Dla mieszalników przetwarzających proszki organiczne lub inne palne pyły zgodny z ATEX projekt jest zawsze wynikiem oceny specyficznej dla substancji, procesu i instalacji. Sama nazwa produktu nie wystarczy: decydujące są rzeczywista frakcja drobnopyłowa, wilgotność, wielkość ziarna, możliwe pary rozpuszczalnika lub substancji zapachowych, temperatura, ciśnienie procesowe oraz stany eksploatacyjne od rozruchu po czyszczenie. Dla mieszalników i instalacji mieszających VDI 2263 arkusz 10 jest centralną wytyczną projektową; traktuje ona wyraźnie o ochronie przeciwpożarowej i przeciwwybuchowej dla mieszalników z mieszaninami pyłu, gazu, pary i mieszaninami hybrydowymi.

Koncepcja stref i dane materiałowe

Podział na strefy należy do dokumentu zabezpieczenia przed wybuchem użytkownika. Strefa 20 występuje, gdy wewnątrz mieszalnika, filtra, silosu lub przewodu transportowego wybuchowa atmosfera pyłowa jest obecna stale, przez długi czas lub często. Strefa 21 dotyczy obszarów, w których taka atmosfera może w normalnej eksploatacji okazjonalnie występować, na przykład w miejscach napełniania, wyładunku lub poboru próbek. Strefa 22 opisuje obszary, w których występuje ona tylko rzadko i krótkotrwale. Konkretne wyznaczenie granic wynika z uwalniania pyłu, szczelności, odsysania, czyszczenia i sytuacji otoczenia.

Dla strefy 20 zasadniczo wymagany jest bardzo wysoki poziom ochrony; w klasycznej kategoryzacji ATEX odpowiada to regularnie kategorii 1D. Dla strefy 21 dopuszczalne są kategoria 1D lub 2D, a dla strefy 22 kategoria 1D, 2D lub 3D. Przyporządkowanie obejmuje komponenty elektryczne i nieelektryczne: silniki, czujniki, elementy wykonawcze, wały, łożyska, uszczelnienia, narzędzia mieszające, klapy i urządzenia transportowe muszą być rozpatrywane łącznie. Odpowiednia procedura oceny zgodności i konieczność badania typu UE zależą od kategorii urządzenia, grupy urządzenia, typu urządzenia i mającej zastosowanie procedury oceny zgodności ATEX; badanie typu nie jest więc wymagane ryczałtowo dla każdego urządzenia kategorii 1D czy 2D.

Przed szczegółowym projektowaniem wymagane są reprezentatywne dane bezpieczeństwa technicznego materiału. Należą do nich co najmniej KSt, maksymalne ciśnienie wybuchu pmax, minimalna energia zapłonu, minimalna temperatura zapłonu chmury pyłu, minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu, rozkład wielkości ziaren, wilgotność i przewodność elektryczna. Przy dodawaniu lotnych cieczy lub rozpuszczalników mieszaniny hybrydowe pary i pyłu muszą być oceniane oddzielnie, ponieważ zachowanie zapłonowe i wybuchowe może się zmieniać w porównaniu z czystym pyłem. Ogólne zakresy minimalnej energii zapłonu dla „pyłów detergentowych” lub innych grup produktowych nie są wystarczająco wiarygodne i nie powinny być stosowane jako podstawa projektu.

Zapobieganie źródłom zapłonu

Unikanie skutecznych źródeł zapłonu jest centralną warstwą ochrony. EN 1127-1 rozpatruje różne rodzaje źródeł zapłonu, w tym gorące powierzchnie, płomienie i gorące gazy, iskry powstałe mechanicznie, urządzenia elektryczne, prądy błądzące, elektryczność statyczną, uderzenie pioruna, promieniowanie elektromagnetyczne i reakcje egzotermiczne. EN ISO 80079-36 i -37 są istotne dla oceny urządzeń nieelektrycznych i ich potencjalnych źródeł zapłonu.

Mechaniczne wymiary szczelin, doboru materiałów, możliwe punkty styku i ciała obce muszą być zaprojektowane tak, aby w normalnej eksploatacji i przy uwzględnianych zakłóceniach nie powstawały niebezpieczne iskry tarcia, uderzenia czy szlifowania. Ogólnie obowiązująca maksymalna prędkość, taka jak „poniżej 1 m/s”, dla narzędzi mieszających w strefie 20 nie istnieje. Dopuszczalna prędkość obwodowa zależy od geometrii, materiałów, wielkości ziarna, możliwego wnikania ciał obcych, prawdopodobieństwa kontaktu, temperatury, zadania mieszania i dalszych środków ochronnych. Musi być uzasadniona w ramach oceny zagrożenia zapłonem.

Łożyska i uszczelnienia są miejscami krytycznymi. Możliwe są na przykład łożyska zewnętrzne, skuteczne oddzielenie przestrzeni produktowej od przestrzeni napędu, odpowiednie uszczelnienia wału, nadzór temperatury i nadzór stanu. Środki muszą odpowiadać proszkowi, obrotom, ciśnieniu, temperaturze i przewidzianej metodzie czyszczenia. Dla warstw pyłu TRGS 723 podaje zasadniczo margines bezpieczeństwa 75 °C między minimalną temperaturą zapłonu warstwy pyłu a temperaturą powierzchni, o ile ocena zagrożenia nie dopuszcza innego ustalenia.

Naładowania elektrostatyczne mogą zwłaszcza przy suchych, drobnych i słabo przewodzących proszkach stanowić źródło zapłonu. Konieczna jest ciągła koncepcja uziemienia i wyrównania potencjałów, ocena komponentów przewodzących i izolujących, odpowiednie węże, materiały filtracyjne, elastyczne połączenia, opakowania i środki ochrony indywidualnej. TRGS 727 opisuje wymagania dotyczące unikania elektrostatycznych zagrożeń zapłonowych. Ryczałtowa rezystancja uziemienia 106 Ω nie jest przenoszalna na wszystkie części instalacji i przypadki zastosowań. Dla FIBC typu C TRGS 727 podaje na przykład rezystancję odprowadzania mniejszą niż 107 Ω do punktu uziemienia; FIBC typu D nie wymagają uziemienia, mogą być jednak stosowane tylko wtedy, gdy przedstawiono dowód, że nie powstają niebezpieczne naładowania.

Urządzenia elektryczne muszą być odpowiednie dla przypisanej strefy, atmosfery pyłowej i dopuszczalnej temperatury powierzchni. Przy pyłoszczelnych urządzeniach elektrycznych często istotny jest pyłoszczelny stopień ochrony, taki jak IP6X; wymagany stopień ochrony i oznakowanie wynikają jednak z wybranej zasady ochrony i konkretnego dopuszczenia urządzenia. Iskrobezpieczeństwo może być sensowne dla określonych obwodów pomiarowych i sterowniczych, nie jest jednak uniwersalnym wymogiem dla wszystkich czujników w mieszalniku.

Koncepcja ochronna i inertyzacja

Koncepcja ochronna kieruje się kolejnością priorytetów. Najpierw sprawdza się, czy można uniknąć lub ograniczyć niebezpieczną atmosferę wybuchową, na przykład poprzez zamknięte prowadzenie procesu, ograniczenie uwalniania pyłu lub inertyzację. Następnie unika się skutecznych źródeł zapłonu. Jeśli obu celów nie można niezawodnie osiągnąć, dodawane są środki konstrukcyjne ograniczające skutki wybuchu.

Przy inertyzacji tlen jest redukowany odpowiednim gazem, często azotem, do tego stopnia, że zawartość tlenu leży poniżej granicznego stężenia tlenu ustalonego specyficznie dla substancji i procesu. Ryczałtowa wartość docelowa poniżej 8 procent objętościowych tlenu jest niedopuszczalna; dopuszczalne stężenie eksploatacyjne musi być wyprowadzone z granicznego stężenia tlenu, niepewności pomiaru, założeń dotyczących nieszczelności, wahań procesowych i zdefiniowanego marginesu bezpieczeństwa. Inertyzacja wymaga wystarczająco gazoszczelnej instalacji, odpowiedniego zasilania w gaz obojętny, pomiaru tlenu, zdefiniowanych wartości alarmowych i wyłączających oraz blokad zorientowanych na bezpieczeństwo.

Przy recepturach z utleniaczami, na przykład nadwęglanem sodu, inertyzacja musi być oceniana szczególnie starannie. Nadwęglan sodu może przy rozkładzie uwalniać tlen i wzmacniać pożary. Redukcja tlenu azotem nie zastępuje więc ani kontroli temperatury, ani oceny termicznego rozkładu, możliwych zanieczyszczeń czy reakcji egzotermicznych.

Konstrukcyjne środki ochronne mogą obejmować aparaty odporne na ciśnienie wybuchu lub na uderzenie ciśnienia wybuchu, odciążenie ciśnienia, bezpłomieniowe odciążenie, tłumienie wybuchu i oddzielenie podłączonych części instalacji. EN 14460 traktuje o urządzeniach odpornych na wybuch; EN 14491 traktuje o odciążeniu ciśnienia wybuchu, a EN 14373 traktuje o projektowaniu, zastosowaniu, badaniu skuteczności, eksploatacji i konserwacji systemów tłumienia wybuchu. Systemy takie są przeznaczone dla zamkniętych lub zasadniczo zamkniętych obudów i nie obowiązują dla substancji niestabilnych, wybuchowych, pirotechnicznych lub piroforycznych.

Oddzielenie jest szczególnie ważne, aby wybuchy nie przenosiły się przez przewody na filtry, silosy, instalacje dozujące i napełniające. Odpowiednimi rozwiązaniami mogą być sprawdzone pod względem ochrony przeciwwybuchowej klapy zwrotne, szybkozamykające zasuwy, bariery środka gaśniczego, zawory ochrony przeciwwybuchowej lub odpowiednio przystosowane śluzy komórkowe. Każde urządzenie oddzielające musi odpowiadać klasie wybuchowości pyłu, przewodowi rurowemu, kierunkowi procesu, stosunkom ciśnienia i sytuacji zabudowy.

Dokumentacja i badania

Projekt musi być w sposób możliwy do prześledzenia udokumentowany w ocenie ryzyka producenta oraz w dokumencie zabezpieczenia przed wybuchem użytkownika. Obejmuje on dane materiałowe, strefy, ocenę zagrożenia zapłonem, kategorie urządzeń, koncepcję ochronną, interfejsy, granice eksploatacyjne, konserwację, czyszczenie, badania oraz postępowanie przy rozruchu, wyłączaniu, zmianach receptury i zakłóceniach.

Przed uruchomieniem i cyklicznie wymagane są badania zgodnie z przepisami obowiązującymi w danej lokalizacji. W Niemczech szczególnie należy przestrzegać wymagań rozporządzenia o substancjach niebezpiecznych i rozporządzenia o bezpieczeństwie eksploatacji. Strukturalne badanie HAZOP lub porównywalne studium bezpieczeństwa może być bardzo sensowne przy złożonych instalacjach mieszających, nie jest jednak ryczałtowym obowiązkiem prawnym dla każdej instalacji.