كيفية التأكد من أن المحركات الكهربائية المقاومة للهب تفي بمعايير المناطق الخطرة؟

أساسيات المحركات الكهربائية المقاومة للانفجار: الحماية من النوع Ex 'd' وتوافق المناطق الخطرة

كيف تحتوي المحركات الكهربائية المقاومة للانفجار الانفجارات: علم إخماد لهب المسار

تُوقف المحركات الكهربائية المقاومة للهب الاشتعالات الخطرة ليس من خلال منع الانفجارات داخلها، بل من خلال احتوائها بأمان داخل غلاف المحرك. تحتوي هذه المحركات على ما يُعرف بـ"مسارات اللهب" في محيطاتها. وهي عبارة عن فجوات صغيرة بين الأجزاء تخرج منها الغازات الساخنة. التصميم ذكي للغاية في الواقع. وعند حدوث الاحتراق داخليًا، تمر الغازات الساخنة (التي قد تصل إلى نحو 1500 درجة مئوية) عبر هذه القنوات الضيقة. وخلال تحركها، تمتص جدران المعدن الحرارة بسرعة، مما يخفض درجات الحرارة إلى حوالي 200 درجة مئوية أو أقل. وهذا أقل بكثير من درجة الحرارة اللازمة لاشتعال معظم المواد القابلة للاشتعال تلقائيًا، وبالتالي لا يوجد خطر من انتشار الشرارة إلى خارج غلاف المحرك.

يعتمد هذا التأثير الإخمادي على ثلاثة عوامل مترابطة:

• ضيق التسامح في الفجوات ، المحدد بدقة ضمن ±0.6 مم وفقًا للمعيار IEC 60079-1 (مع قيم نموذجية تتراوح بين 0.2–0.5 مم)،
• الconductivity الحراري العالي في مواد الغلاف (مثل الحديد الزهر أو سبائك الألومنيوم)، و
• الأسطح الناعمة الملساء ، محددة عند ≤Ra 6.3 ميكرومتر لضمان تماس موحد وإزالة النقاط الساخنة المحلية.

تجعل مسارات اللهب المصممة بشكل مناسب محركات Ex 'd' أكثر فعالية بأربع مرات مقارنة بالغلاف القياسي في منع انتشار اللهب في البيئات القابلة للاشتعال مثل محطات معالجة الغاز أو المصافي الكيميائية.

مواءمة تصنيفات المحركات الكهربائية المقاومة للانفجار مع تصنيفات المنطقة/القسم (المنطقة 0–2، الفئة I–III)

يتطلب اختيار المحرك المقاوم للانفجار المناسب التوافق الدقيق مع نظام تصنيف المنطقة الخطرة المستخدم — إما نموذج المنطقة الدولي وفقًا اللجنة الدولية للإلكترونيات (IEC) أو إطار العمل الأمريكي حسب الأقسام.

• المنطقة 0 / القسم 1 (خطر مستمر) : توجد أجواء متفجرة باستمرار أو لفترات طويلة. ونظرًا للخطر الشديد، فإن محركات Ex 'd' تكون عمومًا غير مسموح به ؛ فقط الأنظمة الآمنة داخليًا أو الأنظمة ذات التعقيم/الضغط تعتبر عادةً معتمدة.
• المنطقة 1 / القسم 1 (خطر متكرر) : من المرجح تشكل خلطات متفجرة أثناء التشغيل العادي — وهذا هو المجال الأساسي لتطبيق محركات Ex 'd'.
• المنطقة 2 / القسم 2 (خطر نادر الحدوث) : تحدث الأجواء المتفجرة فقط بشكل عرضي أو لفترة قصيرة — تظل محركات Ex 'd' مناسبة، على الرغم من أن طرق الحماية الأقل متانة (مثل السلامة الزائدة "Ex e") قد تكون مقبولة أيضًا.

عند التعامل مع مخاطر الغبار المصنفة ضمن الفئة الثانية أو الثالثة، فإن تصنيف درجة الحرارة (من T1 إلى T6) مهم بقدر أهمية العوامل الأخرى. على سبيل المثال، يحافظ المحرك المصنف ضمن الفئة T3 على أسطحه بحيث لا تتجاوز 200 درجة مئوية، مما يمنع مواد مثل دقيق الحبوب أو غبار الفحم من الاشتعال. إن التأكد من ذلك أمر بالغ الأهمية، لأنه عندما يحدث عدم تطابق بين طبيعة البيئة الفعلية والتصنيف الخاص بالمعدات، تحدث نحو أربع من كل خمس مشكلات اشتعال في الأماكن التي يتم التعامل فيها مع المواد الغبارية. وتجعل هذه النسبة المئوية من الواضح لماذا لا ينبغي إهمال إدارة درجات الحرارة بشكل صحيح في هذه البيئات الصناعية.

متطلبات التصميم الحرجة لتحقيق توافق المحركات الكهربائية المضادة للانفجار

هندسة مسار اللهب، وقوة الغلاف، وحدود فئة درجة الحرارة (T1–T6)

يعتمد توافق المحرك المقاوم للهب على ثلاثة أعمدة تصميمية لا تنفصل: هندسة مسار اللهب، والمتانة الميكانيكية، والتحكم الحراري — وكلها محددة بدقة في المواصفة IEC 60079-1.

يتضمن تصميم مسارات اللهب عدّة عوامل رئيسية تعمل معًا. يجب أن نحافظ على عرض فجوة يتراوح بين 0.2 و0.5 مليمتر، ونضمن أن الطول الفعّال لا يقل عن 25 مم، ونحقّق تشطيبًا سطحيًا لا يكون خشنًا بأكثر من Ra 6.3 ميكرومتر. تساعد هذه المواصفات في التبريد بالتوصيل دون المساس بالمتانة الهيكلية للنظام. أما بالنسبة لقوة الغلاف، فيجب أن تكون المادة قادرة على تحمل ضغوط داخلية قد تتجاوز 1,000 كيلوباسكال. وللتحقق من هذه القدرة، يقوم المهندسون عادةً بإجراء اختبارات هيدروستاتيكية عند 1.5 ضعف ما نتوقعه في الظروف الفعلية. على سبيل المثال، عند إجراء الاختبار باستخدام الميثان، ندفع الضغط إلى حوالي 1,500 كيلوباسكال فقط لأخذ الحيطة. تُعدّ الحديد الزهر عالي الجودة أو بعض سبائك الألومنيوم مناسبة جدًا في هذا السياق لأنها تدوم لفترة أطول ولديها كتلة حرارية كافية لإدارة الحرارة بكفاءة أثناء عمليات الإطفاء.

تحدد فئات درجات الحرارة (T1–T6) الحد الأقصى لدرجة حرارة السطح المسموح بها في ظروف حدوث عطل:

• T1 : ≤450°م (مثل الهيدروجين، كبريتيد الكربون في خلطات منخفضة التركيز)
• تي 6 : ≤85°م (مثل كبريتيد الكربون بالشكل النقي، وبعض المذيبات الصيدلانية)

إن اختيار الفئة T بشكل صحيح يضمن بقاء أشد أسطح المحرك سخونة دون درجة حرارة الاشتعال الذاتي للمادة الخطرة الموجودة، وهي متطلبات لا يمكن التنازل عنها في تركيبات المنطقة 1 والمنطقة 2.

سلامة الإغلاق، دقة تسامحات الفجوة، ونهاية السطح وفقًا لمعيار IEC 60079-1

تُعد سلامة الإغلاق أمرًا أساسيًا—ليس فقط لمنع دخول الغازات القابلة للاشتعال إلى داخل المحرك، ولكن أيضًا للحفاظ على الضغط الانفجاري خلال الأعطال الداخلية. ويتم تحقيق ذلك من خلال الحشوات المضغوطة، الوصلات ذات التداخل الدقيق، والوصلات المصنعة بدقة عالية.

تشمل ضوابط الأبعاد الحرجة ما يلي:

• تسامحات الفجوة التي تحافظ على ±0.05 مم عبر جميع مسارات اللهب—أي تجاوز هذا المدى قد يؤدي إما إلى انتقال اللهب (إذا كانت الفجوة واسعة جدًا) أو إلى التصاق، التآكل، أو فشل الحشوة (إذا كانت ضيقة جدًا)
• اللمسة النهائية للسطح يتم الحفاظ على الخشونة السطحية عند ≤Ra 6.3 ميكرومتر على جميع الأسطح المتلامسة لضمان ضغط ختم متسق وتجنب الفجوات الدقيقة التي تُضعف أداء التبريد؛
• مقاومة للتآكل يتم التحقق وفقًا للمعيار IEC 60079-1، خاصةً في الحالات التي تُستخدم فيها مثبتات من الفولاذ المقاوم للصدأ أو طلاءات واقية للحفاظ على سلامة الوصلة على المدى الطويل.

تتحقق عمليات تدقيق الشهادات من الامتثال من خلال فحص الأبعاد واختبار الضغط وتتبع المواد — مما يضمن أن يلتزم كل محرك بنفس الحد الأدنى من السلامة بغض النظر عن دفعة الإنتاج.

مسارات الشهادات العالمية للمحركات الكهربائية المقاومة للانفجار

موافقات ATEX وIECEx وUL/NEC: الاختلافات الرئيسية وحالة الاعتراف المتبادل

يتطلب النشر العالمي للمحركات الكهربائية المقاومة للانفجار التنقل بين نُظم شهادات إقليمية مختلفة — حيث تفرض كل منها متطلبات صارمة ولكنها تتسم بدقة تقنية متفاوتة.

• ATEX (الاتجاه الأوروبي 2014/34/EU) يحكم المعدات الخاصة بالبيئات الانفجارية داخل أوروبا. ويشترط تقييم المطابقة من قبل هيئة مُعَيّنة ويؤكد على أهمية الوثائق القائمة على التقييم المبني على المخاطر، بما في ذلك تحليل التهديدات التفصيلي.
• IECEx يوفر شهادة متناسقة دولياً وفقاً للمعايير IEC 60079. ويسهم قبولها العالمي في تسهيل دخول الأسواق المتعددة، خاصةً في المناطق التي تستند فيها اللوائح المحلية مباشرةً إلى معايير IEC.
• UL/NEC (الولايات المتحدة وكندا) تتطلب تحملات ميكانيكية أكثر صرامة — على سبيل المثال، تشترط فجوات مسار لهب ≤0.15 مم للغازات من النوع IIC مقابل الحد الأدنى البالغ 0.20 مم حسب ATEX — مما يعكس اختلافات في تفسير عتبات هامش الأمان.

بينما تحتفظ IECEx وATEX باتفاقيات اعتراف متبادل رسمية بالتقارير والشهادات، تعمل موافقات UL بشكل مستقل. وغالباً ما يسعى المصنعون المستهدفون للأسواق العالمية إلى الحصول على شهادات متوازية — خصوصاً للنماذج الرئيسية — لضمان القبول السلس عبر مختلف الولايات التنظيمية.

عملية الشهادة: اختبار النوع، الوثائق الفنية، والرقابة على الإنتاج

تتضمن الحصول على شهادة مقاومة اللهب والحفاظ عليها عملية منظمة تتم عبر طرف ثالث معتمد:

• اختبار النوع يخضع محركات النموذج الأولي لسيناريوهات أقصى حد من الضغط: التحقق من احتواء الانفجار عند ضغط 1.5× ضغط الانفجار (أو 1.8× ضغط التشغيل في بعض اختبارات الإجهاد)، والتحقق من صحة فئة درجة الحرارة تحت ظروف الحمل الكامل والعطل، بالإضافة إلى فحص سلامة مسار اللهب باستخدام خلطات غاز معايرة.
• الوثائق الفنية ، يتم مراجعتها والموافقة عليها من قبل الجهة المانحة للشهادة، وتشمل الرسومات البعدية الكاملة، وشهادات المواد، وسجلات تشطيب الأسطح، مواصفات الحشوات، وحسابات ضغط الانفجار — وكلها قابلة للتتبع وفقًا لبنود IEC 60079-1.
• الرقابة على الإنتاج تكفل الامتثال المستمر من خلال عمليات تدقيق سنوية تشمل إجراءات ضبط الجودة، وسجلات المعايرة، وأخذ عينات بُعدية، وإعادة اختبار وحدات تمثيلية. وتؤدي أي حالات عدم توافق إلى اتخاذ إجراءات تصحيحية قبل الشحنات اللاحقة.

يُدمج هذا العملية الممتدة من البداية إلى النهاية المسؤولية في كل مرحلة — من النية التصميمية إلى تنفيذ العمل في مصنع الإنتاج — مع الحفاظ على مبادئ EEAT المتمثلة في الخبرة والتجربة والسلطة والموثوقية، والتي تُعرف معدات المناطق الخطرة عالية الجودة.