Panele dekompresyjne a bezpłomieniowe odciążanie wybuchu – które zabezpieczenie wybrać?

Panele dekompresyjne — ważne ograniczenia

Bezpłomieniowe odciążanie wybuchu bezsprzecznie cechuje się zaletami, których nie posiadają panele dekompresyjne. Te drugie są tańsze. Które rozwiązanie zatem wybrać?

Zasada działania paneli dekompresyjnych polega na „otwarciu się” i wypuszczeniu nadmiernego ciśnienia oraz ognia do otoczenia. To bardzo skuteczne zabezpieczenie, ale tylko wtedy gdy jest zastosowane prawidłowo. Praktyka pokazuje jednak, że nie jest to jednak łatwe. Każdego roku zabezpieczamy przed wybuchem i pożarem dziesiątki zakładów – instalacje prawidłowo zabezpieczone poprzez panele dekompresyjne możemy policzyć na palcach jednej ręki.

Jedną z największych wad paneli jest fala ciśnienia i płomieni, która wydostaje się z urządzenia w chwili wybuchu. Jak może ona wyglądać prezentujemy powyżej. To jednak nic w porównaniu z falą jaka została wyrzucona z odpylaczy w jednym z polskich zakładów przemysłowych. Jeśli chcesz poznać szczegółową analizę wybuchu we wspomnianym obiekcie weź udział webinarze, z którego dowiesz się jak to możliwe, że w 2 sekundy zniszczeniu uległy trzy odpylacze i budynek.

Układy bezpłomieniowego odciążania wybuchu (przykład poniżej) przede wszystkim gwarantują zdecydowanie mniejsze strefy niebezpieczne, które należy wyznaczyć w obszarze chronionego aparatu. Co więcej, w przypadku bezpłomieniowego odciążania do wspomnianej strefy, której zasięg najczęściej mieści się w granicach 2,5 – 5 metrów odprowadzamy “jedynie” resztkowe ciśnienie oraz gorące gazy spalinowe. Nie mamy więc do czynienia, jak w przypadku paneli dekompresyjnych, z falą ciśnienia i płomieni, które nierzadko wyrzucane są na odległość kilkudziesięciu metrów. To oznacza, że bezpłomieniowe odciążanie wybuchu możemy stosować w pobliżu traktów pieszych, dróg, innych urządzeń, czy nawet w większości pomieszczeń zamkniętych – czyli wszędzie tam, gdzie stosowanie paneli dekompresyjnych jest zabronione.

Jest jednak jedno “ale”. Jeśli chcemy zastosować bezpłomieniowe odciążanie w pomieszczeniu zamkniętym, to musimy pamiętać, że kubatura tego pomieszczenia musi być co najmniej 15-krotnie większa, niż kubatura chronionego aparatu. Pozwoli to na swobodne rozprężenie gazów spalinowych bez ryzyka uszkodzenia pomieszczenia, czy też negatywnego wpływu na ludzi.

Wspólne ograniczenia paneli dekompresyjnych i bezpłomieniowego odciążania wybuchu

Poza wymienionymi różnicami panele oraz bezpłomieniowe odciążania mają pewne cechy wspólne. Niestety są to kolejne ograniczenia, które wymieniamy poniżej:

• Ani paneli dekompresyjnych, ani bezpłomieniowego odciążania wybuchu nie możemy stosować w przypadku, gdy produkt, który może ulec zapłonowi lub jego produkty spalania są szkodliwe. Materiałów tego typu wbrew pozorom jest sporo. Można tu wymienić choćby powszechnie stosowaną mączkę kostną, czy też suchy odpad ściekowy.
• Oba typy zabezpieczeń nie mogą być zasypane produktem, dlatego też w przypadku silosów czy zbiorników montuje się je w górnej części lub wręcz na dachu. Pierwsze rozwiązanie eliminuje z użytku część objętości zbiornika. Drugie nie zawsze jest możliwe do zastosowania ze względu na zbyt małą powierzchnię dachu, ciasną zabudowę innych urządzeń, czy też posadowienie ramp obsługowych.

W przypadku, gdy wystąpi jedno z powyższych ograniczeń, należy bezdyskusyjnie zastosować system tłumienia wybuchu. Nie oznacza to, że są to jedyne przypadki, dla których warto rozważyć tłumienie wybuchu. W praktyce może wystąpić wiele sytuacji, w których może okazać się, że to właśnie system tłumienie wybuchu jest optymalnym rozwiązaniem pod względem technicznym i kosztowym. Szczegółowy opis tłumienia wybuchu, to jednak temat na oddzielny artykuł.

Tab. 1. Porównanie paneli dekompresyjnych, bezpłomieniowego odciążania wybuchu oraz tłumienia wybuchu.

Wobec powyższych zalet bezpłomieniowego odciążania wybuchu mogą się pojawić dwa pytania — jaki jest sens stosowania paneli dekompresyjnych oraz czy jest możliwa zamiana zamontowanych już paneli dekompresyjnych na system bezpłomieniowego odpowietrzania wybuchu?

Odpowiedź na pierwszą część pytania jest banalnie prosta — głównym powodem stosowania paneli dekompresyjnych jest ich cena. Jeśli więc nie występują, żadne z powyższych ograniczeń, to często panel, są optymalnym rozwiązaniem, które rekomendujemy.

Drugie pytanie odnośnie wymiany paneli na bezpłomieniowe obciążenie jest nieco bardziej skomplikowana.

Wymiana 1 do 1 nie jest możliwa

Jeżeli filtr, cyklon, suszarnia, czy też każdy inny aparat był zaprojektowany pod zabudowę panelu dekompresyjnego, to jego wymiana na bezpłomieniowe odpowietrzanie wybuchu w sposób 1 do 1 nie jest możliwa. Wynika to głównie z różnych sprawności obu tych zabezpieczeń.

Powierzchnia dekompresyjna panelu oscyluje w okolicy 98%. Z kolei w przypadku bezpłomieniowego odpowietrzania wybuchu parametr ten spada już do poziomu ok. 60%.

Załóżmy, że do odpowietrzenia wybuchu potrzebujemy jeden panel o powierzchni dekompresyjnej 1 m2. Gdybyśmy w miejsce takiego panelu zamontowali bezpłomieniowe odciążanie o tej samej powierzchni, to jego efektywna powierzchnia dekompresyjna wyniosłaby zaledwie 0,6 m2, czyli 40% mniej. W rezultacie zabezpieczenie byłoby nieskuteczne i z dużą dozą prawdopodobieństwa doszłoby do rozerwania chronionego aparatu.

Jak sobie poradzić z mniejszą sprawnością bezpłomieniowego odciążania wybuchu

Powierzchnia dekompresyjna niezbędna do bezpiecznego uwalniania ciśnienia wybuchu jest wyliczana na bazie parametrów wybuchowości pyłu oraz chronionego aparatu. Ważnym elementem tych obliczeń jest wytrzymałość konstrukcyjna chronionego urządzenia. Co do zasady — wraz z jej spadkiem rośnie wymagana powierzchnia dekompresyjna.

Jest to logiczne — dużo łatwiej upuścić wzrastające w aparacie ciśnienie poprzez otwór o powierzchni dwóch metrów kwadratowych niż dwóch centymetrów kwadratowych. Innymi słowy, im większa powierzchnia odciążająca wybuch, tym niższe ciśnienie zredukowane w aparacie w czasie wybuchu.

Biorąc pod uwagę powyższe, dochodzimy do dwóch wniosków. Aby wymienić panel dekompresyjny na bezpłomieniowe odciążanie wybuchu, musimy skorzystać z jednego z poniższych rozwiązań:

1. Stosujemy dwa układy bezpłomieniowego odciążania wybuchu lub jeden większy o odpowiedniej powierzchni dekompresyjnej.
2. Zwiększamy wytrzymałość konstrukcyjną chronionego urządzenia, dzięki czemu będziemy mogli zastosować bezpłomieniowe odciążanie wybuchu o mniejszej powierzchni.

Wzmacnianie urządzenia to ostateczność

Należy podkreślić, że drugie rozwiązanie jest znacznie bardziej skomplikowane i często dużo droższe. Dzieje się tak, ponieważ wymaga ono stosownych obliczeń wytrzymałości konstrukcyjnej, które pozwolą nam określić sposób wzmocnienia konstrukcji. Dodatkowo musimy fizycznie wykonać wzmocnienia. Wszystko to generuje koszty, które często przewyższając oszczędności wynikające z zastosowania mniejszego urządzenia do bezpłomieniowego odciążania wybuchu.

Z drugiej strony może się zdarzyć, że zastosowanie jednego większego lub dwóch mniejszych układów bezpłomieniowych nie będzie możliwe. Przykładowo może się zdarzyć, że miejsce dostępne pod montaż zabezpieczeń jest zbyt małe, lub zastosowanie większej powierzchni dekompresyjnej spowoduje wykluczenie zbyt dużej objętości aparatu z użytku — ostatni aspekt dotyczy głównie silosów, o czym pisaliśmy już we wcześniejszej części niniejszego artykułu.

Tłumienie wybuchu

Powyżej sygnalizowaliśmy, że w pewnych sytuacjach zastosowanie odciążania wybuchu, czy to w formie paneli, czy układów bezpłomieniowych, może być niemożliwe. Tego typu sytuacji wbrew pozorom jest sporo, a poniżej wymienimy w punktach najważniejsze z nich. Jeśli wystąpi jeden z poniższych warunków jest bakonieczne jest zastosowanie tłumienia wybuchu.

Koszty bezpłomieniowego odciążania kontra paneli dekompresyjnych

Warto także wspomnieć o kosztach bezpłomieniowe odciążanie wybuchu, które potrafią być nawet dziesięciokrotnie wyższe niż koszt paneli dekompresyjnych. Nasze doświadczenie pokazuje, że z ekonomicznego punktu widzenia bezpłomieniowe odciążanie wybuchu opłaca się stosować dla urządzeń o kubaturze do 10 m³ (w niektórych przypadkach do kilkunastu metrów sześciennych).

Warto także podkreślić, że w przypadku większych urządzeń koszty bezpłomieniowego odciążania wybuchu zaczynają przewyższać koszty zabudowy kompletnego systemu tłumienia wybuchu, który jest bezsprzecznie najbardziej zaawansowanym systemem przeciwwybuchowym. Ten rodzaj zabezpieczeń nie pozwala w ogóle doprowadzić do wybuchu, tłumiąc go na bardzo wczesnym etapie, co powoduje znacznie krótszy czas przywrócenia chronionego aparatu do pracy po zadziałaniu systemu, niż w przypadku bezpłomieniowego odciążania wybuchu, gdzie dopuszczamy do tego, aby wybuch w środku urządzenia rozwiną się w 100%. Grozi to nieodwracalnymi zniszczeniami, a także pożarem, a w konsekwencji koniecznością wymiany urządzenia na nowe.

Układ układowi nierówny

Należy podkreślić, że zabezpieczenia pochodzące od różnych dostawców będą się różniły sprawnością. Dodatkowo mogą posiadać specyficzne ograniczenia zapisane w certyfikatach.

Powyższe rozważania dotyczą zabezpieczeń przeciwwybuchowych konkretnego dostawcy i nie należy przywiązywać się do przedstawionych tu wartości liczbowych, a jedynie do ogólnej idei. Innymi słowy — każdą sytuację należy rozważać indywidualnie w odniesieniu do charakterystyki danej instalacji procesowej, palnego pyłu oraz parametrów zabezpieczeń konkretnego dostawcy, przy czym można w tych rozważaniach kierować się przedstawioną w artykule logiką.

Panele z kanałami dekompresyjnymi

W tym miejscu należy także wspomnieć o ostatnim możliwy rozwiązaniu. Jest ono przeznaczone do stosowania dla urządzeń zagrożonych wybuchem, które znajdują się w pomieszczeniach zamkniętych. Chodzi o panele dekompresyjne ze specjalnym kanałem, który pozwala wyprowadzić ciśnienie i płomienie poprzez ścianę lub sufit budynku do otoczenia. Rozwiązanie to, choć bywa bardzo atrakcyjne ekonomicznie, to w praktyce posiada tak wiele ograniczeń, że jego prawidłowe zastosowanie jest możliwe w bardzo niewielu przypadkach. Więcej na ten temat dowiesz się z naszego studium przypadku, wtórym opisujemy zrealizowany projekt dla jednego z naszych klientów: Zabezpieczenie instalacji odpylania przed wybuchem pyłu – czyli do czterech razy sztuka