Konstrukcja odporna na uderzenia ciśnienia
Definicja
Konstrukcja odporna na uderzenia ciśnienia jest formą konstrukcyjnej ochrony przeciwwybuchowej urządzeń i zbiorników, w szczególności mieszalników, w których przetwarzane są proszki lub mieszaniny hybrydowe. Zbiornik uznaje się za odporny na uderzenia ciśnieniowe, jeśli jest zaprojektowany w taki sposób, aby wytrzymać uderzenie ciśnieniowe powstające podczas wewnętrznego wybuchu do określonego maksymalnego nadciśnienia wybuchowego bez pęknięcia. Trwałe odkształcenia są dopuszczalne, o ile zachowana jest szczelność i integralność mechaniczna obudowy oraz nie dochodzi do niekontrolowanego wydostawania się płomieni lub gazów wybuchowych na zewnątrz.
Zazwyczaj urządzenie projektuje się na zredukowany nadciśnienie wybuchowe pred wynoszące od około 0,5 do 10 barów – w zależności od produktu, parametrów wybuchowych oraz ogólnej koncepcji zabezpieczeń, na przykład w połączeniu z systemem odciążania ciśnienia lub tłumienia wybuchu.
Odróżnienie od pokrewnych konstrukcji
Konstrukcja Opis Stan po wybuchu
Odporna na ciśnienie wytrzymuje ciśnienie wybuchu bez trwałego odkształcenia w pełni sprawna, brak odkształceń
Odporna na uderzenie ciśnieniowe wytrzymuje określone uderzenie ciśnieniowe; dopuszczalne niewielkie trwałe odkształcenie, niedopuszczalne pęknięcie sprawna, ewentualnie widoczne odkształcenia
Z redukcją ciśnienia – ciśnienie jest kontrolowanie odprowadzane przez punkty zaplanowanego pęknięcia, takie jak płyty bezpieczeństwa lub klapy; konstrukcja nośna pozostaje nienaruszona, urządzenie odciążające wymaga wymiany
Konstrukcja odporna na uderzenia ciśnieniowe jest często łączona ze środkami redukującymi ciśnienie lub tłumiącymi wybuch, aby obniżyć wartość pred i ograniczyć obciążenie konstrukcji.
Istotne cechy w technologii mieszania
Ciśnienie projektowe
Konstrukcja zbiornika mieszającego dostosowana do zdefiniowanego zredukowanego nadciśnienia wybuchowego, typowo od 0,5 do 10 barów, zgodnie z ustalonymi danymi substancji i wybraną koncepcją ochrony przeciwwybuchowej.
Wzmocniona geometria zbiornika
Zwiększona grubość ścianek oraz kształty dna i pokrywy przystosowane do uderzeń ciśnieniowych, np. dna stożkowe lub dna typu Klöppera, w celu bezpiecznego przejęcia lokalnych szczytów naprężeń.
Wybór materiału
Zastosowanie wytrzymałych, wysokiej jakości stali – zazwyczaj stali nierdzewnych, takich jak 1.4301, 1.4404 lub 1.4571 – o określonych właściwościach wytrzymałościowych i udarnościowych, tak aby energia wybuchu była pochłaniana głównie poprzez odkształcenie plastyczne, a nie pękanie kruche.
Specjalistyczne systemy uszczelniające
Uszczelnienia wałów i obudowy odporne na uderzenia ciśnieniowe, takie jak pierścienie O-ringowe lub uszczelnienia nadmuchiwane, które zapobiegają wyciekom nawet w przypadku wybuchu i zapewniają szczelność obudowy.
Solidne mechanizmy zamykające i łączące
Otwory inspekcyjne i konserwacyjne z wzmocnionymi zamkami. Wszystkie przyłącza rurowe, wloty i wyloty oraz przejścia wałów są wykonane w sposób odporny na uderzenia ciśnieniowe, aby zapobiec ich pęknięciu lub oderwaniu w razie zdarzenia.
Konstrukcja i produkcja zgodne z normami
Projekt zgodny z odpowiednimi europejskimi i krajowymi dyrektywami oraz normami, w szczególności:
- DIN EN 14460 dotycząca odporności urządzeń na wybuch
- dyrektywa 2014/34/UE dla producentów urządzeń oraz obowiązki operatorów zgodnie z dyrektywą 1999/92/WE
- wykwalifikowane wykonanie spoin zgodnie z normą EN ISO 3834 oraz związane z tym certyfikaty wytrzymałościowe i materiałowe
Certyfikowane wyposażenie i dokumentacja
Konstrukcja odporna na uderzenia ciśnienia jest często łączona z urządzeniami oddzielającymi pod względem przeciwwybuchowym w przyłączach zasilających i odprowadzających, takimi jak klapy zwrotne lub bariery środka gaśniczego. W skład dostawy wchodzą zazwyczaj:
- Obliczenia wytrzymałościowe i stabilnościowe
- Certyfikaty materiałowe, na przykład 3.1 zgodnie z normą EN 10204
Deklaracja zgodności oraz dokumentacja dotycząca ATEX
Ochrona przeciwwybuchowa w mieszalniku
Mieszalniki często przetwarzają pyły palne, co może prowadzić do powstania atmosfery wybuchowej w komorze mieszania – zazwyczaj w strefie 20. Typowe obszary zastosowań to:
- przemysł spożywczy: mleko w proszku, skrobia, cukier, mąki zbożowe, kakao
- przemysł chemiczny: granulaty tworzyw sztucznych, pigmenty, organiczne chemikalia precyzyjne
- przemysł farmaceutyczny: substancje czynne, laktoza, pochodne celulozy
- Przemysł akumulatorowy i proszków metalowych: proszki aluminiowe, magnezowe, grafitowe i inne proszki metalowe
- Przemysł budowlany i surowców mineralnych: suche zaprawy z łatwopalnymi domieszkami
Konstrukcja odporna na uderzenia ciśnienia sprawdza się szczególnie wtedy, gdy klasyczne odprowadzenie ciśnienia na zewnątrz nie jest możliwe z przyczyn konstrukcyjnych lub jest możliwe tylko w ograniczonym zakresie, na przykład w budynkach wielokondygnacyjnych, przy instalacji wewnątrz pomieszczeń lub w pomieszczeniach czystych.
Jest to również rozwiązanie z wyboru, gdy do procesu wprowadzane są łatwopalne ciecze, rozpuszczalniki lub opary. W takich mieszaninach hybrydowych minimalna energia zapłonu znacznie spada, podczas gdy szybkość wzrostu ciśnienia i maksymalne ciśnienie wybuchu wzrastają. Ciśnienie projektowe należy wówczas określić na podstawie parametrów charakterystycznych mieszaniny hybrydowej, a nie wyłącznie na podstawie parametrów charakterystycznych pyłu.
Specyficzne zalety mieszalników
Ze względu na swoją konstrukcję – często stożkową lub cylindryczną z napędem umieszczonym u góry – mieszalniki posiadają obszar napędu i łożysk oddzielony od komory produkcyjnej. W wersji odpornej na uderzenia ciśnieniowe wynika z tego następujące korzyści:
Ochrona ludzi i otoczenia
W przypadku wybuchu instalacja pozostaje zamknięta. Zapobiega to rozrzucaniu odłamków i przedostawaniu się płomieni do przestrzeni produkcyjnej, a płonące cząstki pozostają w komorze mieszania.
Ochrona kluczowych surowców i procesów
Nadaje się do bezpiecznego przetwarzania proszków wybuchowych i mieszanek hybrydowych bez pogorszenia jakości produktu poprzez stosowanie dodatkowych środków zabezpieczających w procesie.
Wysoka dostępność instalacji
W przeciwieństwie do urządzeń nieodpornych na uderzenia ciśnieniowe, które często ulegają zniszczeniu w wyniku wybuchu, mieszalnik odporny na uderzenia ciśnieniowe może – w zależności od zakresu odkształcenia – zostać ponownie uruchomiony po zdarzeniu, zazwyczaj po kontroli wzrokowej, ewentualnej wymianie uszczelek i urządzeń odciążających oraz kontroli technicznej.
Integracja z koncepcjami ochrony przeciwwybuchowej
Ponieważ ryzyko wybuchu pozostaje zamknięte w zbiorniku mieszającym, często możliwa jest bardziej kompaktowa konfiguracja. Odległości bezpieczeństwa ulegają zmniejszeniu, układ staje się prostszy, a długie przewody odprowadzające ciśnienie na zewnątrz nie są konieczne.
Pewność prawna i możliwość ubezpieczenia
Wykonanie zgodnie z dyrektywami ATEX i odpowiednimi normami ułatwia wypełnienie ustawowych obowiązków operatora i może pozytywnie wpłynąć na ocenę ryzyka oraz klasyfikację w ramach ubezpieczenia mienia.
Podsumowanie dla praktyki
Konstrukcja odporna na uderzenia ciśnieniowe w mieszalnikach i innych urządzeniach do proszków stanowi technicznie zaawansowane, ale szczególnie niezawodne rozwiązanie pozwalające opanować wewnętrzne wybuchy pyłu. Łączy ona w sobie:
- konstrukcyjną ochronę przeciwwybuchową dzięki zbiornikom i komponentom zaprojektowanym jako odporne na uderzenia ciśnieniowe
- wysokie bezpieczeństwo eksploatacyjne dla personelu i budynków
- korzyści ekonomiczne wynikające z ograniczenia szkód i szybkiego ponownego uruchomienia
- elastyczność projektową przy rozmieszczeniu instalacji, zwłaszcza w pomieszczeniach zamkniętych