Odciążanie (odpowietrzanie) wybuchu najczęściej jest realizowane poprzez zainstalowanie na obudowie chronionych aparatów specjalnych paneli dekompresyjnych. Panele te w chwili, gdy ciśnienie wybuchu osiągnie zadaną wartość, ulegają kontrolowanemu rozerwaniu. W rezultacie ciśnienie wybuchu oraz płomienie wyrzucane są z chronionego aparatu do otoczenia. W ten sposób chronimy urządzenie oraz pracowników przed niekontrolowanym rozerwaniem urządzenia, a w konsekwencji dalszym zniszczeniem instalacji przemysłowych. Jest to skuteczne, a zarazem najtańsze i najbardziej popularne rozwiązanie zapewniające bezpieczeństwo wybuchowe zgodne z wymaganiami dyrektywy ATEX. Jak pokażemy poniżej, nie jest ono bez wad, a jego stosowanie wymaga dużego doświadczenia i wiedzy.
PROBLEM: urządzenie zagrożone wybuchem znajduje się w pomieszczeniu zamkniętym lub w pobliżu innych instalacji — czy w takim przypadku mogę zastosować panele dekompresyjne jako rozwiązanie przeciwwybuchowe?
W momencie otwarcia, a wręcz rozerwania panelu dekompresyjnego, fala ciśnienia oraz ogień zostają wyrzucone na zewnątrz chronionego aparatu, a powstały w ten sposób strumień przypomina nieco ten widoczny podczas startu rakiety. Wraz z ciśnieniem i płomieniem z chronionej instalacji wydobywają się także niespalone cząstki produktu takie jak np. mieszanina pyłów z powietrzem. Stanowią paliwo dla rozprzestrzeniającej się eksplozji, w tym do pojawienia się zagrożenia wybuchem wtórnym. Jak pokazuje praktyka, pole rażenia wydostających się przez panel dekompresyjny ciśnienia i ognia może mieć zasięg nawet kilkudziesięciu metrów.
Stosowanie paneli dekompresyjnych jest więc potencjalnie niebezpieczne dla bezpośredniego sąsiedztwa chronionego aparatu. Dlatego dobór i umiejscowienie paneli dekompresyjnych musi być tak przeprowadzone, aby wyprowadzony z urządzenia wybuch nie stanowił zagrożenia dla innych części instalacji przemysłowych oraz pracowników. Co więcej, w obszarze zasięgu wybuchu należy wyznaczyć strefę niebezpieczną. W obrębie takiej strefy zagrożenia nie mogą znajdować się inne urządzenia, instalacje, ściany czy ludzie. Jest to jedno z najczęstszych ograniczeń uniemożliwiających zastosowanie paneli dekompresyjnych.
Niestety, mimo że powyższe ograniczenie wydaje się dość oczywiste, praktyka pokazuje, że stosowanie paneli dekompresyjnych w niewłaściwych lokalizacjach jest najczęściej popełnianym błędem. Wówczas nie można określić, że bezpieczeństwo wybuchowe w takim zakładzie zostało zrealizowane zgodnie z dyrektywą ATEX i normami z nią zharmonizowanymi. Nasi inżynierowie ds. bezpieczeństwa wybuchowego niemal codziennie spotykają się z urządzeniami wyposażonymi w panele, których wylot skierowany jest wprost w stronę budynków, innych aparatów, instalacji procesowych, traktów pieszych i drogowych, parkingów, miejsc składowania produktów, układów zasilania i sterowania, czy też w stronę, gdzie mogą wystąpić inne atmosfery wybuchowe (czyli stref zagrożenia wybuchem). Podkreślamy to jednak raz jeszcze — takie podejście jest surowo zabronione.
Zobacz przykłady źle zamontowanych paneli dekompresyjnych
Reasumując, panele odciążające stanowią skuteczną i stosunkowo niedrogą formę ochrony przed skutkami wybuchu. Stosując je, należy jednak mieć świadomość ich wad i ograniczeń, aby nie generować sytuacji pozornego bezpieczeństwa. Powyżej zwróciliśmy uwagę tylko na jedno z kilku istotnych ograniczeń tego rozwiązania. Jeśli chcesz poznać pozostałe, ale także zdobyć szerszą wiedzę z zakresu bezpieczeństwa wybuchowego, to koniecznie zapoznaj się koniecznie z poniższymi materiałami:
ROZWIĄZANIE 1.: bezpłomieniowe odciążanie wybuchu
Jak wspomnieliśmy wyżej, panele dekompresyjne powodują wyrzut fali ciśnienia oraz ogień zwykle na dużą odległość. Gdy ten fakt utrudnia lub uniemożliwia zastosowanie tego typu rozwiązania, bezpieczeństwo wybuchowe może zostać zapewnione przykładowo przez zastosowanie bezpłomieniowego odciążania wybuchu.
Ochrona urządzeń jest wówczas realizowana przez kombinację panelu dekompresyjnego z efektywnym wymiennikiem ciepła w postaci porowatej siatki. Takie rozwiązanie nie tylko znacząco ogranicza niebezpieczną strefę w obrębie urządzenia, ale także nie wyprowadza pożaru na zewnątrz.
W rezultacie, zamiast z potężnym strumieniem ciśnienia i pożaru, mamy do czynienia z niewielką, najczęściej 2-3 metrową strefą niebezpieczną, w której mogą pojawić się gorące gazy. Nie jest to rozwiązanie idealne, ale w przeciwieństwie do paneli może być stosowane w pomieszczeniach zamkniętych, czy też w obszarze instalacji o gęstej zabudowie, a także w pobliżu traktów pieszych i drogowych.
Przy stosowaniu bezpłomieniowego odciążania wybuchu w pomieszczeniach zamkniętych należy pamiętać, że kubatura tego pomieszczenia musi być co najmniej 15 razy większa od kubatury chronionego aparatu.
Warto również podkreślić, że aparaty o dużej kubaturze — umownie tym mianem możemy określić urządzenia o objętości przekraczającej 10m3 – mogą wymagać zastosowania jednego dużego lub kilku mniejszych układów bezpłomieniowego odciążania, które będę mniej atrakcyjne kosztowo niż system tłumienia wybuchu. Ten ostatni nie tylko może okazać się tańszy, ale także znacznie lepszy technicznie. Przykładowo jego ogromną zaletą jest to, że po wybuchu w chronionym aparacie nie mamy do czynienia z pożarem.
Ponadto urządzenia do bezpłomieniowego odciążania mogą ważyć nawet kilkaset kilo. To kolejne ograniczenie, które szczególnie nabiera znaczenie w przypadku dużych urządzeń. Zdarza się, że waga tych zabezpieczeń jest na tyle duża, że ich zastosowanie przeciwwybuchowe nie jest możliwe lub wymaga wykonania wzmocnień chronionego urządzenia.
ROZWIĄZANIE 2.: tłumienie wybuchu
Jak widać, układy bezpłomieniowego odciążania wybuchu także posiadają pewne ograniczenia. Dlatego ich zastosowanie nie zawsze jest możliwe. Często zdarza się również, że w podobnej lub niższej cenie do systemów bezpłomieniowych można zakupić znacznie bardziej zaawansowany system, jakim jest tłumienie wybuchu.
Rozwiązanie to oparte o tzw. butle HRD gasi wybuch w jego wczesnej fazie. W ten sposób nie pozwala mu się rozwinąć, a tym bardziej wydostać się poza chronione urządzenie. Dzięki temu tłumienie wybuchu charakteryzuje się wieloma unikalnymi cechami, których nie posiadają inne typy zabezpieczeń:
- ograniczenie skutków wybuchu do wnętrza chronionego urządzenia,
- brak konieczności wyznaczania strefy niebezpiecznej, czyli strefy zagrożenia, do której zostają wyprowadzane skutki wybuchu,
- brak pożaru oraz niszczącej fali ciśnienia po wybuchu,
- możliwość stosowania dla produktów szkodliwych/toksycznych,
- ochrona personelu przed skutkami wybuchu realizowana na najwyższym możliwym poziomie,
- rozwiązanie dostosowane do wymagań przemysłu farmaceutycznego i spożywczego.
ROZWIĄZANIE 3.: panel dekompresyjny z kanałem
Wspominaliśmy wyżej, że w pomieszczeniach zamkniętych zabronione jest stosowanie paneli dekompresyjnych. W takich sytuacjach zazwyczaj stosuje się system tłumienia wybuchu lub bezpłomieniowe odciążanie wybuchu. W pewnych sytuacjach możliwe jest jednak zastosowanie panelu dekompresyjnego wraz z kanałem odprowadzającym ciśnienie i płomienie nie tylko z urządzenia, ale także poza hale/budynek do atmosfery.
Choć jest to rozwiązanie stosunkowo tanie, to niestety tylko nieliczne przypadki pozwalają na jego zastosowanie.
Możliwość taka istnieje, gdy chroniony aparat znajduje się blisko dachu lub blisko ściany zewnętrznej. Trzeba jednak pamiętać, że zastosowanie tego rozwiązania implikuje takie same obowiązki wyznaczenia stref niebezpiecznych jak w przypadku zastosowania panelu bez kanału. Zatem wylot kanału nie możemy kierować w stronę dróg, chodników, innych budynków i instalacji itd.
Dodatkowo długość kanału dekompresyjnego wpływa na wzrost wymaganej powierzchni dekompresyjnej — im dłuższy kanał, tym większy panel dekompresyjny. W wielu przypadkach, po obliczeniu konkretnych parametrów okazuje się, że rozmiary panelu rosną tak znacznie, że jego montaż na urządzeniu nie jest możliwy.
Najlepiej jeśli kanał dekompresyjny jest prowadzony pionowo lub poziomo. Co prawda norma zharmonizowana z Dyrektywą ATEX dopuszcza odstępstwa od tej zasady, jednak zastosowanie ich w praktyce jest bardzo trudne.
PROBLEM: pył w moim urządzeniu lub produkty jego spalania są szkodliwe — czy mogę zastosować panele lub bezpłomieniowe odciążanie wybuchu?
Kolejny problem wynika wprost z właściwości pyłu, który tworzy atmosferę wybuchową. Warto na to zwrócić uwagę, gdyż niewielu użytkowników oraz producentów i projektantów instalacji zdaje sobie z niego sprawę.
Zgodnie z dyrektywą ATEX, kiedy ocena ryzyka wybuchem i dokument zabezpieczenia przed wybuchem jasno wskazują, że wybuch substancji lub produktów jej spalania jest toksyczny lub szkodliwy dla życia i zdrowia, wszelkie układy odciążania wybuchu nie mogą być zastosowane. Przykładami mogą tu być mączka kostna, suszony osad ściekowy, czy wiele substancji chemicznych.
ROZWIĄZANIE: system tłumienia wybuchu / instalacje 10-barowe
W przeszłości jedyną alternatywą w przypadku gdy pył lub produkty jego spalania miały charakter toksyczny, lub szkodliwy był system tłumienia wybuchu. Wynikało to wprost z zapisów normy, która to wskazywała na konieczność zastosowania w takich sytuacjach właśnie tego zabezpieczenia. Obecna norma zliberalizowała ten zapis, wskazując, że w takich sytuacjach należy zastosować „inne rozwiązania” niż odciążanie wybuchu.
W praktyce oznacza to, że obok systemu tłumienia wybuchu, który opisaliśmy już powyżej, do dyspozycji mamy również instalacje w wykonaniu odpornym na ciśnienie wybuchu. Ta forma ochrony dopuszcza powstanie zagrożenia wybuchem w aparacie i pozwala na pełen rozwój eksplozji wewnątrz. Jest to możliwe, gdyż jego wytrzymałość konstrukcyjna jest na tyle duża, że nie dochodzi do jej zniszczenia.
Instalacje odporne na ciśnienie wybuchu, określane także mianem 10-barowych, są jednak niezwykle drogie i bardzo ciężkie, co nastręcza wiele problemów. Dodatkowo nadal wymagane jest odprzęganie wybuchu, które uniemożliwi propagację wybuchu na pozostałą część instalacji. To właśnie te względy sprawiają, że rozwiązanie to jest stosowane niezwykle rzadko.
Podsumowanie:
Dobór zabezpieczeń przeciwwybuchowych jest skomplikowanym zadaniem. Z jednej strony wymaga dużej wiedzy, dzięki której przeprowadzana jest ocena ryzyka wybuchu, wyznacza się strefy zagrożenia wybuchem, powstaje dokument zabezpieczenia przed wybuchem, co pozwala wypełnić wymagania dyrektywy ATEX. Z drugiej strony, jeszcze ważniejsze jest praktyczne doświadczenie, którego latami nabiera się przez wielokrotne projektowanie i realizacje różnych systemów bezpieczeństwa z uwzględnieniem specyfiki poszczególnych zakładów przemysłowych. Powyżej pokazaliśmy tylko jedną ze ścieżek wskazujących, na co zwrócić uwagę przy wyborze systemów bezpieczeństwa przeciwwybuchowego dla dwóch specyficznych sytuacji. Trzeba mieć na uwadze, że każda instalacja jest inna, dlatego należy podejść do niej indywidualnie.
Ze względu na cenę bardzo często pierwszym wyborem użytkowników instalacji są panele dekompresyjne. Rozwiązanie to jest bardzo skuteczne, ale ze względu na szereg ograniczeń, jakimi się cechuje jego zastosowanie, jest mocno ograniczone. W konsekwencji braku świadomości tych ograniczeń, w wielu zakładach widzimy błędnie zastosowane panele, które dają użytkownikom fałszywe poczucie bezpieczeństwa.
Zapraszamy także na Szkolenia ATEX, które jako Grupa Wolff regularnie organizujemy w różnych miastach w Polsce. W ciągu całodniowego szkolenia dzielimy się naszą wiedzą i doświadczeniem. Pokazujemy m.in. czym jest ocena ryzyka wybuchu, jak powinno przebiegać wyznaczanie stref zagrożenia wybuchem, jakie dokładnie można zastosować zabezpieczenia przeciwwybuchowe, wraz z informacją czym jest odsprzęganie wybuchu, które nie było omówione w niniejszym artykule.
