Zawory ATEX – dobór armatury do stref zagrożonych wybuchem (Ex)

Zawory ATEX to armatura przemysłowa dopuszczona do pracy w strefach zagrożonych wybuchem gazów, par lub pyłów, w której źródła zapłonu zostały skutecznie wyeliminowane lub ograniczone. Zawory ATEX nie są odrębnym typem konstrukcyjnym zaworu, lecz kompletnym zespołem armatury, w którym elementy elektryczne i pneumatyczne (napęd, elektrozawór, cewka, wyłączniki krańcowe, pozycjoner) mają certyfikowane wykonanie przeciwwybuchowe Ex. Poniżej pokazujemy, jak dobrać armaturę ATEX do konkretnej strefy, jak czytać znakowanie Ex oraz co realnie podlega dyrektywie.

Zawory ATEX to armatura, której komponenty elektryczne i pneumatyczne posiadają certyfikat zgodności z dyrektywą 2014/34/UE i odpowiednią kategorię urządzenia (1G, 2G, 3G lub 1D, 2D, 3D) dobraną do strefy zagrożenia wybuchem.

Które dwie dyrektywy ATEX regulują armaturę do stref Ex?

Bezpieczeństwo wybuchowe reguluje pakiet dwóch dyrektyw ATEX o rozdzielonych adresatach. Dyrektywa ATEX 2014/34/UE (tzw. ATEX produktowa, dawniej 94/9/WE) określa wymagania zasadnicze dla urządzeń i systemów ochronnych wprowadzanych na rynek UE. To ona nakłada na producenta napędu, elektrozaworu czy wyłącznika krańcowego obowiązek certyfikacji, oznakowania CH​ oraz wystawienia deklaracji zgodności. Dyrektywa 1999/92/WE (ATEX użytkowa, w Polsce wdrożona rozporządzeniem MG) nakłada obowiązki na pracodawcę i użytkownika instalacji: klasyfikację stref, ocenę ryzyka wybuchu i sporządzenie dokumentu zabezpieczenia przed wybuchem (DZPW).

Rozdział ról ma bezpośrednie konsekwencje przy doborze zaworu. Producent armatury ATEX odpowiada za to, że napęd lub elektrozawór spełnia 2014/34/UE i ma właściwą kategorię, a użytkownik – za to, że dobrana kategoria pasuje do strefy wynikającej z jego klasyfikacji według 1999/92/WE. Zakup certyfikowanego zaworu nie zwalnia zakładu z obowiązku posiadania aktualnego DZPW.

Jak sklasyfikowane są strefy zagrożenia wybuchem i kategorie urządzeń?

Strefy zagrożenia wybuchem dzieli się według rodzaju atmosfery i częstości jej występowania. Dla mieszanin gazów i par obowiązują strefy 0, 1 i 2, a dla pyłów palnych strefy 20, 21 i 22. Strefa 0 i 20 oznaczają atmosferę wybuchową obecną stale lub długotrwale, strefa 1 i 21 – występującą okresowo w normalnej pracy, a strefa 2 i 22 – pojawiającą się rzadko i krótkotrwale.

Urządzenia przeznaczone do pracy na powierzchni należą do grupy II (grupa I dotyczy górnictwa podziemnego). W obrębie grupy II urządzenia dzieli się na kategorie odpowiadające poziomowi zabezpieczenia: 1G, 2G, 3G dla atmosfer gazowych oraz 1D, 2D, 3D dla atmosfer pyłowych. Kategoria 1 zapewnia bardzo wysoki poziom zabezpieczenia (dwie niezależne ochrony lub bezpieczeństwo przy dwóch niezależnych awariach), kategoria 2 – wysoki, a kategoria 3 – normalny poziom zabezpieczenia dla stref o najniższym ryzyku.

Co oznaczają klasy temperaturowe T1-T6, grupy gazów IIA/IIB/IIC i rodzaje ochrony?

Dobór armatury ATEX wymaga dopasowania trzech parametrów urządzenia do właściwości medium. Klasa temperaturowa określa maksymalną temperaturę powierzchni urządzenia i musi być niższa od temperatury samozapłonu gazu: T1 ≤ 450 °C, T2 ≤ 300 °C, T3 ≤ 200 °C, T4 ≤ 135 °C, T5 ≤ 100 °C, T6 ≤ 85 °C. Im wyższa liczba, tym niższa dopuszczalna temperatura powierzchni.

Grupa gazów opisuje łatwość zapłonu atmosfery: IIA (np. propan, metan przemysłowy), IIB (etylen, biogaz) i IIC (wodór, acetylen) – najbardziej wymagająca. Urządzenie o wyższej grupie pokrywa niższe, więc wykonanie IIC nadaje się także dla IIB i IIA, ale nie odwrotnie. Rodzaj ochrony to sposób, w jaki producent wyeliminował źródło zapłonu:

• Ex d (osłona ognioszczelna) – obudowa wytrzymuje wybuch wewnętrzny i nie przenosi go na zewnątrz; typowa dla napędów elektrycznych i skrzynek łączeniowych.
• Ex ia / ib (iskrobezpieczeństwo) – ograniczenie energii obwodu tak, że iskra nie zapali atmosfery; stosowane w wyłącznikach krańcowych, czujnikach i pozycjonerach; ia dopuszczalne w strefie 0.
• Ex m (hermetyzacja / zalanie masą) – elementy iskrzące zatopione w masie zalewowej; częste w cewkach elektrozaworów Ex.
• Ex e (budowa wzmocniona) – podwyższone zabezpieczenie przed iskrami i przegrzaniem, typowe dla zacisków.

Co w zaworze automatycznym realnie podlega ATEX?

Certyfikacji ATEX podlegają przede wszystkim komponenty, które mogą być źródłem zapłonu. W kompletnym zaworze automatycznym są to:

• Napędy elektryczne w wykonaniu Ex – siłowniki obrotowe i liniowe z silnikiem oraz elektroniką w osłonie Ex d lub Ex de.
• Napędy pneumatyczne – siłownik pneumatyczny nie ma źródeł elektrycznych, lecz jako urządzenie mechaniczne również podlega ocenie ATEX (nagrzewanie, tarcie, elektryczność statyczna); jego częściami Ex są elektrozawór i wyłączniki.
• Elektrozawory i cewki Ex – cewka sterująca w wykonaniu Ex m lub Ex d, dobrana do klasy temperaturowej i grupy gazów.
• Wyłączniki krańcowe i skrzynki sygnalizacji położenia – najczęściej w wykonaniu iskrobezpiecznym Ex ia.
• Pozycjonery – w zaworach regulacyjnych, w wykonaniu Ex ia lub Ex d.

Samo ciało zaworu (korpus, kula, trzpień, uszczelnienia PTFE lub FKM) jest elementem mechanicznym, ale nie znika z oceny ryzyka. Kluczowym niebezpieczeństwem pozostaje iskra elektrostatyczna – ładunek gromadzący się na kuli lub trzpieniu odizolowanym przez uszczelnienie z PTFE może rozładować się iskrą zdolną zapalić atmosferę wodorową lub biogazową. Dlatego w armaturze ATEX stosuje się uziemienie i przewodzące ścieżki między kulą, trzpieniem a korpusem (tzw. antystatyczne wykonanie trzpienia), potwierdzone w dokumentacji producenta.

Jak czytać znakowanie Ex na tabliczce zaworu ATEX?

Znakowanie Ex to sekwencja pól, którą czyta się od lewej. Przykład: ◎Ex II 2G Ex db IIB T4 Gb należy odczytać następująco:

• ◎Ex – symbol ochrony przeciwwybuchowej (heksagon z literami Ex).
• II – grupa urządzenia (przemysł powierzchniowy).
• 2G – kategoria 2, atmosfera gazowa (G); urządzenie do strefy 1 i 2.
• Ex db – rodzaj ochrony: osłona ognioszczelna, poziom ochrony sprzętu „b”.
• IIB – grupa gazów (m.in. etylen, biogaz).
• T4 – klasa temperaturowa, maks. temperatura powierzchni 135 °C.
• Gb – poziom ochrony urządzenia (EPL) dla gazów, poziom „b” odpowiadający strefie 1.

Oznaczenie dla pyłów zawiera literę D i EPL Da/Db/Dc, np. II 2D Ex tb IIIC T130 °C Db (tb – obudowa pyłoszczelna, IIIC – pyły przewodzące).

Strefa, kategoria urządzenia i typowe wykonanie napędu – tabela doboru

Gdzie stosuje się zawory ATEX w praktyce przemysłowej?

Armatura ATEX jest wymagana wszędzie tam, gdzie proces uwalnia gazy palne, pary rozpuszczalników lub pyły. Z instalacji, które obsługujemy, najczęstsze aplikacje to:

• Biogazownie i oczyszczalnie – metan i biogaz (grupa IIA/IIB), strefy 1 i 2 wokół komór fermentacyjnych i zbiorników; zawory kulowe i przepustnice z napędem Ex db.
• Gazownictwo i stacje redukcyjne – gaz ziemny, strefy przy odmulaczach i punktach upustu; elektrozawory Ex do odcięcia bezpieczeństwa.
• Petrochemia i magazyny paliw – pary węglowodorów, wymagana klasa T3/T4; zawory ze stali kwasoodpornej z napędami Ex.
• Lakiernie i malarnie – pary rozpuszczalników, strefy 1 i 2; elektrozawory Ex sterujące pistoletami i zaworami odcinającymi.
• Młyny, silosy i przemysł spożywczy – pyły palne (mąka, cukier), strefy 21 i 22; napędy w wykonaniu Ex tb, obudowy pyłoszczelne.

Do procesów z mediami reaktywnymi warto też sięgnąć po nasze materiały pokrewne: dobór armatury tlenowej opisujemy w artykule Zawory do tlenu – dobór armatury i odtłuszczanie, a wymagania dla instalacji medycznych w tekście Zawory do gazów medycznych – normy i materiały.

FAQ – najczęstsze pytania o zawory ATEX

Czy sam zawór kulowy bez napędu wymaga certyfikatu ATEX?

Ręczny zawór kulowy bez elementów elektrycznych zwykle nie jest urządzeniem podlegającym pełnej certyfikacji 2014/34/UE, ale w strefie Ex podlega ocenie ryzyka jako potencjalne źródło zapłonu elektrostatycznego. Dlatego stosuje się wykonanie antystatyczne z uziemionym trzpieniem i przewodzącą ścieżką kula-korpus.

Czym różni się dyrektywa 2014/34/UE od 1999/92/WE?

Dyrektywa 2014/34/UE dotyczy producentów – określa wymagania dla urządzeń Ex wprowadzanych na rynek. Dyrektywa 1999/92/WE dotyczy pracodawców i użytkowników – nakłada obowiązek klasyfikacji stref i sporządzenia dokumentu zabezpieczenia przed wybuchem.

Jak dobrać klasę temperaturową T dla zaworu ATEX?

Klasę temperaturową dobiera się tak, aby maksymalna temperatura powierzchni urządzenia była niższa od temperatury samozapłonu medium. Dla wodoru (samozapłon ok. 560 °C) wystarcza T1, ale w praktyce częściej wymaga się T4 (135 °C) ze względu na inne media na instalacji.

Czy napęd pneumatyczny jest bezpieczniejszy niż elektryczny w strefie Ex?

Napęd pneumatyczny nie ma własnego źródła elektrycznego, więc bywa prostszy w certyfikacji, jednak sterujący nim elektrozawór i wyłączniki krańcowe muszą mieć wykonanie Ex. Cały zespół podlega ocenie ATEX, w tym pod kątem elektryczności statycznej i nagrzewania.

Jakiej grupy gazów potrzebuję do biogazu i wodoru?

Do biogazu wystarcza zwykle grupa IIB, natomiast dla wodoru i acetylenu wymagana jest grupa IIC. Urządzenie IIC pokrywa również IIB i IIA, więc bywa uniwersalnym, choć droższym wyborem dla instalacji mieszanych.

Dobór zaworów ATEX z Te-Ha-Bud

Dobór armatury ATEX zawsze zaczynamy od strefy, medium i wymaganej kategorii urządzenia. Kadra inżynierska Te-Ha-Bud pomoże dobrać zawór kulowy, elektrozawór lub przepustnicę z certyfikowanym napędem Ex do instalacji biogazowej, gazowniczej, petrochemicznej czy pyłowej. Te-Ha-Bud działa od 1989 roku jako producent zaworów kulowych i dystrybutor marek europejskich (GSR, End Armaturen, Genebre, Efar, Müller Coax). Kontakt: Poznań, ul. Winna 19, tel. +48 61 825 95 66, e-mail zawory@zawory.com.pl, pn.-pt. 7:00-15:00.