Какие концепции безопасности (например, инертизация, сброс давления) соответствуют современному уровню техники в области защиты от пылевых взрывов?
Современный уровень техники — это не фиксированный набор одних и тех же мер. Он представляет собой риск-ориентированную общую концепцию, учитывающую фактические данные безопасности вещества, аппараты, трубопроводы, условия установки и рабочие состояния. Стратегия защиты следует чёткой последовательности: избегать или ограничивать взрывоопасную атмосферу, избегать эффективных источников зажигания и — если это не удаётся обеспечить с достаточной надёжностью — конструктивно ограничивать последствия возможного взрыва.
Важнейшими характеристическими показателями являются, среди прочего, KSt, максимальное давление взрыва pmax, минимальная энергия зажигания, минимальные температуры воспламенения пылевого облака и слоя пыли, размер зерна, влажность, электропроводность, а также при необходимости данные по гибридным смесям пара и пыли. Без этих данных невозможен обоснованный выбор инертизации, сброса давления, подавления или развязки.
Профилактические меры
Инертизация является важной профилактической мерой для закрытых аппаратов, таких как реакторы, смесители, сушилки, мельницы или транспортные установки. Азот, диоксид углерода или другие подходящие газы снижают содержание кислорода ниже предельной концентрации кислорода, определённой для конкретной системы «пыль – инертный газ». Для этого необходимы достаточно герметичная аппаратура, подходящее снабжение инертным газом, репрезентативное измерение кислорода, безопасные интервалы, аварийные пределы и блокировки. Газ должен соответствовать продукту, температуре, химическим свойствам и требованиям охраны труда. Для реактивных металлических порошков или окисляющих продуктов пригодность необходимо проверять особенно тщательно.
Ограничение концентрации ниже нижнего концентрационного предела взрываемости для порошков лишь в ограниченной степени пригодно как единственная мера. TRGS 722 указывает, что средняя концентрация пыли в установке может быть малоинформативной: из-за неоднородного распределения пыли локально всё же могут возникать взрывоопасные зоны. Поэтому ограничение концентрации пыли можно использовать как защитную меру только тогда, когда оно надёжно контролируется и соблюдается при всех релевантных рабочих состояниях.
К мерам по предотвращению отложений пыли относятся закрытые перегрузки, герметичные аппараты, эффективный отсос, фильтровальная техника, гладкие и удобные для очистки поверхности, а также документированные планы очистки и контроля. Отложения пыли при взметании могут способствовать вторичным взрывам. Однако общего предельного значения допустимой толщины слоя недостаточно; оценка должна учитывать свойства пыли, площадь, возможное взметание и источники зажигания.
Контроль источников зажигания
Если взрывоопасную атмосферу нельзя надёжно исключить, необходимо систематически избегать возможных источников зажигания. К ним относятся горячие поверхности, трение, механически возникающие искры, блокирующие приводы, посторонние предметы, перегрев подшипников и уплотнений, электрооборудование, электростатические разряды, а также очаги тления.
Современным уровнем техники являются соответствующее зоне электрическое и неэлектрическое оборудование, ограничение допустимых температур поверхности, контроль температуры критических точек подшипников и уплотнений, подходящие сочетания материалов, сепараторы посторонних предметов, заземление, выравнивание потенциалов и профилактическое техническое обслуживание. Системы обнаружения и тушения искр могут быть целесообразными или необходимыми в транспортных и отсосных трактах, если горячие частицы или искры определены как релевантный источник зажигания. Однако они не являются общеобязательными для каждой пылеведущей установки.
Конструктивная защита
Если взрыв невозможно предотвратить с достаточной надёжностью, конструктивные защитные меры ограничивают его последствия. TRGS 724 называет взрывопрочную конструкцию, сброс давления взрыва, подавление взрыва и взрывотехническую развязку в качестве центральных мер.
Сброс давления, например, использует разрывные мембраны или взрывные клапаны. Они открываются при заданном давлении срабатывания и ограничивают внутреннее давление до допустимого для ёмкости сниженного давления взрыва. Расчёт учитывает KSt, pmax, объём ёмкости, геометрию, давление открытия, площадь сброса, возможные разгрузочные каналы, а также воздействие давления и пламени за пределами аппарата. EN 14491 регулирует выбор и расчёт систем сброса давления взрыва для пылевых взрывов; EN 14797 регулирует требования к самим разгрузочным устройствам.
Сброс давления должен вести в безопасную зону. При установке внутри помещения вариантом могут быть беспламенные системы сброса, если они подходят для данного процесса. Они удерживают пламя, но при этом всё равно требуют оценки ударной волны, тепла, шума, возможного выброса продукта и безопасного окружения. Поэтому беспламенный сброс не является типовым решением, подходящим для любой установки внутри помещения без исключений.
Подавление взрыва — это активная защитная система. Быстрые детекторы давления или пламени распознают начало взрыва; огнетушащее вещество вводится таким образом, чтобы ограничить рост давления до допустимого значения. Требуемое время реакции, количество и вид огнетушащего вещества, а также расчёт системы управления должны быть адаптированы к веществу, ёмкости и процессу. Этот метод особенно целесообразен, если сброс наружу невозможен или выброс пламени и продукта недопустим.
Взрывопрочные и взрывоударопрочные аппараты рассчитываются так, чтобы выдерживать внутренний взрыв без опасного разрушения. Требуется ли расчёт на максимальное давление взрыва или на сниженное давление взрыва, определяется концепцией защиты. Сброс давления и подавление могут ограничивать нагрузку, но не заменяют необходимую прочность защищаемой ёмкости.
Взрывотехническая развязка предотвращает передачу пламени, давления и горящих частиц по трубопроводам и транспортным путям. Подходящими решениями являются, например, обратные клапаны, быстродействующие задвижки, барьеры из огнетушащего вещества, взрывозащитные клапаны или квалифицированные для этого шлюзовые питатели. Развязка должна учитывать интерфейсы между смесителем, фильтром, силосом, сушилкой, транспортёром и участком фасовки. Её пригодность определяется, среди прочего, геометрией трубопровода, классом пыли, производительностью, направлением потока, давлением и условиями монтажа.
Организация и подтверждение
К современному уровню техники относятся актуальный документ о взрывозащите, планы зонирования, данные безопасности вещества, инструкции по эксплуатации, планы очистки и технического обслуживания, регулярные проверки защитных систем, инструктажи и регламентированные разрешения на огневые работы. Документ о взрывозащите должен наглядно представлять общую техническую и организационную стратегию.
Взрывобезопасность необходимо проверять перед первым вводом в эксплуатацию и после подлежащих проверке изменений. При этом оцениваются не только отдельные компоненты, но и взаимодействие аппаратов, защитных систем, системы управления, инертизации, развязки и организационных мер.
Так amixon® поддерживает современную защиту от пылевых взрывов
Исполнение аппарата, соответствующее зоне 20
Для порошков, опасных в отношении пылевого взрыва, внутреннее пространство смесителей, сушилок, реакторов или грануляторов часто должно оцениваться как зона 20. Зона 20 обозначает область, в которой взрывоопасная пылевая атмосфера присутствует постоянно, в течение длительных периодов или часто. Зонирование всей установки выполняет эксплуатирующая организация на основании оценки рисков, и оно охватывает также дозирование, загрузку, выгрузку, фильтры, транспортные участки, 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. Для продуктового пространства зоны 20 в принципе требуется очень высокий уровень защиты, что в классической категоризации ATEX, как правило, соответствует категории 1D. Конкретное исполнение, включая максимальные температуры поверхности, электрические и неэлектрические компоненты, уплотнения, сенсорику и документацию, определяется на основе данных безопасности вещества и условий процесса.
Директива ATEX по продукции 2014/34/EU касается оборудования и защитных систем для взрывоопасных зон. Директива ATEX по эксплуатации 1999/92/EG обязывает эксплуатирующую организацию проводить оценку рисков, зонирование и составлять документ о взрывозащите. amixon® может предоставить документацию на поставленное исполнение аппарата; оценка всей установки и выбор общей концепции защиты остаются задачами эксплуатирующей организации.
Источники зажигания и выход пыли
Ограничение источников зажигания — центральная часть взрывозащиты. Многие вертикальные смесители amixon® могут эксплуатироваться с низкой окружной скоростью. Для серий VM и HM amixon® указывает диапазон примерно от 0,8 до 3,5 м/с. Низкие скорости инструмента могут ограничивать энергию трения, удара и истирания, а также снижать нагрузку на частицы. Однако они сами по себе не являются доказательством того, что эффективный источник зажигания не может возникнуть. Дополнительно необходимо оценивать подшипники, уплотнения, валы, контакты «инструмент – стенка», посторонние предметы, блокировки, температуры поверхности, электростатические заряды и электрические компоненты.
Подходящие функции безопасности могут включать контроль температуры и крутящего момента, контролируемую частоту вращения, подходящие сочетания материалов, отделение посторонних предметов, заземление, выравнивание потенциалов и профилактическое техническое обслуживание. Для слоёв пыли TRGS 723 в принципе указывает безопасный интервал в 75 °C между минимальной температурой воспламенения слоя пыли и температурой поверхности, если оценка рисков не допускает иного значения.
Продуктовые зоны с минимальным количеством швов, отшлифованные, а также подходящие уплотнения могут снижать выход пыли. Инспекционные дверцы Clever-Cut® с уплотнением OmgaSeal® по данным amixon® рассчитаны на герметизацию продуктового пространства с минимальным количеством застойных зон. Однако фактическая герметичность зависит от материала уплотнения, перепадов давления, износа, монтажа, обслуживания и ведения процесса. Герметичное исполнение аппарата может ограничивать отложения пыли, но не заменяет ни эффективный отсос, ни риск-ориентированную концепцию очистки и технического обслуживания.
Инертизация и конструктивная защита
Инертизация может применяться как профилактическая мера взрывозащиты. Вакуумные смесители-сушилки и реакторы-смесители серий VMT и AMT могут выполняться газо-, вакуум- и давлениегерметичными. При подходящем расчёте технологическое пространство можно вакуумировать, а затем заполнять подходящим инертным газом. За счёт повторных перепадов давления содержание кислорода можно снижать дополнительно.
Безопасная инертизация предполагает достаточно герметичную установку, подходящее снабжение инертным газом, согласованную с продуктом последовательность продувки, репрезентативное измерение кислорода, аварийные и отключающие значения, а также защитные блокировки. Допустимое значение кислорода должно находиться с запасом безопасности ниже предельной концентрации кислорода, определённой для конкретной системы «пыль – инертный газ». Общие заданные значения кислорода не являются обоснованными. Кроме того, инертизация автоматически не защищает от самовозгорания, термического разложения, экзотермических реакций или возгораний в отложениях пыли.
Одна лишь прочность к давлению и вакууму не равнозначна взрывопрочному или взрывоударопрочному расчёту. Если аппарат должен выдерживать определённую нагрузку давлением в случае взрыва, это должно быть прямо оговорено и рассчитано на основе KSt, pmax, минимальной энергии зажигания, температур воспламенения, влажности, размера зерна и возможных гибридных смесей.
Если взрыв невозможно предотвратить с достаточной надёжностью, применяются конструктивные меры, такие как сброс давления, беспламенный сброс, подавление взрыва, взрывопрочная или взрывоударопрочная конструкция и взрывотехническая развязка. Развязка особенно необходима на интерфейсах с фильтрами, силосами, транспортёрами и другими аппаратами, если пламя или давление могут распространяться по трубопроводам. Подходящая мера должна рассчитываться для конкретного комплекса установки, характеристик пыли, геометрии трубопровода, производительности и места установки.
Расчёт на основе испытаний
Расчёт начинается с данных безопасности вещества и технического задания (User Requirement Specification) эксплуатирующей организации. Испытания с оригинальным продуктом дополнительно позволяют исследовать технологические свойства, например качество смешивания, нагрев продукта, истирание частиц, распределение жидкости, налипание, опорожнение и очищаемость. Такие испытания поддерживают выбор исполнения аппарата и рабочих параметров, но не заменяют нормативное испытание пыли и оценку взрывозащиты всей установки специалистами.
amixon® указывает, что на площадке в Падерборне эксплуатируется более 30 испытательных установок, а также действуют дополнительные испытательные центры в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Результаты можно использовать для выбора типа смесителя, инструментов, уплотнений, концепции дозирования, теплопередачи и ведения процесса.