Jakie funkcje bezpieczeństwa są obowiązkowe przy obchodzeniu się z proszkami zagrożonymi wybuchem pyłu?
Przy obchodzeniu się z pyłami palnymi nie obowiązuje jednolity katalog pojedynczych funkcji dla każdej instalacji. Obowiązkowa jest raczej udokumentowana, oparta na ryzyku koncepcja ochrony przeciwwybuchowej. Musi ona uwzględniać konkretną recepturę, dane materiałowe, podział na strefy, prowadzenie procesu, źródła zapłonu, miejsce ustawienia oraz cały układ instalacji. Środki ochronne wynikają z oceny ryzyka i dokumentu zabezpieczenia przed wybuchem.
W Niemczech sposób postępowania precyzują TRGS od 720 do 724: unikanie lub ograniczanie niebezpiecznej wybuchowej atmosfery, unikanie skutecznych źródeł zapłonu oraz – w razie potrzeby – ograniczanie skutków wybuchu za pomocą środków konstrukcyjnych.
Unikanie zagrożenia
Zamknięte i możliwie pyłoszczelne prowadzenie procesu, odpowiedni odciąg, filtracja oraz czyszczenie oparte na ryzyku to podstawowe środki. Mają one zapobiegać powstawaniu niebezpiecznych chmur pyłu lub rozległych osadów pyłu. Ogólna wartość graniczna typu „od 1 mm warstwy pyłu jest to krytyczne” nie jest merytorycznie uzasadniona. Już cienkie osady mogą gromadzić się na dużych powierzchniach i przy zawirowaniu umożliwić wybuch wtórny; dopuszczalne osady i częstotliwość czyszczenia muszą zatem wynikać z konkretnej oceny ryzyka.
Inertyzacja jest konieczna, gdy została ustalona jako skuteczny środek w koncepcji ochronnej. Obniża ona zawartość tlenu za pomocą odpowiedniego gazu obojętnego poniżej granicznego stężenia tlenu specyficznego dla produktu i procesu. Potrzebne są do tego szczelna instalacja, zdefiniowana sekwencja inertyzacji, wymagany pomiar tlenu, wartości alarmowe i wyłączające oraz blokady bezpieczeństwa. Nie każda instalacja zagrożona wybuchem pyłu musi być inertyzowana; czy jest to konieczne, zależy od danych materiałowych, procesu i alternatywnych środków ochronnych.
Utrzymywanie stężenia pyłów palnych trwale poniżej dolnej granicy wybuchowości w praktyce przy procesach proszkowych często nie jest wiarygodną podstawową koncepcją ochronną. Stężenia pyłu są trudne do ciągłego i reprezentatywnego pomiaru; ponadto mogą wystąpić lokalne zawirowania i osady. Dlatego zwykle wybiera się kombinację zamkniętego prowadzenia procesu, minimalizacji pyłu, unikania źródeł zapłonu oraz w razie potrzeby ochrony konstrukcyjnej.
Unikanie źródeł zapłonu
Jeżeli wybuchowej atmosfery nie można z pewnością wykluczyć, należy ocenić i opanować wszystkie potencjalne źródła zapłonu. Obejmuje to urządzenia elektryczne i nieelektryczne, gorące powierzchnie, tarcie, iskry mechaniczne, zablokowane napędy, przegrzanie łożysk i uszczelnień, ciała obce, wyładowania elektrostatyczne, otwarty ogień i prace gorące.
Bezwzględnie wymagane funkcje wynikają przy tym z doboru konstrukcyjnego. Typowymi środkami są łożyska i uszczelnienia z monitorowaniem temperatury, monitorowanie obrotów lub momentu obrotowego, ograniczenie temperatur powierzchni, odpowiednie pary materiałowe, separatory ciał obcych, kontrolowana konserwacja oraz odpowiednie urządzenia ATEX dla ustalonej strefy. Uziemienie i wyrównanie potencjałów wszystkich istotnych części przewodzących są kluczowymi elementami koncepcji ochronnej. Wymagania te dotyczą także rur, filtrów, elastycznych węży, beczek, kontenerów IBC, worków FIBC, stacji napełniania oraz w razie potrzeby personelu obsługującego.
Ogólny opór upływu wynoszący co najwyżej 106 Ω nie jest właściwy dla każdego komponentu i każdego przypadku zastosowania. Wymagania dotyczące materiałów odprowadzających ładunki zależą od elementu, materiału i przypadku zastosowania. Dla worków FIBC typu C TRGS 727 podaje na przykład opór upływu poniżej 107 Ω do punktu uziemienia. Worki FIBC typu D nie wymagają uziemienia, mogą jednak być stosowane tylko wtedy, gdy spełnione są wymagania dla przewidzianego zastosowania.
Instalacje wykrywania i gaszenia iskier nie są ogólnie przepisane. Mogą być wymagane w pneumatycznych przewodach transportowych, odcinkach odciągowych, instalacjach obróbki drewna lub innych zastosowaniach, jeżeli gorące cząstki lub iskry zostały zidentyfikowane jako istotne zagrożenie. Ich konieczność, miejsce montażu i funkcja bezpieczeństwa muszą wynikać z oceny ryzyka.
Ograniczanie skutków
Jeżeli wybuchowej atmosfery i źródeł zapłonu nie można wystarczająco pewnie uniknąć, należy zastosować konstrukcyjne środki ochronne. TRGS 724 wymienia konstrukcję odporną na wybuch, odciążenie ciśnieniowe wybuchu, tłumienie wybuchu oraz odsprzężenie techniczne jako środki, które mają ograniczać skutki wybuchu do nieszkodliwego poziomu.
Odciążenie ciśnieniowe może odbywać się za pomocą odpowiednich membran bezpieczeństwa, klap odciążających lub systemów bezpłomieniowych. Tłumienie wybuchu wymaga bardzo szybkiej detekcji i odpowiedniego środka gaśniczego. Odsprzężenie techniczne zapobiega przenoszeniu się ciśnienia i płomieni przez rurociągi na filtry, silosy, przenośniki, suszarki lub inne aparaty. Odpowiednie mogą być klapy zwrotne, zasuwy szybkozamykające, bariery gaśnicze, zawory przeciwwybuchowe lub sprawdzone do tego celu śluzy celkowe.
Właściwy środek zależy od danych materiałowych, takich jak KSt, pmax, minimalna energia zapłonu i wielkość ziarna, a także od objętości aparatu, geometrii rurociągu, wydajności, ustawienia wewnątrz lub na zewnątrz oraz możliwego zagrożenia osób. Konstrukcyjny system ochronny nie chroni automatycznie każdej osoby w każdym otoczeniu; szczególnie przy odciążeniu ciśnieniowym należy uwzględnić kierunek odprowadzenia, wydostanie się płomieni, falę ciśnieniową, uwolniony produkt i bezpieczne obszary.
Organizacja i kontrola
Obowiązkowe są ocena ryzyka i dokument zabezpieczenia przed wybuchem, o ile może wystąpić niebezpieczna wybuchowa atmosfera. Dokument musi zostać sporządzony przed rozpoczęciem pracy, utrzymywany w aktualności i dostosowywany przy istotnych zmianach. Zawiera on między innymi dane materiałowe, podział na strefy, środki ochronne, dobór urządzeń, kontrole, granice eksploatacyjne i zasady organizacyjne.
Pracownicy potrzebują instrukcji eksploatacji i szkoleń dotyczących stref zagrożonych wybuchem, uwalniania pyłu, uziemienia, czyszczenia, usuwania zakłóceń, alarmów i działań w sytuacjach awaryjnych. Dla prac gorących, szlifowania, spawania lub użycia niedopuszczonych urządzeń w strefach zagrożonych wybuchem muszą obowiązywać procedury zezwoleń.
Bezpieczeństwo przeciwwybuchowe musi zostać sprawdzone przed pierwszym uruchomieniem i po zmianach podlegających obowiązkowi kontroli. Kontrola obejmuje dokument zabezpieczenia przed wybuchem, techniczne środki ochronne i rozwiązania organizacyjne oraz ich wzajemne oddziaływanie. Należą do nich między innymi wentylacja, detekcja gazu, inertyzacja, urządzenia, systemy ochronne oraz urządzenia zabezpieczające, kontrolne i regulacyjne.
Funkcje związane z bezpieczeństwem muszą mieć dobór oparty na ryzyku. Czy obowiązuje tu SIL według IEC 61511, Performance Level według EN ISO 13849, czy inna metoda, zależy od rodzaju sterowania, funkcji bezpieczeństwa i stosowanego zbioru przepisów. Określony poziom SIL lub określony Performance Level nie jest ogólnie obowiązkowy dla wszystkich pomiarów O₂, systemów tłumienia czy instalacji gaszenia iskier.
W ten sposób amixon® wspiera bezpieczeństwo przy proszkach zagrożonych wybuchem pyłu
Dobór komory produktowej zgodny z ATEX
Przy proszkach zagrożonych wybuchem pyłu wnętrze mieszalnika, granulatora, suszarki lub reaktora często należy klasyfikować jako strefa 20. Strefa 20 oznacza obszar, w którym wybuchowa atmosfera pyłowa występuje stale, przez długi czas lub często. Podział na strefy dla całej instalacji – łącznie z dozowaniem, załadunkiem, wyładunkiem, filtrami, odcinkami transportowymi, silosami i obszarem ustawienia – jest częścią oceny ryzyka i leży po stronie użytkownika.
amixon® może wykonywać mieszalniki, granulatory, próżniowe suszarko-mieszalniki i reaktory mieszające do zastosowań z komorą produktową sklasyfikowaną jako strefa 20. Należą do nich, zależnie od serii i konfiguracji projektu, mieszalniki jednowałowe, mieszalniki pionowe i stożkowe, mieszalniki kontenerowe, mieszalniki ciągłe oraz próżniowe suszarko-mieszalniki i reaktory mieszające VMT i AMT. Dla strefy 20 zasadniczo wymagany jest bardzo wysoki poziom ochrony, odpowiadający zwykle wykonaniu kategorii 1D. Konkretna konfiguracja komory aparatu, napędu, czujników, uszczelnień, granic temperatury i dokumentacji jest ustalana indywidualnie dla projektu.
Dyrektywa produktowa ATEX 2014/34/UE dotyczy urządzeń i systemów ochronnych dla obszarów zagrożonych wybuchem. Dyrektywa eksploatacyjna ATEX 1999/92/WE zobowiązuje użytkownika do oceny ryzyka, podziału na strefy, sporządzenia i utrzymywania dokumentu zabezpieczenia przed wybuchem oraz do kontroli instalacji. amixon® może dostarczyć dokumentację dla dostarczonego aparatu; ocena i zwolnienie do eksploatacji całej instalacji pozostają zadaniem użytkownika.
Ograniczanie źródeł zapłonu i emisji pyłu
Niskie prędkości obwodowe mogą ograniczać energię tarcia, uderzenia i ścierania w mieszanym materiale. Dla mieszalników pionowych VM i HM amixon® podaje nastawialny zakres prędkości obwodowej około 0,8 do 3,5 m/s. Może to jednocześnie zmniejszać obciążenie cząstek przy wrażliwych materiałach sypkich. Niskie obroty nie są jednak samodzielnym dowodem na to, że nie powstaje skuteczne źródło zapłonu. Dodatkowo należy ocenić łożyska, uszczelnienia, wały, możliwe kontakty narzędzie–ściana, ciała obce, blokady, gorące powierzchnie, ładunki elektrostatyczne i urządzenia elektryczne.
Odpowiednie funkcje bezpieczeństwa mogą obejmować monitorowanie temperatury łożysk i uszczelnień, monitorowanie obrotów i momentu obrotowego, zarządzanie ciałami obcymi, kontrolowaną konserwację, uziemienie i wyrównanie potencjałów. Które funkcje są rzeczywiście wymagane i jak muszą być dobrane, wynika z oceny ryzyka. Dla warstw pyłu TRGS 723 podaje zasadniczo margines bezpieczeństwa 75°C między minimalną temperaturą zapłonu warstwy pyłu a temperaturą powierzchni, o ile nie uzasadniono innego ustalenia.
Wykonane z niewielką liczbą szczelin, wypolerowane obszary produktowe oraz odpowiednie systemy uszczelnień mogą ograniczać emisję pyłu. Drzwi inspekcyjne Clever-Cut® z uszczelnieniem OmgaSeal® są według amixon® zaprojektowane do uszczelnienia komory produktowej z minimalną liczbą stref martwych. Rzeczywista szczelność zależy jednak od materiału uszczelnienia, różnic ciśnień, zużycia, montażu i konserwacji. Szczelne wykonanie aparatu nie zastępuje więc ani odciągu, czyszczenia i konserwacji, ani oceny możliwych osadów pyłu i wybuchów wtórnych.
Inertyzacja i procesy ciśnieniowe
Próżniowe suszarko-mieszalniki i reaktory mieszające VMT i AMT mogą być wykonane w wersji gazoszczelnej, próżnioszczelnej i ciśnieniowoszczelnej. Nadają się one dzięki temu do procesów, w których mieszanie, reagowanie, kondycjonowanie lub suszenie ma odbywać się pod próżnią, nadciśnieniem lub w atmosferze gazu obojętnego. Wytrzymałość na ciśnienie i próżnię nie jest jednak równoznaczna z konstrukcją odporną na ciśnienie wybuchu lub na uderzenie ciśnienia wybuchu. Musi ona zostać wyraźnie uzgodniona indywidualnie dla projektu i dobrana na podstawie danych materiałowych istotnych dla bezpieczeństwa.
Inertyzacja może być zapobiegawczym środkiem ochrony przeciwwybuchowej. W aparatach próżniowych komora mieszania jest na przykład odpompowywana, a następnie napełniana odpowiednim gazem obojętnym. Przez wielokrotną zmianę ciśnienia stężenie tlenu można dodatkowo obniżyć. Inertyzacja zakłada szczelną instalację, odpowiednie zasilanie gazem obojętnym, zdefiniowane sekwencje przepłukiwania, reprezentatywny pomiar tlenu, wartości alarmowe i wyłączające oraz blokady bezpieczeństwa. Dopuszczalna wartość tlenu musi znajdować się z zapasem bezpieczeństwa poniżej granicznego stężenia tlenu wyznaczonego dla danego układu produkt–gaz obojętny.
Inertyzacja nie zapobiega automatycznie samozapłonowi, rozkładowi termicznemu, pożarowi ani reakcjom egzotermicznym. Jest zatem tylko jednym elementem pełnej koncepcji ochrony przeciwwybuchowej. Odpowiednia strategia ochronna może dodatkowo wymagać aparatów odpornych na ciśnienie wybuchu lub na uderzenie ciśnienia wybuchu, odciążenia ciśnieniowego, tłumienia wybuchu oraz odsprzężenia podłączonych części instalacji.
Centrum prób i dobór
Dobór dla konkretnego projektu rozpoczyna się od danych materiałowych istotnych dla bezpieczeństwa, na przykład KSt, pmax, minimalnej energii zapłonu, minimalnych temperatur zapłonu, wilgotności, wielkości ziarna, przewodności elektrycznej i możliwych mieszanin hybrydowych. Dane te determinują koncepcję stref, dopuszczalne temperatury powierzchni, kategorię urządzenia, wymagania dotyczące szczelności, uziemienie, inertyzację oraz możliwe konstrukcyjne środki ochronne.
amixon® według własnych danych oferuje próby procesowe z produktem oryginalnym w centrum prób. Można przy tym badać jakość mieszania, wprowadzanie temperatury, rozprowadzenie cieczy, narosty, opróżnianie, zdolność do czyszczenia oraz zachowanie pod próżnią lub w gazie obojętnym. Takie próby mogą wspierać dobór procesowy, nie zastępują jednak badania bezpieczeństwa substancji ani oceny ryzyka całej instalacji.