Odciążenie ciśnieniowe

Definicja

W technice procesowej i mieszalniczej termin „odciążenie ciśnieniowe” oznacza konstrukcyjny środek ochrony przeciwwybuchowej, za pomocą którego nagłe nadciśnienie powstające wewnątrz urządzenia – na przykład mieszalnika – jest kontrolowane i celowo odprowadzane.

Celem jest zachowanie integralności mechanicznej zbiornika w przypadku wybuchu pyłu lub niedopuszczalnego wzrostu ciśnienia oraz ochrona osób, instalacji i otoczenia przed niszczycielskimi skutkami, bez konieczności projektowania zbiornika jako w pełni odpornego na całe ciśnienie wybuchu.

W praktyce odciążenie ciśnienia odbywa się za pomocą specjalnych elementów odciążających, takich jak płyty bezpieczeństwa, klapy przeciwwybuchowe lub bezpłomieniowe systemy odciążające, które otwierają się po przekroczeniu określonego ciśnienia zadziałania i odprowadzają ciśnienie oraz front płomienia do bezpiecznej strefy.

Główne cechy

Konstrukcyjna, pasywna ochrona przeciwwybuchowa

Odciążenie ciśnienia należy do trzeciego poziomu ochrony przeciwwybuchowej: Wybuch nie jest zapobiegany, jednak jego skutki są ograniczone do kontrolowanego, zmniejszonego nadciśnienia wybuchowego. System działa automatycznie, bez elektronicznego wyzwalania.

Elementy odciążające

Płytki bezpieczeństwa to jednorazowe, gazoszczelne membrany, które pękają przy dokładnie określonym ciśnieniu zadziałania i gwałtownie odprowadzają nadciśnienie na zewnątrz. Mają prostą konstrukcję i wymagają bardzo niewielkiej konserwacji.

Klapy przeciwwybuchowe lub klapy odciążające to elementy z możliwością ponownego zamknięcia, które otwierają się w przypadku nadciśnienia, a następnie zazwyczaj można je ponownie ustawić w pozycji roboczej. Nadają się one w szczególności do instalacji wyposażonych seryjnie, na przykład w przemyśle paszowym i rolniczym.

Bezpłomieniowe odpowietrzanie łączy w sobie otwór odpowietrzający ze specjalnym filtrem, np. rurami typu Q lub bezpłomieniowymi zaworami odpowietrzającymi. Ciśnienie jest uwalniane, a płomienie i gorące gazy pozostają wewnątrz. Jest to szczególnie ważne w przypadku instalacji w halach produkcyjnych, pomieszczeniach czystych lub tam, gdzie odprowadzenie na zewnątrz nie jest możliwe lub dozwolone.

Zdefiniowane ciśnienie zadziałania i wymiarowanie

Elementy odciążające otwierają się przy określonym ciśnieniu zadziałania, zazwyczaj w zakresie od około 0,1 do 0,5 bara nadciśnienia, w zależności od produktu i konstrukcji instalacji. Wymagana powierzchnia odciążająca jest obliczana zgodnie z normą DIN EN 14491 i odpowiednimi wytycznymi ATEX na podstawie:

• pojemności zbiornika
• parametrów pyłu, takich jak wartość Kst i pmax
• maksymalnego dopuszczalnego zredukowanego ciśnienia wybuchu pred,max

Zgodność z dyrektywami i normami

W Europie podczas przetwarzania pyłów palnych obowiązkowe jest projektowanie zgodnie z dyrektywami ATEX 2014/34/UE i 1999/92/WE oraz odpowiednimi normami. Odciążenie ciśnieniowe stanowi kluczowy element koncepcji ochrony przeciwwybuchowej zgodnej z normami.

Konstrukcja higieniczna i zgodna z GMP

W przemyśle spożywczym i farmaceutycznym systemy odciążania ciśnienia są projektowane tak, aby nie powstawały martwe przestrzenie, w których mogłyby gromadzić się resztki produktu, a także aby powierzchnie były łatwe do czyszczenia oraz często przystosowane do procesów CIP i SIP. Zapewnia to spełnienie standardów higienicznych i wspiera zgodność z wymogami GMP.

Niskie wymagania konserwacyjne i możliwość łączenia

Płyty bezpieczeństwa i klapy zasadniczo nie wymagają częstej konserwacji, jednak należy je regularnie sprawdzać pod kątem integralności i sprawności działania. Odciążanie ciśnieniowe można skutecznie łączyć z innymi środkami ochrony przeciwwybuchowej, takimi jak wykrywanie i gaszenie iskier, oddzielenie wybuchowe za pomocą zaworów szybkiego zamknięcia lub klap zwrotnych, a także inertyzacja.

Znaczenie dla mieszalników stosowanych w mieszaniu proszków

Mieszalniki często przetwarzają drobne, suche proszki, takie jak skrobia, mąka, cukier, mleko w proszku, pigmenty, dodatki do tworzyw sztucznych, proszki metalowe lub substancje czynne stosowane w farmacji. Wiele z tych substancji tworzy z powietrzem wybuchowe mieszaniny pyłowo-powietrzne.

Typowymi źródłami zapłonu są wyładowania elektrostatyczne, tarcie mechaniczne, rozgrzane powierzchnie lub metalowe ciała obce. W przypadku zapłonu ciśnienie w zbiorniku mieszającym gwałtownie wzrasta w ciągu milisekund.

Szczególne aspekty dotyczące mieszalników:

• duża wolna objętość gazu nad mieszaną substancją, w której mogą tworzyć się chmury pyłu – zwiększa to ryzyko wybuchu pyłu
• złożone elementy wewnętrzne, takie jak spirale mieszające, uszczelnienia wałów i rozdrabniacze, które w przypadku niekontrolowanego nadciśnienia mogą ulec poważnemu uszkodzeniu lub zniszczeniu
• częste ustawianie w pomieszczeniach, w których porusza się personel i znajdują się sąsiednie instalacje, co sprawia, że w przypadku klasycznego odciążania należy bezwzględnie unikać otwartych strumieni płomienia

Profesjonalnie zaprojektowany system odciążania ciśnienia zapewnia, że:

• zbiornik mieszający pozostaje nienaruszony strukturalnie i nie pęka
• energia wybuchu jest celowo odprowadzana do bezpiecznego obszaru, na zewnątrz lub do bezpłomieniowego systemu odciążającego
• kosztowne elementy wewnętrzne oraz dalsze części instalacji są chronione przed poważnymi uszkodzeniami
• zredukowane nadciśnienie wybuchowe pred mieści się w dopuszczalnych granicach obciążenia zbiornika i konstrukcji stalowej

W przypadku dodania do proszku łatwopalnych cieczy, rozpuszczalników lub oparów powstaje mieszanka hybrydowa. Wymagane powierzchnie odciążające są wtedy większe niż w przypadku samego pyłu, a odciążanie na zewnątrz jest często niedopuszczalne – w takim przypadku należy rozważyć zastosowanie systemów bezpłomieniowych lub inertyzacji.

Typowe zastosowania i przykłady branżowe

Przemysł spożywczy

Podczas mieszania mąki, cukru, kakao, skrobi lub mleka w proszku odciążanie ciśnieniowe jest praktycznie standardem, ponieważ proszki te mają zazwyczaj istotne wartości Kst, a tym samym znaczny potencjał wybuchowy.

Przemysł chemiczny

Podczas homogenizacji granulatów tworzyw sztucznych, pigmentów, dodatków lub półproduktów odciążanie ciśnieniowe chroni zarówno personel obsługujący, jak i otaczające go urządzenia mieszające i transportowe.

Produkcja farmaceutyczna

W mieszalnikach zgodnych z GMP odciążanie ciśnieniowe często łączy się z bezpłomieniowymi systemami odciążającymi, aby zapobiec przedostawaniu się płomienia do pomieszczeń czystych oraz wydostawaniu się produktu na zewnątrz, a także zachować klasyfikację pomieszczeń czystych.

Przetwórstwo proszków metalowych

W przypadku szczególnie reaktywnych pyłów, takich jak proszek aluminiowy, magnezowy czy tytanowy, odciążanie ciśnieniowe często łączy się z inertyzacją i dodatkowymi systemami monitorowania, aby opanować wysokie ryzyko wybuchu.

Przemysł paszowy i rolniczy

Mieszalniki do premiksów i składników paszowych są często standardowo wyposażone w klapy przeciwwybuchowe, aby spełnić wymagania rozporządzenia w sprawie bezpieczeństwa pracy oraz przepisów stowarzyszeń zawodowych.

Korzyści dla klienta

• Ochrona osób: Minimalizacja ryzyka obrażeń dla operatorów i osób w otoczeniu dzięki ograniczeniu skutków ciśnienia i działania płomieni.
• Ochrona instalacji i ciągłość pracy: W razie zdarzenia uszkodzenia ograniczają się głównie do elementu odciążającego, zamiast niszczyć całą mieszarkę lub budynek. Znacznie skraca to przestoje i ułatwia szybkie wznowienie pracy.
• Pewność prawna i korzyści ubezpieczeniowe: Spełnienie odpowiednich wymagań ATEX i norm wspiera zgodne z prawem zaprojektowanie instalacji i jest uznawane przez ubezpieczycieli za uznany środek ochrony przeciwwybuchowej.
• Bezpieczeństwo inwestycji: Rozwiązania w zakresie odciążania ciśnienia zgodne z normami, spełniające wymogi higieniczne i sprawdzone w długim okresie zwiększają żywotność instalacji i chronią inwestycję.

Konkretny dobór rodzaju, liczby i wielkości elementów odciążających ciśnienie jest zawsze dostosowany do konkretnego projektu. Opiera się on na właściwościach produktu, parametrach procesu, warunkach montażu oraz dopuszczalnych obciążeniach zbiornika i konstrukcji budynku i powinien być przeprowadzony przez doświadczonych inżynierów ds. ochrony przeciwwybuchowej lub inżynierów procesowych.