Конструкция, устойчивая к гидравлическим ударам

Определение

Конструкция, устойчивая к ударным волнам, представляет собой один из видов конструктивной взрывозащиты для аппаратов и резервуаров, в частности для смесителей, в которых перерабатываются порошки или гибридные смеси. Емкость считается устойчивой к ударной волне, если она спроектирована таким образом, что выдерживает ударную волну, возникающую при внутреннем взрыве, до установленного максимального избыточного давления взрыва, не разрываясь. При этом допускаются остаточные деформации, если сохраняются герметичность и механическая целостность корпуса и не происходит неконтролируемого выхода пламени или взрывоопасных газов наружу.

Обычно аппарат рассчитывается на пониженное избыточное давление взрыва pred от примерно 0,5 до 10 бар — в зависимости от продукта, характеристик взрыва и общей концепции защиты, например, в сочетании с системами сброса давления или подавления взрыва.

Отличие от схожих типов конструкций

Тип конструкции Описание Состояние после взрыва

Устойчивая к давлению выдерживает давление взрыва без остаточной деформации полностью работоспособна, деформации отсутствуют

Устойчивая к гидравлическому удару выдерживает заданный гидравлический удар; допускается незначительная остаточная деформация, разрыв недопустим работоспособна, в некоторых случаях возможны видимые деформации

Сброс давления: давление контролируемо отводится через места запланированного разрушения, такие как разрывные диски или заслонки; несущая конструкция сохраняется, устройство сброса давления подлежит замене

Устойчивая к ударному давлению конструкция часто сочетается с мерами по сбросу давления или подавлению взрыва, чтобы снизить pred и ограничить нагрузку на конструкцию.

Основные характеристики в технологии смешивания

Расчетное давление

Конструкция смесительной емкости рассчитана на заданное пониженное избыточное давление взрыва, обычно от 0,5 до 10 бар, в соответствии с полученными данными о веществе и выбранной концепцией взрывозащиты.

Усиленная геометрия резервуара

Увеличенная толщина стенок, а также формы дна и крышки, рассчитанные на гидравлические удары, например конические или клёпперские днища, для надёжного поглощения локальных пиков напряжения.

Выбор материала

Использование вязких высококачественных сталей — как правило, нержавеющих сталей, таких как 1.4301, 1.4404 или 1.4571, — с заданными характеристиками прочности и вязкости, чтобы энергия взрыва в основном поглощалась за счет пластической деформации, а не хрупкого разрушения.

Специализированные уплотнительные системы

Уплотнения вала и корпуса, устойчивые к гидравлическим ударам, например, уплотнительные кольца (O-ring) или надувные уплотнения, которые предотвращают утечки даже при взрыве и обеспечивают герметичность корпуса.

Массивные запорные и соединительные механизмы

Люки для осмотра и технического обслуживания с усиленными замками. Все трубные соединения, входы и выходы, а также валовые вводы выполняются в исполнении, устойчивом к гидравлическим ударам, чтобы предотвратить разрыв или отрыв в случае взрыва.

Конструкция и изготовление в соответствии с нормами

Проектирование в соответствии с действующими европейскими и национальными директивами и стандартами, в частности:

DIN EN 14460 по взрывозащите аппаратов
Директива 2014/34/ЕС для производителей оборудования и обязательства операторов в соответствии с Директивой 1999/92/ЕС
квалифицированное выполнение сварных швов в соответствии с EN ISO 3834, а также соответствующие расчёты прочности и сертификаты на материалы

Сертифицированное оборудование и документация

Часто конструкция, устойчивая к гидравлическим ударам, сочетается с устройствами, обеспечивающими взрывотехническую развязку в линиях подачи и слива, например, обратными клапанами или барьерами для огнетушащих веществ. В комплект поставки обычно входят:

Расчёты прочности и устойчивости
Сертификаты на материалы, например, 3.1 в соответствии с EN 10204
Декларация о соответствии и документация, относящаяся к ATEX

Взрывозащита в смесителе

Смесители часто обрабатывают горючие пыли, в результате чего в камере смешивания может образоваться взрывоопасная атмосфера — как правило, зона 20. Типичные области применения:

пищевая промышленность: сухое молоко, крахмал, сахар, зерновые муки, какао
химическая промышленность: гранулы пластмасс, пигменты, органические продукты тонкой химии
фармацевтическая промышленность: активные вещества, лактоза, производные целлюлозы
Производство аккумуляторов и металлических порошков: алюминиевый, магниевый, графитовый и другие металлические порошки
Строительная и горно-обогатительная промышленность: сухие строительные смеси с горючими наполнителями

Конструкция, устойчивая к гидравлическим ударам, особенно подходит в тех случаях, когда классическое сброс давления в атмосферу невозможно реализовать с конструктивной точки зрения или возможно лишь в ограниченном объеме, например, в многоэтажных зданиях, при установке внутри помещений или в чистых помещениях.

Кроме того, она является оптимальным решением, если в технологический процесс вводятся горючие жидкости, растворители или пары. В таких гибридных смесях минимальная энергия воспламенения значительно снижается, в то время как скорость роста давления и максимальное давление взрыва повышаются. Расчетное давление в таком случае следует определять на основе характеристик гибридной смеси, а не только на основе характеристик пыли.

Специфические преимущества смесителей

Благодаря своей конструкции — часто конической или цилиндрической с приводом, расположенным сверху — смесители имеют зону привода и подшипников, отделенную от рабочей камеры. В исполнении, устойчивом к гидравлическим ударам, это дает следующие преимущества:

Защита людей и окружающей среды

В случае взрыва установка остается закрытой. Предотвращается разлет обломков и проникновение пламени в производственное помещение, горящие частицы остаются в смесительной камере.

Защита критически важных сырьевых материалов и технологических процессов

Подходит для безопасной переработки взрывоопасных порошков и гибридных смесей без ухудшения качества продукции за счет дополнительных мер безопасности в технологическом процессе.

Высокая эксплуатационная готовность установки

В отличие от аппаратов, не обладающих устойчивостью к гидравлическим ударам, которые при взрыве часто разрушаются, смеситель, устойчивый к гидравлическим ударам, после происшествия — в зависимости от степени деформации — как правило, может быть вновь введен в эксплуатацию после визуального осмотра, возможной замены уплотнений и разгрузочных устройств, а также технической проверки.

Интеграция в концепции взрывозащиты

Поскольку риск взрыва остается локализованным внутри смесительной емкости, зачастую возможна более компактная установка. Безопасные расстояния сокращаются, схема размещения упрощается, и отпадает необходимость в длинных трубопроводах для сброса давления наружу.

Правовая безопасность и страховаемость

Исполнение в соответствии с директивами ATEX и соответствующими стандартами облегчает выполнение установленных законом обязательств эксплуатанта и может положительно повлиять на оценку рисков, а также на классификацию при страховании имущества.

Краткое резюме для практического применения

Ударопрочная конструкция смесителей и других устройств для работы с порошками представляет собой технически сложные, но особенно надёжные решения для предотвращения внутренних взрывов пыли. Она сочетает в себе:

конструкционную взрывозащиту за счёт резервуаров и компонентов, рассчитанных на сопротивление гидравлическим ударам
высокую эксплуатационную безопасность для персонала и зданий
экономические преимущества за счёт сокращения ущерба и быстрого возобновления работы
гибкость при планировании размещения оборудования, особенно в помещениях