Wybór nie następuje wyłącznie na podstawie klasy pyłu St1 lub St2. Decydująca jest pełna koncepcja ochrony przeciwwybuchowej złożona ze sprawdzonych danych materiałowych, warunków procesowych, geometrii aparatu, sieci przewodów, miejsca ustawienia oraz przewidzianych środków, takich jak inertyzacja, odciążenie ciśnieniowe, tłumienie i odsprzężenie. St1 i St2 opisują jedynie szybkość narastania ciśnienia danego pyłu, a nie automatycznie wymagany stopień odporności ciśnieniowej mieszalnika.

Właściwe pytanie brzmi więc nie „St1 czy St2 – jaka grubość ścianki?”, lecz: jakie maksymalne ciśnienie może powstać w konkretnym mieszalniku, uwzględniając wszystkie prawdopodobne stany eksploatacyjne i awaryjne, oraz jaki system ochronny w sposób udowodniony ogranicza to ciśnienie do jakiej wartości?

Dane materiałowe i dane procesowe

Podstawą doboru są reprezentatywne parametry istotne dla bezpieczeństwa rzeczywistego produktu. Należą do nich KSt, maksymalne ciśnienie wybuchu pmax, minimalna energia zapłonu, minimalne temperatury zapłonu chmury pyłu i warstwy pyłu, rozkład wielkości ziarna, wilgotność, graniczne stężenie tlenu i przewodność elektryczna. Przy dodawaniu cieczy lub rozpuszczalników należy dodatkowo zbadać możliwe mieszaniny hybrydowe para–pył.

Klasy wybuchowości pyłu definiuje się na podstawie wartości KSt: St1 obejmuje zakres 0<KSt≤200 bar⋅m/s, St2 zakres 200<KSt≤300 bar⋅m/s. Wyższa wartość KSt oznacza szybszy rozwój ciśnienia i może wymagać krótszych czasów reakcji systemów odciążających, tłumiących i odsprzęgających. Nie dostarcza ona jednak pełnej informacji o pmax, wymaganej wytrzymałości zbiornika ani przydatności danego środka ochronnego.

Wartości literaturowe lub bazodanowe nadają się jedynie do wstępnego planowania. Do doboru istotnego dla bezpieczeństwa należy stosować wartości zbadane dla konkretnego produktu lub dowodliwie reprezentatywnej grupy produktów. Zmiany receptury, zmieniona wilgotność, drobniejsze wielkości ziarna, organiczne składniki uboczne lub dodanie cieczy mogą zmieniać zachowanie wybuchowe.

Dodatkowo należy uwzględnić ciśnienie robocze, temperaturę, stopień napełnienia, atmosferę procesową, elementy wewnętrzne, obroty, możliwe osady pyłu, załadunek, wyładunek oraz stan podłączonych przewodów. Szczególnie istotne są podwyższenia ciśnienia, wysoka temperatura, elementy wewnętrzne generujące turbulencje, długie przewody łączące i możliwe spiętrzenia ciśnienia. Mogą one znacząco zmieniać gwałtowność wybuchu i przebieg ciśnienia.

Właściwy wybór konstrukcji

Przy konstrukcji odpornej na ciśnienie wybuchu mieszalnik jest zaprojektowany tak, aby wytrzymał przyjęte obciążenie wewnętrznym wybuchem bez niebezpiecznego uszkodzenia. Czy dopuszczalne są trwałe odkształcenia, należy wyraźnie zdefiniować w wybranej koncepcji doboru. Dobór na maksymalne ciśnienie wybuchu pmax jest szczególnie istotny wtedy, gdy nie jest możliwe skuteczne odciążenie ciśnieniowe lub tłumienie, gdy mieszalnik jest bardzo ściśle zintegrowany, gdy uwolnienie produktu jest niedopuszczalne albo gdy ochrona ma opierać się na pasywnej wytrzymałości zbiornika.

Konstrukcja odporna na uderzenie ciśnienia wybuchu może dopuszczać trwałe odkształcenia, nie może jednak pękać ani niebezpiecznie przeciekać. Może być dobrana na maksymalne ciśnienie wybuchu lub na zredukowane ciśnienie wybuchu. Dlatego stwierdzenie „odporność na uderzenie ciśnienia oznacza zawsze dobór na pred” jest zbyt nieprecyzyjne. Wymagane ciśnienie doboru musi zostać jasno określone w koncepcji bezpieczeństwa i wykazane obliczeniowo.

Dobór na zredukowane ciśnienie wybuchu pred jest możliwy, gdy przewidziano skuteczne odciążenie ciśnieniowe lub tłumienie wybuchu. Mieszalnik, jego kołnierze, pokrywy, wzierniki, króćce pomiarowe, uszczelnienia wału, organy wyładowcze i przyłącza muszą wtedy być dobrane na rzeczywiście spodziewane maksymalne zredukowane ciśnienie wybuchu. Nie wolno skupiać się wyłącznie na korpusie zbiornika.

Norma EN 14491 dotyczy wyboru i doboru systemów odciążenia ciśnieniowego dla wybuchów pyłu. Uwzględnia ona między innymi objętość zbiornika, dane pyłu, ciśnienie otwarcia, powierzchnię odciążenia, kanały odciążające, siły odrzutu i skutki na zewnątrz zbiornika. Długie kanały odciążające, turbulencje, spiętrzenie ciśnienia i strugi płomienia mogą zwiększać zredukowane ciśnienie wybuchu. Norma wskazuje ponadto, że w większości przypadków w przewodach łączących wymagane są środki odsprzęgające.

Postępowanie praktyczne

Najpierw rejestruje się aktualne dane materiałowe i wszystkie stany eksploatacyjne. Następnie ustala się, czy atmosferę można niezawodnie uniemożliwić za pomocą inertyzacji. Jeśli tak, zasilanie gazem obojętnym, pomiar tlenu, blokady, nieszczelności i scenariusze awarii muszą być tak dobrane, aby dopuszczalna wartość tlenu była bezpiecznie dotrzymywana. Inertyzacja może wpływać na wymaganą wytrzymałość ciśnieniową, nie zastępuje jednak automatycznie koncepcji poziomów awaryjnych na wypadek zakłóceń, rozruchu, otwierania, czyszczenia lub utraty zasilania gazem obojętnym.

Następnie podejmuje się decyzję, czy mieszalnik jest dobierany na pmax, chroniony odciążeniem ciśnieniowym na pred, czy ograniczany przez system tłumienia do wykazanego ciśnienia. Przy ustawieniu wewnątrz należy szczególnie sprawdzić, czy możliwe jest odciążenie ciśnieniowe na zewnątrz. Jeśli nie, odpowiedniejsze mogą być odciążenie bezpłomieniowe, tłumienie lub konstrukcja odporna na wybuch. Decyzja zależy także od tego, czy w razie zdarzenia dopuszczalne jest uwolnienie produktu, płomieni lub substancji toksycznych.

Wybór musi uwzględniać cały układ instalacji. Przewody łączące z filtrami, silosami, przenośnikami, systemami próżniowymi i instalacjami napełniającymi mogą przenosić wybuch lub powodować spiętrzenie ciśnienia. Dlatego często wymagane jest odsprzężenie techniczne, na przykład za pomocą odpowiednich klap zwrotnych, zasuw szybkozamykających, barier gaśniczych lub zakwalifikowanych śluz celkowych.

Zapasów bezpieczeństwa nie wolno przyjmować ogólnie jako 10 lub 20 procent. Wynikają one z wybranej normy, metod obliczeniowych, niepewności danych materiałowych, reguł konstrukcyjnych, wahań ciśnienia, parametrów materiałowych oraz właściwej jednostki kontrolującej. Także typowy zakres doboru od 0,2 do 2 bar dla pred nie jest ogólnym wymogiem; takie wartości są dopuszczalne tylko w ramach zakresów ważności zastosowanej metody.

Szczególne cechy przy St2

Pyły St2 mają wyższą szybkość narastania ciśnienia niż pyły St1. Zmniejsza to dostępne okno czasowe dla systemów aktywnych, takich jak tłumienie czy zasuwy szybkozamykające. Także odciążenie ciśnieniowe i odsprzężenie muszą być dobrane szczególnie starannie. Mogą być wymagane większe powierzchnie odciążenia, nie są one jednak automatycznie wystarczające: należy ocenić także geometrię zbiornika, elementy wewnętrzne, przewody, siły odrzutu i możliwe rozprzestrzenianie się płomieni.

Podwyższona temperatura robocza lub podwyższone ciśnienie wyjściowe może zmieniać parametry wybuchu. Mieszaniny hybrydowe pyłu palnego i pary również mogą prowadzić do wyższych ciśnień wybuchu lub zmienionej wrażliwości na zapłon. Dla produktów St2 szczególnie ważne jest zatem, aby nie wychodzić z pozornie konserwatywnych wartości standardowych, lecz dobierać rzeczywiste warunki wspólnie ze specjalistami ds. konstrukcyjnej ochrony przeciwwybuchowej.

Dokumentacja i kontrola

Dobór ciśnieniowy, zastosowane dane materiałowe, koncepcja ochronna, obliczenia, odsprzężenie oraz wymagania wobec elementów przyłączeniowych muszą być w sposób zrozumiały udokumentowane w dokumencie zabezpieczenia przed wybuchem oraz w dokumentacji technicznej. Zmiany receptury, wielkości ziarna, wilgotności, ciśnienia roboczego, temperatury, wydajności, sieci przewodów, urządzeń odciążających lub podłączonych aparatów mogą wymagać ponownej oceny.

Kontrola przed pierwszym uruchomieniem musi potwierdzić, że mieszalnik, systemy ochronne i podłączone instalacje zostały zbudowane zgodnie z koncepcją ochrony przeciwwybuchowej i skutecznie działają. Dotyczy to również sytuacji po zmianach podlegających obowiązkowi kontroli.