Ograniczenie źródeł zapłonu na przykładzie systemu gaszenia iskier

Zgodnie z dyrektywą ATEX, ochrona przeciwwybuchowa powinna w pierwszej kolejności eliminować możliwość utworzenia się atmosfery wybuchowej, a także niwelować potencjalne źródła zapłonu. Jako że nigdy nie zapewnimy 100% ochrony samymi działaniami prewencyjnymi, kolejnym obowiązkowym działaniem jest zabezpieczenie instalacji przed negatywnymi skutkami wybuchu wraz z jednoczesną izolacją poszczególnych urządzeń w razie wystąpienia wybuchu.

W tym artykule skupimy się jednak na wspomnianych w pierwszym zdaniu działaniach prewencyjnych, a konkretnie na jednym ze sposobów eliminacji źródła zapłonu, jakim jest wykrywanie i gaszenie iskier. Pokażemy jednocześnie na konkretnym przykładzie, jak niewielka zmiana w procesie produkcji może wpływać na poziom bezpieczeństwa wybuchowego.

Niebezpieczny pył herbaty i bezpieczny zakład przemysłowy

Zakład, o którym opowiemy, od dawna przykładał dużo uwagi do bezpieczeństwa. Zarządzający mieli świadomość ryzyka wybuchu pyłu herbaty, który tworzy się podczas zgrzewania torebek z herbatą. Z biegiem lat linię urządzeń pakująco-zgrzewających zaopatrzono w cztery instalacje odpylające, które to zostały następnie zabezpieczone przed skutkami wybuchu poprzez systemy tłumienia i izolacji wybuchu.

Pierwszy z nich ma za zadanie wykryć zarzewie wybuchu w filtrze odpylającym, a następnie stłumić go w bardzo wczesnej fazie. W tym celu stosuje się szybkie gaśnice HRD, których czas reakcji od wykrycia wybuchu do jego stłumienia liczony jest w milisekundach. Można powiedzieć, że trwa to mniej więcej tylko co mrugnięcia okiem.

Z kolei izolacja wybuchu odpowiada za odcięcie urządzenia, w którym doszło do wybuchu od pozostałej części instalacji, co ma ograniczyć ryzyko tzw. wybuchów wtórnych.

Nowy surowiec, nowy problem

Całość procesu przebiegała bezpiecznie, aż do momentu podjęcia decyzji o wprowadzeniu do produkcji herbat aromatyzowanych. Wtedy sytuacja uległa drastycznej zmianie.

Okazało się, że temperatura zapłonu pyłu herbaty nasączonego olejkami eterycznymi wynosi zaledwie 70^oC. To znacznie mniej niż w przypadku zwykłej herbaty.

Dopóki jednak instalacja działała prawidłowo, to ruch powietrza skutecznie chłodził elementy urządzenia, co minimalizowało ryzyko zapłonu. Problem jednak w tym, że tego typu instalacje wymagają częstych przestojów, w celu korekty ich ustawień. W takich sytuacjach temperatura szczęk podnosiła się, prowadząc tym samym zapłonu.

Te niewielkie, lokalne zarzewia ognia nie stanowiłyby dużego zagrożenia, gdyby nie fakt, że instalacje pakowania i zgrzewania były połączone ze wspomnianymi wcześniej czterema liniami odciągu pyłu. Gdy dochodziło do zapłonu, żarząca się herbata oraz fragmenty torebek były zaciągane do filtrów odpylających. Dochodziło w nich do wybuchu lub pożarów, co powodowało aktywację systemu przeciwwybuchowego. Instalacja nadal była bezpieczna, jednak ilość aktywacji rosła co utrudniało proces produkcji.

Jak ograniczyć nowe źródło zapłonu?

W tym konkretnym przypadku, wdrożenie nowego surowca o znacznie niższej temperaturze zapłonu spowodowało, że należało uwzględnić nowe potencjalne źródła zapłonu, a następnie rozważyć metody ograniczenia częstotliwości ich występowania. Inżynierowie GRUPY WOLFF na bazie analizy problemu wskazali technikę wykrywania i gaszenia iskier za najbardziej optymalne rozwiązanie, które pozwala nie tylko zwiększyć bezpieczeństwo pracy, ale także skraca przestoje instalacji.

Jak działa system wykrywania i gaszenia iskier?

System wykrywania i gaszenia iskier ma na celu powstrzymanie źródeł zapłonu przed dostaniem się do obszarów zagrożonych wybuchem pyłu, takich jak silosy, czy filtry odpylające. W tym celu na kanale montowany jest czujnik iskier oraz dysza wodna. Oba urządzenia instalowane są w pewnej, wyliczonej odległości, tak aby system miał czas prawidłowo zareagować.

Wspomniane czujniki wykrywają źródła zapłonu w ciągu milisekundy, a następnie rozpoczynają gaszenie z wykorzystaniem niewielkiej ilości wody. Gaszenie trwa zwykle 5 sekund i zatrzymuje się automatycznie, pozwalając wrócić instalacji od razu do trybu normalnej pracy.

Kluczem do sprawnego działania są odpowiednio dobrane detektory

Bezwzględnie sercem systemu wykrywania i gaszenia iskier jest detektor iskier (czujnik). To od niego zależy skuteczność wykrywania obiektów stwarzających potencjalne ryzyko wybuchu i pożaru. Czujniki często też mają znaczący wpływ na koszt całego systemu. Najczęściej na rynku spotykane są czujniki, które nie są w stanie objąć swoim „wzrokiem” całego przekroju kanału, dlatego ich producenci wymagają, aby montować je parami po dwóch stronach pyłoprzewodu. Coraz bardziej popularne staje się jednak rozwiązanie, pozwalające zastosować czujnik o 180-stopniowym kącie widzenia. Wówczas detektor obejmuje swoim kątem widzenia cały przekrój kanału. To z kolei pozwala zredukować ilość czujników nawet o połowę.

Wszystkie elementy systemu wykrywania i gaszenia iskier

Na koniec warto przybliżyć, jak w całości powinien wyglądać dobrze zaprojektowany system wykrywania i gaszenia iskier.

1. Detektory iskier wykrywające źródło zapłonu w ciągu milisekund.
2. Dysza wodna gasząca iskry, gorące cząstki* i niedopałki przy użyciu niewielkiej ilości wody.
3. Router sygnału zarządzający systemem gaszenia i monitorujący go.
4. Panel sterowania monitorujący cały system.
5. Urządzenie alarmowe informujące o zagrożeniu za pomocą sygnału dźwiękowego oraz światła błyskowego.
6. Sterownik służący do zatrzymania dmuchaw w przypadku ich przegrzania lub “deszczu” iskier.
7. Kabel wykrywający przegrzanie, monitorujący łożyska oraz obwód dmuchawy.
8. Sterownik sprężania nadzorujący pracę pompy wodnej i kabli przewodzących ciepło.
9. System sprężania, dzięki któremu woda gaśnicza jest pozbawiona pęcherzyków powietrza i jest wtryskiwana pod prawidłowym ciśnieniem.

Podsumowanie

System gaszenia iskier jest jedną z bardziej skutecznych metod eliminacji źródeł zapłonu, które mogłyby dotrzeć kanałami do urządzeń, w których występuje atmosfera wybuchowa. Działa on więc prewencyjnie, czyli nie dopuszcza do pożaru czy wybuchu. Jednocześnie, we wspomnianym zakładzie przemysłowym, zastosowanie systemu pozwoliło zmniejszyć liczbę przestojów i ograniczyć koszty serwisowe spowodowane koniecznością wymiany butli HRD z systemu tłumienia wybuchu.

Powyższy artykuł został oparty na rzeczywistym projekcie zrealizowanym przez inżynierów GRUPY WOLFF

*) decydując się na wybór dostawcy, należy zweryfikować, czy proponowane czujniki wykrywają tzw. czarne cząstki, czyli obiekty o temperaturze zdolnej do zapłonu atmosfery wybuchowej, ale nie emitujących światła widzialnego.