Khi tiến hành lựa chọn một động cơ điện để lắp đặt và vận hành trong một khu vực có nguy cơ cháy nổ cao, bước đầu tiên và quan trọng nhất là phải phân loại chính xác khu vực đó theo các tiêu chuẩn an toàn hiện hành. Trên thực tế, việc phân loại môi trường là một quá trình vô cùng phức tạp, đòi hỏi sự kiểm tra và phân tích kỹ lưỡng mọi khía cạnh của môi trường xung quanh nơi động cơ sẽ hoạt động.

Bài viết dưới đây trên Kỹ Thuật Năng Lượng sẽ cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan, chi tiết về bốn tiêu chí chính được sử dụng để phân loại môi trường nguy hiểm và cách chọn động cơ điện phòng nổ phù hợp nhất.

Làm thế nào để phân loại khu vực nguy hiểm (Class) cho động cơ điện?

Cấp độ (Class) của một khu vực nguy hiểm mô tả trạng thái vật lý của vật liệu nguy hiểm chính tồn tại trong không gian đó. Theo tiêu chuẩn, có ba Cấp độ (Class) được sắp xếp theo thứ tự nguy cơ bắt lửa từ cao xuống thấp:

• Class I (Khí và Hơi dễ cháy): Các vị trí thuộc Class I chứa các loại khí và hơi cực kỳ dễ cháy trong bầu không khí. Khi nồng độ của chúng đạt đến một mức nhất định, chỉ cần một tia lửa nhỏ cũng có thể gây ra hiện tượng nổ dây chuyền (explosive). Các ví dụ điển hình cho khu vực này bao gồm: nhà máy lọc hóa dầu, trạm trung chuyển khí đốt, xưởng phun sơn tĩnh điện, và các khu vực tiếp nhiên liệu.

• Class II (Bụi dễ cháy): Khu vực Class II là những nơi có chứa các hạt bụi dễ cháy hoặc bụi có tính dẫn điện lơ lửng trong không khí. Những vật liệu tưởng chừng vô hại như bụi than, bột mì, bột ngũ cốc, cho đến các hạt dẫn điện như bụi nhôm và magiê có thể trở nên cực kỳ dễ nổ khi chúng bị phân tán trong không khí với nồng độ đủ lớn.

• Class III (Sợi và mạt vụn dễ cháy): Các vị trí thuộc Class III mô tả môi trường nơi vật liệu dễ cháy tồn tại dưới dạng hạt lớn hơn, chẳng hạn như sợi vải, mạt cưa, dăm bào. Những vật liệu này thường không lơ lửng lâu trong không khí mà có xu hướng lắng đọng và tích tụ trên các bề mặt máy móc. Các ngành công nghiệp chế biến gỗ hoặc dệt may là ví dụ tiêu biểu cho môi trường này.

Phân khu (Division) trong môi trường nguy hiểm được hiểu như thế nào?

Phân khu (Division) của một vị trí nguy hiểm sẽ mô tả các "điều kiện" mà vật liệu dễ cháy nổ có mặt tại đó. Có hai phân khu chính:

• Division I (Điều kiện bình thường): Đây là các khu vực mà vật liệu dễ cháy nổ luôn hiện diện dưới điều kiện vận hành bình thường của nhà máy. Nó có thể là một phần tất yếu của quá trình sản xuất, hoặc xuất hiện thường xuyên trong các hoạt động được lên lịch trước như bảo trì, sửa chữa định kỳ. Động cơ làm việc ở đây phải có mức độ bảo vệ cao nhất.

• Division II (Điều kiện bất thường): Những vị trí này là nơi vật liệu nguy hiểm chỉ tiếp xúc với môi trường bên ngoài trong các điều kiện bất thường. Thông thường, vật liệu dễ cháy được chứa gọn trong một thể tích khép kín (như bên trong đường ống kín, bồn chứa, xi lanh). Chúng chỉ có khả năng rò rỉ và tiếp xúc với động cơ điện khi xảy ra sự cố không mong muốn như vỡ ống, thủng bồn chứa, hoặc hỏng van làm kín.

Các nhóm (Group) vật liệu dễ cháy nổ được phân chia ra sao?

Nhóm (Group) mà một khu vực nguy hiểm thuộc về đại diện cho "hành vi" và đặc tính của vật liệu dễ cháy chính sau khi bị bắt lửa. Phân loại này gồm bảy Nhóm, được gắn nhãn từ A đến G.

Đối với Class I (Khí và Hơi - Nhóm A, B, C, D): Được sắp xếp theo mức độ rủi ro từ cao nhất đến thấp nhất.

• Group A: Bầu không khí có chứa khí Acetylene (một loại khí cực kỳ dễ bay hơi và cháy rất mãnh liệt).

• Group B: Bầu không khí có chứa khí Hydro, butadien, ethylene oxide, propylene oxide hoặc acrolein.

• Group C: Bầu không khí có chứa ethylene, cyclopropane hoặc ethyl ether.

• Group D: Bầu không khí có chứa propane, acetone, amoniac, benzen, butan, ethanol (cồn ít nguy hiểm hơn), xăng, hexane, methanol, khí mê-tan, naphta, khí tự nhiên hoặc toluene.

Đối với Class II (Bụi dễ cháy - Nhóm E, F, G): Cũng được sắp xếp theo mức độ nguy hiểm giảm dần.

• Group E: Chứa bụi kim loại dễ cháy, bao gồm nhôm, magiê và các hợp kim thương mại của chúng, hoặc các loại bụi dễ cháy khác có kích thước hạt, độ mài mòn và độ dẫn điện gây ra các mối nguy hiểm tương tự cho thiết bị điện.

• Group F: Chứa bụi chứa carbon dễ cháy bao gồm than đá, than cốc, muội than và bụi than củi có chứa hơn 8% tổng lượng chất bay hơi bị giữ lại; hoặc các loại bụi đã bị nhạy cảm hóa bởi các vật liệu khác khiến chúng có nguy cơ nổ.

• Group G: Chứa các loại bụi dễ cháy không thuộc Nhóm E hoặc F, bao gồm bụi nông nghiệp (bột mì, ca cao, tinh bột, ngũ cốc, bụi gỗ), nhựa nhiệt dẻo, hợp chất đúc, bột dược phẩm và các loại bột hóa chất khác.

Tại sao Nhiệt độ tự bốc cháy lại đặc biệt quan trọng?

Nhiệt độ tự bốc cháy (Auto-Ignition Temperature - AIT) là nhiệt độ tối thiểu mà tại đó một vật liệu sẽ tự động bốc cháy mà không cần bất kỳ nguồn đánh lửa bên ngoài nào (không cần tia lửa hay ngọn lửa trần).

Việc xác định AIT của các vật liệu nguy hiểm xung quanh khu vực đặt động cơ là vô cùng quan trọng. Động cơ điện trong quá trình hoạt động sẽ sinh nhiệt. Nếu bề mặt vỏ động cơ đạt đến hoặc vượt qua mức AIT của môi trường xung quanh, toàn bộ nhà máy có thể phát nổ. Tuy nhiên, trên thực tế, giá trị AIT không hề dễ xác định vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường như nồng độ oxy và áp suất khí quyển. Sự pha trộn của nhiều vật liệu khác nhau càng làm phức tạp hóa vấn đề này, do đó, các kỹ sư thường phải áp dụng một ước tính bảo thủ (tức là chọn ngưỡng nhiệt độ an toàn thấp hơn nhiều so với lý thuyết) để đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Các tiêu chí nào cần lưu ý khi lựa chọn động cơ phòng nổ cho môi trường nguy hiểm?

Sau khi khu vực đã được phân loại rõ ràng, bước tiếp theo là chọn một động cơ điện đáp ứng chính xác các tiêu chuẩn đó.

Xếp hạng động cơ (Motor Ratings): Động cơ dùng cho vị trí nguy hiểm thường đi kèm với nhãn mác (nameplate) ghi rõ xếp hạng Class, Division và Group mà chúng phù hợp. Cần lưu ý rằng, trước đây, hầu hết các nhà sản xuất chỉ chế tạo động cơ đạt chuẩn Division I (áp dụng cho cả Div I và Div II). Tuy nhiên, sử dụng động cơ Division I cho khu vực Division II là sự "thiết kế vượt mức cần thiết" (over-engineered) và gây tốn kém chi phí không đáng có. Ngày nay, việc chọn đúng động cơ chuẩn Division II sẽ giúp tối ưu hóa ngân sách đầu tư. Các xếp hạng động cơ này bắt buộc phải được ủy quyền và cấp chứng nhận bởi các cơ quan an toàn uy tín.

Mã nhiệt độ (T-Code) của động cơ điện mang ý nghĩa gì?

Động cơ điện phòng nổ luôn đi kèm với xếp hạng Mã nhiệt độ (T-code). Mã này chỉ định nhiệt độ tối đa mà bất kỳ bộ phận nào trên bề mặt động cơ (nơi có thể tiếp xúc trực tiếp với vật liệu nguy hiểm) sẽ đạt tới, kể cả trong tình trạng khắc nghiệt nhất như: động cơ bị quá tải, cháy cuộn dây, hoặc kẹt rotor.

Nhiệt độ T-code của động cơ bắt buộc phải thấp hơn Nhiệt độ tự bốc cháy (AIT) của vật liệu tại hiện trường. Một số T-code phổ biến:

• T2A: 280°C (536°F)

• T3: 200°C (392°F)

• T4: 135°C (275°F)

• T5: 100°C (212°F) (Nhiệt độ T-code càng lớn, giới hạn nhiệt độ cho phép bề mặt động cơ càng thấp, đồng nghĩa với việc động cơ đó càng an toàn cho môi trường cực kỳ nhạy cảm với nhiệt).

Động cơ điện phòng nổ (Explosion Proof Motor) hoạt động theo nguyên lý nào?

Động cơ phòng nổ (Explosion-proof motors) là yêu cầu bắt buộc đối với các địa điểm thuộc Class I, Division I. Nguyên lý hoạt động của chúng rất đặc biệt: Chúng không được thiết kế để ngăn chặn 100% khí dễ cháy lọt vào bên trong. Thay vào đó, chúng được thiết kế để chứa và cô lập một vụ nổ nội bộ (nếu có khí lọt vào và bị tia lửa điện bên trong làm nổ) sao cho vụ nổ này không lan ra môi trường xung quanh.

Để làm được điều này, động cơ phòng nổ có kết cấu vỏ cực dày và cứng để chịu áp lực. Khi vụ nổ xảy ra bên trong, khí nóng sẽ bị ép thoát ra ngoài qua các khe hở này. Quá trình di chuyển qua đường dẫn lửa hẹp sẽ làm nguội khí gas đang cháy xuống mức nhiệt độ an toàn (dưới mức AIT của môi trường) trước khi chúng thoát ra ngoài bầu không khí của nhà máy.

Động cơ sử dụng cho khu vực Division II và Động cơ chống đánh lửa do bụi có gì khác biệt?

• Đối với khu vực Division II: Động cơ sử dụng thường là loại TEFC (Tản nhiệt bằng quạt hoàn toàn kín) thông thường để sử dụng trong khu vực Div II. Chúng phải có bảng tên thứ cấp ghi rõ xếp hạng Class/Division/Group và T-Code.

• Động cơ chống đánh lửa do bụi (Dust-Ignition Proof Motors): Dành riêng cho khu vực Class II, nơi vật liệu nguy hiểm là bụi lơ lửng. Khác với động cơ phòng nổ khí, loại động cơ này được thiết kế với các vòng bi và ron làm kín (seals) cực kỳ khít để ngăn chặn hoàn toàn việc bụi xâm nhập vào bên trong động cơ. Một lưu ý cốt lõi là việc xác định T-code cho động cơ Class II rất quan trọng, bởi vì khi hoạt động, bụi dễ cháy thường bám thành một lớp dày trên vỏ động cơ. Lớp bụi này đóng vai trò như một lớp cách nhiệt, ngăn động cơ tản nhiệt và làm tăng nhiệt độ bề mặt của động cơ một cách nguy hiểm.

Có thể sử dụng Biến tần (VFD) cho động cơ trong khu vực nguy hiểm không?

Bộ truyền động tần số thay đổi (VFD - Biến tần) cho phép kiểm soát tốc độ của động cơ xoay chiều AC rất hiệu quả. Tuy nhiên, việc sử dụng VFD trong môi trường nguy hiểm đặt ra những thách thức lớn.

Thứ nhất, VFD tạo ra các sóng hài (harmonic frequencies) trong cuộn dây động cơ, sinh ra lượng nhiệt dư thừa đáng kể bên trong. Thứ hai, khi VFD điều khiển động cơ chạy ở tốc độ thấp hơn tốc độ định mức, quạt làm mát gắn trên trục cũng sẽ quay chậm lại. Điều này làm giảm nghiêm trọng khả năng tản nhiệt của động cơ, khiến bề mặt vỏ nóng lên nhanh chóng.

Giải pháp bắt buộc là phải sử dụng các loại Động cơ phòng nổ chịu biến tần (Explosion Proof Inverter Duty Motors). Những động cơ này được thiết kế đặc biệt (thường có thêm quạt cưỡng bức độc lập hoặc cấp cách điện cao hơn) để giảm thiểu tác động làm nóng này. Xin lưu ý rằng, ngay cả khi là động cơ Inverter Duty, chúng vẫn phải đáp ứng đầy đủ các xếp hạng Division, Class, Group và T-code của khu vực lắp đặt, đồng thời nhà sản xuất phải ghi rõ trên nhãn mác là "Rated for VFD use" (Được định mức sử dụng với biến tần).

Liên Hệ Tư Vấn Kỹ Thuật Chuyên Sâu Cùng Kỹ Thuật Năng Lượng

Việc phân loại và chọn lựa chính xác một hệ thống động cơ điện an toàn chống cháy nổ không chỉ là vấn đề về hiệu suất vận hành, mà còn là yếu tố sống còn để bảo vệ tính mạng con người và tài sản của toàn bộ nhà máy. Một sai lầm nhỏ trong việc xác định Class, Group hay mã T-Code cũng có thể dẫn đến những thảm họa không thể lường trước.

Xem thêm: https://enertechvn.com/detail/motor-phong-chong-chay-no-enertech-chinh-hang-gia-tot-nhat-256.html

Nếu bạn đang gặp khó khăn trong việc đánh giá mức độ nguy hiểm của nhà máy, cần chuyển đổi hệ thống điện, hoặc đang tìm kiếm các dòng động cơ phòng nổ (Explosion-proof motors), động cơ chống bụi cháy, hay động cơ chuyên dụng cho biến tần đạt chuẩn quốc tế, hãy để Kỹ Thuật Năng Lượng đồng hành cùng bạn. 

Địa chỉ: Tòa nhà EverRich I, 968 đường 3/2, Phường Hòa Hưng, TP.HCM

Hotline: 0902 477 357

Website: https://enertechvn.com/

Email: contact@enertechvn.com

Facebook: https://www.facebook.com/enertechvn