در صنایعی مانند نفت و گاز، پتروشیمی، داروسازی، معدن و رنگسازی، وجود گازها، بخارات یا گردوغبارهای قابل اشتعال یک واقعیت روزمره است. استفاده از تجهیزات کنترل استاندارد در چنین محیطهایی میتواند موجب جرقه، افزایش دمای سطحی و در نهایت انفجار شود. پرشر سوئیچ (Pressure Switch) در این میان عنصری برای کنترل ایمن فشار، حفاظت از تجهیزات و هشدار بهموقع است؛ البته به شرطی که مطابق الزامات محیطهای انفجاری طراحی و نصب شود. در ادامه، از تعریف ناحیههای خطرناک شروع میکنیم و تا سطح اجرای میدانی پیش میرویم.
برای آشنایی و اطلاعات بیشتر درباره انواع این تجهیزات نیز بهتر است ابتدا مقاله سوئیچ فشار چیست را مطالعه کنید.
مفاهیم ایمنی انفجاری
پرشر سوئیچ ضد انفجار (Explosion-Proof Pressure Switch) یک تجهیز کنترلی فشار است که علاوه بر عملکرد اصلی خود یعنی تشخیص و قطع/وصل مدار در یک فشار مشخص، بهگونهای طراحی و ساخته شده که در محیطهای دارای گاز، بخار یا گردوغبار قابل اشتعال نیز ایمن باقی بماند.
در ابتدا بهتر است مفاهیم ایمنی انفجاری مانند محیطها و روشها را معرفی و بررسی کنیم.
محیطهای خطرناک و طبقهبندی
- کلاس/دیوِژن (NFPA/NEC): Class I/II/III با Division 1/2 بسته به نوع مادهی قابل اشتعال (گاز/بخار یا گردوغبار) و احتمال حضور آن در شرایط عادی.
- زون (IEC/ATEX/IECEx): Zone 0/1/2 برای گاز و بخار، و Zone 20/21/22 برای گردوغبار.
انتخاب تجهیز باید دقیقاً با ناحیهی نصب همخوان باشد؛ ممکن است مدلی برای Zone 1 مناسب باشد اما برای Zone 0 مجاز نباشد. کدهای کلاس/زون راهنمای انتخاب نوع حفاظت (مانند Ex d یا Ex i) هستند.
روشهای حفاظت: Explosion‑Proof (Ex d) و Intrinsic Safety (Ex i)
Ex d (Flameproof): فرض بر وقوع انفجار داخلی است؛ محفظهی مقاوم بهگونهای طراحی میشود که شعله و فشار داخل، به بیرون سرایت نکند. مسیرهای شعله (Flame Path) و آببندیها نقشی حیاتی دارند.
Ex i (Intrinsic Safety): با محدودسازی انرژی مدار (ولتاژ، جریان، ظرفیت/القای ذخیرهشده) احتمال جرقه یا داغشدن خطرناک حتی در حالت خطا از بین میرود. اجرای صحیح آن معمولاً نیازمند مدار الکترونیکی تجهیزات میدانی در منطقهی خطرناک و یا ایزولاتورهای گالوانیکی است.
برخی خانوادههای محصول، هر دو گزینهی حفاظتی را (با پیکربندی متفاوت) ارائه میکنند تا با الزامات پروژه منطبق شوند.
معیارهای تصمیمگیری در پروژههای واقعی:
- توان/انرژی بار: بارهای پرتوان → گرایش به Ex d؛ سیگنالها و بارهای کمانرژی → Ex i.
- فضا و وزن: محدودیت فضا و وزن به سود Ex i است؛ Ex d معمولاً حجیمتر است.
- نصب و کابلکشی: Ex i بهکمک مدار الکترونیکی سادهتر میشود؛ Ex d نیازمند کاندوئیت و سیلفیتینگهای خاص است.
- تعمیر و بهرهبرداری: سرویس در حالت برقدار غالباً با Ex i امکانپذیرتر است؛ در Ex d معمولاً نیاز به ایمنسازی منطقه دارید.
- سختی محیطی: شوک/لرزش/خوردگی شدید میتواند انتخاب محفظهی مستحکم Ex d را توجیه کند.
مزایا و معایب در یک نگاه
| مزایا و معایب روشهای ضدانفجار | ||
|---|---|---|
| روش | مزایا | معایب / محدودیتها |
| Ex d | تحمل جریان/ولتاژ بالاتر، استحکام مکانیکی زیاد | ابعاد و وزن بیشتر، نیاز به کاندوئیت و سیلینگ سخت، سرویس دشوارتر |
| Ex i | تجهیزات کوچکتر، امکان سرویس در حالت برقدار (در بسیاری کاربردها)، کابلکشی سادهتر | محدودیت انرژی و نیاز به مدار الکترونیکی/ایزولاتور، عدم تناسب با بارهای پرتوان |
انتخاب بین Ex d و Ex i تابعی از انرژی موردنیاز، شرایط محیطی، محدودیتهای نصب و هزینهی چرخهی عمر است.
بیشتر بخوانید:
الزامات طراحی برای ضد انفجار
بهتر است قبل از بررسی الزامات طراحی ضد انفجار اصول عملکرد پرشر سوئیچ در حالت عادی را بررسی کنیم:
- عنصر حسگر فشار (دیافراگم، پیستون یا بوردن/بلوز) تحت اثر فشار سیال تغییر مکان میدهد.
- رسیدن فشار به نقطه تنظیم (Setpoint) باعث تحریک مکانیزم و قطع/وصل کنتاکت میشود.
- خروجیهای رایج: SPDT و DPDT. برخی مدلها هیسترزیس قابلتنظیم و تنظیم میدانی دارند.
- شاخصهای سوئیچ عملکرد: تکرارپذیری، پایداری درازمدت، عمر کنتاکت، سازگاری سیالی و دمایی.
در محیطهای انفجاری همین اصول باید با محدودسازی انرژی، کنترل دمای سطحی و محفظهی مناسب همراه شود. در ادامه الزامات طراحی برای ضد انفجار را مشاهده میکنید.
محفظه و پوشش
محفظه پرشر سوئیچ در محیطهای انفجاری اولین سد ایمنی در برابر گسترش انفجار است. این بدنه معمولاً از مواد مقاوم مانند استنلساستیل، آلومینیوم ریختهگری یا چدن ساخته میشود تا در برابر فشار ناشی از انفجار داخلی تحمل کافی داشته باشد.
طراحی دقیق مسیرهای شعله و استفاده از آببندیهای استاندارد مانع خروج شعله یا گاز داغ به محیط بیرون میشود. همچنین اتصال کابلها از طریق گلندها و کانکتورهای تأییدشده انجام میگیرد و در مدلهای دارای استاندارد NEMA 7/9، الزامات سختگیرانهتری در این زمینه رعایت میشود. نکته مهم دیگر، مدیریت حرارتی است تا دمای سطحی تجهیز از حد مجاز فراتر نرود و موجب احتراق محیط اطراف نشود.
کنترل انرژی و اجزای داخلی
اجزای داخلی باید طوری طراحی شوند که احتمال ایجاد جرقه یا داغشدن بیش از حد به حداقل برسد. برای این منظور:
- انتخاب کنتاکتها با آرایش ایمن و رعایت فاصلههای عایقی اهمیت دارد.
- انرژی ذخیرهشده در خازنها و القاگرها باید کاهش یابد تا در زمان خطا منبع جرقه ایجاد نشود.
- در سیستمهای ایمنی ذاتی (Ex i) از مدار الکترونیکی استفاده میشود تا حتی در صورت بروز خطا (مثل اتصال کوتاه یا بازمدار شدن) ایمنی همچنان حفظ شود.
- برخی طراحیها امکان تنظیم پارامترها بدون باز کردن محفظه را فراهم میکنند که این کار، ریسک عملیات میدانی را کاهش میدهد.
کنترل دمای سطحی
یکی از عوامل کلیدی در محیطهای خطرناک، دمای سطح تجهیزات است. اگر دما از حد مجاز گروه گازی یا کلاس دمایی (مثلاً T4 یا T5) بیشتر شود، احتمال اشتعال بالاست. بنابراین:
در طراحی، نقاط داغ در شرایط عادی و در حالت خطا شبیهسازی و تحلیل میشوند. با انتخاب قطعاتی که اتلاف حرارت کمی دارند و طراحی مناسب برای دفع گرما، دمای سطح کنترل میشود. این اقدام تضمین میکند که سطح پرشر سوئیچ هیچگاه به دمایی نرسد که بتواند گاز یا گردوغبار محیط را مشتعل کند.
گواهیها و استانداردها
تمام تجهیزات ضد انفجار باید دارای گواهی معتبر از مراجع بینالمللی باشند. استانداردهای اصلی عبارتاند از:
- ATEX (اروپا)
- IECEx (استاندارد بینالمللی)
- UL/CSA (آمریکا و کانادا)
و سری استانداردهای IEC 60079 که جزئیات مربوط به طراحی و ایمنی ذاتی (مثل IEC 60079-0 و 60079-11) را مشخص میکند.
هر تجهیز باید دارای برچسبگذاری Ex شفاف باشد که شامل نوع حفاظت (Ex d یا Ex i)، گروه گاز یا گردوغبار، کلاس دمایی و کد محیط نصب است. این برچسب به مهندسان و نصابان کمک میکند که مطمئن شوند تجهیز برای محیط موردنظر کاملاً مناسب است.
بیشتر بخوانید:
انتخاب پرشر سوئیچ ضد انفجار و کاربردها
- دامنه فشار (خلأ تا فشارهای بسیار بالا) و هیسترزیس مطلوب.
- دقت، تکرارپذیری و پایداری در طول زمان.
- نوع سیال و سازگاری متریالی (خوردگی، دما، تمیزی فرایند).
- نقطه تنظیم ثابت/قابلتنظیم و امکان قفل کردن تنظیمات.
- نوع خروجی (SPDT/DPDT، آنالوگ کمکی در مدلهای الکترونیکی).
- نوع حفاظت Ex سازگار با ناحیهی نصب (Ex d / Ex i).
- گواهیهای معتبر (ATEX/IECEx/UL/CSA) و نیازهای محلی.
- شرایط محیطی: دمای محیط، رطوبت، لرزش، IP/NEMA.
- ابعاد/وزن/هزینه نصب و نگهداری و دسترسی به قطعات یدکی.
نمونههای صنعتی و حوزههای کاربرد
کنترل کمپرسور و پمپ در نواحی Zone 1/2 یا Div.1/2.
آلارم فشار بالا/پایین در خطوط گاز، بخار و مایعات قابل اشتعال.
سیستمهای HVAC و مبرد در اتاقهای با خطر انفجار.
اسپرینکلر و سیستمهای آتشنشانی در محیطهای دارای بخارات/گردوغبار.
بیشتر بخوانید:
چگونه انتخاب درست پرشر سوئیچ از توقف پرهزینه جلوگیری میکند؟
نصب، راهاندازی و ایمنی عملیاتی
پیشنیاز ایمنی: ارزیابی ریسک، مجوز کار در نواحی خطرناک و ایمنسازی محیط.
نصب مکانیکی: استفاده از اتصالات فرایندی مناسب، گشتاور صحیح، جهت نصب مطابق دیتاشیت، و پرهیز از تنشهای مکانیکی روی بدنه.
کشش کابل و آببندی: گلند و سیلینگ موردتأیید؛ در Ex d از سیلفیتینگها مطابق کد استفاده کنید.
سیمکشی Ex i: جانمایی و برچسبگذاری بریر/ایزولاتور، تفکیک کابلهای IS از غیر-IS، و مستندسازی مدار.
راهاندازی: تنظیم Setpoint/Resetpoint، آزمون عملکرد خشک و آزمون فرایندی تحت فشار واقعی.
مستندسازی: ثبت شماره سریال، دادههای کالیبراسیون، ناحیهی نصب و نتایج تست برای رهگیری آتی.
نگهداری، بازرسی و چالشها
- بازرسی دورهای محفظه، رزوهها، اورینگها و پوششها برای نشانههای خوردگی/آسیب.
- تست تکرارپذیری نقاط سوئیچینگ و بازبینی هیسترزیس.
- صحت بریر/ایزولاتور در حلقههای Ex i و کنترل اتصال زمین.
- رسوب، لرزش و شوک حرارتی میتوانند پاسخگویی را تغییر دهند؛ برنامهی پیشگیرانه تنظیم کنید.
- ثبت سوابق تعمیرات/کالیبراسیون و فاصله و زمان خرابیها برای بهبود تصمیمهای تعویض.
نتیجهگیری
پرشر سوئیچهای ضد انفجار، ستون ایمنی بسیاری از فرایندهای صنعتیاند. درک صحیح طبقهبندی نواحی خطرناک، انتخاب هوشمندانه بین Ex d و Ex i، رعایت الزامات طراحی و اجرای دقیق نصب/راهاندازی، ضامن عملکرد ایمن و پایدار است. با نگهداری پیشگیرانه و توجه به روندهای فناورانه، میتوان طول عمر تجهیز را افزایش داد و هزینههای چرخهی عمر را کاهش داد؛ بدون آنکه از سطح ایمنی کاسته شود.
