Explosieveilige verwarming
Explosieveilige verwarming begint niet bij een product maar bij vijf gegevens: de zone waarin het element komt te staan, de gas- of stofgroep, de vereiste temperatuurklasse, het medium en de vermogensbehoefte. Zolang die vijf niet vastliggen, is elke productkeuze een gok. Hieronder zetten we ze op een rij, in de volgorde waarin het in de praktijk misgaat. Rokoma levert de verwarmingselementen en de regeltechniek waarop zo'n toepassing wordt gedimensioneerd, en denkt mee over de uitvoering die bij jouw procescondities past.
Wat is explosieveilige verwarming?
Explosieveilige verwarming is elektrische verwarmingsapparatuur die in een potentieel explosieve atmosfeer geen ontstekingsbron vormt, ook niet onder de storingscondities die de norm voorschrijft. De juridische basis is ATEX-richtlijn 2014/34/EU, de technische invulling ligt in de normenreeks EN IEC 60079.
Het gaat om een complete uitvoering en niet om een los onderdeel. Bij gewone verwarmingselementen ligt de nadruk op het element zelf, terwijl bij een Ex-uitvoering het element, de aansluitruimte en de temperatuurbewaking samen gecertificeerd worden.
Vervang je daar één component in, dan vervalt de typekeuring. Let daarbij ook op het verschil met de beschermingsgraad: IP66 zegt dat een behuizing stofdicht is en tegen waterstralen kan, en dus niets over explosieveiligheid.
Wanneer is ATEX-verwarming verplicht?
ATEX-verwarming is verplicht zodra het verwarmingselement in een als explosiegevaarlijk aangemerkte zone staat. Sinds 1 juli 2003 moet alle apparatuur voor die zones aan de richtlijn voldoen. Wat daarbij vaak misgaat, is dat er twee richtlijnen zijn met twee verschillende eigenaren.
- ATEX 114: richtlijn 2014/34/EU, gericht op het product. Dit is de verantwoordelijkheid van de fabrikant, die de certificering regelt en de markering aanbrengt.
- ATEX 153: richtlijn 1999/92/EG, gericht op de werkplek. Dit is de verantwoordelijkheid van de werkgever: de zone-indeling, de inventarisatie van ontstekingsbronnen en een explosieveiligheidsdocument als onderdeel van de RI&E.
De conclusie is onaangenaam maar belangrijk: een gecertificeerd apparaat kopen maakt je installatie niet automatisch conform. Zonder actuele zone-indeling weet je niet eens welk apparaat je nodig hebt.
In welke ATEX-zone komt het verwarmingselement te staan?
Het verwarmingselement komt te staan in de zone die op díe plek geldt, niet in de zone van de ruimte als geheel. Een hal kan grotendeels vrij zijn terwijl de ruimte rond een vat of pompaansluiting wel gezoneerd is.
Die indeling komt uit het explosieveiligheidsdocument van de installatie en wordt niet door de leverancier bepaald.
Welke zones gelden bij gasexplosiegevaar?
Bij gasexplosiegevaar gelden drie zones, ingedeeld naar hoe lang een ontvlambare atmosfeer aanwezig kan zijn. Het gaat daarbij om gassen, dampen en nevels.
- Zone 0: continu of gedurende lange perioden aanwezig.
- Zone 1: af en toe aanwezig onder normaal bedrijf.
- Zone 2: zelden aanwezig, en dan kortstondig.
Welke zones gelden bij stofexplosiegevaar?
Bij stofexplosiegevaar gelden eveneens drie zones, met dezelfde logica als bij gas. De stofgroepen lopen daarnaast van IIIA voor brandbare vezels via IIIB voor niet-geleidend stof naar IIIC voor geleidend stof.
- Zone 20: continu of gedurende lange perioden aanwezig.
- Zone 21: af en toe aanwezig onder normaal bedrijf.
- Zone 22: zelden aanwezig, en dan kortstondig.
Welke apparaatcategorie hoort bij welke zone?
Bij elke zone hoort een apparaatcategorie met een eigen foutbestendigheid. Zone 0 en 20 vragen categorie 1 met EPL Ga of Da, veilig bij twee onafhankelijke fouten. Zone 1 en 21 vragen categorie 2 met EPL Gb of Db, veilig bij één te verwachten storing.
Zone 2 en 22 vragen categorie 3 met EPL Gc of Dc, veilig bij normaal bedrijf. Categorie 3 in zone 1 plaatsen is een overtreding, en een van de afwijkingen die bij inspectie het vaakst opduikt.
Let daarnaast op de gasgroep. Een apparaat gecertificeerd voor IIC dekt ook IIA en IIB, maar een IIB-apparaat mag niet in een omgeving met waterstof of acetyleen.
Wat zegt de temperatuurklasse over een Ex-heater?
De temperatuurklasse zegt welke maximale oppervlaktetemperatuur een Ex-heater mag bereiken, zodat het medium in de omgeving niet kan ontsteken. De reeks loopt van T1 tot T6.
- T1: maximaal 450 °C.
- T2: maximaal 300 °C.
- T3: maximaal 200 °C.
- T4: maximaal 135 °C.
- T5: maximaal 100 °C.
- T6: maximaal 85 °C.
Een apparaat met T3 mag in een gebied dat als T1, T2 of T3 is geclassificeerd. De klassen gelden standaard bij een omgevingstemperatuur van -20 tot +40 °C, dus in een warme opstelling moet de uitvoering opnieuw beoordeeld worden.
Bij verwarming speelt er iets extra's. De temperatuurklasse van een verwarmingsmantel volgt uit de instelwaarde van de temperatuurbegrenzer: dezelfde mantel is T6, T5, T4 of T3, afhankelijk van waarop die begrenzer staat. De klasse zit dus niet in het element maar in de regeling eromheen.
Hoe bereken je de maximale oppervlaktetemperatuur bij stof?
De maximale oppervlaktetemperatuur bij stof bereken je langs twee grenzen, waarvan de laagste maatgevend is. Op de typeplaat staat dan geen T-klasse maar de werkelijke waarde, bijvoorbeeld T125°C.
- Stofwolk: tweederde van de minimale ontstekingstemperatuur van de wolk.
- Stoflaag: de ontstekingstemperatuur van een laag van 5 mm, verminderd met 75 K.
Ontsteekt de wolk bij 330 °C en de laag bij 300 °C, dan kom je uit op 220 °C en 225 °C, waarmee 220 °C de grens is. Bij lagen dikker dan 5 mm geldt extra verlaging.
Daarmee wordt housekeeping rond het element een veiligheidsmaatregel in plaats van een schoonmaakkwestie.
Waarom is het hete oppervlak hier de ontstekingsbron?
Het hete oppervlak is bij verwarming de ontstekingsbron omdat het de functie van het product is en geen bijverschijnsel. Bij vrijwel alle andere Ex-apparatuur is de vonk het probleem. Dat verandert de hele beoordeling.
De temperatuurklasse volgt namelijk niet uit de normale bedrijfstemperatuur, maar uit de hoogste mantel- of oppervlaktetemperatuur onder de storingscondities die de norm voorschrijft. Daarmee is de dimensionering van het element hier bepalender dan bij andere Ex-toepassingen.
Rokoma levert de elementen waarvan de manteltemperatuur en de oppervlaktebelasting per type vastliggen, plus de regeltechniek die die temperatuur bewaakt.
Hoe begrenst de watt-dichtheid de manteltemperatuur?
De watt-dichtheid begrenst de manteltemperatuur doordat ze bepaalt hoeveel vermogen er per oppervlakte-eenheid aan het medium wordt afgegeven. Hoe slechter het medium de warmte afvoert, hoe lager de toelaatbare belasting. Indicatief:
- Water en waterige oplossingen: circa 60 tot 80 W/in², door de goede warmteafvoer.
- Lichte oliën: circa 10 tot 20 W/in², omdat deze media bij hoge manteltemperatuur degraderen.
- Zware oliën en viskeuze media: circa 5 tot 10 W/in², om verkoking op de mantel te voorkomen.
Ter vergelijking de grenzen uit ons eigen assortiment. Een verwarmingspatroon gaat tot 40 W/cm² bij een manteltemperatuur tot 750 °C, een inschroefverwarmingselement zit op 5 tot 10 W/cm² bij maximaal 650 °C, en een neuselement blijft op 4,5 W/cm² in messing of 6,5 W/cm² in RVS.
Dat verschil komt door de toepassing, niet door het element. De pompbaarheid van het medium telt daarbij zwaar mee: een stilstaand medium voert warmte trager af dan een stromend medium, dus bij hetzelfde vermogen wordt de mantel heter. Reken deze waarden per toepassing na.
Waarom haalt droogloop de temperatuurklasse onderuit?
Droogloop haalt de temperatuurklasse onderuit omdat de instelwaarde van de begrenzer is vastgesteld voor een element dat ondergedompeld is en doorstroming heeft. Valt het niveau weg of stopt de doorstroming, dan loopt de manteltemperatuur op en verschuift de beoordeling naar de buitenoppervlaktetemperatuur van het apparaat.
De certificaatwaarde zegt op dat moment niets meer. Daarom is de begrenzer een aparte functie naast de regelaar.
In ons standaardassortiment zie je dat terug in de thermostaatuitvoeringen: regelen tot 85 °C met een begrenzer op 110 °C, regelen tot 110 °C met een begrenzer op 140 °C, of vorstbeveiliging die regelt tot 40 °C met een begrenzer op 76 °C.
De regelaar doet het proces, de begrenzer doet de veiligheid. In een Ex-uitvoering borgt die tweede functie de temperatuurklasse, waardoor de juiste temperatuurregelaars hier net zo bepalend zijn als het element zelf.
Staat de regelaar of de begrenzer binnen de zonegrens, dan moet dat apparaat bovendien zelf gecertificeerd zijn voor die zone. Een Ex-gecertificeerde mantel met een gewone regelaar ernaast levert geen conforme opstelling op.
Welke beschermingswijzen heeft een explosieveilige heater?
Een explosieveilige heater heeft vier beschermingswijzen die er in de praktijk toe doen. De beschermingswijze zegt hoe het apparaat voorkomt dat het zelf een ontstekingsbron wordt.
- Ex d: drukvaste omhulling, die een inwendige ontsteking opvangt zonder dat de vlam naar buiten slaat.
- Ex e: verhoogde veiligheid, waarbij vonken en te hoge temperaturen door de constructie worden uitgesloten.
- Ex de: de combinatie, met een drukvaste aansluitruimte op een verhoogd veilig element.
- Ex t: stofbescherming door omhulling en begrenzing van de oppervlaktetemperatuur, in de niveaus tb en tc.
Intrinsieke veiligheid, de bekende Ex ia en ib, werkt door het energieniveau te beperken. Voor verwarmingsvermogen kan dat per definitie niet, dus die wijze kom je alleen tegen op de meet- en signaalcircuits.
Een markering lees je van links naar rechts. In II 2 G Ex db IIC T3 Gb staat II voor bovengrondse industrie, 2 G voor categorie 2 in een gasomgeving, db voor de drukvaste omhulling, IIC voor de zwaarste gasgroep, T3 voor maximaal 200 °C en Gb voor het beschermingsniveau dat bij zone 1 hoort.
De stofvariant ziet er uit als II 2 D Ex tb IIIC T125°C Db. Uitvoeringen voor zone 1 en 2 worden doorgaans gecertificeerd volgens EN IEC 60079-0, 60079-1, 60079-7 en 60079-31.
Welke uitvoeringen kent atex industriele verwarming?
Atex industriele verwarming kent vijf uitvoeringen, en dat zijn montagevarianten en geen verschillende producten. Wat verschilt is hoe het element in of tegen het proces zit, en welke grens daardoor als eerste wordt bereikt.
Ex-inschroefelementen
Een Ex-inschroefelement wordt via schroefdraad in een tankwand of appendage geschroefd en verwarmt vloeibare of gasvormige media. De maatgevende grens is de oppervlaktebelasting: in de standaarduitvoering 5 tot 10 W/cm² bij maximaal 650 °C manteltemperatuur.
Mantelmateriaal is 1.4571, met corrosiebestendiger legeringen op aanvraag. Onze inschroefverwarmingselementen vormen de basis van zo'n uitvoering.
Ex-flensheaters
Een Ex-flensheater is een elementbundel die via een flens op een tank of vat wordt gebout, en daarmee een montagevariant van de dompeluitvoering. De maatgevende grens is de beschermingswijze, meestal Ex de met certificering voor zone 1 en 2.
Mechanisch speelt de lengte mee. Boven ongeveer 1.000 mm dompellengte zijn interne steunen nodig tegen doorbuiging en trillingsbreuk.
Ex-doorstroomheaters
Een Ex-doorstroomheater is een vat of buissectie met daarin een element waar het medium doorheen stroomt. Doorstroomheater, circulatieverwarmer en inline heater zijn hetzelfde apparaat; het circuitverschil bepaalt het benodigde vermogen, niet de productsoort.
Gedwongen convectie laat een hogere belasting toe dan een statisch medium, waardoor de begrenzing juist op het wegvallen van die doorstroming moet zijn ingericht. Rokoma levert de elementen en de regeltechniek die erin zitten, niet het complete toestel. [INTERNE LINK: /doorstroomverwarmer, nog niet live]
Ex-vatverwarmers
Een Ex-vatverwarmer is een verwarmingsmantel of bodemverwarmer om of onder een vat, bedoeld om een viskeus medium pompbaar te maken. De maatgevende grens is hier niet de zone maar het vatmateriaal: staal laat circa 180 tot 200 °C toe, kunststof blijft op circa 70 tot 80 °C steken.
Dezelfde opbouw ken je van onze vatverwarming in standaarduitvoering.
Ex-IBC-verwarmers
Een Ex-IBC-verwarmer is een verwarmingsmantel om een container van 1.000 liter, met dezelfde materiaalgrens als bij het vat. Kenmerkend is de dubbele sensoruitvoering: één sensor voor de procesregeling en één voor de hoge-limietbeveiliging.
De markering dekt daarbij zone 1 en 2 bij gas en 21 en 22 bij stof. Onze IBC verwarming werkt in standaarduitvoering volgens hetzelfde principe.
Hoe kies je de juiste explosieveilige verwarming?
De juiste explosieveilige verwarming kies je in een vaste volgorde, en die volgorde loopt langs de punten waar het in de praktijk misgaat.
- Bepaal de zone op de plek van het element, niet die van de ruimte. Die volgt uit het explosieveiligheidsdocument.
- Stel vast of het gasexplosiegevaar is, stofexplosiegevaar of allebei. Bij beide heb je een GD-uitvoering nodig.
- Bepaal de gas- of stofgroep. De gasgroep haal je uit het veiligheidsinformatieblad van het medium.
- Bereken de temperatuurklasse bij gas, of de maximale oppervlaktetemperatuur bij stof volgens de twee grenzen hierboven.
- Beschrijf het medium en of het statisch of stromend is. Hieruit volgt de toelaatbare watt-dichtheid en daarmee het benodigde elementoppervlak.
- Kies het mantelmateriaal op het medium. Corrosie verandert de warmteoverdracht en daarmee de manteltemperatuur.
- Leg de temperatuurbewaking vast, inclusief wat er gebeurt bij niveauverlies of wegvallende doorstroming.
- Controleer de omgevingstemperatuur tegen het bereik waarvoor de uitvoering is gecertificeerd.
Twee van de drie goed is hier geen gedeeltelijke conformiteit. Een heater met de juiste zone en gasgroep maar een te hoge temperatuurklasse mag niet geplaatst worden, en andersom geldt hetzelfde.
Bij leidingwerk en vorstbeveiliging speelt dezelfde afweging, alleen dan over de hele lengte van het traject.
Explosieveilige verwarming samenstellen met Rokoma
Wil je een explosieveilige verwarmingsoplossing laten uitwerken, houd dan vijf gegevens bij de hand: de zone op de plek van het element, de gas- of stofgroep, de vereiste temperatuurklasse, het medium met zijn procescondities en de vermogensbehoefte.
Daarmee denken we mee over het element, het mantelmateriaal, de vermogensverdeling en de bewaking eromheen. Je krijgt bij Rokoma meteen een technicus aan de lijn en geen verkoper.
Het merendeel van ons assortiment maken we op maat, al vanaf één stuk, en spoedlevering is mogelijk wanneer een lijn stilstaat. Leg je situatie voor via het contactformulier.
Veelgestelde vragen over explosieveilige verwarming
Hoe weet je of een verwarming echt explosieveilig is?
Je ziet of een verwarming explosieveilig is aan de Ex-markering op de typeplaat, niet aan de IP-klasse. Die markering noemt de apparaatgroep, de categorie, de beschermingswijze, de gas- of stofgroep, de temperatuurklasse en het beschermingsniveau. Ontbreekt die reeks, dan is het apparaat niet gecertificeerd voor een gezoneerde omgeving.
Wie bepaalt in welke ATEX-zone jouw installatie valt?
De werkgever bepaalt in welke ATEX-zone een installatie valt, via de zone-indeling in het explosieveiligheidsdocument dat onderdeel is van de RI&E. De leverancier van het verwarmingselement doet dat niet. Die indeling moet actueel zijn, want een gewijzigd proces of een ander medium kan de zonegrenzen verschuiven.
Moet de temperatuurregelaar ook ATEX-gecertificeerd zijn?
Ja, de temperatuurregelaar moet ook ATEX-gecertificeerd zijn wanneer hij binnen de zonegrens staat, en dat geldt net zo goed voor de temperatuurbegrenzer. Een gecertificeerde verwarmingsmantel met een gewone regelaar ernaast levert geen conforme opstelling op. Staat de regeling buiten de zone, dan gelden die eisen niet voor het regelpaneel zelf.
Kun je een bestaand element ombouwen naar een Ex-uitvoering?
Nee, een bestaand verwarmingselement ombouwen naar een Ex-uitvoering kan niet. De certificering geldt voor de complete uitvoering, inclusief de aansluitruimte en de temperatuurbewaking, en niet voor een los element. Zodra je daar een component in vervangt of toevoegt, vervalt de typekeuring en daarmee de conformiteit van de opstelling.
Tot welke temperatuur kun je een kunststof IBC verwarmen?
Een kunststof IBC kun je verwarmen tot circa 70 tot 80 °C, tegenover circa 180 tot 200 °C bij een stalen uitvoering. Het containermateriaal begrenst daarmee vaak harder dan de zone-eis. Reken dat na voordat je de temperatuurklasse als uitgangspunt neemt, want de mantel kan meer dan de container aankan.
Wat is het verschil tussen ATEX en IECEx?
Het verschil tussen ATEX en IECEx is het toepassingsgebied, niet de techniek. ATEX is de Europese richtlijn die binnen de EU verplicht is, IECEx is het internationale certificatiesysteem. Beide rusten op dezelfde IEC 60079-normen, en veel Ex-apparatuur draagt daarom zowel een ATEX- als een IECEx-certificaat.
Heb je gascertificering of stofcertificering nodig?
Welke certificering je nodig hebt, hangt af van het explosiegevaar ter plaatse. Apparatuur met een G in de markering dekt alleen gaszones, apparatuur met een D alleen stofzones. Komen beide gevaren voor, dan heb je een GD-uitvoering nodig, want een G-apparaat in een stofzone plaatsen is geen gedeeltelijke oplossing maar een afwijking.
Wie mag explosieveilige verwarming installeren en onderhouden?
Explosieveilige verwarming mag alleen door gekwalificeerd personeel worden geïnstalleerd en onderhouden. EN IEC 60079-14 stelt de eisen aan de installatie in een gezoneerde omgeving, EN IEC 60079-17 aan inspectie en onderhoud. De zone-indeling en de certificering van de apparatuur bepalen samen welke eisen in jouw situatie gelden.
Vraag het Emile
Denkt graag met je mee.
