Jakie rozwiązania zwiększają bezpieczeństwo pracy przy obchodzeniu się z pylącymi, potencjalnie wybuchowymi proszkami w mieszankach nawozowych?
Obchodzenie się z pylącymi, potencjalnie wybuchowymi proszkami – na przykład w mieszankach NPK, nawozach zawierających azotan amonu lub recepturach zawierających mikroskładniki – wymaga zintegrowanej, wielostopniowej koncepcji bezpieczeństwa. Łączy ona środki prewencyjne, kontrolę źródeł zapłonu i konstrukcyjną ochronę przeciwwybuchową i opiera się na doborze instalacji zgodnym z ATEX i pewnym pod względem pyłu.
Dobór zgodny z ATEX obejmuje podział na strefy dla atmosfer pyłowych (strefa 20/21/22) i wybór odpowiednich urządzeń o właściwych kategoriach urządzeń. Komponenty elektryczne wykonywane są pyłoszczelnie, z odpowiednimi stopniami ochrony i obudowami, aby uniknąć wnikania pyłu, zwarć i zapłonów na gorących powierzchniach. Zbiorniki, filtry i mieszalniki są konstruowane jako odporne na udar ciśnieniowy wybuchu i dobrane na zredukowane ciśnienie wybuchu.
Do konstrukcyjnej ochrony przeciwwybuchowej należą odciążenia ciśnieniowe, takie jak płytki bezpieczeństwa lub klapy dekompresyjne na silosach, filtrach i mieszalnikach, aby w sposób kontrolowany odprowadzać nadciśnienie do bezpiecznych obszarów. Systemy tłumienia wybuchu z szybką detekcją i wdmuchiwaniem środków gaśniczych mogą stłumić front płomienia w zakresie milisekund. Odsprzęganie przeciwwybuchowe realizowane jest przez zasuwy szybkozamykające, zawory zwrotne, śluzy celkowe z zabezpieczeniem przeciw przeniknięciu płomienia lub bariery gaśnicze, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się płomienia i ciśnienia do przyległych części instalacji.
Unikanie źródeł zapłonu jest centralnym poziomem ochrony. Ciągłe połączenia wyrównawcze i konsekwentne uziemienie wszystkich części instalacji przewodzących i rozpraszających ładunki – włącznie ze stacjami big-bag – zapobiegają elektrostatycznym wyładowaniom iskrowym. Mechaniczne i termiczne źródła zapłonu są ograniczane przez materiały nieiskrzące, odpowiednią technikę łożyskowania i nadzór temperatury na wirujących elementach. Temperatury powierzchni utrzymywane są poniżej temperatury żarzenia danego pyłu. Czujniki, takie jak detekcja iskier w przewodach odciągowych, nadzór temperatury łożysk i obudów oraz czujniki drgań do wczesnego rozpoznawania zagrzania, uzupełniają strategię ochrony.
Niskopylące, zamknięte ukształtowanie procesu zmniejsza powstawanie wybuchowych mieszanin pyłowo-powietrznych. Próżniowe lub zamknięte systemy przenoszenia materiału, na przykład próżniowe systemy wprowadzania proszków lub zamknięty transport pneumatyczny, minimalizują uwalnianie pyłu. Miejsca zasypu i przekazania są zabezpieczane zdefiniowanym odciągiem, a instalacje filtracyjne z czyszczeniem online i nadzorem ciśnienia różnicowego zapewniają niezawodne wychwytywanie pyłu. Obszary krytyczne mogą być inertyzowane: mieszalniki, silosy lub przewody są nadwarstwiane gazem obojętnym, a zawartość tlenu obniżana poniżej granicznego stężenia tlenu, tak że powstawanie i rozprzestrzenianie się płomienia jest uniemożliwione.
Technika pomiarowa i bezpieczeństwa zapewnia bieżący dowód bezpieczeństwa procesu. W systemach inertyzowanych zawartość tlenu jest nadzorowana w sposób ciągły, a czujniki CO wcześnie rozpoznają pożary tlące w silosach. Poziom napełnienia, temperatura i dalsze wielkości istotne dla bezpieczeństwa są rejestrowane w odpowiednio ocenionych obwodach. Koncepcje wyłączania awaryjnego i odstawiania z odpowiednim sterowaniem bezpieczeństwa umożliwiają szybką, zdefiniowaną reakcję na krytyczne odchylenia.
Czyszczenie, konserwacja i higiena są również częścią koncepcji bezpieczeństwa. Konstrukcja o niewielu strefach martwych zapobiega osadom pyłu w trudno dostępnych obszarach i zmniejsza ryzyko miejscowych źródeł zapłonu lub pożarów tlących. Gładkie, łatwe do czyszczenia powierzchnie w kontakcie z produktem ułatwiają usuwanie pyłu, opcjonalnie w wykonaniu przystosowanym do CIP. Dobrze dostępne otwory inspekcyjne z zamknięciami pyłoszczelnymi i gazoszczelnymi wspierają kontrolę i dokumentację. Ustalone i udokumentowane interwały czyszczenia, na przykład z wymaganiami dotyczącymi maksymalnie dopuszczalnych grubości warstw pyłu, ograniczają ilość palnego pyłu.
Do pełnej koncepcji bezpieczeństwa należą ponadto dokumentacja i charakterystyka pyłu. Dokument zabezpieczenia przed wybuchem systematycznie ujmuje zagrożenia, podział na strefy, środki ochronne i odpowiedzialności. Wskaźniki pyłu, takie jak wartość KSt, Pmax, minimalna energia zapłonu i dolna granica wybuchowości, są wyznaczane i tworzą podstawę doboru konstrukcyjnego i procesowego. Oceny ryzyka, na przykład w formie analiz HAZOP lub PAAG, rozpatrują cały proces, identyfikują krytyczne scenariusze i definiują odpowiednie środki prewencyjne i ograniczające.
Z połączenia tych elementów powstaje stopniowana koncepcja bezpieczeństwa: pierwotna ochrona przeciwwybuchowa przez unikanie mieszanin wybuchowych, wtórna ochrona przez wykluczenie źródeł zapłonu i trzeciorzędowa ochrona przez ograniczenie skutków. W ten sposób trwale wzrasta bezpieczeństwo pracy przy obchodzeniu się z pylącymi, potencjalnie wybuchowymi proszkami w instalacjach mieszania nawozów.
W ten sposób amixon® realizuje ochronę przeciwwybuchową dla proszków wybuchowych pyłowo
Unikanie pyłu w procesie mieszania
Przy przetwarzaniu pyłów palnych może w określonych warunkach powstać atmosfera wybuchowa; warunkiem jest jednoczesna obecność pyłu palnego, tlenu i skutecznego źródła zapłonu. Zapobiegawcza ochrona przeciwwybuchowa zmierza dlatego do niezawodnego wykluczenia lub skutecznego ograniczenia co najmniej jednego z tych warunków. Podstawą jest u amixon® pyłoszczelne wykonanie aparatów: zmniejsza ono wydostawanie się pyłów produktowych do otoczenia i pomaga tym samym unikać niebezpiecznych osadów pyłu oraz wybuchowych atmosfer pyłowych poza mieszalnikiem. Spirale SinConcave®/SinConvex® wytwarzają potrzebne do tego wymuszone przemieszczanie, bez zbędnego pylenia produktu.
Strefa ATEX 20 jako dobór przyjęty konsekwentnie
U amixon® komora mieszania jest we wszystkich seriach zaprojektowana dla strefy ATEX 20. Należą do nich mieszalniki jednowałowe EM, mieszalniki pionowe i stożkowe VM, HM, AM, KS, SH i GM, mieszalniki kontenerowe COM, mieszalniki ciągłe AMK oraz suszarko-mieszalniki-reaktory VMT i AMT. Strefa ATEX 20 oznacza obszary, w których wybuchowa atmosfera pyłowa występuje trwale lub długotrwale. Ten dobór tworzy konsekwentną podstawę dla koncepcji strefy 20/21 w przetwarzaniu proszków. Ramy regulacyjne tworzą dyrektywa produktowa ATEX 2014/34/UE i dyrektywa eksploatacyjna 1999/92/WE. Podział instalacji na strefy przeprowadza użytkownik, amixon® dostarcza do tego kwalifikowane aparaty wraz z pełną dokumentacją.
Unikanie źródeł zapłonu przez wolnoobrotową pracę
Unikanie skutecznych źródeł zapłonu jest centralnym elementem zapobiegawczej ochrony przeciwwybuchowej. W wielu zastosowaniach mieszalniki amixon® pracują ze względnie niskimi częstotliwościami obrotu; prędkość obwodowa narzędzi mieszających może, jeśli wymaga tego koncepcja procesu, zostać ograniczona do mniej niż 1 m/s. Niska prędkość narzędzi zmniejsza obciążenia mechaniczne i może obniżyć ryzyko zdarzeń tarcia, uderzenia lub iskrzenia zdolnych do zapłonu. Ponieważ geometria mieszania wytwarza intensywny, trójwymiarowy ruch produktu, niska prędkość obwodowa nie oznacza przy tym mniejszej wydajności mieszania. Konkretna ocena możliwych źródeł zapłonu musi jednak zawsze następować w odniesieniu do zastosowania – między innymi na podstawie właściwości surowców, możliwych ciał obcych, ładunków elektrostatycznych, doboru łożysk i uszczelnień, nadzoru temperatury oraz wyposażenia elektrycznego i mechanicznego aparatu.
Inertyzacja za pomocą techniki próżniowej
Kolejnym podejściem zapobiegawczej ochrony przeciwwybuchowej jest inertyzacja przestrzeni procesowej. Mieszalniki amixon® mogą być wykonane jako próżnioszczelne. Dzięki temu powietrze znajdujące się w komorze mieszania można najpierw usunąć, a następnie zastąpić gazem obojętnym; jako gazy obojętne wchodzą w rachubę – w zależności od wymagań produktowych, procesu i koncepcji bezpieczeństwa – na przykład azot, dwutlenek węgla lub gazy szlachetne. Przez obniżenie zawartości tlenu poniżej granicznego stężenia tlenu miarodajnego dla danego pyłu można zapobiec powstaniu atmosfery wybuchowej wewnątrz mieszalnika. Decydujące są przy tym dane charakterystyczne właściwe dla pyłu, szczelność całego systemu, planowany tryb pracy oraz odpowiednia technika pomiarowa, sterująca i nadzorcza.
Wykonanie ciśnieniowo wytrzymałe i odporne na udar ciśnieniowy
Jeśli atmosfery wybuchowej nie da się bezpiecznie uniknąć, mogą być konieczne konstrukcyjne środki ochronne. Mieszalniki amixon® są realizowalne opcjonalnie w wykonaniu ciśnieniowo wytrzymałym lub odpornym na udar ciśnieniowy. Dobór opiera się na wielkościach charakterystycznych ustalonych dla danego pyłu, w szczególności na maksymalnym nadciśnieniu wybuchu i szybkości narastania ciśnienia. Konstrukcja ciśnieniowo wytrzymała wytrzymuje maksymalnie oczekiwane ciśnienie wybuchu; wykonanie odporne na udar ciśnieniowy uwzględnia obniżone ciśnienie wybuchu, które wynika ze skoordynowanej koncepcji odciążenia ciśnieniowego. Odciążenie ciśnieniowe nie jest przy tym odosobnioną cechą komponentu, lecz częścią skoordynowanej koncepcji ochrony: obok wymiarowania urządzenia odciążającego należy uwzględnić bezpieczne odprowadzenie płomieni i ciśnienia, możliwe emisje pyłu, zagrożenie osób oraz oddziaływania na przyłączone komponenty.
Indywidualna koncepcja ochrony przeciwwybuchowej
Która koncepcja ochrony jest odpowiednia, nie da się ustalić ogólnie. Miarodajne są między innymi:
- palność i wielkości charakterystyczne wybuchu proszku,
- minimalna energia zapłonu i temperatury zapłonu,
- graniczne stężenie tlenu,
- wielkość cząstek, wilgotność i temperatura produktu,
- ciśnienie robocze i prowadzenie procesu,
- włączenie zasilania, wyładunku, filtracji i peryferii,
- klasyfikacja strefowa ATEX w miejscu instalacji,
- wymagania oceny ryzyka i dokumentu zabezpieczenia przed wybuchem.
amixon® dobiera dlatego aparaty mieszające w odniesieniu do zastosowania – od pyłoszczelnego prowadzenia procesu, przez wspieraną próżnią inertyzację, aż po wykonanie ciśnieniowo wytrzymałe lub odporne na udar ciśnieniowy z odpowiednim odciążeniem ciśnieniowym.
Zabezpieczenie w centrum prób amixon®
Przed każdą inwestycją stoi dowód w centrum prób. W siedzibie głównej w Paderborn dostępnych jest do tego 35 instalacji próbnych w różnych wielkościach. Są one uzupełniane centrami prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Próby przeprowadzane są z produktami oryginalnymi, realnymi stopniami napełnienia i wielkościami wsadów oraz w przewidzianym zakresie temperatury i ciśnienia. Oceniane są jakość mieszania, łagodność wobec produktu, wprowadzanie energii, zdolność do czyszczenia i powtarzalność w późniejszej pracy seryjnej. Wyniki są analizowane i dokumentowane wspólnie z ekspertkami i ekspertami amixon®. Powstaje w ten sposób wiarygodna podstawa decyzji, która wyraźnie zmniejsza ryzyka techniczne i ekonomiczne przed zakupem.