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危険場所の分類がモーターの選択を決定する理由
化学工場、精油所、穀物ターミナル、塗装ブースに設置されているすべての回転機械は、馬力や速度とは関係のないリスク プロファイルの下で動作します。決定的な要因は、周囲の空気中に可燃性ガス、蒸気、または可燃性粉塵が存在するかどうか、およびその頻度がどの程度であるかです。分類システムは、そのリスクをエンジニア、検査官、機器メーカーがすべて同じように読める言語に翻訳するために存在します。そのため、カタログ仕様だけで防爆モーターが選択されることはありません。
北米では、国家電気法により危険区域がクラス I、II、III に分割され、さらに、危険物質が継続的に存在するか、異常な状態時にのみ存在するかに応じて、各クラスがディビジョン 1 またはディビジョン 2 に分割されます。他のほとんどの地域で使用される IEC および ATEX フレームワークでは、代わりにガスにはゾーン 0、1、および 2、粉塵にはゾーン 20、21、および 22 が使用されます。どちらのシステムも、火花や高温の表面が発生する瞬間に発火性混合物が存在する可能性はどのくらいあるのかという、同じ根本的な問題を説明しています。
| 分類システム | 継続的な危険 | 断続的な危険 | 状態異常のみ |
|---|---|---|---|
| NECクラスI | ディビジョン1 | ディビジョン1 | ディビジョン2 |
| IEC および ATEX ゾーン | ゾーン0 | ゾーン1 | ゾーン2 |
| 粉塵換算 | ゾーン20 | ゾーン21 | ゾーン22 |
ディビジョン 2 のポンプ室用に購入した危険場所用モーターは、たとえ両方の部屋で同じ溶媒を扱っていたとしても、ディビジョン 1 の混合容器の要件を満たすことはほとんどありません。ディビジョン 1 の機器は内部発火が外部大気に到達するのをまったく防ぐ必要があるのに対し、ディビジョン 2 の機器は発火性混合物がほとんど存在しないという前提に基づいて構築されているため、設計マージンが小さくなる可能性があるため、この区別は重要です。
モーターを防爆にするもの
防爆という用語は、工学サークル以外ではよく誤解されます。爆発によってモーターが損傷しないわけではありません。これは、内部の火花が筐体に入ったガスに点火した場合、その結果生じる炎と圧力が、ガスが逃げる前に周囲の大気の発火温度未満に冷却されるのに十分な時間筐体内に保持されることを意味します。これは、モーターフレームとエンドベルの間の慎重に機械加工された接合部である火炎経路によって達成されます。この接合部は、火炎前面を消火するのに十分な幅と長さを備えています。
3 つの広範な保護概念が危険場所のモーター カタログに繰り返し登場しており、それぞれが異なる方法で点火の問題を解決します。
- Ex d とマークされることが多い耐圧防爆エンクロージャは、内部爆発を防ぐというよりむしろ内部爆発を引き起こします。
- Ex e とマークされた安全性の向上により、火花部品が排除され、表面温度が制御されるため、そもそも点火が開始されません。
- Ex n とマークされた非火花または制限呼吸設計は、発火性混合物が発生する可能性が低いゾーン 2 エリア向けです。
以下のグラフは、各設計が発火源が存在する可能性をどの程度保守的に想定しているかに基づいて、4 つの一般的なモーター構造タイプの相対的な保護指数を比較しています。
モーター構造タイプ別の相対保護指数
これらの設計はどれも普遍的に正しいものではありません。ゾーン 2 の包装ラインでは、完全に耐燃性のフレームのコストと重量が必要になることはほとんどありませんが、ディビジョン 1 の溶剤回収ユニットでは、紙の上での価格差がどれほど魅力的に見えても、より軽量で安全性が向上したモーターを代替することはできません。
ギアボックス設計と防爆モーターをどのように統合するか
危険場所のモーターが単独で動作することはほとんどありません。コンベヤー、ミキサー、および撹拌機は通常、トルクの増大と速度の低減を必要とします。つまり、モーターは、機械的負荷と被駆動装置の領域分類の両方に適合するギアボックスと組み合わせる必要があります。ハウジングの材質、シャフトシールの設計、およびブリーザーの配置はすべて、組み合わせたユニットがモーター単独では決して作成できなかった新しい点火経路を導入しないように調整する必要があります。
直角設計は、モーターを飛沫ゾーンや狭い通路から離れた場所に取り付けることができるため、危険なプラントでは一般的です。あ スパイラルベベルギアボックス これらの直角ドライブには、スパイラル歯の形状が直線ベベル設計よりもゆっくりと噛み合うため、振動と、それに伴う締結具の緩みが長い負荷サイクルで起こるリスクが軽減されるため、このような直角ドライブがよく選択されます。振動が減少すると、出力シャフトでのシールの摩耗の可能性も低くなります。出力シャフトは、監視しないとほこりや蒸気が電気コンポーネントに向かって移動する可能性が最も一般的な箇所の 1 つです。
正しい組み合わせを選択することは、単一の仕様の検索ではなく、一連のプロセスです。以下のフローは、ほとんどのエンジニアリング チームがギアボックスを防爆電気モーターに適合させるときに従う順序の概要を示しています。
モーターとギアボックスの選択シーケンス
この順序でいずれかのステップをスキップすると、モーターの銘板定格とギアボックスの入力トルクの不一致として後で表面化する傾向があり、通常は単純な書類修正ではなく、費用のかかる現場交換が必要になります。
ATEX 認定とクラス I ディビジョン 1 防爆モーターの比較
ATEX 認定ギアモータとクラス I ディビジョン 1 防爆モータは、2 つの異なる規制枠組みを通じて同じ基本的な質問に答えており、基礎となるエンジニアリングが類似している場合でも、この 2 つは机上で自動的に互換性があるわけではありません。 ATEX 認証は欧州指令システムに基づいて構築されており、機器グループ、カテゴリ、ガスまたは防塵保護、温度クラス、および機器保護レベルを識別するコードを発行します。北米におけるクラス I ディビジョン 1 認証は、国内で認められた試験機関を通じて処理され、異なるマーキング形式が使用されますが、基礎となる火炎経路と温度の試験方法は大幅に重複しています。
標準モータと防爆モータの比較
外形は防爆モーターを表しています。内側の形状は、5 つの相対的な属性にわたってスケールされた標準的な産業用モーターを表しています。
| 属性 | ATEX 認定ギアモーター | クラス I ディビジョン 1 防爆 |
|---|---|---|
| 統治体 | EU指令に基づく通知機関 | 全国的に認められた検査機関 |
| マーキングスタイル | グループ、カテゴリ、ガスグループコード | クラス、部門、グループ文字 |
| 温度クラス | T1 ～ T6 定格 | T1 ～ T6 定格 |
| 一般的な使用地域 | ヨーロッパ、中東、アジアの一部 | 米国、カナダ |
機器を国際的に輸出する工場では、多くの場合、デュアル認定モーターを指定しているため、設計図面を複製することなく単一の設計で両方の市場に対応できます。これにより、施設が複数のサイトで危険場所でのモーターの購入を標準化している場合、調達のタイムラインが短縮されます。
投資とメンテナンスのコストを保護クラス間で比較する方法
防爆モーターの分類に関する予算の議論は購入価格のみに焦点を当てる傾向がありますが、より有益な比較は、機器のライフサイクル全体にわたる総所有コストに注目することです。以下の縦棒グラフは、クラス I ディビジョン 2 をベースラインとして使用した、5 つの保護クラスにわたる相対的な初期投資指数を示しています。
保護クラス別の相対初期投資指数
メンテナンス間隔は逆方向にシフトします。モーターと スパイラルベベルギアボックスes 最も厳しいゾーン向けに構築された製品は、密閉ベアリング、耐食性コーティング、および簡素化されたブリーザー設計を使用して設計されており、一般に必要な検査の間隔が延長され、複数年のサービス期間にわたる高い購入価格を部分的に相殺します。
5 年間の平均点検間隔の傾向
下の線は防爆定格機器を表します。上の線は、デューティ サイクルが累積するにつれてより頻繁な検査が必要となる標準的な産業用モーターを表しています。
工業用化学プラントのギアボックスとモーターが配置されている場所
工業用化学プラントのギアボックスや危険場所用モーターは、ほとんどの人が最初に思い浮かべるタンク農場よりもはるかに多くの場所で使用されています。以下のリストは、分類ミスが運用上および安全上に最も大きな影響を与える領域をカバーしています。
- 蒸気濃度がバッチサイクルによって変動する溶媒回収および蒸留スキッド。
- 微細な可燃性粉塵が構造表面に蓄積する顔料と樹脂の混合室。
- 嫌気性分解中にメタンを生成する廃水処理消化装置。
- 空気中の有機粉塵を伴う穀物の取り扱いおよび製粉作業。
- 継続的に溶剤蒸気にさらされる塗装スプレーブースと仕上げライン。
- 遠隔の屋外ゾーン 1 またはゾーン 2 エリアに設置された石油およびガス坑口ポンプ ユニット。
これらの各環境では、シャフト シール、冷却ファンの設計、ケーブル挿入ハードウェアに対して異なる要求が課せられます。そのため、紙上では馬力とフレーム サイズが同じに見えても、穀物ターミナル用の危険場所モーター仕様書が溶剤回収スキッドに直接変換されることはほとんどありません。
耐圧防爆産業用モーターの稼働状態を維持する方法
認証では、工場出荷時の機器のみが説明されます。現場でのパフォーマンスは、火炎経路ジョイント、ケーブルグランド、ギアボックスシールが日常のサービス中にどのように扱われるかに大きく依存します。損傷した火炎経路ジョイント、または不適切なトルクが与えられた火炎経路ジョイントを使用して再組み立てされた耐圧防爆産業用モーターは、銘板に正しい分類が表示されている場合でも、元の保護定格を満たさなくなります。
- 再組み立てする前に、火炎経路の表面に腐食、孔食、または塗料の蓄積がないか検査してください。
- エンクロージャーの留め具は、一般的な工場標準ではなく、認定文書で指定された値で締め付けてください。
- ケーブル グランド シールが損傷を受けておらず、未使用の電線管入口が定格のハードウェアで適切に差し込まれていることを確認します。
- ギアボックスのブリーザーベントとシャフトシールが摩耗していないか確認してください。シールが破損すると、意図しない蒸気の侵入経路が生じる可能性があります。
- 動作期間中の振動によりボンディングとアース接続が緩んでいないことを確認してください。
- 監査中に認証ステータスを追跡できるように、すべての分解の記録を文書化して保管してください。
これらの手順を形式的なものではなくチェックリストの項目として扱う施設では、封印に伴う計画外の停止が少なくなる傾向があります。 ベベルギアボックスシステム なぜなら、上に挙げた摩耗点のほとんどは、実際の封じ込めの問題になるかなり前に目に見えるからです。
よくある質問
Q1: 防爆機器と本質安全機器の違いは何ですか?
防爆機器は内部爆発を伴うため、周囲の大気を引火させることはできません。一方、本質安全機器は電気エネルギーを制限するため、そもそも発火を引き起こすほど強力な火花が発生することはありません。この 2 つのアプローチは、異なる設計理念を通じて同じ問題を解決するものであり、同じアプリケーション内で互換性があることはほとんどありません。
Q2: ディビジョン 2 定格のモーターをディビジョン 1 の場所に設置できますか?
いいえ、ディビジョン 1 の拠点では、発火性混合物が継続的または頻繁に存在することを想定しており、ディビジョン 1 サービス向けにテストされマークが付けられた機器のみが必要な封じ込めマージンを提供します。より危険な場所に低定格の機器を設置することは、一般的かつ重大な法令違反です。
Q3: 防爆モーターはどれくらいの頻度で点検する必要がありますか?
検査の頻度はデューティサイクル、周囲条件、地域の規制要件によって異なりますが、ほとんどの施設では少なくとも年に一度の火炎経路とシールの検査をスケジュールしており、継続的に蒸気にさらされる状態で稼働する機器についてはより頻繁に検査を行います。
Q4: ギアボックスには独自の防爆定格が必要ですか?
The gearbox itself does not generate electrical sparks the way a motor does, but its housing, seals, and any integrated sensors must still be compatible with the area classification so it does not compromise the overall assembly rating when coupled to the motor.
Q5: What does the temperature class marking on a motor nameplate mean?
The temperature class, shown as T1 through T6, indicates the maximum surface temperature the equipment can reach under normal and fault conditions, ensuring that surface stays below the autoignition temperature of the gases expected in that area.
Q6: Are ATEX certified gearmotors accepted in North American facilities?
Generally not without additional certification, since ATEX and North American testing bodies use different standards and marking systems. Multinational operators often specify dual certified equipment to avoid maintaining separate designs for each region.
2025 年 6 月 05 日
