Systemy zabezpieczeń przeciwwybuchowych dla instalacji odpylających i centralnego odkurzania

Gdyby zadać pytanie, co łączy większość zakładów produkcyjnych w różnych gałęziach przemysłu, jedną z odpowiedzi na pewno byłoby: urządzenia odpylające, centralnego odkurzania, jak i aspiracyjne. Instalacje te są bowiem stosowane dość powszechnie. Powinieneś jednak pamiętać, że w wielu przypadkach zasysane pyły, a czasem też zasysane z nimi gazy lub pary, będą tworzyć atmosfery wybuchowe. Jeżeli tak jest, to na mocy obowiązującego prawa, pracodawca musi podjąć wszelkie niezbędne kroki w celu zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego. Mówi o tym unijna Dyrektywa ATEX USER. I choć dyrektywa ta została wprowadzona do polskiego porządku prawnego odpowiednimi rozporządzeniami, to w praktyce rozporządzenia odnoszą się do poszczególnych norm PN-EN oraz EN.

Wracając do jednostek filtracyjnych… Pomimo że budowa powszechnie stosowanych urządzeń odpylających – przynajmniej w zakresie podstawowych założeń – jest zbliżona, to podejście do ich właściwego zabezpieczenia przed skutkami wybuchu może się diametralnie różnić. Do czynników, które w głównej mierze o tym decydują, należy, zgodnie z Dyrektywą ATEX, zaliczyć:

• parametry odpylanej atmosfery wybuchowej,
• wytrzymałość konstrukcyjną urządzenia oraz,
• lokalizację urządzenia (wewnątrz lub na zewnętrza budynku).

Parametry wybuchowości

Jeśli zabezpieczenia przed skutkami wybuchu pyłu wymaga filtr, cyklon lub dowolne inne urządzenie, pierwszym krokiem powinno być wyznaczenie parametrów wybuchowości atmosfery wybuchowej. W przypadku urządzenia odpylającego istotne będzie zbadanie parametrów wybuchowości pyłów pochodzących z komory filtracyjnej i kanałów brudnego powietrza. Najważniejsze parametry, które stanowią podstawę do zaprojektowania systemu bezpieczeństwa atex to:

• Kst [bar x m/s] – maksymalna wartość przyrostu ciśnienia w danej objętości i w jednostce czasu wywołanego wybuchem atmosfery wybuchowej,
• Pmax [bar] –  maksymalne ciśnienie, jakie może zostać osiągnięte w chwili wybuchu danej atmosfery wybuchowej w jednostce filtracyjnej (lub innym zamkniętym aparacie).

Co istotne, choć do oceny zagrożenia i opracowania koncepcji systemu bezpieczeństwa często posiłkuje się przybliżonymi parametrami wybuchowości, pochodzącymi z dostępnych baz danych, to w przypadku wybuchowych pyłów istotne jest, aby ostateczne obliczenia i projekt zabezpieczenia wykonać względem parametrów wyznaczonych na podstawie badania wybuchowości pyłu pochodzącego wprost z Twojej instalacji.

Dane techniczne filtra

Jeśli znasz już parametry wybuchowości atmosfery wybuchowej, kolejnym krokiem jest uwzględnienie ich, wraz z danymi technicznymi jednostki filtracyjnej, przy obliczeniach, które pomogą dobrać zabezpieczenia. O jakich danych technicznych mowa:

• podstawowe wymiary jednostki filtracyjnej (lub innego dowolnego urządzenia),
  ilość, rodzaj oraz wymiary wkładów filtracyjnych,
• średnice oraz przebieg kanałów brudnego oraz czystego powietrza,
• wytrzymałość konstrukcyjna urządzenia wyrażona poprzez maksymalne ciśnienie Pstat [bar] na jakie dane urządzenie jest odporne, tj. nie ulegnie rozerwaniu (a w pewnych przypadkach również odkształceniu).

Istota systemów zabezpieczeń przeciwwybuchowych

Istotą projektowania systemów bezpieczeństwa wybuchowego jest obniżenie maksymalnego ciśnienia wybuchu Pmax do wartości tzw. zredukowanego ciśnienia wybuchu Pred, którego wartość musi być niższa od wytrzymałości konstrukcyjnej urządzenia Pstat. Chcąc to powiedzieć bardziej opisowo, systemy bezpieczeństwa powinny w taki sposób ograniczyć przyrost ciśnienia wybuchu pyłu we wnętrzu urządzenia, aby nie doszło do jego niekontrolowanego rozerwania lub poważnego uszkodzenia (odkształcenia).

W przypadku prawidłowo zabezpieczonej instalacji musi więc być spełniony warunek:

Pred < Pstat < Pmax

W jaki sposób wyznacza się wytrzymałość konstrukcyjną urządzenia Pstat?

Istnieją dwa prawidłowe podejścia do wyznaczania wartości parametru Pstat, czyli wytrzymałości konstrukcyjnej urządzenia. Wartość tę wyznacza się w oparciu o granicę sprężystości lub granicę plastyczności materiału, z którego wykonane zostało urządzenie takie jak np. jednostka filtracyjna. Które podejście więc wybrać, skoro oba są prawidłowe? Warto w tym momencie rozważyć, czy chroniony filtr (lub inny aparat) po wybuchu pyłu może zostać czasowo wyłączony z pracy, czy nie. Kiedy zastosujemy do obliczeń granicę plastyczności, chronimy urządzenie przed rozerwaniem, jednakże przyjmujemy ryzyko, że podczas wybuchu pyłu taki filtr ulegnie odkształceniom, które wyeliminują go z dalszej pracy. Przyjęcie natomiast do obliczeń wyższej granicy sprężystości gwarantuje, iż urządzenie w wyniku wybuchu, nie ulegnie również trwałym odkształceniom, a tym samym będzie zdolne do dalszej pracy.

Cztery sposoby na sprowadzenie ciśnienia wybuchu do poziomu akceptowalnego

Jak więc zabezpieczyć jednostki filtracyjne (oraz inne urządzenia) przed skutkami wybuchu pyłu? Zgodnie z obowiązującym polskim i europejskim prawem mamy do wyboru cztery podstawowe systemy zabezpieczeń przeciwwybuchowych:

• odciążanie wybuchu
• bezpłomieniowe odpowietrzanie wybuchu
• tłumienie wybuchu
• wykonanie konstrukcji odpornej na maksymalne ciśnienie wybuchu

W praktyce przemysłowej najczęściej nie wykonuje się urządzeń odpornych na maksymalne ciśnienie wybuchu, gdyż tego typu filtry stają się wtedy niezwykle ciężkie. Nie dość, że koszt takiego urządzenia będzie wówczas ogromny, to dodatkowo będzie trzeba ponieść kolejne koszty związane ze wzmocnieniem podłoża, lub konstrukcji budynku.

Wpływ budowy filtra na miejsce zamontowania zabezpieczeń

Panele i układy odciążające

Odciążanie wybuchu polega na zastosowaniu specjalnych paneli dekompresyjnych, które montuje się na bocznej lub górnej ścianie jednostki filtracyjnej. Jeśli zabezpieczamy urządzenie z rękawami filtracyjnymi, wówczas jedynym możliwym miejscem zamontowania paneli dekompresyjnych jest boczna strona filtra, powyżej leja. Chodzi o to, aby wyrzucone poza aparat fale ciśnienia i ognia nie napotkały rękawów.

Jeśli posiadasz urządzenia filtracyjne z prostokątnymi wkładami (płyty lub kieszenie filtracyjne) musisz też określić, gdzie znajduje się czysta część filtra. Od tego faktu zależy, czy będziesz mógł umieścić panele dekompresyjne u góry urządzenia. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy czysta strona filtra znajduje się na jego bocznej ścianie, gdyż odpowietrzamy najbardziej zagrożoną wybuchem przestrzeń w jednostce filtracyjnej, czyli część brudną. Kiedy więc całą górną przestrzeń wypełnia czysta strona filtra, zamontowanie na niej paneli nie spełni swojego zadania.

W przypadku stosowania bezpłomieniowych układów odpowietrzających wybuch, miejsce rozlokowanie tych urządzeń wyznacza się tak samo, jak w przypadku paneli dekompresyjnych.

Tłumienie wybuchu

Istotą systemu tłumienia wybuchu jest wykrycie zarzewia wybuchu pyłu w jego jak najwcześniejszym etapie i stłumienie rozwijającego się we wnętrzu urządzenia wybuchu. Pierwszą część zadania realizują czujniki (dynamiczne czujniki przyrostu ciśnienia, które czasem są wspierane czujnikami podczerwieni). Drugi etap zadania – tłumienie wybuchu – realizowane jest przez wstrzyknięcie proszku tłumiącego z butli HRD. Z punktu widzenia budowy jednostki filtracyjnej, kluczowy będzie dobór miejsc pomiaru i miejsc zamontowania butli HDR. Przykładowo stosowne obliczenia i analiza budowy filtra pozwolą stwierdzić, czy w którychś miejscach należy zastosować czujnik podczerwieni, aby zwiększyć poziom detekcji.

Równie ważna jest także izolacja wybuchu.

Izolacja (odsprzęganie) zapobiega rozprzestrzenianiu się wybuchu kanałami do sąsiednich urządzeń i pomieszczeń. Względem zapisów Dyrektywy ATEX jest ona tak samo wymagana, jak zastosowanie jednego z czterech systemów zabezpieczeń przeciwwybuchowych, które omawiamy wyżej. Stosuje ją się na kanałach łączących dane urządzenie z pozostałą częścią instalacji. W związku z tym wartość Pred < Pstat < Pmax musi być zachowana także dla odcinków kanałów na długości od aparatu do układów odsprzęgania.