Гибридные смеси

Определение

Гибридная смесь — это взрывоопасная атмосфера, содержащая одновременно горючий пыль и горючий газ, пар или туман. Таким образом, этот термин описывает пограничный случай между двумя классическими областями взрывозащиты — взрывом газа и взрывом пыли, — для которых в каждом отдельном случае действуют собственные зоны, категории оборудования и характеристические значения.

С точки зрения техники безопасности гибридная смесь не является простой суммой своих компонентов, а должна оцениваться самостоятельно. Решающим фактором является то, что гибридная смесь может быть воспламеняемой, хотя ни доля пыли, ни доля газа по отдельности не достигают соответствующего нижнего предела взрываемости.

Влияние на параметры взрываемости

Даже небольшие доли горючего газа или пара существенно изменяют поведение пылевоздушной смеси:

Минимальная энергия воспламенения (MZE) значительно снижается. Источники воспламенения, которые для чистой пыли были бы некритичными — например, слабые электростатические разряды — могут оказаться достаточными. Это самое важное изменение с практической точки зрения.
Скорость роста давления увеличивается. Значение Kst смеси превышает значение для чистой пыли; время реакции, доступное для систем защиты, сокращается.
Максимальное избыточное давление взрыва pmax увеличивается. Увеличивается расчетная нагрузка при проектировании резервуаров.
Пределы взрыва смещаются. Нижний предел взрыва смеси лежит ниже индивидуальных пределов пыли и газа.
Минимальная температура воспламенения может снизиться. В связи с этим ужесточаются допустимые значения температуры поверхности и температурные классы.

Эти эффекты не являются линейными и не могут быть рассчитаны на основе отдельных характеристик. Надежные значения можно получить только путем испытания фактической смеси в условиях, приближенных к реальным.

Где возникают гибридные смеси в технологии смешивания

В области переработки порошков гибридные смеси встречаются чаще, чем кажется на первый взгляд. Типичные варианты:

Добавление жидкости к порошкам: распыление или дозирование масел, ароматизаторов, олеорезинов, спирта или спиртосодержащих растворов в ходе процесса смешивания
Грануляция и инстантизация: образование агломератов с помощью связующих веществ, содержащих растворители
Покрытие и глазирование: нанесение растворов или суспензий на поверхность частиц
Вакуумная смесительно-сушильная обработка и синтез: испарение органических растворителей в аппарате, заполненном пылью
Остаточные растворители в исходном сырье: порошки из предшествующих процессов, которые все еще содержат летучие компоненты и выделяют их в смесительную камеру
Газовыделяющиеся продукты: вещества, которые при повышении температуры или механическом воздействии выделяют горючие продукты разложения

Особое внимание следует уделить последнему случаю: процесс, который по замыслу является чисто пылевым, может непреднамеренно превратиться в гибридный процесс из-за остаточной влаги, остаточного растворителя или разложения.

Последствия для зонирования и выбора оборудования

При наличии гибридной смеси зонирование, основанное исключительно на пыли, больше не действует. Необходимо оценивать обе атмосферы:

Соответствующая зона должна классифицироваться как по газовым зонам 0, 1 и 2, так и по пылевым зонам 20, 21 и 22.
Оборудование и системы защиты должны соответствовать более строгим требованиям из обоих критериев — как в отношении категории оборудования и уровня защиты, так и в отношении типа защиты от возгорания и температурного класса.
Маркировка должна подтверждать пригодность для обеих атмосфер, то есть как для группы оборудования G, так и для D.

Эффективность отдельных мер защиты также меняется: меры, разработанные для пыли — например, расчеты пограничного слоя с учетом отложений пыли, — не действуют в случае газов, и, наоборот, системы вентиляции, рассчитанные на газы, имеют лишь ограниченную эффективность в условиях пыли.

Конструктивные последствия для аппаратов

Конструкция, устойчивая к гидравлическим ударам: Расчетное давление следует определять на основе характеристик гибридной смеси. Устройство, рассчитанное на чистую пыль, может оказаться недоразмеренным.
Сброс давления: Требуемые площади сброса становятся больше, поскольку давление растет быстрее. В случае паров растворителей сброс давления в открытую среду зачастую недопустим; в таком случае необходимо рассмотреть возможность использования безпламенных систем.
Инертизация: В случае гибридных смесей снижение содержания кислорода часто является наиболее экономичным и безопасным решением, поскольку оно одновременно охватывает обе атмосферы. Это предполагает контролируемую подачу газа и мониторинг содержания кислорода.
Развязка взрывных волн: Из-за более высокой скорости распространения пламени развязка от предшествующих и последующих участков установки приобретает особое значение.
Усиленные меры по предотвращению источников воспламенения: из-за низкой минимальной энергии воспламенения особую важность приобретают сквозное заземление, уравнивание потенциалов, предотвращение образования механических искр и ограничение температур поверхностей.
Герметичность и газопроводимость: оборудование должно быть газонепроницаемым, чтобы пары не выходили в окружающую среду и не создавали там дополнительную газовую зону.

Директивы и стандарты

Оценка гибридных смесей осуществляется в рамках тех же директив, что и остальные меры взрывозащиты, в частности Директивы 2014/34/EU для оборудования и систем защиты, а также Директивы 1999/92/EG, касающейся обязанностей эксплуатантов. Методологическую основу, в частности, обеспечивают стандарт EN 1127-1, касающийся основ и методологии взрывозащиты, а также стандарт VDI 2263, касающийся пылевых пожаров и пылевых взрывов. Гибридные смеси должны быть явно указаны как таковые в документе по взрывозащите и подвергнуты соответствующей оценке.

Практические рекомендации

Полное учет процесса: Все вещества, поступающие в смеситель или способные образовываться в нём, должны быть учтены — включая чистящие средства, остатки растворителей и продукты разложения.
Определение характеристик смеси: Литературные значения для чистой пыли не являются достоверными в случае гибридных смесей. Требуется испытание реальной смеси в сертифицированной лаборатории.
Определить на раннем этапе: то, является ли процесс гибридным, определяет конструкцию оборудования, расчетное давление и концепцию защиты. Последующая перенастройка значительно более трудоемка, чем учет этого фактора на этапе проектирования.
Проверить изменения рецептуры: замена связующего вещества или носителя аромата может превратить процесс, который до сих пор был чисто пылевым, в гибридный.