Какие концепции взрывозащиты (взрывоударопрочная конструкция, инертизация, развязка) приняты при рисках пылевого взрыва?
При рисках пылевого взрыва сочетаются профилактические и конструктивные защитные меры. Сначала следует избегать опасных взрывоопасных пылевых атмосфер и эффективных источников зажигания. Если это невозможно обеспечить с достаточной надёжностью, конструктивные меры ограничивают последствия возможного взрыва до приемлемой степени. TRGS 724 называет для этого четыре основные меры: взрывоустойчивую конструкцию, сброс давления взрыва, подавление взрыва, а также взрывотехническую развязку пламени и давления.
Выбор концепции защиты зависит от показателей безопасности вещества, размера аппарата, подключённых трубопроводов, места установки, концепции эксплуатации и возможных последствий события. К релевантным данным относятся, в частности, KSt, максимальное давление взрыва pmax, минимальная энергия зажигания, минимальные температуры воспламенения, размер зерна, влажность, электропроводность, а также при необходимости данные по гибридным смесям.
Взрывоустойчивая конструкция
Взрывоустойчивые аппараты, например смесители, фильтры, силосы, циклоны, сушилки или трубопроводы, рассчитываются так, чтобы выдерживать ожидаемый внутренний взрыв без разрыва. После события взрыва или детонации затронутые части установки необходимо проверить на предмет того, сохраняется ли их взрывоустойчивость.
При этом различают взрывопрочную (устойчивую к давлению взрыва) и взрывоударопрочную (устойчивую к ударной волне взрыва) конструкцию. Взрывопрочные компоненты выдерживают максимальное или сниженное давление взрыва без остаточной деформации. Взрывоударопрочные компоненты могут пластически деформироваться, но не должны разрушаться или образовывать опасную течь. Взрывопрочная конструкция одновременно удовлетворяет требованиям взрывоударопрочной конструкции.
Расчёт может выполняться на максимальное давление взрыва или — если предусмотрен эффективный сброс давления либо подавление взрыва — на сниженное давление взрыва pred. Общие значения, такие как «8–10 бар», не являются основой расчёта для конкретного аппарата. Они могут существенно отличаться в зависимости от пыли, гибридной смеси, начального давления, температуры и геометрии. Требуется проектно-специфичный расчёт на основе проверенных данных о веществе и признанных правил.
Инертизация
При инертизации содержание кислорода в технологическом пространстве снижается за счёт подходящего инертного газа, либо атмосфера в значительной мере заменяется инертным газом. Благодаря этому взрыв или пожар не должны возникать или развиваться. Инертизация является тем самым профилактической, а не конструктивной мерой взрывозащиты.
Азот часто применяется для органических пылей и многих химических порошков. Диоксид углерода или аргон могут подходить в определённых случаях. Однако выбор предполагает оценку химической реактивности, температуры процесса, возможной коррозии, качества продукта, требований охраны труда и поведения вещества при нарушениях. Для реактивных металлических порошков непригодный инертный газ сам по себе может создавать дополнительные риски.
Допустимое значение кислорода должно находиться ниже предельной концентрации кислорода, определённой для конкретной системы «пыль – инертный газ». Оно устанавливается с запасом безопасности и учитывает погрешность измерения, утечки, колебания давления и температуры, влажность, смену продукта и возможное выделение кислорода. Общих целевых значений остаточного кислорода недостаточно.
Типичными методами являются вакуумно-циклическая инертизация при периодических процессах, продувочная или проточная инертизация при непрерывных установках, а также поддержание лёгкого избыточного давления инертного газа. Безопасная реализация требует достаточно герметичной установки, подходящего снабжения инертным газом, репрезентативного измерения кислорода, аварийных пределов, блокировок и концепции действий при нарушениях или отказе энергоснабжения.
Развязка и последующая защита
Взрывотехническая развязка предотвращает переход давления, пламени или горящих частиц через трубопроводы и транспортные пути на другие части установки. Она особенно важна на границах между смесителем, фильтром, силосом, циклоном, транспортёром, сушилкой и участком фасовки. Без подходящей развязки взрыв в небольшом объёме аппарата может перейти на более крупные подключённые участки установки.
В качестве развязки могут применяться, например, обратные клапаны, пригодные с точки зрения взрывозащиты, быстродействующие задвижки, взрывозащитные клапаны, гасящие барьеры или сертифицированные ячейковые питатели. Отдельная мера должна соответствовать классу взрывоопасности пыли, геометрии трубопровода, направлению потока, производительности, перепаду давления и месту установки. Ячейковый питатель эффективен как развязка только тогда, когда он специально рассчитан на эту защитную функцию, надлежащим образом установлен и регулярно проверяется.
Сброс давления и подавление взрыва дополняют названные концепции. При сбросе давления открываются разрывные мембраны или клапаны сброса, благодаря чему давление и пламя отводятся в безопасную зону. Если сброс в атмосферу невозможен, могут потребоваться беспламенные системы сброса или системы подавления. Системы подавления взрыва распознают начало события и вводят гасящее средство, чтобы ограничить рост давления. Оба метода требуют согласованного расчёта, проверки и технического обслуживания.
Так amixon® поддерживает взрывозащиту при пылевзрывоопасных порошках
ATEX-совместимый расчёт продуктового пространства
При пылевзрывоопасных порошках внутреннее пространство смесителя, гранулятора, сушилки или реактора часто классифицируется как зона 20. Зона 20 обозначает область, в которой взрывоопасная пылевая атмосфера присутствует постоянно, длительное время или часто. Однако окончательное зонирование всей установки определяет эксплуатирующая организация в рамках оценки рисков. Оно охватывает, помимо смесителя, также дозирование, загрузку, выгрузку, фильтры, транспортные линии, силосы, фасовку и помещение установки.
amixon® может выполнять смесители, грануляторы, вакуумные смесители-сушилки и реакторы-смесители для применений с продуктовым пространством, классифицированным как зона 20. Это касается — в зависимости от серии, типоразмера и конфигурации проекта — одновальных смесителей, вертикальных и конусных смесителей, контейнерных смесителей, непрерывных смесителей, а также вакуумных смесителей-сушилок и реакторов-смесителей серий VMT и AMT. Конкретное исполнение аппарата, категория оборудования, допустимая температура поверхности, электрическое и неэлектрическое оснащение, а также требуемая документация определяются под конкретный проект на основе данных о веществе и условий процесса.
Директива ATEX по продукции 2014/34/EU регулирует требования к оборудованию и защитным системам для взрывоопасных зон. Директива ATEX по эксплуатации 1999/92/EG обязывает эксплуатирующую организацию проводить оценку рисков, зонирование и составлять документ о взрывозащите. Для продуктового пространства, классифицированного как зона 20, принципиально требуется очень высокий уровень защиты, который, как правило, соответствует исполнению категории 1D.
Источники зажигания и герметичность
Низкие скорости инструмента могут ограничивать механический ввод энергии, а также энергию трения, удара и истирания. Для вертикальных смесителей VM и HM amixon® указывает регулируемый диапазон примерно от 0,8 до 3,5 м/с. Такой режим работы может дополнительно снижать нагрузку на частицы у чувствительных порошков. Однако он не является общим доказательством того, что в смесителе не может возникнуть эффективный источник зажигания. Также при низкой частоте вращения необходимо оценивать, среди прочего, подшипники, уплотнения, валы, контакты «инструмент – стенка», посторонние предметы, блокировки, температуры поверхности, электростатические заряды и электрические компоненты.
Смесительные камеры и мешалки могут выполняться с малым количеством щелей и отшлифованными. Смотровые двери Clever-Cut® с уплотнением OmgaSeal® по данным amixon® рассчитаны на герметизацию продуктового пространства без застойных зон. Эти особенности могут снижать выход пыли и отложения. Однако фактическая герметичность определяется также перепадом давления, материалом уплотнения, износом, монтажом, обслуживанием и конкретным ведением процесса. Пылезащищённая конструкция снижает риск отложений пыли, но не заменяет ни эффективную концепцию очистки, ни оценку возможных вторичных взрывов.
Для ATEX-совместимой общей концепции могут потребоваться контроль температуры и крутящего момента, подходящие концепции подшипников и уплотнений, управление посторонними предметами, заземление, выравнивание потенциалов и профилактическое техническое обслуживание. Для слоёв пыли TRGS 723 в принципе указывает безопасный зазор в 75 °C между минимальной температурой воспламенения слоя пыли и температурой поверхности, если оценка рисков не допускает иного значения.
Расчёт на давление и развязка
Вакуумные смесители-сушилки и реакторы-смесители VMT и AMT могут выполняться газо-, вакуум- и давлениегерметичными. Эти свойства необходимы для процессов под вакуумом, избыточным давлением или в атмосфере инертного газа. Однако они автоматически не означают, что аппарат рассчитан как взрывопрочный или взрывоударопрочный. Соответствующий расчёт должен быть прямо указан и основывается на данных безопасности вещества, таких как KSt, pmax, минимальная энергия зажигания, температуры воспламенения, влажность, размер зерна и возможные гибридные смеси.
Взрывопрочная или взрывоударопрочная конструкция может быть частью конструктивной концепции взрывозащиты. В зависимости от стратегии защиты она рассчитывается на максимальное давление взрыва либо на давление взрыва, сниженное за счёт сброса давления или подавления. После события затронутые компоненты необходимо проверить на дальнейшую целостность и работоспособность.
Взрывотехническая развязка требуется тогда, когда давление, пламя или горящие частицы могут переходить через соединительные трубопроводы на другие части установки. Это касается прежде всего границ между смесителем, фильтром, силосом, сушилкой, транспортёром и фасовочной установкой. Подходящими мерами могут быть проверенные с точки зрения взрывозащиты обратные клапаны, быстродействующие задвижки, взрывозащитные клапаны, гасящие барьеры или подходящие ячейковые питатели. Выбор и расчёт выполняются для конкретной технологической цепочки, класса взрывоопасности пыли, геометрии трубопровода, производительности и перепада давления.
Инертизация как профилактическая мера
Инертизация может применяться как профилактическая мера взрывозащиты. При этом содержание кислорода в технологическом пространстве снижается за счёт подходящего инертного газа до безопасного значения ниже предельной концентрации кислорода, определённой для конкретной системы «пыль – инертный газ». В вакуумных аппаратах атмосфера может настраиваться, например, за счёт повторного вакуумирования и последующего заполнения подходящим инертным газом. amixon® описывает этот принцип для вакуумных смесителей-сушилок и реакторов синтеза.
Предпосылками являются достаточно герметичная установка, подходящее снабжение инертным газом, определённые последовательности вакуумирования и продувки, репрезентативное измерение кислорода, аварийные пределы и защитные блокировки. Допустимое заданное значение кислорода должно определяться для конкретной рецептуры, инертного газа, давления, температуры, влажности и погрешности измерения. Общих заданных значений кислорода недостаточно.
Инертизация снижает вероятность возникновения взрывоопасной атмосферы, но не заменяет все остальные защитные меры. Она автоматически не защищает от самовозгорания, термического разложения, экзотермических реакций или возможных пожаров в отложениях. При окисляющих компонентах и реактивных порошках пригодность инертного газа, а также действие инертизации требуют особенно тщательной проверки.
Испытания и расчёт
Расчёт следует данным безопасности вещества, техническому заданию (User Requirement Specification) эксплуатирующей организации и рассмотрению всей взаимосвязанной установки. Испытания с оригинальным продуктом позволяют оценить технологическую пригодность, например качество смешивания, развитие температуры, распределение жидкости, налипания, выгрузку, очищаемость и поведение под вакуумом. Однако они не заменяют проверку безопасности вещества, расчёт сброса давления, подавления или развязки, а также оценку рисков квалифицированными специалистами по взрывозащите.
amixon® указывает, что на площадке в Падерборне эксплуатируется более 30 испытательных установок разных типоразмеров; дополнительные испытательные центры доступны в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Результаты испытаний могут поддерживать выбор смесителя, инструментов, уплотнений, теплопередачи, концепции дозирования и ведения процесса.