Bảo trì thiết bị phòng nổ và kiểm tra định kỳ theo IEC 60079-17

Một trạm điều khiển BZC8050 vẫn đóng cắt mạch điện chính xác. Một bóng đèn tuýp BAY51-Q-LED vẫn phát sáng đều đặn mỗi ca làm việc. Nhìn bên ngoài, hệ thống điện trong xưởng hoạt động không có điểm gì bất thường. Nhưng rất có thể, tính năng phòng nổ của những thiết bị đó đã mất hoàn toàn từ nhiều tháng trước.

Thiết bị phòng nổ khác với thiết bị điện thông thường ở chỗ: khi linh kiện bảo vệ xuống cấp, thiết bị vẫn vận hành bình thường. Sự cố chỉ phát tác khi có khí cháy hoặc bụi nổ rò rỉ vào khu vực nguy hiểm. Một vết xước nhỏ trên khe cản lửa vỏ cách nổ, một gioăng làm kín bị lão hóa làm tụt cấp bảo vệ IP66, hay một ốc siết cáp bị lỏng đều đủ để biến thiết bị điện thành nguồn mồi cháy.

Công tác an toàn phong-no-trong-nha-may không kết thúc sau khi nghiệm thu lắp đặt. Bảo trì thiết bị phòng nổ và kiểm tra định kỳ đúng kỹ thuật là mắt xích bắt buộc để giữ cho nhà máy an toàn trong suốt vòng đời vận hành.

Ba cấp độ kiểm tra thiết bị phòng nổ theo IEC 60079-17

Tiêu chuẩn IEC 60079-17 quy định khung kỹ thuật cho việc kiểm tra và bảo trì hệ thống điện trong môi trường khí quyển nổ. Tiêu chuẩn phân chia công tác kiểm tra thành 3 cấp độ với phạm vi tác động tăng dần.

Khác với quy trình bảo trì điện hạ thế thông thường, IEC 60079-17 không đưa ra một con số cố định tính bằng tháng cho mọi nhà máy. Tần suất kiểm tra do kỹ sư an toàn quyết định dựa trên đánh giá rủi ro thực tế: mức độ khắc nghiệt của môi trường (ăn mòn, rung động, nhiệt độ), tần suất xuất hiện của môi trường nổ (Zone 1 hay Zone 2), và lịch sử hư hỏng của thiết bị.

1. Kiểm tra nhìn bằng mắt (Visual inspection)

Đây là cấp độ kiểm tra cơ bản nhất, thực hiện bằng quan sát trực quan từ bên ngoài mà không cần tháo vỏ thiết bị, không cần cắt điện hay dùng thiết bị nâng.

Mục tiêu của kiểm tra nhìn bằng mắt là phát hiện nhanh các hư hỏng vật lý xuất hiện trên bề mặt thiết bị:

• Kính bảo vệ của đèn chiếu sáng HRY92-LED có bị nứt, vỡ hay nứt rạn do va đập cơ học.
• Vỏ hộp đấu dây BXJ8050 có bị biến dạng, nứt vỡ hoặc bám lớp bụi dày cản trở tản nhiệt.
• Nhãn thông số Ex trên thân thiết bị còn đọc được các ký hiệu phân nhóm khí (IIB, IIC) và cấp nhiệt độ (T4, T6) hay đã bị ăn mòn mất chữ.
• Tiếp địa vỏ bên ngoài có bị đứt rảnh hoặc sút mối nối.
• Ốc siết cáp DQM-I/I-D có bị thiếu, lỏng hoặc mất đệm cao su làm kín ở cổ cáp.

2. Kiểm tra cận cảnh (Close inspection)

Kiểm tra cận cảnh bao gồm toàn bộ nội dung của kiểm tra nhìn bằng mắt, cộng thêm các thao tác quan sát ở cự ly gần. Kỹ sư sử dụng thang, sàn thao tác hoặc dụng cụ cầm tay đơn giản để kiểm tra mà vẫn không cần mở vỏ phòng nổ.

Nội dung kiểm tra cận cảnh tập trung vào tính vẹn toàn của liên kết cơ khí và kín nước:

• Dùng tay hoặc cờ-lê kiểm tra độ chặt của các bu lông siết vỏ cách nổ Ex d.
• Kiểm tra các điểm tiếp địa ngoài xem bu lông có bị ăn mòn điện hóa do dùng sai chất liệu hay không.
• Kiểm tra tình trạng đệm làm kín của các đường ống dẫn cáp, ốc siết cáp đầu vào.
• Kiểm tra bề mặt vỏ nhôm phủ epoxy hoặc vỏ thép không gỉ xem có dấu hiệu bị hóa chất ăn mòn thủng màng bảo vệ.

3. Kiểm tra chi tiết (Detailed inspection)

Đây là cấp độ kiểm tra sâu nhất, bắt buộc phải cắt nguồn điện, cách ly khu vực và mở vỏ thiết bị Ex để thao tác bên trong.

Kiểm tra chi tiết đánh giá toàn diện các bộ phận cấu thành khả năng bảo vệ nổ:

• Với thiết bị vỏ cách nổ Ex d: Mở mặt bích, làm sạch lớp mỡ cũ, dùng thước đo khe hở chuyên dụng kiểm tra kích thước khe cản lửa (flamepath). Kiểm tra bề mặt kim loại xem có vết trầy xước, rãnh ăn mòn hoặc vết cháy xạm do hồ quang.
• Với thiết bị tăng cường an toàn Ex e: Kiểm tra độ chặt của các cầu đấu dây trong hộp nối BXJ95. Đo khoảng cách rò bề mặt (creepage) và khoảng hở không khí (clearance). Kiểm tra tình trạng lão hóa của vật liệu cách điện.
• With mạch an toàn nội tại Ex ia / Ex ib: Kiểm tra việc đi dây phân biệt giữa mạch an toàn nội tại và mạch thường. Xác nhận các rào cách ly (barrier) hoạt động đúng thông số và không bị đấu nối tắt.
• Kiểm tra gioăng cao su: Kiểm tra độ đàn hồi, vết rách hoặc dấu hiệu biến dạng vĩnh viễn của gioăng đúc làm kín bề mặt ghép phối.

4 Hạng mục hay hỏng hóc nhất làm mất khả năng bảo vệ phòng nổ

Thực tế kiểm tra tại các nhà máy hóa chất, dược phẩm và dầu khí cho thấy hư hỏng thiết bị phòng nổ hiếm khi đến từ sự cố cháy nổ mạch điện bên trong. Hầu hết các lỗi làm mất hiệu lực bảo vệ nổ đều xuất phát từ 4 hạng mục cơ khí dưới đây.

Gioăng làm kín bị lão hóa hoặc nứt rách

Các dạng bảo vệ như Ex e (tăng cường an toàn), Ex tb (bảo vệ bằng vỏ chống bụi) hay vỏ hộp điện ngoài trời phụ thuộc hoàn toàn vào gioăng làm kín để duy trì cấp bảo vệ vỏ IP65 hoặc IP66.

Trong môi trường nhà máy, gioăng cao su chịu tác động liên tục từ nhiệt độ xung quanh, tia UV, và hơi dung môi hữu cơ (như ethanol, acetone, MEK thuộc nhóm IIB và IIA). Qua thời gian, gioăng bị chai cứng, nứt rạn hoặc rách khi thợ bảo trì siết nắp quá lực.

Khi gioăng hỏng, cấp bảo vệ tụt xuống dưới mức yêu cầu. Hơi ẩm xâm nhập gây ngắn mạch bên trong hộp đấu dây Ex e. Trong khu vực có bụi cháy được (Zone 21, Zone 22), bụi không dẫn điện (IIIB) hoặc bụi dẫn điện (IIIC) lọt vào bên trong vỏ tủ, tích tụ trên bề mặt mang điện và tạo thành điểm mồi cháy.

Khe cản lửa (Flamepath) bị ăn mòn, trầy xước hoặc phủ sơn

Dạng bảo vệ vỏ cách nổ Ex d hoạt động theo nguyên lý: vỏ thiết bị đủ chịu đựng áp suất vụ nổ bên trong, đồng thời khe hở giữa các bề mặt lắp ghép (khe cản lửa) phải đủ dài và hẹp để làm nguội ngọn lửa trước khi nó thoát ra môi trường bên ngoài.

Khe cản lửa bị mất tác dụng bảo vệ thường do 3 sai sót khi bảo trì:

1. Phủ sơn lên bề mặt ghép phối: Thợ sơn nhà máy khi sơn lại vỏ tủ điện hoặc đường ống thường vô tình sơn đè lên khe cản lửa của vỏ Ex d. Lớp sơn làm thay đổi kích thước khe hở, hoặc biến thành chất cháy khi nổ nội bộ.
2. Cạo gỉ sai cách: Dùng bàn chải sắt, giũa hoặc đục cạo lớp gỉ sét trên mặt bích vỏ cách nổ làm tạo ra các rãnh xước chiều dọc. Ngọn lửa sẽ theo các rãnh xước này thoát ra ngoài mà không được làm nguội.
3. Không bôi mỡ chống gỉ: Lắp lại mặt bích vỏ cách nổ mà không bôi lớp mỡ chống gỉ chuyên dụng (không làm khô, không bám bụi). Môi trường ẩm ướt làm oxy hóa bề mặt kim loại, gây kẹt cứng và làm biến dạng bề mặt trong lần mở sau.

Ốc siết cáp (Cable gland) lỏng, lắp sai hoặc thiếu phụ kiện

Ốc siết cáp phòng nổ như mã DQM-I/I-D không đơn thuần là phụ kiện kẹp giữ dây điện. Đó là một thành phần Ex độc lập được thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 60079-14.

Các lỗi phổ biến nhất ghi nhận tại công trường gồm:

• Dùng sai kích thước đệm cao su: Cắt gọt đệm làm kín bên trong gland để nhét vừa cáp to, hoặc dùng gland kích thước lớn cho cáp nhỏ mà không siết đủ độ kín.
• Thiếu vòng đệm làm kín (sealing washer): Lắp gland vào vỏ tủ rỗng BXT8050 mà quên lắp vòng đệm ở ren kết nối, làm hở đường đi của nước và khí nổ qua bước ren.
• Siết không đủ lực: Gland bị lỏng làm cáp di chuyển tự do. Khi có lực kéo cơ học, ruột dẫn bên trong bị tuột khỏi cầu đấu dây gây tia lửa điện.
• Dùng gland thường cho vỏ Ex d: Lắp gland loại không có chứng nhận cách nổ vào vỏ Ex d. Áp suất vụ nổ bên trong sẽ thổi văng đệm cao su của gland thường ra ngoài.

Lớp bụi đọng quá dày cản trở tản nhiệt

Tại các nhà máy chế biến thực phẩm, gỗ hoặc thức ăn chăn nuôi, môi trường chứa các loại bụi cháy được (IIIA, IIIB, IIIC). Các thiết bị lắp đặt tại Zone 20, Zone 21, Zone 22 sử dụng dạng bảo vệ bằng vỏ Ex t (ta, tb, tc).

Mã Ex của thiết bị cho môi trường bụi luôn ghi rõ nhiệt độ bề mặt tối đa, ví dụ T80°C hoặc T135°C. Con số này được tính toán khi bề mặt thiết bị sạch sẽ.

Khi vận hành, nếu không vệ sinh định kỳ, lớp bụi đọng bám dày trên vỏ đèn tuýp BAY51-Q hoặc vỏ trạm điều khiển BZC8050. Lớp bụi đóng vai trò như một lớp cách nhiệt. Nhiệt độ bên trong thiết bị không thể thoát ra ngoài, làm nhiệt độ bề mặt vỏ tăng cao hơn nhiều so với mức giới hạn ghi trên nhãn. Khi nhiệt độ vượt quá điểm mồi cháy của đám mây bụi hoặc lớp bụi đọng, sự cố bốc cháy sẽ xảy ra ngay trên bề mặt vỏ thiết bị.

Quy định sửa chữa và thay thế linh kiện phòng nổ

Bảo trì thiết bị phòng nổ đòi hỏi tuân thủ nguyên tắc thay thế linh kiện nghiêm ngặt hơn bất kỳ hệ thống điện công nghiệp nào khác.

Không tự ý thay đổi kết cấu và linh kiện

Khi một chi tiết của thiết bị Ex bị hỏng (như mặt kính đèn HRY97 bị vỡ, gioăng nắp hộp nối BXJ8050 bị rách, bu lông vỏ thép không gỉ bị mất), kỹ sư bảo trì tuyệt đối không được:

• Thay mặt kính cường lực chuyên dụng bằng kính thông thường hoặc tấm nhựa acrylic. Kính thông thường không chịu được áp suất nổ và sốc nhiệt; nhựa acrylic dễ tích điện tay người gây tia lửa tĩnh điện.
• Dùng keo silicone dán thay cho gioăng đúc sẵn của nhà sản xuất. Keo silicone tự bôi không đảm bảo độ dày đồng đều và có thể bị mủn khi tiếp xúc với hơi hóa chất.
• Thay bu lông siết vỏ Ex d bằng bu lông có cấp bền thấp hơn hoặc sai bước ren. Bu lông vỏ cách nổ chịu lực nổ rất lớn; bu lông thường sẽ bị đứt gãy khi xảy ra nổ nội bộ.

Mọi linh kiện thay thế bắt buộc phải đúng chủng loại, đúng mã phụ tùng do nhà sản xuất Warom cung cấp hoặc có chứng chỉ Ex tương đương được phê duyệt. Việc tự ý thay thế linh kiện không đúng quy cách sẽ lập tức làm hủy bỏ hiệu lực chứng nhận ATEX/IECEx của toàn bộ thiết bị.

Khi cần mua mới linh kiện hoặc thay thế toàn bộ cụm thiết bị đã xuống cấp, nhà máy nên tham khảo danh mục san-pham phòng nổ chính hãng để đảm bảo thiết bị chọn mới có đầy đủ hồ sơ chứng nhận hiệu lực.

Hồ sơ quản lý và nhật ký kiểm tra thiết bị phòng nổ

Theo IEC 60079-17, kiểm tra thiết bị phòng nổ mà không lưu trữ hồ sơ thì việc kiểm tra đó xem như không có giá trị pháp lý. Nhà máy phải lập và duy trì "Hồ sơ kiểm tra hệ thống phòng nổ" (Verification Dossier).

Hồ sơ này phải được cập nhật thường xuyên và bao gồm các tài liệu sau:

1. Bản vẽ phân vùng nguy hiểm: Sơ đồ mặt bằng thể hiện ranh giới các vùng Zone 0, Zone 1, Zone 2 (đối với khí) và Zone 20, Zone 21, Zone 22 (đối với bụi).
2. Danh mục thiết bị đã lắp đặt: Bảng tổng hợp toàn bộ thiết bị Ex trong nhà máy, ghi rõ vị trí, mã sản phẩm (như tủ phân phối BXMD8050, trạm điều khiển BZC8050), mã Ex đầy đủ (ví dụ Ex db IIC T6 Gb), nhóm khí/bụi tương ứng và cấp IP.
3. Tập hợp chứng chỉ Ex gốc: Bản sao hợp lệ của chứng chỉ ATEX/IECEx do các tổ chức kiểm định cấp cho từng mã thiết bị đang vận hành.
4. Biên bản kiểm tra định kỳ: Lưu trữ đầy đủ nhật ký của các đợt kiểm tra nhìn bằng mắt, cận cảnh và chi tiết. Biên bản phải ghi rõ ngày kiểm tra, người thực hiện, các lỗi phát hiện và biện pháp khắc phục đã xử lý.
5. Lịch sử sửa chữa và thay thế: Ghi chép chi tiết mọi đợt thay phụ kiện, thay cáp, hoặc thay mới thiết bị để đảm bảo tính truy xuất nguồn gốc linh kiện.

Việc duy trì hồ sơ kiểm tra đầy đủ không chỉ giúp kỹ sư quản lý chính xác tình trạng thiết bị qua từng năm vận hành, mà còn là bằng chứng kỹ thuật quan trọng nhất khi làm việc với các đơn vị thanh tra an toàn lao động và công ty bảo hiểm công nghiệp.