Взрывозащита систем аспирации
Цель этой статьи — ознакомить вас со стратегией и нормами защиты от взрыва систем аспирации.
В последние годы внимание Украины направлено на снижение рисков взрывов взрывоопасной пыли/газов и предотвращение аварий на промышленных предприятиях. В связи с этим на территории Украины вступили в силу следующие документы, устанавливающие требования по системам защиты от взрыва:
- Приказ Министерства экономики Украины 19 апреля 2023 года №2259 (НПАОП 0.00-7.23-23) Минимальные требования по безопасности и здоровью работников, потенциально подвергающихся риску во взрывоопасных средах;
- Постановление Кабинета Министров Украины от 28.12.2017 №1055 «Об утверждении Технического регламента оборудования и защитных систем, предназначенных для работы в потенциально взрывоопасной среде», разработанном на основании Директивы 2014/34/ЕС Европейского парламента, по гармонизации законодательства государств- членов по оборудованию и защитным системам, предназначенным для использования в потенциально взрывоопасной среде;
- Приказ министерства экономического развития и торговли Украины от 30.01.2019 №124 «Об утверждении Перечня национальных стандартов, идентичных гармонизированным европейским стандартам и соответствие которым дает презумпцию соответствия оборудования и защитных систем требованиям Технического регламента оборудования и защитных систем, предназначенных для использования у потенциально взрывоопасной среде», разработан и утвержден с целью вступления в силу ДСТУ EN, выполнение которых приводит оборудование в соответствии с требованиями технического регламента и делает оборудование безопасным для работы с потенциально взрывоопасным продуктом и работы в потенциально взрывоопасной среде.
Ваше предприятие эффективно управляет рисками, связанными с работой с потенциально взрывоопасным продуктом, вы ознакомлены с требованиями действующего законодательства?
Разъяснение Приказа №2259 – Обязанности Работодателей
Взрывоопасная зона
Сброс давления взрыва
С чего начать?
Работодатель должен выполнять все требования, указанные в Приказе от 19.04.2023 №2259. Это минимальные требования безопасности труда и защиты здоровья персонала, работающих на предприятиях с потенциально взрывоопасным продуктом. Работодатель должен соблюдать требования настоящего Приказа и применять указанные меры безопасности.
Предприятие должно иметь «отчет по взрывозащите», в котором будет описана стратегия и внутренние мероприятия. защиты от взрыва
Проблематика опасности взрыва в системах аспирации
Система аспирации предназначена для удаления пыли из технологических процессов, отделения твердых частиц от воздуха с помощью фильтра и выгрузки пыли из фильтра в накопительный бункер или транспортировочную систему.
Если производство обрабатывает потенциально взрывоопасный продукт, то в аспирационном фильтре мы получаем наибольшую концентрацию взрывоопасной пыли и риск взрыва.
Принцип работы аспирационного фильтра состоит в том, что пыль отделяется от воздуха с помощью фильтровальных элементов, накапливающих на своей поверхности большое количество пыли, кроме этого, внутри фильтра постоянно имеется облако взрывоопасной пыли, за счет постоянной затяжки пыли в фильтр. При очистке фильтровальных элементов в фильтрующий элемент подается импульс сжатого воздуха, который сбрасывает пыль из фильтровальных элементов в разгрузочный бункер, из которого пыль выгружается роторным клапаном. В момент очистки фильтровальных элементов внутри фильтра образуется наибольшая концентрация взрывоопасной пыли во взвешенном состоянии.
Работа аспирационного фильтра
Очистка рукавов
Почему происходит взрыв?
Как и в других технологических процессах, взрыв в аспирационном фильтре происходит при одновременном наличии следующих факторов:
- Кислород;
- Топливо (горючая пыль);
- Пространство (замкнутое пространство оборудования);
- Источник возгорания;
- Взвешенная фракция (пылевоздушная смесь в концентрации LEL <…< UEL)
Кислород + топливо + источник возгорания = горение
Кислород + топливо + источник возгорания + взвешенная фракция = вспышка
Кислород + топливо + источник возгорания + взвешенная фракция + пространство = взрыв
LEL – минимальная концентрация пыли (г/м3), при которой может произойти взрыв.
UEL – максимальная концентрация пыли (г/м3), при которой не может произойти взрыв.
< LEL
> UEL
LEL ≤ ... ≤ UEL
Источники воспламенения
- Горячие поверхности;
- Пламя и горячие газы (включая горячие частицы);
- Искры механического происхождения;
- Электрическое оборудование;
- Блуждающие токи;
- Статическое электричество;
- Молния;
- Электромагнитные волны от 10^4 Гц до 3*10^12 Гц;
- Электромагнитные волны от 3*10^12 Гц до 3*10^15 Гц;
- Ионизирующее излучение;
- Ультразвук;
- Адиабатические сжатия и ударные волны;
- Экзотермические реакции, включая самовоспламенение пыли.
Исходя из официальной статистики, системы аспирации являются наиболее опасным на предприятии оборудованием с точки зрения вероятности взрыва, поэтому, проектируя систему аспирации для работы с потенциально взрывоопасным продуктом, не забывайте о необходимости взрывозащиты фильтров и систем изоляции взрыва.
Статистика взрывов
Процесы
Промышленность
Взрыв в системе аспирации приводит к катастрофическим последствиям.
Методика определения требований взрывозащиты систем аспирации
* Смотрите Таблицу 1
◊ Смотрите Таблицу 2
Таблица 1
|
Зона АТЕХ места установки фильтра |
Защита внешних компонентов системы аспирации |
|---|---|
|
Безопасная |
Не требуется |
|
Зона 22 |
Ex CAT 3D |
|
Зона 21 |
Ex CAT 2D |
|
Зона 2 |
Ex CAT 3G |
|
Зона 1 |
Ex CAT 2G |
Таблица 2
| Тип | Установка в Ex Зоне | Защитить в соответствии с требованиями ДСТУ EN | Может безопасно работать с потенциально опасным продуктом | Защитить согласно |
|---|---|---|---|---|
|
Тип-1 |
Нет |
Не требуется |
Нет |
Не требуется |
|
Тип-2 |
Нет |
Не требуется |
Да |
|
|
Тип-3 |
Да |
Ex CAT 3GD / 2GD |
Нет |
Не требуется |
|
Тип-4 |
Да |
Ex CAT 3GD / 2GD |
Да |
|
Краткое описание систем:
Тип 1 – система не предназначена для работы с потенциально взрывоопасной пылью и не предназначена для установки во взрывоопасной зоне;
Тип 2 – система предназначена для работы с потенциально взрывоопасной пылью, но не может быть установлена во взрывоопасной зоне;
Тип 3 – система не предназначена для работы с потенциально взрывоопасной пылью и может быть установлена во взрывоопасной зоне;
Тип 4 – система предназначена для работы с потенциально взрывоопасной пылью и может быть установлена во взрывоопасной зоне.
- Антистатические или заземленные фильтрующие элементы;
- Заземление воздуховодов;
- Заземление фильтра;
- Обзорные люки, двери для обслуживания должны выдерживать остаточное давление взрыва Pred не ниже стойкости корпуса фильтра;
- Если фильтрующие элементы не выдерживают остаточное давление взрыва Pred при расчете площади освобождения взрыва учитывается полный объем фильтра, а не только грязная сторона. Также при возвращении воздуха в помещение, на воздуховод возвращения воздуха в помещение необходимо установить систему изоляции взрыва или фильтр пламени.
Варианты взрывозащиты систем аспирации
| № | Описание компонентов | Тип |
|---|---|---|
|
Взрывозащита фильтра |
||
|
1 |
Разрывная мембрана VMP
Сброс давления взрыва |
Механическая
Пассивная |
|
2 |
Пламегаситель Flex
Сброс взрыва без пламени |
Механическая
Пассивная |
|
3 |
HRD система
Подавление взрыва |
Химически
Активная |
|
Изоляция взрыва |
||
|
4 |
Обратный клапан B-Flap
Изоляция взрыва |
Механическая
Пассивная |
|
5 |
HRD барьер
Химическая изоляция взрыва |
Химически
Активная |
|
6 |
Flame Proof роторный клапан
Механическая изоляция взрыва |
Механическая
Пассивная |
По механизму действия системы взрывозащиты делятся на 2 основных типа:
Пассивная – защитная система, срабатывающая за счет давления, возникающего в результате взрыва, или сконструированная таким образом, что не пропускает через себя пламя. Например, разрыв мембраны вследствие скачка давления, закрытие заслонки обратного клапана с помощью волны давления. Или конструкционные, такие как зазоры между ротором и статорами роторного клапана, через которые не может пройти взрыв или сетка гасителя пламени, не пропускающая через себя пламя.
Активная – защитная система, которая с помощью датчика следит за началом взрыва в оборудовании (скачок давления или вспышка), посылает сигнал на контроллер, анализирующий показатели датчика, а при взрыве посылает сигнал на активацию взрывозащиты (закрытие заслонки, активация баллона).
Также системы взрывозащиты разделяют по принципу действия:
Механическая – защищает оборудование механическим способом: разрыв мембраны, закрытие заслонки, изоляции благодаря MESG (Минимальный Экспериментальный Безопасный Зазор).
Химическая – защищает оборудование путем распыления реагента.
Описание методов защиты от взрыва в аспирационном фильтре
1. Разрывная мембрана VMP – сброс давления взрыва
Разрывная мембрана - это клапан сброса давления взрыва, устанавливаемый на аспирационный фильтр, обычно под фильтрующими элементами. Мембрана является слабым местом корпуса фильтра и при взрыве разрывается и сбрасывает из фильтра избыточное давление, таким образом корпус фильтра остается не поврежденным.
Разрывная мембрана обычно устанавливается на аспирационные фильтры, установленные на улице, где есть возможность сбросить взрыв в безопасную зону. При проектировании не забудьте учесть длину (Lf) и ширину (Wf) пламени напротив разрывной мембраны.
Учтите, что рекомендуемое место установки мембраны, это установка под фильтровальными элементами. Установка мембраны напротив фильтровальных элементов будет препятствовать свободному сбросу давления взрыва, что приведет к неэффективному сбросу давления и разрушению корпуса фильтра.
График роста давления в оборудовании при наличии и отсутствии мембран сброса взрыва
Сброс давления взрыва – кривая давления внутри оборудования, при наличии разрывной мембраны сброса давления взрыва;
Без взрывозащиты – кривая давления внутри оборудования, без взрывозащиты;
Pstat – давление разрыва мембраны (обычно равно 0,1 бар);
Pred – остаточное давление в оборудовании, после сброса давления взрыва;
Pes – устойчивость оборудования к давлению;
Pmax – максимальное давление взрыва (зависит от типа потенциально взрывоопасного продукта).
Примеры взрывозащиты систем аспирации разрывными мембранами
2. Гасник пламени Flex – беспламенный сброс давления взрыва
Пламягаситель Flex оборудован фильтром пламени, который отфильтровывает пламя и производит сброс взрыва с аспирационного фильтра полностью безопасен для оборудования и персонала, взрыв можно сбрасывать даже в помещение.
Так как компонентом пламегасителя является разрывная мембрана, устанавливаемая на корпус аспирационного фильтра, принцип взрывозащиты оборудования пламегасителем полностью аналогичен защите разрывной мембраны, описанным выше.
Устанавливается на аспирационные фильтры, установленные в помещении или на улице, если взрыв с разрывной мембраны невозможно вывести в безопасную зону, где не будет перемещаться персонал и находится оборудование, которое может быть повреждено.
Учтите, что рекомендуемое место установки гасителя пламени – это монтаж под фильтровальными элементами. Установка напротив фильтровальных элементов будет препятствовать свободному сбросу давления взрыва, что приведет к неэффективному сбросу давления и разрушению фильтра.
Пример работы пламегасителя Flex
Примеры взрывозащиты систем аспирации пламягасителями пламени Flex
3. HRD система – подавление взрыва
Принцип работы системы подавления взрыва: контроллер постоянно оценивает показания с датчика давления/оптического, в случае обнаружения датчиком прыжка давления или вспышки, контроллер это регистрирует и посылает сигнал на активацию HRD баллона, который через форсунку распыляет внутри оборудования порошок, подавляющий взрыв.
Система HRD характеризуется очень быстрым введением огнетушащего вещества внутрь оборудования. Благодаря датчикам с высокой скоростью действия, система HRD подавляет взрыв за 60 миллисекунд.
Когда концентрация пыли находится в диапазоне LEL…UEL, при наличии источника воспламенения происходит взрыв.
Принцип действия системы подавления взрыва HRD заключается в разведении взрывоопасной концентрации пыли, быстром распылении порошка внутри технологического оборудования, благодаря чему взрыв прекращается на его ранней стадии, когда давление взрыва еще находится в безопасных для оборудования значениях.
Визуализация подавления взрыва системой HRD
Время: 0 мс
Давление: 0 бар
5 - 35 мс
0,03 - 0,1 бар
40 мс
0,08 - 0,15 бар
60 мс
0,15 - 0,2 бар
Компоненты HRD системы
CONEX
Контроллер оценивает и записывает информацию с датчиков, посылает сигнал для активации баллонов. Для персонала выступает как пользовательский интерфейс.
DETEX / LUMEX
Датчик обнаружения взрыва за 5-35 мс. Эта информация за 5 мс передается на контроллер.
HRD баллон
HRD баллоны оборудованы быстро открывающимся клапаном, который за 5 мс вносит огнетушащее вещество в защищаемое оборудование.
Телескопическая форсунка
Форсунка служит для равномерного распыления порошка внутри оборудования для подавления взрыва.
Примеры взрывозащиты аспирации HRD системой подавления взрыва
Описание методов изоляции взрыва в системе аспирации
При взрыве в аспирационном фильтре давление взрыва и пламени будет не только освобождаться через разрывную мембрану, но и будет распространяться по всем возможным отверстиям в фильтре, таким как входной трубопровод и самотек выгрузки пыли. Чтобы защитить оборудование, соединенное с аспирационным фильтром, необходимо использовать изоляцию взрыва, которая локализует взрыв в аспирационном фильтре.
4. Обратный клапан B-Flap – изоляция взрыва
Клапан изоляции взрыва B-Flap – это механическое устройство срабатывающее за счет волны давления взрыва. Волна давления, которая распространяется быстрее пламени, закрывает заслонку внутри клапана, таким образом препятствуя распространению давления и пламени к технологическому оборудованию.
Варианты установки
Примеры установки обратного клапана изоляции взрыва B-Flap
5. HRD барьер
Принцип работы HRD системы изоляции взрыва: контроллер постоянно оценивает показания оптического датчика, установленного на трубопроводе, на входе в емкость, при обнаружении датчиком вспышки, контроллер это регистрирует и посылает сигнал на активацию HRD баллона, который через форсунку распыляет внутри трубопровода порошок, изолирующий распространение пламени по трубопроводу.
Компоненты HRD барьера полностью аналогичны системе HRD:
- Контроллер ComEx;
- датчик LumEx;
- HRD баллон;
- Телескопическая форсунка.
Примеры установки HRD барьера
6. Flame Proof роторный клапан
Роторный клапан сертифицирован согласно ДСТУ EN 15089 служит устройством изоляции взрыва в самотечной выгрузке пыли из аспирационного фильтра, что предотвращает распространение взрыва от фильтра до бункеров или транспортеров, в которые происходит выгрузка уловленной пыли. Роторный клапан изолирует взрыв благодаря тому, что корпус изготовлен из литой стали с высокой точностью проточки корпуса, в котором вращается ротор, а ротор изготовлен из листовой стали. За счет этого обеспечивается минимальный зазор между корпусом и ротором (MESG), который при взрыве не пропускает через себя давление и пламя.
