¿Cómo seleccionar un calentador de PTFE para un tanque ubicado en un área peligrosa (Zona 2)?

En una fábrica de productos químicos, donde ocasionalmente pueden estar presentes vapores inflamables, calentar un tanque de solvente requiere un calentador que sea resistente a la corrosión e incapaz de encenderse. Más allá de las consideraciones habituales sobre la compatibilidad química, elegir un calentador de PTFE para un entorno peligroso de Zona 2 agrega una capa adicional de certificación, restricción de temperatura y restricciones de instalación.

Es necesario evaluar el rendimiento del proceso y el comportamiento en situaciones operativas inusuales de los equipos de calefacción eléctrica en áreas peligrosas. Si un tanque se seca, un termostato falla o las condiciones del flujo de aire cambian abruptamente, un calentador que funciona de manera segura en circunstancias típicas podría volverse peligroso.

Comprender las áreas peligrosas de la zona 2
Definición de zona 2
La Zona 2, según lo definen las regulaciones internacionales para áreas peligrosas, es un área donde es poco probable que surja un ambiente de gas explosivo durante el funcionamiento normal y solo durará brevemente si ocurre.

La configuración típica de la Zona 2 consiste en:

Áreas para almacenar solventes.

Sistemas de dosificación de químicos.

Áreas de preparación de pintura.

Tanques para aditivos de combustible.

Recipientes de proceso con ventilación intermitente

Aún se requiere protección contra ignición, ya que la liberación de vapores inflamables aún puede ocurrir en circunstancias inusuales, incluso si la probabilidad de una atmósfera explosiva es menor que en la Zona 0 o la Zona 1.

La importancia del control de la temperatura
Para cualquier calentador en un ambiente peligroso, el principal criterio de seguridad es simple:

Tanto en situaciones normales como de falla, la temperatura máxima de la superficie del calentador debe permanecer por debajo de la temperatura de autoignición del gas o vapor circundante.

Las clasificaciones T-, a menudo conocidas como clases de temperatura de áreas peligrosas, se basan en este criterio.

Comprensión de las clases de temperatura de calentadores de áreas peligrosas
Calificaciones T-típicas
La temperatura de superficie externa máxima permitida para equipos que operan en entornos peligrosos está definida por clases de temperatura.

Las categorías típicas consisten en:

Temperatura superficial máxima para la clase de temperatura
T3 200 grado
T4: 135 grados
T5: 100 grados
T6 85 grado
La temperatura de ignición del grupo de gas dentro de la región peligrosa determina la clasificación necesaria.

Restricciones de temperatura para PTFE
El material de la funda en sí crea una restricción térmica significativa para la opción de Zona 2 de área peligrosa de calentador de PTFE.

La temperatura máxima realista de funcionamiento de la funda de los calentadores de inmersión de PTFE suele ser de alrededor de:

TPTFE, máx≈110◦CT_{PTFE,max}\\approx110^\\circ CTPTFE, máx≈110˚C

Esta restricción de trabajo está en línea con una clasificación T4, que permite una temperatura de la superficie externa máxima de:

TT4=135 grado T_{T4}=135 grado CTT4=135 grado

En muchas aplicaciones de procesos químicos, la diferencia entre el umbral T4 y el límite de trabajo de PTFE ofrece un margen de seguridad útil.

La importancia de las condiciones de falla para la temperatura de la superficie en situaciones de falla
La certificación para áreas peligrosas considera más que solo las circunstancias operativas típicas. La temperatura máxima de la vaina para escenarios de falla predecibles es el factor más importante a tener en cuenta.

Los ejemplos consisten en:

El calentador está bloqueado en la posición ON.

Funcionamiento de un tanque vacío.

reducción del flujo de líquido

Fallo del termostato de proceso

La transferencia de calor disminuye por incrustaciones o acumulación de lodos.

La temperatura de la funda puede aumentar rápidamente en estas circunstancias.

Debido a esto, los calentadores de PTFE para áreas peligrosas casi siempre incluyen fusibles de límite térmico no reiniciables o dispositivos de corte térmico separados. Si se alcanzan temperaturas peligrosas, esta característica de seguridad corta permanentemente la energía.

El sistema de protección debe funcionar por separado del controlador de temperatura del proceso normal.

Aplicaciones de Zona 2 para gabinetes eléctricos certificados
Gabinetes de seguridad mejorada Ex 'e'
Los recintos de seguridad expandidos Ex "e" son un método popular para terminar calentadores en áreas peligrosas.

Estos recintos están destinados a:

Evite chispas o arcos durante el funcionamiento normal.

Impulsar la integridad del aislamiento.

Minimizar la posibilidad de altas temperaturas.

Reducir el número de conexiones eléctricas no seguras

Cuando no hay componentes que produzcan chispas en condiciones de funcionamiento típicas, con frecuencia se utiliza la protección ex "e".

Gabinetes ignífugos Ex 'd'
Los gabinetes de terminales ignífugos Ex "d" son otra alternativa popular.

Estos recintos están diseñados para evitar que las llamas se propaguen a la atmósfera circundante en caso de una explosión interna.

Los diseños a prueba de llamas se utilizan con frecuencia en entornos industriales más hostiles y suelen ser más pesados ​​y duraderos que los recintos de seguridad mejorados.

Es necesario certificar el conjunto completo
Un conjunto aprobado, no un conjunto de componentes ensamblados por separado en el campo, es lo que constituye un calentador para áreas peligrosas.

Todo el sistema está sujeto a cumplimiento, incluyendo:

Componentes del calentador

Recinto en la terminal

Glándulas en cables

Sensores de temperatura

Dispositivos de protección térmica.

Técnicas de cableado

Cuando sea apropiado, barreras de seguridad intrínsecas

El conjunto eléctrico completo debe tener la certificación adecuada para áreas peligrosas, incluso si la funda de PTFE es químicamente compatible.

El valor de la certificación IECEx y ATEX
Información sobre placas de identificación certificadas
Debe haber una placa de certificación permanente que indique lo siguiente en un conjunto de calefacción que cumpla con la Zona 2:

Clasificación de áreas peligrosas.

grupo de gases

clase de temperatura

rango de temperaturas ambiente

Número en el certificado

Designación de métodos de protección.

Generalmente, para otorgar la certificación se utilizan procesos acreditados como estos:

ATEX

IECEx

Un organismo notificado o una autoridad de certificación comparable se encarga de la aprobación.

Detalles necesarios del especificador
El productor del equipo debe obtener datos completos del área peligrosa antes del diseño y la certificación para lograr una selección de Zona 2 para área peligrosa del calentador de PTFE que cumpla con los requisitos.

Normalmente, los datos necesarios constan de:

Clasificación de zonas

grupo de gases

T-requisito de clase

temperatura del aire circundante

Suministro de voltaje

Temperatura durante el procesamiento

Dimensiones del tanque

Maquillaje químico

Es imposible certificar adecuadamente sin esta información.

Normas de Instalación y Reglamentos
CEI 60079-10-1
La clasificación de áreas debe realizarse de conformidad con:

IEC 60079-10-1IEC 60079\\text{-}10\\text{-}1IEC 60079-10-1

Las pautas de zonificación de áreas peligrosas para ambientes con gases explosivos se describen en esta norma.

CEI 60079-14
Las siguientes regulaciones se aplican a instalaciones eléctricas en áreas peligrosas:

IEC 60079-14 IEC 60079\\text{-}14 IEC 60079-14

Esta norma cubre técnicas de cableado, conexión a tierra, inspección y requisitos de protección para equipos eléctricos utilizados en entornos explosivos.

Consideraciones de diseño adicionales
Defensa contra ejecución-en seco
Para evitar el sobrecalentamiento en situaciones de bajo-líquido, los calentadores de PTFE utilizados en tanques de productos químicos deben tener dispositivos de prevención de funcionamiento en seco-o bloqueos de nivel de líquido.

La exposición por encima del nivel del líquido puede aumentar rápidamente la temperatura de la funda porque el PTFE depende del líquido circundante para enfriarse.

Ubicación de los sensores
La zona de funcionamiento más caliente posible dentro del tanque debe reflejarse correctamente mediante la colocación de sensores de temperatura.

A pesar de las mediciones de temperatura del líquido a granel aparentemente normales, la instalación incorrecta del sensor puede permitir un sobrecalentamiento localizado.

En conclusión
La verificación de la compatibilidad química es sólo un aspecto de la elección de un calentador de PTFE para un entorno peligroso de Zona 2. Controlar todas las posibles fuentes de ignición, como la temperatura máxima de la cubierta en situaciones de falla, las técnicas de protección del gabinete, los dispositivos de corte térmico y los procedimientos de instalación autorizados, es esencial para cumplir con las regulaciones de áreas peligrosas.

Área peligrosa para un calentador de PTFE exitoso Proporcionar a un fabricante calificado toda la información de clasificación de áreas peligrosas, como grupo de gas, clase de temperatura y designación de zona, es el primer paso en el proceso de selección de Zona 2. El conjunto del calentador final debe estar debidamente aprobado, con un nombre-placado permanentemente y cumplir con los estándares aceptados como IEC 60079-10-1 e IEC 60079-14.

El control de la temperatura, la integridad de la certificación y la eliminación de todas las fuentes potenciales de ignición hasta el más mínimo detalle térmico son, en última instancia, lo que constituye la seguridad en entornos explosivos.