Какие функции безопасности обязательны при обращении с порошками, опасными в отношении пылевого взрыва?
При обращении с горючими пылями не существует единого для всех установок перечня отдельных обязательных функций безопасности. Обязательной является документированная, риск-ориентированная концепция взрывозащиты. Она должна учитывать конкретную рецептуру, данные безопасности вещества, зонирование, ведение процесса, источники зажигания, место установки и весь комплекс установки в целом. Защитные меры вытекают из оценки рисков и документа о взрывозащите.
В Германии порядок действий конкретизируют TRGS 720–724: избегать или ограничивать опасную взрывоопасную атмосферу, избегать эффективных источников зажигания и — при необходимости — ограничивать последствия взрыва конструктивными мерами.
Предотвращение опасности
Базовыми мерами являются закрытое и по возможности пыленепроницаемое ведение процесса, подходящая система отсоса, фильтрация и риск-ориентированная очистка. Они должны препятствовать образованию опасных пылевых облаков или обширных пылевых отложений. Такой общий предельный показатель, как «критично начиная со слоя пыли 1 мм», с профессиональной точки зрения несостоятелен. Уже тонкие отложения могут накапливаться на больших площадях и при взметании создавать риск вторичного взрыва; поэтому допустимые отложения и интервалы очистки необходимо определять на основании конкретной оценки рисков.
Инертизация требуется, если она определена как эффективная мера в концепции защиты. Она снижает содержание кислорода за счёт подходящего инертного газа ниже специфичной для продукта и процесса предельной концентрации кислорода. Для этого необходимы герметичная установка, определённая последовательность инертизации, требуемое измерение кислорода, аварийные и отключающие значения, а также защитные блокировки. Не каждая установка, опасная в отношении пылевого взрыва, должна инертизироваться; необходимость этого зависит от данных безопасности вещества, процесса и альтернативных защитных мер.
Постоянное удержание концентрации горючих пылей ниже нижнего концентрационного предела взрываемости на практике в порошковых процессах часто не является надёжной основной концепцией защиты. Концентрации пыли трудно непрерывно и репрезентативно измерять; кроме того, возможны локальное взметание и отложения. Поэтому чаще всего выбирается комбинация из закрытого ведения процесса, минимизации пыли, избегания источников зажигания и при необходимости конструктивной защиты.
Предотвращение источников зажигания
Если взрывоопасную атмосферу нельзя надёжно исключить, необходимо оценить и держать под контролем все потенциальные источники зажигания. К ним относятся электрическое и неэлектрическое оборудование, горячие поверхности, трение, механические искры, заблокированные приводы, перегрев подшипников и уплотнений, посторонние предметы, электростатические разряды, открытое пламя и огневые работы.
Обязательные функции при этом определяются расчётом. Типичными мерами являются подшипники и уплотнения с контролем температуры, контроль частоты вращения или крутящего момента, ограничение температуры поверхности, подходящие сочетания материалов, сепараторы посторонних предметов, контролируемое техническое обслуживание, а также подходящее ATEX-оборудование для установленной зоны. Заземление и выравнивание потенциалов всех релевантных токопроводящих частей являются центральными элементами концепции защиты. Эти требования распространяются также на трубопроводы, фильтры, гибкие шланги, бочки, IBC, FIBC, станции загрузки и при необходимости на обслуживающий персонал.
Общее значение сопротивления утечки не более 10⁶ Ом верно не для каждого компонента и не для каждого случая применения. Требования к электропроводящим материалам определяются конструктивным элементом, материалом и случаем применения. Например, для FIBC типа C TRGS 727 указывает сопротивление утечки до точки заземления менее 10⁷ Ом. FIBC типа D не требуют заземления, но могут применяться только при соблюдении требований для предусмотренного случая применения.
Системы обнаружения и тушения искр не предписаны в общем порядке. Они могут потребоваться в пневматических транспортных трубопроводах, отсосных трактах, деревообрабатывающих установках или других применениях, если горячие частицы или искры определены как релевантная опасность. Их необходимость, место установки и функция безопасности должны вытекать из оценки рисков.
Ограничение последствий
Если взрывоопасную атмосферу и источники зажигания невозможно исключить с достаточной надёжностью, необходимо применять конструктивные защитные меры. TRGS 724 называет взрывопрочную конструкцию, сброс давления взрыва, подавление взрыва и взрывотехническую развязку как меры, призванные ограничить последствия взрыва до безопасного уровня.
Сброс давления может осуществляться через подходящие разрывные мембраны, разгрузочные клапаны или беспламенные системы. Подавление взрыва требует очень быстрого обнаружения и подходящего огнетушащего вещества. Взрывотехническая развязка предотвращает переход давления и пламени по трубопроводам на фильтры, силосы, транспортёры, сушилки или другие аппараты. Подходящими могут быть обратные клапаны, быстродействующие задвижки, барьеры из огнетушащего вещества, взрывозащитные клапаны или прошедшие для этого испытание шлюзовые питатели.
Правильная мера зависит от данных безопасности вещества, таких как KSt, pmax, минимальная энергия зажигания и размер зерна, а также от объёма аппарата, геометрии трубопровода, производительности, установки внутри или снаружи помещения и возможной опасности для персонала. Конструктивная защитная система автоматически не защищает каждого человека в любых условиях; особенно при сбросе давления необходимо учитывать направление сброса, выход пламени, ударную волну, высвобождаемый продукт и безопасные зоны.
Организация и проверка
Обязательными являются оценка рисков и документ о взрывозащите, если может возникать опасная взрывоопасная атмосфера. Документ должен быть составлен до начала работы, поддерживаться в актуальном состоянии и корректироваться при значимых изменениях. Он содержит, среди прочего, данные безопасности вещества, зонирование, защитные меры, выбор оборудования, проверки, эксплуатационные границы и организационные правила.
Сотрудникам необходимы инструкции по эксплуатации и инструктажи по взрывоопасным зонам, выделению пыли, заземлению, очистке, устранению неисправностей, сигналам тревоги и аварийным мероприятиям. Для огневых работ, шлифовки, сварки или применения не допущенного оборудования во взрывоопасных зонах должны действовать процедуры разрешения (нарядов-допусков).
Взрывобезопасность должна проверяться перед первым вводом в эксплуатацию и после подлежащих проверке изменений. Проверка охватывает документ о взрывозащите, технические защитные меры и организационные мероприятия, а также их взаимодействие. К ним относятся, среди прочего, вентиляция, газосигнализация, инертизация, оборудование, защитные системы, а также предохранительные, контролирующие и регулирующие устройства.
Связанные с безопасностью функции должны иметь риск-ориентированный расчёт. Применяется ли для этого SIL по IEC 61511, Performance Level по EN ISO 13849 или другой метод, зависит от вида системы управления, функции безопасности и используемого нормативного документа. Определённый уровень SIL или определённый Performance Level не является обязательным в общем порядке для всех измерений O₂, систем подавления или систем тушения искр.
Так amixon® поддерживает безопасность при работе с порошками, опасными в отношении пылевого взрыва
ATEX-совместимый расчёт продуктового пространства
Для порошков, опасных в отношении пылевого взрыва, внутреннее пространство смесителя, гранулятора, сушилки или реактора часто должно классифицироваться как зона 20. Зона 20 обозначает область, в которой взрывоопасная пылевая атмосфера присутствует постоянно, в течение длительных периодов или часто. Зонирование всей установки — включая дозирование, загрузку, выгрузку, фильтры, транспортные участки, силосы и зону размещения — является частью оценки рисков и относится к обязанностям эксплуатирующей организации.
amixon® может выполнять смесители, грануляторы, вакуумные смесители-сушилки и реакторы-смесители для применений с продуктовым пространством, классифицированным как зона 20. К ним относятся, в зависимости от серии и конфигурации проекта, одновальные смесители, вертикальные и конусные смесители, контейнерные смесители, непрерывные смесители, а также вакуумные смесители-сушилки и реакторы-смесители VMT и AMT. Для зоны 20 в принципе требуется очень высокий уровень защиты, что, как правило, соответствует исполнению категории 1D. Конкретная конфигурация пространства аппарата, привода, сенсорики, уплотнений, температурных пределов и документации определяется под конкретный проект.
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, составлять и поддерживать документ о взрывозащите, а также проверять установку. amixon® может предоставить документацию на поставленный аппарат; оценка и допуск к эксплуатации всей установки остаются задачами эксплуатирующей организации.
Ограничение источников зажигания и выхода пыли
Низкие окружные скорости могут ограничивать энергию трения, удара и истирания в смешиваемом продукте. Для вертикальных смесителей VM и HM amixon® указывает регулируемый диапазон окружной скорости примерно от 0,8 до 3,5 м/с. Это может одновременно снижать нагрузку на частицы для чувствительных сыпучих продуктов. Однако низкая частота вращения сама по себе не является доказательством отсутствия эффективного источника зажигания. Дополнительно необходимо оценивать подшипники, уплотнения, валы, возможные контакты «инструмент – стенка», посторонние предметы, блокировки, горячие поверхности, электростатический заряд и электрическое оборудование.
Подходящие функции безопасности могут включать контроль температуры на подшипниках и уплотнениях, контроль частоты вращения и крутящего момента, управление посторонними предметами, контролируемое техническое обслуживание, заземление и выравнивание потенциалов. Какие функции фактически необходимы и как они должны быть рассчитаны, определяется оценкой рисков. Для слоёв пыли TRGS 723 в принципе указывает безопасный интервал в 75 °C между минимальной температурой воспламенения слоя пыли и температурой поверхности, если не обосновано иное значение.
Продуктовые зоны с минимальным количеством швов, отшлифованные, и подходящие системы уплотнений могут ограничивать 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 и технического обслуживания. Поэтому герметичное исполнение аппарата не заменяет ни отсос, очистку и техническое обслуживание, ни оценку возможных отложений пыли и вторичных взрывов.
Инертизация и процессы под давлением
Вакуумные смесители-сушилки и реакторы-смесители VMT и AMT могут выполняться газо-, вакуум- и давлениегерметичными. Благодаря этому они подходят для процессов, в которых смешивание, реагирование, кондиционирование или сушка должны проходить под вакуумом, избыточным давлением или в атмосфере инертного газа. Однако прочность к давлению и вакууму не равнозначна взрывопрочному или взрывоударопрочному расчёту. Он должен быть прямо согласован под конкретный проект и рассчитан на основе данных безопасности вещества.
Инертизация может быть профилактической мерой взрывозащиты. Для вакуумных аппаратов смесительное пространство, например, вакуумируется и затем заполняется подходящим инертным газом. За счёт повторных перепадов давления концентрацию кислорода можно снижать дополнительно. Инертизация предполагает герметичную установку, подходящее снабжение инертным газом, определённые последовательности 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 «продукт – инертный газ».
Инертизация автоматически не предотвращает самовозгорание, термическое разложение, возгорание или экзотермические реакции. Поэтому она является лишь одним из элементов полной концепции взрывозащиты. Подходящая стратегия защиты может дополнительно требовать взрывопрочных или взрывоударопрочных аппаратов, сброса давления, подавления взрыва и развязки подключённых частей установки.
Испытательный центр и расчёт
Расчёт под конкретный проект начинается с данных безопасности вещества, например KSt, pmax, минимальной энергии зажигания, минимальных температур воспламенения, влажности, размера зерна, электропроводности и возможных гибридных смесей. Эти данные определяют концепцию зонирования, допустимые температуры поверхности, категорию оборудования, требования к герметичности, заземление, инертизацию, а также возможные конструктивные защитные меры.
По собственным данным, amixon® предлагает технологические испытания с оригинальным продуктом в испытательном центре. При этом можно исследовать качество смешивания, ввод температуры, распределение жидкости, налипание продукта, опорожнение, очищаемость и поведение под вакуумом или инертным газом. Такие испытания могут поддерживать технологический расчёт, но не заменяют испытание безопасности вещества или оценку рисков всей установки.