сброс давления

Определение

В технологии технологических процессов и смешивания «сброс давления» обозначает конструктивную меру взрывозащиты, с помощью которой внезапно возникающее избыточное давление внутри установки — например, смесителя — контролируется и целенаправленно отводится.

Цель состоит в том, чтобы в случае взрыва пыли или недопустимого повышения давления сохранить механическую целостность резервуара и защитить людей, установку и окружающую среду от разрушительных последствий, не прибегая к проектированию резервуара как полностью взрывостойкого, рассчитанного на полное давление взрыва.

На практике сброс давления осуществляется с помощью специальных сбросных устройств, таких как разрывные диски, взрывозащитные клапаны или безпламенные системы сброса давления, которые открываются при превышении заданного давления срабатывания и отводят давление, а также фронт пламени в безопасную зону.

Основные характеристики

Конструктивная, пассивная взрывозащита

Сброс давления относится к третичной взрывозащите: Взрыв не предотвращается, однако его последствия ограничиваются контролируемым, пониженным избыточным давлением взрыва. Система срабатывает автоматически, без электронного запуска.

Органы сброса давления

Разрывные диски представляют собой одноразовые газонепроницаемые мембраны, которые разрываются при точно заданном давлении срабатывания и мгновенно отводят избыточное давление наружу. Они просты в конструкции и практически не требуют технического обслуживания.

Взрывозащитные клапаны или клапаны сброса давления представляют собой повторно закрываемые элементы, которые открываются при избыточном давлении и впоследствии, как правило, могут быть возвращены в рабочее положение. Они особенно подходят для серийно устанавливаемого оборудования, например, в кормовой и агропромышленности.

Безогоньевое сброс давления сочетает в себе сбросное отверстие и специальный фильтр, например Q-трубы или безогоньевые сбросные клапаны. Давление сбрасывается, а пламя и горячие газы остаются внутри. Это особенно важно при установке в производственных цехах, в чистых помещениях или там, где сброс на открытый воздух невозможен или не допускается.

Заданное давление срабатывания и расчет

Элементы сброса давления открываются при заданном давлении срабатывания, как правило, в диапазоне от примерно 0,1 до 0,5 бар избыточного давления, в зависимости от продукта и конструкции установки. Необходимая площадь сброса давления рассчитывается в соответствии с нормативами DIN EN 14491 и соответствующими требованиями ATEX на основе:

• объёма резервуара
• характеристик пыли, таких как коэффициент Kst и pmax
• максимально допустимого пониженного давления взрыва pred,max

Соответствие директивам и стандартам

В Европе при переработке горючих пылей обязательно проектирование в соответствии с директивами ATEX 2014/34/EU и 1999/92/EG, а также соответствующими стандартами. Сброс давления является ключевым элементом концепции взрывозащиты, соответствующей нормам.

Гигиеничный дизайн и соответствие GMP

В пищевой и фармацевтической промышленности системы сброса давления проектируются таким образом, чтобы не возникали мертвые зоны, в которых могут скапливаться остатки продукта, а поверхности были удобными для очистки и, как правило, пригодными для CIP и SIP. Это обеспечивает соблюдение гигиенических стандартов и способствует выполнению требований GMP.

Не требуют частого обслуживания и сочетаются с другими системами

Разрывные диски и заслонки, как правило, не требуют частого обслуживания, однако их необходимо регулярно проверять на целостность и работоспособность. Разгрузку давления целесообразно сочетать с другими мерами взрывозащиты, например с обнаружением и гашением искр, взрывоизоляцией с помощью быстродействующих запорных клапанов или обратных клапанов, а также инертизацией.

Значение для смесителей при смешивании порошков

Смесители часто обрабатывают мелкие сухие порошки, такие как крахмал, мука, сахар, сухое молоко, пигменты, добавки для пластмасс, металлические порошки или фармацевтические активные вещества. Многие из этих веществ образуют с воздухом взрывоопасные пылевоздушные смеси.

Типичными источниками воспламенения являются электростатические разряды, механическое трение, нагретые поверхности или металлические посторонние предметы. В случае воспламенения давление в смесительной емкости резко повышается в течение миллисекунд.

Особые аспекты, касающиеся смесителей:

• большой свободный объём газа над смешиваемым материалом, в котором могут образовываться пылевые облака — это повышает риск взрыва пыли
• сложные внутренние элементы, такие как смесительные спирали, уплотнения валов и измельчители, которые при неконтролируемом избыточном давлении могут быть серьёзно повреждены или разрушены
• частая установка в помещениях с движением персонала и прилегающими установками, в связи с чем при классическом сбросе давления необходимо безусловно избегать открытых пламенных струй

Правильно спроектированная система сброса давления обеспечивает:

• сохранение целостности конструкции смесительной емкости и отсутствие её разрыва
• целенаправленное отведение энергии взрыва в безопасную зону — на открытый воздух или в безпламенную систему сброса давления
• дорогие внутренние компоненты и последующие участки установки защищены от значительных повреждений
• сниженное давление взрыва (pred) находится в пределах допустимых нагрузочных характеристик резервуара и стальной конструкции

Если к порошку добавляются горючие жидкости, растворители или пары, возникает гибридная смесь. В этом случае требуемые площади сброса давления оказываются больше, чем для чистой пыли, а сброс давления в открытую среду зачастую недопустим — в данном случае следует рассмотреть возможность применения безпламенных систем или инертизации.

Типичные области применения и примеры по отраслям

Пищевая промышленность

При смешивании муки, сахара, какао, крахмала или сухого молока сброс давления является практически стандартом, поскольку эти порошки, как правило, обладают значимыми значениями Kst и, следовательно, значительным взрывоопасным потенциалом.

Химическая промышленность

При гомогенизации гранул пластмасс, пигментов, добавок или промежуточных продуктов сброс давления защищает как обслуживающий персонал, так и смесительные и конвейерные установки, расположенные поблизости.

Фармацевтическое производство

В смесителях, соответствующих требованиям GMP, сброс давления часто сочетается с безогненными системами сброса, чтобы предотвратить попадание пламени в чистые помещения и выброс продукта в открытую среду, а также сохранить классификацию чистоты помещений.

Переработка металлических порошков

При работе с особо реакционноспособными пылями, такими как алюминиевый, магниевый или титановый порошок, сброс давления часто сочетается с инертизацией и дополнительными системами мониторинга для снижения высокого риска взрыва.

Кормовая и агропромышленность

Смесители для предварительных смесей и компонентов кормов часто в серийной комплектации оснащаются взрывозащитными клапанами, чтобы соответствовать требованиям Положения о технике безопасности и правилам профессиональных союзов.

Преимущества для клиентов

• Защита персонала: минимизация риска травм для операторов и окружающих за счет ограничения воздействия давления и пламени.
• Защита оборудования и обеспечение непрерывности работы: в случае аварии повреждения в основном ограничиваются элементом сброса давления, а не приводят к разрушению всей смесительной установки или здания. Это значительно сокращает время простоя и облегчает быстрое возобновление работы.
• Правовая уверенность и преимущества при страховании: Соблюдение соответствующих требований ATEX и стандартов способствует проектированию установки в соответствии с законодательством и рассматривается страховщиками как признанная мера взрывозащиты.
• Безопасность инвестиций: Соответствующие стандартам, гигиеничные и проверенные на практике решения по сбросу давления увеличивают срок службы установки и защищают инвестиции.

Конкретный выбор типа, количества и размера элементов сброса давления всегда зависит от конкретного проекта. Он основан на характеристиках продукции, параметрах технологического процесса, условиях установки, а также допустимых нагрузках на резервуар и конструкцию здания и должен осуществляться опытными инженерами по взрывозащите или технологическим инженерами.