Нефтегазовые объекты — отдельная категория по требованиям к электрооборудованию. Взрывоопасные смеси газов и паров присутствуют в рабочей зоне постоянно или периодически. Стандартный распределительный щит или шкаф управления в такой зоне — источник воспламенения: искра при коммутации, нагрев контакта, статический разряд. Электрощитовое оборудование для нефтегаза проектируется и изготавливается по отдельным нормативам. Вид взрывозащиты, климатическое исполнение, степень защиты IP, материал корпуса — каждый параметр определяется условиями конкретной зоны объекта. Ошибка в любом из них — основание для отказа в допуске оборудования к эксплуатации надзорными органами. Статья разбирает классификацию взрывоопасных зон, виды взрывозащиты Ex, требования к климатическому исполнению и состав электрощитового оборудования для нефтегазовых объектов. Отдельно — типовые ошибки и порядок приёмки. Общие сведения Нормативная база для электрооборудования взрывоопасных зон в России: ПУЭ гл. 7.3, ГОСТ IEC 60079 (серия стандартов на взрывозащищённое электрооборудование), ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах». Европейская система — директива ATEX 2014/34/EU и стандарты EN IEC 60079. ПУЭ классифицирует взрывоопасные зоны по классам В-I — В-IIа в зависимости от вида взрывоопасной смеси и вероятности её появления. Международная классификация по ГОСТ IEC 60079-10-1 делит зоны на Zone 0, Zone 1, Zone 2 для газов и паров, и Zone 20, Zone 21, Zone 22 для горючей пыли. Класс зоны по ПУЭ Зона по IEC 60079 Характеристика В-I Zone 0 Взрывоопасная смесь присутствует постоянно или длительно В-Iа Zone 1 Смесь возможна при нормальной эксплуатации В-Iб Zone 2 Смесь маловероятна, кратковременна при авариях В-Iг Zone 2 (наружная) Наружные установки с ЛВЖ и горючими газами В-II Zone 21 Горючая пыль при нормальной эксплуатации В-IIа Zone 22 Горючая пыль при авариях и нарушениях эксплуатации Для нефтегазовых объектов наиболее характерны зоны В-Iа (Zone 1) и В-Iб / В-Iг (Zone 2). Zone 0 встречается внутри технологических аппаратов — электрооборудование туда не устанавливается. Зоны определяет технолог-проектировщик на основе анализа источников выделения взрывоопасных веществ по ГОСТ IEC 60079-10-1. Группа взрывоопасной смеси определяет минимальную воспламеняющую энергию. Для нефтегаза типичны группы IIA (пропан, бутан, бензин) и IIB (этилен, водород в составе попутного газа). Температурный класс T1–T6 ограничивает максимальную температуру поверхности оборудования. Виды взрывозащиты Классификация Ex-исполнений Для электрощитового оборудования на нефтегазовых объектах применяются четыре основных вида взрывозащиты: Ex d — взрывонепроницаемая оболочка. Оболочка выдерживает давление взрыва внутри и не допускает его распространения наружу. Зазоры между сопрягаемыми поверхностями нормируются до 0,1–0,4 мм. Применяется в зонах Zone 1 и Zone 2. Наиболее распространённый вид для силовых щитов и пускателей. Ex e — повышенная надёжность. Меры, снижающие вероятность появления электрической дуги и нагрева: увеличенные зазоры, усиленная изоляция, ограничение температуры. Применяется в Zone 1 и Zone 2 для клеммных коробок, осветительных щитов, цепей без коммутации под нагрузкой. Ex p — заполнение или продувка защитным газом. Внутри оболочки поддерживается избыточное давление инертного газа или воздуха. Взрывоопасная смесь не проникает внутрь. Применяется для крупных щитов управления и аналитических приборов в Zone 1. Требует постоянной подачи защитного газа. Ex n — невоспламеняющее оборудование. Оборудование не является источником воспламенения при нормальной эксплуатации. Применяется только в Zone 2. Наиболее экономичный вид взрывозащиты для менее опасных зон. Маркировка взрывозащиты Полная маркировка Ex-оборудования содержит все параметры взрывозащиты. Пример расшифровки: 1Ex d IIB T4 Gb X 1 — уровень взрывозащиты EPL (Gb — для Zone 1) Ex — взрывозащищённое исполнение d — вид взрывозащиты (взрывонепроницаемая оболочка) IIB — группа взрывоопасной смеси T4 — температурный класс (максимальная температура поверхности 135 °C) Gb — уровень защиты оборудования для Zone 1 X — специальные условия безопасного применения Вид взрывозащиты Zone 0 Zone 1 Zone 2 Ex d (взрывонепроницаемая оболочка) — ✓ ✓ Ex e (повышенная надёжность) — ✓ ✓ Ex p (продувка избыточным давлением) — ✓ ✓ Ex n (невоспламеняющее) — — ✓ Ex ia / Ex ib (искробезопасная цепь) ✓ ✓ ✓ Климатическое исполнение и степень защиты IP Климатические исполнения по ГОСТ 15150 Нефтегазовые объекты расположены в широком географическом диапазоне: от Крайнего Севера до южных регионов и шельфовых платформ. Климатическое исполнение определяется по ГОСТ 15150 и указывается в технических требованиях к оборудованию. Исполнение Диапазон температур Типичные объекты нефтегаза УХЛ1 от −60 до +40 °C ЯНАО, ХМАО, Якутия, Красноярский край У1 от −40 до +40 °C Западная Сибирь, Урал, средняя полоса ТВ1 от +1 до +40 °C, влажность до 98% Шельф Каспия, тропические регионы Т1 от −10 до +55 °C Юг России, Средняя Азия, открытые площадки Для объектов УХЛ1 в корпус щита устанавливается обогрев: терморезисторы или нагревательные элементы мощностью 50–200 Вт с термостатом. Уставка включения обогрева — +5 °C внутри корпуса. Без обогрева при −50 °C пластмассовые детали аппаратов становятся хрупкими, смазки загустевают, контакты теряют упругость. Степень защиты IP и материал корпуса Наружные установки нефтегаза — IP54 минимум. Площадки под прямым дождём, морской шельф — IP65–IP66. Для зон с агрессивными средами (сероводород, хлориды) стандартная окрашенная углеродистая сталь не применяется. Материал корпуса Преимущества Ограничения Применение Нержавеющая сталь 316L Стойкость к H₂S, хлоридам, морской воде Высокая стоимость Шельф, установки с H₂S Алюминиевый сплав Лёгкий, стойкий к коррозии, Ex d Ограничен по объёму Локальные щиты, пускатели Zone 1 Стеклопластик (GRP) Диэлектрик, стоек к химии, лёгкий Контроль статического заряда Zone 2, морские платформы Углеродистая сталь с покрытием Низкая стоимость, большие габариты Не для агрессивных сред Zone 2, закрытые помещения Состав электрощитового оборудования для нефтегаза Щиты управления насосами и компрессорами (ЩУН) Основной тип щитового оборудования на нефтегазовых объектах. Управляет погружными и поверхностными насосами, компрессорными агрегатами. Исполнение — Ex d или Ex p в зависимости от зоны. Типовой состав: частотный преобразователь в исполнении Ex или вынесенный за пределы взрывоопасной зоны, защита двигателя, контроль давления и температуры, интерфейс с телемеханикой по Modbus RTU или HART. Частотные преобразователи в исполнении Ex — узкая номенклатура с ограниченным числом производителей и значительно большей стоимостью по сравнению со стандартными. Альтернатива — вынос ЧП в безопасную зону с кабельным подключением к двигателю. Длина кабеля при этом не должна превышать допустимой для конкретной модели ЧП — ограничение по ёмкости кабеля и du/dt. Щиты автоматики технологических установок Управляют сепараторами, теплообменниками, факельными системами. Включают ПЛК в исполнении Ex или в исполнении Ex p (шкаф с продувкой). Входы/выходы ПЛК подключаются к датчикам и исполнительным механизмам во взрывоопасной зоне через барьеры искробезопасности (Ex ia) или разделительные усилители. Барьеры искробезопасности устанавливаются в безопасной зоне — в щите автоматики вне взрывоопасной зоны. Они ограничивают энергию в цепях датчиков до уровня, не способного воспламенить взрывоопасную смесь. Типовые барьеры: для токовой петли 4–20 мА, для дискретных входов/выходов, для термопар и термосопротивлений. Распределительные щиты Распределительные щиты в исполнении Ex d или Ex e размещаются непосредственно в зонах Zone 1–2. Типовой состав: вводной автомат, отходящие автоматы или предохранители на каждого потребителя, клеммные коробки для разделки кабелей. Кабельные вводы — только сертифицированные кабельные уплотнения Ex e, обеспечивающие сохранение вида взрывозащиты оболочки. Число кабельных вводов рассчитывается заранее: добавить ввод после изготовления Ex d-щита без переиспытаний невозможно. Любое несертифицированное отверстие в оболочке лишает её вида взрывозащиты. Параметр Стандартное НКУ НКУ в исполнении Ex Применение во взрывоопасной зоне Запрещено Zone 1 / Zone 2 согласно маркировке Сертификация ГОСТ IEC 61439 ТР ТС 012/2011, ГОСТ IEC 60079, сертификат Ex Кабельные вводы Стандартные сальники Только сертифицированные Ex-уплотнения Изменения после изготовления Допустимы Только с переиспытаниями и переоформлением сертификата Стоимость Базовая В 2–5 раз выше в зависимости от вида Ex Срок изготовления 14–28 дней 30–90 дней с учётом сертификации Проведение испытаний и приёмка Проверка маркировки взрывозащиты и сертификационных документов. Маркировка на щите сверяется с сертификатом соответствия ТР ТС 012/2011. Группа взрывоопасной смеси и температурный класс в маркировке должны соответствовать классификации зоны объекта. Несоответствие — основание для запрета ввода в эксплуатацию. Проверка целостности взрывонепроницаемых соединений. Для Ex d-оболочек контролируются зазоры сопрягаемых поверхностей — щупом или по протоколу завода-изготовителя. Повреждения, царапины и деформации фланцевых поверхностей — основание для замены детали. Болты крышек затягиваются с моментом по документации, все резьбовые отверстия заглушены. Измерение сопротивления изоляции. Выполняется мегаомметром 500 В по силовым цепям. Минимальное значение — 1 МОм согласно ПУЭ. Искробезопасные цепи (Ex ia) проверяются отдельно — напряжение мегаомметра 500 В к ним не применяется. Проверка заземления. Сопротивление цепи заземления каждого элемента Ex-щита — не более 0,1 Ом. Заземляющие проводники Ex-оборудования не допускают разрывов и соединений через промежуточные клеммы без дублирования. Стеклопластиковые корпуса заземляются через специальные заземляющие шпильки. Тепловизионный контроль под нагрузкой. Выполняется после 30 минут работы. Максимальная температура поверхности элементов не должна превышать значение, установленное температурным классом маркировки. Для T4 — не более 135 °C. Превышение — нарушение вида взрывозащиты. Фиксация параметров и состав документации. Протокол испытаний, сертификат соответствия ТР ТС 012/2011, паспорт изделия с маркировкой взрывозащиты, принципиальная электрическая схема — обязательный комплект. Без сертификата и паспорта с маркировкой Ex оборудование не допускается к эксплуатации органами Ростехнадзора. На что обратить внимание Применение стандартного щита во взрывоопасной зоне. Стандартное НКУ без маркировки Ex устанавливается в Zone 1 или Zone 2 из-за экономии или ошибки при проектировании. Искры при коммутации и нагретые поверхности — потенциальный источник воспламенения. Ростехнадзор при проверке выдаёт предписание о немедленном демонтаже. Как избежать: зоны взрывоопасности определяются до начала проектирования щитового оборудования. Любое оборудование в зоне — только с сертификатом Ex и соответствующей маркировкой. Неверный уровень взрывозащиты для класса зоны. Щит в исполнении Ex n (только Zone 2) установлен в Zone 1. Формально щит имеет маркировку Ex, но не соответствует требованиям зоны. Как избежать: вид взрывозащиты и уровень защиты оборудования (EPL) проверяются по таблице соответствия зон и видов Ex на стадии проектирования. Ex d и Ex e допустимы в Zone 1 и Zone 2. Ex n — только Zone 2. Климатическое исполнение не соответствует условиям объекта. Щит в исполнении У3 (для отапливаемых помещений) установлен на наружной площадке в Западной Сибири. При −40 °C аппараты выходят из строя, уплотнения теряют эластичность, конденсат разрушает изоляцию. Как избежать: климатическое исполнение определяется по ГОСТ 15150 согласно географии объекта и месту установки. Для наружных установок Сибири — УХЛ1 с обогревом корпуса. Несертифицированные кабельные вводы в Ex d-оболочке. При монтаже использованы стандартные кабельные сальники вместо сертифицированных Ex-уплотнений. Оболочка теряет вид взрывозащиты Ex d. Юридически — это уже не взрывозащищённое оборудование, независимо от наличия сертификата на сам щит. Как избежать: все кабельные вводы, заглушки и крепёжные элементы Ex d-оболочки — только из комплекта завода-изготовителя или сертифицированные отдельно по ГОСТ IEC 60079-1. Отсутствие или неполный комплект сертификационной документации. Щит поставлен без сертификата ТР ТС 012/2011 или с просроченным сертификатом. Ростехнадзор не допускает оборудование к эксплуатации. Пуск объекта задерживается. Как избежать: сертификат соответствия ТР ТС 012/2011, паспорт с маркировкой Ex, протокол испытаний — обязательный комплект поставки. Срок действия сертификата проверяется до заключения договора на изготовление. РАЗДЕЛ В РАБОТЕ Раздел в работе Примеры реализованных проектов электрощитового оборудования для нефтегазовых объектов размещены в разделе Выполненные Проекты. По мере публикации выполненных объектов карточки будут добавлены в эту статью.
