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危険環境(粉塵環境)向けの高度なインラインプロセスセンサー

プロセスの最適化と安全性の確保

    1. 厳しい環境におけるプロセスの卓越性

    可燃性粉塵、ガス、蒸気などの可燃性物質が存在する産業では、プロセス効率を維持しながら操業安全性を確保することが最も重要です。危険な環境では、正確で信頼性の高いデータを提供するだけでなく、厳しい防爆要件を満たす計測機器が求められます。

    Rheonics は、産業界のオペレーションを安全かつ効果的に最適化するための最先端のインラインプロセス監視ソリューションの提供に尽力しています。当社の防爆認証センサーは、本質安全の原理に基づき、危険区域内のプロセスにシームレスに統合できるように設計されており、発火源の防止とプラント全体の安全性向上に貢献します。

    この文書では、特に粉塵爆発の危険性がある危険な環境がもたらす課題の概要を示し、 Rheonics' 本質的に安全なインライン粘度計と密度計は、これらの重要なアプリケーションにおける信頼性とコンプライアンスを考慮して設計されています。

    2. 危険(粉塵)環境の理解

    2.1. 粉塵爆発の性質

    粉塵爆発とは、密閉空間または半密閉空間において、空気中に浮遊する微粒子が急速に燃焼することです。可燃性粉塵が十分な濃度で拡散し、発火源と接触すると、爆発につながる可能性があります。多くの有機物、合成物質、金属が可燃性粉塵を形成する可能性があります。

    粉塵爆発が発生するには、次の 5 つの条件が満たされる必要があります。

    1. 可燃性粉塵: 物質自体が燃焼可能である必要があります。粒子径が0.5mm未満の可燃性粉塵の場合、最小爆発濃度(MEC)を超える濃度で粉塵が空気中に拡散すると爆発が発生する可能性があります。MECとは、粉塵雲が発火して爆発を伝播できる最低濃度(通常は1立方メートルあたりのグラム数で測定)です。ガスとは異なり、可燃性粉塵には通常、上限爆発限界(UEL)は定義されていません。これは、非常に高い濃度になると粉塵雲の拡散が阻害され、燃焼を維持するのに十分な酸素が供給されなくなるためです。

    材料MEC(g/m³)明確化
    穀物の粉塵125爆発性が高く、農業でよく見られる
    炭塵30非常に微細な石炭粉塵は爆発する可能性がある
    小麦粉60工場における広く知られている爆発の危険性
    シュガー125細かい粉砂糖は非常に爆発しやすい
    アルミニウム粉塵100反応性の高い金属粉塵
    下水汚泥250乾燥度と組成によって異なります

    表1. 最小爆発濃度

    表の値は参考値として使用されるものであり、エンド ユーザーはアプリケーションに対する実際の MEC を確認する必要があります。 爆発基準 使用することをお勧めします 特定のダストの測定値保護システムを設計する際には、一般的なものだけでなく、

    1. 分散: 塵粒子は十分な濃度で空気中に浮遊している必要があります。

    図1. 塵の拡散
    図1. 塵の拡散
    1. 酸素: 燃焼を促進するには空気(または別の酸化剤)が存在している必要があります。

    2. 発火源: 拡散した粉塵雲を発火させるのに十分なエネルギー (例: 火花、高温の表面、静電気)。

    3. 封じ込め: 圧力が蓄積される可能性のある囲いまたは限られた空間。

    これらの要素のいずれか1つを除去することで、粉塵爆発を防ぐことができます。これらの領域で使用する機器は、発火源とならないよう設計する必要があります。

    図2. 粉塵爆発五角形
    図2. 粉塵爆発五角形

    2.2. 可燃性粉塵はどこにありますか?

    可燃性粉塵は、驚くほど幅広い産業やプロセスにおいて危険物となります。可燃性物質から微細で乾燥した粒子状物質を生成または取り扱うあらゆる活動は、リスクをもたらす可能性があります。

    粉塵の危険性がある産業:

    農業

    穀物倉庫、飼料工場、製粉工場(穀物、小麦粉、砂糖、飼料の取り扱い)。

    食品加工

    砂糖精製、スパイス粉砕、粉乳製造、コーヒー・ココア加工、デンプン製造。

    木材加工

    製材所、家具製造、製紙(おがくず、木粉)。

    金属加工

    アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉄などの金属の研削、研磨、バフ掛け。

    化学製造

    医薬品、農薬、プラスチック、樹脂、各種粉末化学薬品の製造。

    錠剤などの医薬品製造

    錠剤の圧縮、粉末の混合、取り扱い。

    プラスチックおよびゴム製造

    プラスチックおよびゴム粉末の粉砕、成形、および取り扱い。

    繊維

    綿、麻、合成繊維の加工。

    鉱業および鉱物

    石炭の採掘、特定の鉱石の加工。

    発電

    石炭火力発電所(石炭粉塵)

    リサイクル事業

    紙、プラスチック、木材の加工

    粉塵を発生させる一般的なプロセス:

    粉砕、破砕、微粉砕
    研磨、切断、鋸引き
    搬送・輸送(ベルトコンベア、空気圧システム)
    粉末の混合とブレンド
    ふるい分けと選別
    充填、袋詰め、包装作業
    乾燥プロセス
    研磨ブラスト

    可燃性粉塵の種類:

    有機粉塵

    木材、小麦粉、穀物、砂糖、デンプン、スパイス、お茶、タバコ、綿、紙。

    合成有機粉塵

    プラスチック(フェノール樹脂、ポリエチレンなど)、ゴム、農薬、医薬品。

    金属粉塵

    アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉄、青銅、チタン。

    石炭および炭素質粉塵

    石炭、木炭、カーボンブラック。

    2.3. 粉塵爆発性に影響を与える主な要因

    「粉塵爆発ペンタゴン」は必要な条件を概説していますが、粉塵自体とその周囲の環境のいくつかの特性が爆発の発生確率と重大性に大きく影響します。これらの要因を理解することは、リスク評価と効果的な安全対策の実施に不可欠です。

    特性説明と意義爆発性への影響
    粒子のサイズと形状粒子が小さい(500µm未満)ほど表面積が大きくなり、燃焼速度が速くなります。これらの微粒子は質量に対して表面積が大きいため、空気中での反応性が高く、発火して燃焼が速くなります。

    薄片状または繊維状の形状もリスクを高める可能性があります。
    より小さい/細かい粒子 = より高いリスクと重症度
    水分含量乾燥した粉塵は拡散しやすく、発火しやすくなります。水分は粒子を結合させ、熱を吸収します。湿度が低い = リスクが高い
    最小爆発性濃度(MEC)空気中の粉塵濃度の最小値。炎が伝播できる濃度。これより低いと、濃度が薄すぎて爆発しない。MECが低い = リスクが高い(爆発に必要な粉塵が少ない)
    最小点火エネルギー(MIE)最適な条件で塵の雲を点火するために必要な最小のエネルギー (mJ 単位)。MIEが低い = リスクが高い(発火しやすい)
    Kst値(爆燃指数)試験爆発における圧力上昇率(bar·m/s)を測定します。粉塵の分類(St 0~St 3)に使用されます。Kstが高いほど爆発が激しくなる
    Pmax(最大爆発圧力)最適な粉塵と空気の混合気の爆発時に発生する最大圧力。通気口と封じ込めの設計に重要です。Pmaxが高いほど破壊力は増す
    塵雲(MIT雲)の発火温度塵の雲が熱い表面と接触して発火する最低温度 (°C)。

    2.4. 粉塵雰囲気の危険区域分類

    危険区域は、爆発性雰囲気が存在する可能性に基づいてゾーンに分類されます。可燃性粉塵の場合、一般的な分類( IEC 標準は次のとおりです。

    ゾーン 詳細説明 爆発性粉塵大気の可能性
    ゾーン20爆発性粉塵雰囲気が存在する 連続的に、用 長期間または 頻繁に.すごく高い
    ゾーン21爆発性粉塵雰囲気は 可能性が高い 発生する 時々正常に動作する.ハイ
    ゾーン22爆発性粉塵雰囲気は ありそうにない 通常の動作で発生する。発生したとしても、短時間である。ロー
    図3. ダスト大気のゾーニング
    図3. ダスト大気のゾーニング

    2.5. 機器保護レベル(EPL)

    危険区域で使用することを目的とした機器には、さまざまなゾーンへの適合性を示す機器保護レベル (EPL) が割り当てられます。

    EPL適切なゾーン保護レベル
    Daゾーン20すごく高い
    Dbゾーン21ハイ
    Dcゾーン22強化された

    2.6. 爆発防止の原則

    危険区域における機器の安全性を確保するために、いくつかの保護技術が使用されています。 Rheonics センサーの主な方法は 本質安全(「Ex i」).

    本質安全(Ex i)

    この保護コンセプトは、障害状態(短絡やコンポーネントの故障など)でも、機器とその配線内の電気エネルギー(電圧と電流)と熱エネルギーを、特定の危険な雰囲気を発火させる可能性のあるレベル以下に制限します。

    保護レベル

    「エクス・イア」 2 つの独立した障害によって安全性が維持されるため、ゾーン 0 (ガス) またはゾーン 20 (粉塵) に適した非常に高いレベルの保護を提供します。

    「例:ib」 高いレベルの保護を提供し、ゾーン 1 (ガス) またはゾーン 21 (粉塵) に適しており、1 つの障害でも安全性を維持します。

    Rheonics 用途

    Rheonics センサーは主に「Ex ia」の認定を受けており、あらゆる危険場所(ゾーン 0/20)での展開に適しています。

    認定

    Rheonics センサーは認証を取得しています ATEX (2014/34/EU) および IECEx に準拠しており、爆発性雰囲気での使用に関する国際安全基準への準拠を保証します。 Rheonics JPEx(日本Ex)および韓国(KCs)の認定も取得しています。

    製品の導入

    本質安全防爆を実現するには、通常、ツェナーダイオードバリアやガルバニック分離バリアといった認証済みの関連機器の使用が必要です。これらのバリアは安全区域に設置され、危険区域内のセンサーに供給されるエネルギーを厳密に制御します。これらのバリアの適切な配線トポロジと適切な接地は、完全な適合性と安全性を備えた本質安全防爆システムを実現するために不可欠です。

    その他の一般的な保護方法には、耐圧防爆エンクロージャ(「Ex d」)、安全増防爆(「Ex e」)、カプセル化(「Ex m」)などがあり、それぞれ特定の原理と用途があります。

    保護方法原則ゾーン適合性粘度/密度の応用コンテキスト粉塵環境における典型的な使用例主な利点
    囲いによる保護(Ex t)防塵筐体 (IP6X) により粉塵の侵入を防ぎ、表面温度を制御して粉塵の発火を防止します。ゾーン20 / 21 / 22囲いに最適 Rheonics 埃の多い場所に設置するトランスミッター。梱包、粉砕、粉体処理などの作業において電子機器を保護します。食品、穀物、医薬品、化学薬品など、空気中の粉塵が一定または頻繁に発生する場所で使用されます。シンプルで頑丈、防塵性に優れています。
    本質安全(Ex i)回路内の電気エネルギーと熱エネルギーを制限し、故障時でも発火を防止します。ゾーン20(Ex ia)、ゾーン21(Ex ib)Rheonics SRV/SRD センサーは Ex ia 保護を使用しているため、微粉末のあるリアクター、サイロ、パイプライン内でも安全に使用できます。懸濁物質を含む液体や溶媒蒸発中のインライン粘度/密度モニタリングに最適安全性が高く、ライブサービスが可能です。
    加圧(Ex pD)筐体内部のわずかな過圧により、埃の侵入を防ぎます。通常は電源投入前にパージされます。ゾーン21/22缶ハウス標準 Rheonics パネル内のトランスミッターまたはコンバータ。パージコントローラが必要です。大型の電気キャビネットやバッチ混合システムの制御パネルで使用されます。非Exコンポーネントの使用を許可します。
    カプセル化(例 m)重要な電子機器は、大気から隔離するために複合的に密封されています。ゾーン21/22ほこりの多い場所にある小型インターフェース モジュールや信号コンディショナーを保護できます。密閉された埃っぽい容器内の小型送信機やカスタム電子機器に使用されます。コンパクトで保護力に優れています。
    粉塵防爆(DIP)密閉された筐体により、内部の発火が外部の粉塵雰囲気に引火するのを防ぎます。クラス II、ディビジョン 1/2 (NFPA/NEC)Ex t に相当。北米のセンサー電子機器用 NEMA 9 エンクロージャで使用されます。穀物倉庫、木材粉塵、製粉所。サイロ内にインライン密度センサーが設置されていることが多い。北米のコードで認識されます。
    安全性の向上(例 e)通常の動作では火花や高温は発生しません。アークや火花を発生させる可能性のある部品には使用しないでください。ゾーン21/22ジャンクションボックスや端子台に使用できます Rheonics 安全な二次的な場所にあるセンサー。低エネルギー接続が維持されるパッシブ機器に最適です。低コスト、シンプルなデザイン。
    NEMAタイプ9粉塵環境における筐体に関する北米規格。内部の発火が外部の粉塵に伝わるのを防ぎます。クラス II、ディビジョン 1防爆ケースが必要なセンサートランスミッターまたはコンバーター用のエンクロージャータイプ。粉塵の多い食品や飲料、プラスチック添加物のプロセスに適しています。UL/CSA 認定の防塵エンクロージャ。
    耐炎性(Ex d)内部で爆発を抑制し、外部の粉塵やガス雰囲気の発火を防止します。主にガス用(粉塵には制限あり)ほこりがたまることにより通気と冷却に問題が生じるため、ほこりの多い環境での直接使用は推奨されません。防塵筐体と組み合わせることもできますが、ほこりの多い場所での粘度/密度アプリケーションにはほとんど使用されません。強力な物理防御、ガススーツ。
    NEMAタイプ10鉱山安全のための筐体 - 内部で爆発を抑制します。鉱業特有の使用しない Rheonics センサー。高負荷の採掘コントローラに適しています。地下の石炭採掘現場や可燃性の岩石粉塵が発生する地域向けに設計されています。採掘認定済み。

    3. Rheonics ソリューション: 本質的に安全なインラインプロセスモニタリング

    Rheonics 革新的な流体センシング技術を専門とするインライン粘度計(SRV)および密度・粘度計(SRD) は、厳しいプロセス条件に合わせて設計されており、世界的な Ex 認証を取得しているため、さまざまな業界の危険な環境での導入に最適です。

    主な利点 Rheonics Ex認証センサー:

    本質安全防爆

    「Ex ia」認定を取得しており、安全手順に従って設置した場合、ゾーン 0、1、2 (ガス/蒸気) およびゾーン 20、21、22 (粉塵) での使用において最高レベルの安全性を保証します。

    リアルタイムデータ

    正確なプロセス制御のために、重要な流体特性 (粘度、密度、温度) を継続的に監視します。

    ロバストデザイン

    接液部はすべて金属製(通常は 316L ステンレス鋼またはハステロイ C22)で、密閉されており、可動部品がないため、長寿命でメンテナンスが最小限で済みます。

    正確かつ信頼性の高い

    特許取得済みのバランス共振器技術により、流れ、振動、取り付け方向の影響を受けない、安定した再現性のある測定が可能になります。

    汎用性の高いインストール

    さまざまなプロセス継手 (ねじ式、フランジ式、サニタリー式) を備えたコンパクトな設計で、新規または既存のパイプラインとタンクに簡単に統合できます。

    グローバル認証

    ATEX、IECEx、およびその他の地域認証(KC、JPEx など)を取得して、世界中で受け入れられるようにします。

    4. Rheonics 防爆認証センサーポートフォリオ

    4.1. Rheonics SRV – インライン粘度計

    その SRV リアルタイムの粘度と温度測定を提供する堅牢で信頼性の高いインライン プロセス粘度計です。

    SRV-3 / 4 "NPT-印刷、コーティング、食品、混合、粉砕用途向けのインラインプロセス粘度センサー
    図4. 粘度計SRV NPT 3/4

    動作原理

    特許取得済みの対称バランス型ねじり共振器を採用しています。共振要素に対する流体の粘性抵抗を測定し、そこから動粘度を計算します。 Pt1000 センサーは正確な温度を読み取ります。

    主な特長:

    • 連続的かつリアルタイムの粘度測定。
    • 高精度温度測定機能内蔵(Pt1000).
    • 可動部品、シール、ベアリングがないため、実質的にメンテナンスは不要です。
    • 流量、乱流、振動の影響を受けません。
    • 幅広い粘度範囲。
    • コンパクトで設置が簡単。
    • さまざまなプロセス接続が利用可能です。
    値/範囲我が軍の部隊数
    粘度範囲例: 0.1~50,000以上(具体的なモデルについてはお問い合わせください)cP
    温度範囲例:-40~+300(特定のモデルを参照)℃で
    圧力範囲例:最大500(特定のモデルについてはお問い合わせください)バー
    接液材料316Lステンレス鋼、ハステロイC22(オプション) -
    プロセス接続NPT、フランジ、 Tri-Clampなど(オプション) -
    Ex認証ATEX、IECEx(Ex ia) -
    Ex認証(標準)

    ATEx

    ATEX: II 1 G Ex ia IIC/IIB/ⅡA T6 … T1 GaまたはII 1 D Ex ia IIIC T200 85°C … 435°C Da

    IECEx

    IECEx: 例 ia IIC/IIB/ⅡA T6 … T1 GaまたはEx ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da

    • JPEx: エクシア IIC/IIB/ⅡA T6 … T1 GaまたはEx ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da(日本防爆認証)
    • KC: エクシア IIIC T200 85 °C…435 °C Da(韓国防爆認証)
    • ゾーン適合性:
      • ゾーン0、1、2 (ガス、蒸気)
      • ゾーン20、21、22 (ほこり)

    食品加工

    粉体(小麦粉、砂糖、粉乳)を扱う場合の生地粘度、菓子コーティング、乳製品の粘稠度を監視します。

    錠剤などの医薬品製造

    造粒、コーティングプロセス、粉末物質を含む API 製造。

    化学成分

    重合、樹脂製造、粉末触媒または添加剤の取り扱い。

    塗料とコーティング

    顔料や充填剤が存在する混合段階および塗布段階での粘度を監視します。

    鉱業および鉱物

    微細鉱物粉塵が発生するスラリーの粘度制御。

    パルプ & 紙

    キッチンのコーティング、澱粉の準備。

    4.2. Rheonics SRD – インライン密度・粘度計

    その SRD の機能を拡張します SRV 密度、粘度、温度を同時にインラインで測定します。

    図5. 粘度計SRD NPT 3/4

    動作原理

    に似て SRV SRD 特許取得のバランス型ねじり共振器を採用しています。高度なアルゴリズムが流体中の共振器の挙動を分析し、埋め込まれたセンサから密度と粘度、そして温度を独立して測定します。 Pt1000.

    主な特長:

    • 密度、粘度(動的および運動学的)、温度を同時にリアルタイムで測定します。
    • SRVのすべての機能(堅牢性、可動部品がないこと、精度など)を備えています。唯一の違いは粘度範囲です。
    • 濃度測定、品質管理、位相検出に重要なデータを提供します。
    • 密度と粘度の幅広い動作範囲。
    値/範囲我が軍の部隊数
    密度範囲例:0~4(特定のモデルを参照してください)g / cc
    粘度範囲例: 0.1~10,000以上(具体的なモデルについてはお問い合わせください)cP
    温度範囲例:-40~+300(特定のモデルを参照)℃で
    圧力範囲例:最大500(特定のモデルについてはお問い合わせください)バー
    接液材料316Lステンレス鋼、ハステロイC22(オプション) -
    プロセス接続NPT、フランジ、 Tri-Clampなど(オプション) -
    Ex認証ATEX、IECEx(Ex ia) -
    Ex認証(標準)

    ATEx

    ATEX: II 1 G Ex ia IIC/IIB/ⅡA T6 … T1 GaまたはII 1 D Ex ia IIIC T200 85°C … 435°C Da

    IECEx

    IECEx: 例 ia IIC/IIB/ⅡA T6 … T1 GaまたはEx ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da

    ゾーン適合性:

    • ゾーン0、1、2 (ガス、蒸気)
    • ゾーン20、21、22 (ほこり)

    食品加工

    粉ミルクの再構成、砂糖の溶解、密度が濃度を示す成分の混合。

    化学成分

    粉末原料が使用される場合の溶液の濃度、反応終点、および製品の品質を監視します。

    鉱業および鉱物

    スラリーの密度と粘度は、輸送と処理を最適化するために使用されます。

    建築材料

    セメントスラリーの粘稠度、コンクリート製造における添加剤。

    農業

    飼料混合の一貫性、肥料生産の監視。

    5. 安全性の確保:設計、品質、コンプライアンス

    Rheonics は、製品の安全性と品質の最高基準に尽力しています。

    • 設計による本質的な安全性: 当社の防爆認証センサーは、本質安全原則に基づいて根本から設計されています。これには、部品の慎重な選定、エネルギーを制限する回路設計、そして故障を防ぐ堅牢な構造が含まれます。
    • 品質管理: Rheonics 認定された品質管理システム(例:ISO 9001)に基づいて運営され、一貫した製品品質と継続的な改善を保証します。
    • 規格への準拠: 当社のセンサーは、以下の危険区域機器に関する国際規格および地域規格に準拠していることが認定機関(TÜV Rheinland など)によって厳密にテストおよび認定されています。
      • ATEX 指令2014 / 34 / EU
      • IECExスキーム(例: IEC 60079シリーズ)
    • 卓越した製造: 厳格な製造プロセスと品質管理チェックにより、すべてのセンサーが認定仕様を満たしていることが保証されます。

    6. 危険区域における設置と保守

    Ex 認定機器の安全性と性能を維持するには、適切な設置が不可欠です。

    図6. 本質安全設置 Rheonics インライン粘度計SRV
    図6. 本質安全設置 Rheonics インライン粘度計SRV
    図7. 本質安全設置 Rheonics インライン粘度計SRD。
    図6. 本質安全設置 Rheonics インライン粘度計SRV図7. 本質安全設置 Rheonics インライン粘度計SRD。
    • マニュアルの遵守:常にインストールする Rheonics 提供された Ex 設置および本質安全マニュアル、および関連する国/地域の実施規則に厳密に従う、Ex 認定センサー。
    • Zenerバリア/ガルバニックアイソレータ:本質的に安全な回路では、安全区域内のセンサー(危険区域内)とそれに関連する電子機器(SME – センサーモジュールエレクトロニクス)。これらのデバイスは、危険区域に伝達される可能性のあるエネルギーを制限します。
    • ケーブル配線と接地: ケーブル配線(タイプ、分離など)および接地に関する特定の要件に従う必要があります。
    • 低メンテナンス: 可動部品がなく、頑丈な構造のため、 Rheonics SRV (NAIST) と SRD センサーのメンテナンスは最小限で済むため、危険区域への介入の必要性が軽減されます。通常は、定期的な目視検査とループの整合性の検証で十分です。

    7.サービスとサポート

    Rheonics 当社は、初期コンサルティング、センサー選定、設置ガイダンス、そしてアフターサービスに至るまで、お客様に包括的なサポートを提供しています。当社の専門家チームは、アプリケーションに関するご質問にお答えし、お客様の特定のプロセス環境において当社のセンサーが最適なパフォーマンスを発揮できるようサポートいたします。

    8。 約 Rheonics

    Rheonics は、革新的なインライン粘度計および密度計の開発・製造におけるグローバルリーダーです。私たちの使命は、効率性、品質、そして安全性を向上させる、信頼性と精度の高い流体センシングソリューションを産業界に提供することです。研究開発に重点を置き、世界中のお客様の進化するニーズに応える最先端技術の提供に常に努めています。

    9。 連絡 Rheonics

    詳細については、 Rheonics 危険な環境向けの防爆認証センサーおよびソリューションについては、お問い合わせください。

    Rheonics 株式会社

    スイス・モントルー店

    Rheonics (株)

    USA

    免責事項

    この文書は情報提供のみを目的としています。必ず公式ウェブサイトをご参照ください。 Rheonics 製品をインストールまたは使用する前に、特定の技術詳細、安全に関する指示、承認された動作条件について、製品ドキュメント、証明書、およびインストールマニュアルを参照してください。 Rheonics 危険な環境で製品を使用しないでください。適用されるすべての地方および国の安全規制を遵守することは、ユーザーの責任です。

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