Для смесителей, перерабатывающих органические или другие горючие порошки, ATEX-совместимая конструкция всегда является результатом оценки, специфичной для вещества, процесса и установки. Одного товарного обозначения недостаточно: решающее значение имеют фактическая мелкодисперсная пылевая фракция, влажность, размер частиц, возможные пары растворителей или отдушек, температура, технологическое давление и режимы эксплуатации от пуска до очистки. Для смесителей и смесительных установок центральным руководством по разработке является VDI 2263, лист 10; в нём прямо рассматриваются противопожарная и взрывозащита для смесителей с пылевыми, газовыми, паровыми и гибридными смесями.

Концепция зонирования и данные о материале

Зонирование относится к документу о взрывозащите эксплуатирующей организации. Зона 20 имеет место, если внутри смесителя, фильтра, силоса или транспортного трубопровода взрывоопасная пылевая атмосфера присутствует постоянно, в течение длительного времени или часто. Зона 21 касается областей, в которых такая атмосфера может время от времени возникать при нормальной эксплуатации, например в местах загрузки, выгрузки или отбора проб. Зона 22 описывает области, в которых она возникает лишь редко и кратковременно. Конкретное разграничение определяется выделением пыли, герметичностью, аспирацией, очисткой и окружающей обстановкой.

Для зоны 20 принципиально требуется очень высокий уровень защиты; в классической категоризации ATEX это, как правило, соответствует категории 1D. Для зоны 21 допускается категория 1D или 2D, а для зоны 22 — категория 1D, 2D или 3D. Распределение охватывает электрические и неэлектрические компоненты: двигатели, датчики, приводы, валы, подшипники, уплотнения, смесительные инструменты, заслонки и транспортирующие устройства необходимо рассматривать совместно. Подходящая процедура оценки соответствия и необходимость проведения экспертизы типового образца ЕС определяются категорией оборудования, группой оборудования, типом оборудования и применимой процедурой оценки соответствия ATEX; поэтому экспертиза типового образца не требуется в обязательном порядке для каждого устройства категории 1D или 2D.

Перед детальной разработкой необходимы репрезентативные данные по безопасности материала. К ним относятся как минимум KSt, максимальное давление взрыва pmax, минимальная энергия зажигания, минимальная температура воспламенения пылевого облака, минимальная температура воспламенения слоя пыли, гранулометрический состав, влажность и электрическая проводимость. При добавлении летучих жидкостей или растворителей необходимо отдельно оценивать гибридные смеси пар/пыль, так как поведение при зажигании и взрыве может отличаться от поведения чистой пыли. Общие диапазоны минимальной энергии зажигания для «пыли моющих средств» или других товарных групп не имеют достаточной силы и не должны использоваться в качестве основы для расчёта.

Предотвращение источников зажигания

Предотвращение эффективных источников зажигания является центральным уровнем защиты. EN 1127-1 рассматривает различные виды источников зажигания, в том числе горячие поверхности, пламя и горячие газы, механически образующиеся искры, электрооборудование, блуждающие токи, статическое электричество, удар молнии, электромагнитное излучение и экзотермические реакции. EN ISO 80079-36 и -37 актуальны для оценки неэлектрического оборудования и его потенциальных источников зажигания.

Механические зазоры, сочетания материалов, возможные точки контакта и посторонние предметы должны рассчитываться так, чтобы при нормальной эксплуатации и учитываемых нарушениях не возникали опасные искры трения, удара или шлифования. Общепринятой максимальной скорости, например «менее 1 м/с», для смесительных инструментов в зоне 20 не существует. Допустимая окружная скорость зависит от геометрии, материалов, размера частиц, возможного попадания посторонних предметов, вероятности контакта, температуры, задачи смешивания и других защитных мер. Она должна обосновываться в рамках оценки опасности зажигания.

Подшипники и уплотнения являются критическими точками. Возможны вынесенные наружу подшипники, эффективное разделение продуктового и приводного пространства, подходящие уплотнения вала, контроль температуры и контроль состояния. Меры должны соответствовать порошку, частоте вращения, давлению, температуре и предусмотренному методу очистки. Для слоёв пыли TRGS 723 в целом устанавливает температурный запас безопасности 75 °C между минимальной температурой воспламенения слоя пыли и температурой поверхности, если оценка рисков не допускает иного значения.

Электростатические заряды могут представлять источник зажигания, особенно для сухих, мелкодисперсных и плохо проводящих порошков. Необходимы сквозная концепция заземления и выравнивания потенциалов, оценка электропроводящих и изолирующих компонентов, подходящие шланги, фильтрующие материалы, гибкие соединения, тара и средства индивидуальной защиты. TRGS 727 описывает требования по предотвращению опасности зажигания вследствие электростатических зарядов. Обобщённое сопротивление заземления 10⁶ Ω нельзя переносить на все части установки и случаи применения. Например, для FIBC типа C TRGS 727 указывает сопротивление отвода заряда менее 10⁷ Ω до точки заземления; FIBC типа D не требуют заземления, но могут применяться только при наличии подтверждения, что опасные заряды не возникают.

Электрооборудование должно соответствовать назначенной зоне, пылевой атмосфере и допустимой температуре поверхности. Для электрооборудования, защищённого от пыли, часто актуальна пыленепроницаемая степень защиты, например IP6X; однако требуемая степень защиты и маркировка определяются выбранным принципом защиты и конкретным допуском оборудования. Искробезопасность может быть целесообразной для определённых измерительных и управляющих цепей, но не является универсальным требованием для всех датчиков в смесителе.

Концепция защиты и инертизация

Концепция защиты следует определённой иерархии. Сначала проверяется, можно ли предотвратить или ограничить опасную взрывоопасную атмосферу, например за счёт закрытого ведения процесса, ограничения выделения пыли или инертизации. Затем предотвращаются эффективные источники зажигания. Если обе цели не могут быть надёжно достигнуты, добавляются конструктивные меры по ограничению последствий взрыва.

При инертизации кислород снижается подходящим газом, часто азотом, настолько, чтобы содержание кислорода оказалось ниже предельной концентрации кислорода, определённой для конкретного вещества и процесса. Обобщённое целевое значение менее 8 объёмных процентов кислорода недопустимо; допустимая рабочая концентрация должна выводиться из предельной концентрации кислорода, погрешности измерения, допущений по утечкам, колебаний процесса и определённого запаса безопасности. Инертизация требует достаточно газонепроницаемой установки, подходящей системы подачи инертного газа, измерения кислорода, определённых значений сигнализации и отключения, а также связанных с безопасностью блокировок.

Для рецептур с окислителями, например перкарбонатом натрия, инертизацию необходимо оценивать особенно тщательно. Перкарбонат натрия при разложении может выделять кислород и усиливать горение. Поэтому снижение содержания кислорода за счёт азота не заменяет ни контроль температуры, ни оценку термического разложения, возможных загрязнений или экзотермических реакций.

Конструктивные защитные меры могут включать аппараты, взрывоустойчивые по давлению или взрывоударопрочные, сброс давления, беспламенный сброс давления, подавление взрыва и развязку подключённых частей установки. EN 14460 рассматривает взрывоустойчивое оборудование; EN 14491 рассматривает сброс давления взрыва, а EN 14373 рассматривает проектирование, применение, проверку эффективности, эксплуатацию и техническое обслуживание систем подавления взрыва. Такие системы предназначены для закрытых или преимущественно закрытых корпусов и не применяются для нестабильных, взрывчатых, пиротехнических или пирофорных веществ.

Развязка особенно важна для того, чтобы взрывы не передавались через трубопроводы на фильтры, силосы, дозирующие и фасовочные установки. Подходящими решениями могут быть проверенные с точки зрения взрывозащиты обратные клапаны, быстрозапорные задвижки, барьеры с огнетушащим веществом, взрывозащитные клапаны или подходящие для этого роторные шлюзовые затворы. Каждое устройство развязки должно соответствовать классу взрывоопасности пыли, трубопроводу, направлению процесса, соотношению давлений и месту установки.

Документация и проверка

Расчёт должен быть прослеживаемо задокументирован в оценке рисков изготовителя, а также в документе о взрывозащите эксплуатирующей организации. Он охватывает данные о материале, зоны, оценку опасности зажигания, категории оборудования, концепцию защиты, интерфейсы, эксплуатационные пределы, техническое обслуживание, очистку, проверки и порядок действий при пуске, останове, смене рецептуры и нарушениях.

Перед вводом в эксплуатацию и периодически требуются проверки согласно предписаниям, действующим для места установки. В Германии необходимо соблюдать, в частности, требования Постановления об опасных веществах и Постановления о безопасности производства. Структурированное исследование HAZOP или аналогичное исследование безопасности может быть весьма целесообразным для сложных смесительных установок, однако не является обязательным законодательным требованием для каждой установки.