Какие решения повышают безопасность эксплуатации при обращении с пылящими, потенциально взрывоопасными порошками в смесях удобрений?
При обращении с пылящими, потенциально взрывоопасными порошками — например, в смесях NPK, удобрениях, содержащих нитрат аммония, или составах с микроэлементами — требуется интегрированная, многоступенчатая концепция безопасности. Она сочетает превентивные меры, контроль источников зажигания и конструктивную взрывозащиту и основывается на соответствующем ATEX, безопасном по пыли расчёте установки.
Расчёт, соответствующий ATEX, охватывает разделение на зоны для пылевых атмосфер (зона 20/21/22) и выбор подходящих средств эксплуатации с соответствующими категориями оборудования. Электрические компоненты выполняются пыленепроницаемыми, с подходящими степенями защиты и корпусами, чтобы избежать проникновения пыли, коротких замыканий и воспламенений на горячих поверхностях. Ёмкости, фильтры и смесители сконструированы взрывостойкими по удару давления и рассчитаны на сниженное давление взрыва.
К конструктивной взрывозащите относятся сбросы давления, такие как разрывные мембраны или взрывные заслонки на силосах, фильтрах и смесителях, чтобы контролируемо отводить избыточное давление в безопасные зоны. Системы подавления взрыва с быстрым обнаружением и вдуванием огнетушащих веществ могут подавлять фронт пламени в миллисекундном диапазоне. Развязка от взрыва происходит через быстрозапорные задвижки, обратные клапаны, ячейковые шлюзы с защитой от прорыва пламени или огнепреградители, чтобы предотвратить распространение пламени и давления в соседние части установки.
Предотвращение источников зажигания является центральным уровнем защиты. Сквозное выравнивание потенциалов и последовательное заземление всех токопроводящих и отводящих заряд частей установки — включая станции биг-бэгов — предотвращает электростатические искровые разряды. Механические и термические источники зажигания ограничиваются безыскровыми материалами, подходящей подшипниковой техникой и контролем температуры на вращающихся деталях. Температуры поверхности удерживаются ниже температуры тления соответствующей пыли. Сенсорика, такая как детекция искр в отсасывающих трубопроводах, контроль температуры подшипников и корпусов, а также вибрационные датчики для раннего обнаружения перегрева, дополняют стратегию защиты.
Малопыльная, закрытая организация процесса снижает образование взрывоопасных пылевоздушных смесей. Вакуумные или закрытые системы транспортирования материала, например вакуумные системы введения порошка или закрытое пневматическое транспортирование, минимизируют выделение пыли. Места подачи и передачи обеспечиваются определённым отсосом, фильтрационные установки с онлайн-очисткой и контролем перепада давления обеспечивают надёжное улавливание пыли. Критические зоны можно инертизировать: смесители, силосы или трубопроводы наполняются инертным газом, содержание кислорода снижается ниже предельной концентрации кислорода, так что образование и распространение пламени предотвращаются.
Измерительная и защитная техника обеспечивает текущее подтверждение технологической надёжности. В инертизированных системах содержание кислорода непрерывно контролируется, сенсорика CO заблаговременно распознаёт тлеющие пожары в силосах. Уровень заполнения, температура и другие релевантные для безопасности величины фиксируются в соответственно оценённых контурах. Концепции аварийной остановки и отключения с подходящей системой безопасности обеспечивают быструю, определённую реакцию на критические отклонения.
Очистка, обслуживание и гигиена также являются частью концепции безопасности. Конструкция с малым количеством застойных зон предотвращает отложения пыли в труднодоступных областях и снижает риск локальных источников зажигания или тлеющих пожаров. Гладкие, хорошо очищаемые поверхности в контакте с продуктом облегчают удаление пыли, опционально в исполнении, пригодном для CIP. Хорошо доступные смотровые отверстия с пыле- и газонепроницаемыми затворами поддерживают контроль и документацию. Определённые и задокументированные интервалы очистки, например с предписаниями по максимально допустимой толщине слоя пыли, ограничивают количество горючей пыли.
К полной концепции безопасности относятся также документация и характеристика пыли. Документ по взрывозащите систематически фиксирует опасности, разделение на зоны, защитные меры и ответственность. Показатели пыли, такие как значение KSt, Pmax, минимальная энергия зажигания и нижний предел взрываемости, определяются и образуют основу для конструктивного и технологического расчёта. Оценки рисков, например в форме анализов HAZOP или PAAG, рассматривают весь процесс, выявляют критические сценарии и определяют подходящие превентивные и ограничивающие меры.
Из сочетания этих элементов возникает ступенчатая концепция безопасности: первичная взрывозащита через предотвращение взрывоопасных смесей, вторичная защита через исключение источников зажигания и третичная защита через ограничение последствий. Так устойчиво повышается технологическая надёжность при обращении с пылящими, потенциально взрывоопасными порошками на установках смешивания удобрений.
Так amixon® реализует взрывозащиту для взрывоопасных по пыли порошков
Предотвращение пыли в процессе смешивания
При переработке горючих пылей при определённых условиях может образоваться взрывоопасная атмосфера; условием является одновременное присутствие горючей пыли, кислорода и действенного источника воспламенения. Поэтому предупредительная защита от взрыва направлена на надёжное исключение или действенное ограничение по меньшей мере одного из этих условий. Основой у amixon® является пыленепроницаемое исполнение аппаратов: оно уменьшает выход продуктовой пыли в окружающую среду и тем самым помогает избегать опасных отложений пыли и взрывоопасных пылевых атмосфер вне смесителя. Спирали SinConcave®/SinConvex® создают необходимое для этого принудительное перемешивание, не пыля продукт без нужды.
Зона 20 по ATEX как сквозной расчёт
У amixon® смесительная камера во всех сериях рассчитана на зону 20 по ATEX. К ним относятся одновальные смесители EM, вертикальные и конусные смесители VM, HM, AM, KS, SH и GM, контейнерные смесители COM, непрерывные смесители AMK, а также смесители-сушилки и реакторы VMT и AMT. Зона 20 по ATEX обозначает области, где взрывоопасная пылевая атмосфера присутствует постоянно или длительное время. Этот расчёт образует последовательную основу для концепций зон 20/21 в переработке порошков. Регуляторные рамки образуют продуктовая директива ATEX 2014/34/EU и эксплуатационная директива 1999/92/EC. Разделение установки на зоны выполняет эксплуатирующая организация, amixon® поставляет для этого квалифицированные аппараты вместе с полной документацией.
Предотвращение источников зажигания через тихоходный режим работы
Предотвращение действенных источников воспламенения является центральным элементом предупредительной защиты от взрыва. Во многих применениях смесители amixon® работают со сравнительно низкими частотами вращения; окружная скорость смесительных инструментов может, если этого требует технологическая концепция, быть ограничена менее 1 м/с. Низкая скорость инструмента снижает механические нагрузки и может уменьшить риск способных воспламенить событий трения, удара или искрения. Поскольку геометрия смешивания создаёт интенсивное трёхмерное движение продукта, низкая окружная скорость при этом не означает меньшей производительности смешивания. Тем не менее конкретная оценка возможных источников воспламенения всегда должна выполняться применительно к конкретному случаю — в том числе на основе свойств исходных материалов, возможных посторонних тел, электростатических зарядов, конструкции подшипников и уплотнений, контроля температуры, а также электрического и механического оснащения аппарата.
Инертизация с помощью вакуумной техники
Ещё один подход предупредительной защиты от взрыва — инертизация технологического пространства. Смесители amixon® могут быть выполнены вакуумплотными. Благодаря этому имеющийся в смесительной камере воздух можно сначала откачать, а затем заместить инертным газом; в качестве инертных газов — в зависимости от требований к продукту, процесса и концепции безопасности — рассматриваются, например, азот, диоксид углерода или благородные газы. Снижением содержания кислорода ниже предельной концентрации кислорода, определяющей для данной пыли, можно предотвратить образование взрывоопасной атмосферы внутри смесителя. Определяющими при этом являются характеристики, специфичные для пыли, герметичность всей системы, планируемый режим работы, а также подходящая измерительная, управляющая и контрольная техника.
Прочное на давление и стойкое к удару давления исполнение
Если взрывоопасную атмосферу нельзя надёжно исключить, могут потребоваться конструктивные защитные меры. Смесители amixon® реализуемы по выбору в прочном на давление или стойком к удару давления исполнении. Расчёт ориентируется на определённые для данной пыли характеристики, в частности на максимальное избыточное давление взрыва и скорость нарастания давления. Прочная на давление конструкция выдерживает максимально ожидаемое давление взрыва; стойкое к удару давления исполнение учитывает пониженное давление взрыва, возникающее при согласованной концепции сброса давления. Сброс давления при этом не является изолированной характеристикой узла, а частью согласованной концепции защиты: наряду с расчётом разгрузочного устройства следует учитывать безопасный отвод пламени и давления, возможные выбросы пыли, опасность для персонала, а также взаимодействие с присоединёнными компонентами.
Индивидуальная концепция защиты от взрыва
Какая концепция защиты подходит, нельзя определить в общем виде. Определяющими являются, среди прочего:
- горючесть и взрывные характеристики порошка,
- минимальная энергия воспламенения и температуры воспламенения,
- предельная концентрация кислорода,
- размер частиц, влажность и температура продукта,
- рабочее давление и ведение процесса,
- включение загрузки, выгрузки, фильтрации и периферии,
- разделение на зоны по ATEX на месте установки,
- требования оценки риска и документа по защите от взрыва.
Поэтому amixon® рассчитывает смесительные аппараты применительно к конкретному случаю — от пыленепроницаемого ведения процесса через вакуумную инертизацию до прочного на давление или стойкого к удару давления исполнения с подходящим сбросом давления.
Подтверждение в испытательном центре amixon®
Перед каждой инвестицией следует подтверждение в испытательном центре. На головной площадке в Падерборне для этого доступны 35 испытательных установок разных типоразмеров. Их дополняют испытательные центры в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Испытания проводятся с оригинальными продуктами, реальными степенями наполнения и размерами загрузок, а также в предусмотренном диапазоне температур и давлений. Оцениваются качество смешивания, щадящая обработка продукта, внесение энергии, очищаемость и воспроизводимость в последующем серийном производстве. Результаты анализируются и документируются совместно со специалистами amixon®. Так создаётся надёжная основа для решения, заметно снижающая технические и экономические риски до покупки.