Вибухозахист норій
Мета цієї статті – ознайомити вас зі стратегією та нормами захисту від вибуху пилу в норіях.
В останні роки увага України спрямована на зниження ризиків вибухів горючого пилу та запобіганню аваріям на промислових підприємствах. У зв’язку з цим на території України набули чинності такі документи, які встановлюють вимоги щодо систем захисту від вибуху:
- Наказ Міністерства економіки України 19 квітня 2023 року №2259 (НПАОП 0.00-7.23-23) Мінімальні вимоги щодо безпеки та здоров’я працівників, які потенційно зазнають ризику у вибухонебезпечних середовищах;
- Постанова Кабінету Міністрів України від 28.12.2017 №1055 «Про затвердження Технічного регламенту обладнання та захисних систем, призначених для роботи в потенційно вибухонебезпечному середовищі», який розроблений на підставі Директиви 2014/34/ЄС Європейського парламенту, щодо гармонізації законодавства держав-членів щодо обладнання та захисних систем, призначених для використання у потенційно вибухонебезпечному середовище;
- Наказ міністерства економічного розвитку та торгівлі України від 30.01.2019 №124 «Про затвердження Переліку національних стандартів, які ідентичні гармонізованим європейським стандартам та відповідність яким дає презумпцію відповідності обладнання та захисних систем вимоги Технічного регламенту обладнання та захисних систем призначених для використання у потенційно вибухонебезпечному середовищі», розроблено та затверджено з метою набуття чинності ДСТУ EN, виконання яких приводить обладнання у відповідність до вимог технічного регламенту та робить обладнання безпечним для роботи з потенційно вибухонебезпечним продуктом та роботи в потенційно вибухонебезпечному середовищі.
Ваше підприємство ефективно керує ризиками, пов'язаними з роботою з потенційно вибухонебезпечним продуктом, ви ознайомлені з вимогами чинного законодавства?
Роз’яснення Наказу №2259 – Обов’язки Роботодавців
Вибухонебезпечна зона
Скидання тиску вибуху
З чого почати?
Роботодавець зобов'язаний виконати всі вимоги, визначені в Наказі від 19.04.2023 №2259. Ці норми встановлюють мінімальні вимоги з безпеки праці та охорони здоров'я для персоналу, який працює на підприємствах із потенційно вибухонебезпечним продуктом. Роботодавець повинен точно дотримуватися цього Наказу та впроваджувати необхідні заходи безпеки.
Саме підприємство повинно мати належний «Звіт з вибухозахисту», в якому детально описана стратегія та внутрішні заходи захисту від вибуху.
Небезпеки вибуху пилу в норії
Норія це невід'ємна частина процесу транспортування сипучих матеріалів, яка неодмінно стикаються з потенційною вибухонебезпекою вибуху у вигляді пилу. В ході транспортування сировини відбуваються тертя, падіння та пошкодження матеріалу, що призводить до утворення вибухонебезпечного пилу. Сама конструкція норії представляє собою складний механізм з численними потенційними джерелами займання, які можуть спричинити вибух.
Найбільш критичними елементами норії є її головка та башмак, ці частини стають основними точками утворення пилу та місцями, де найчастіше знаходяться потенційні джерела займання, що можуть викликати вибух.
З'єднання норії з іншим технологічним обладнанням через систему самопливів призводить до підвищеного ризику розповсюдження вибуху в суміжне технологічне обладнання. Це може викликати вторинний вибух пилу, збільшуючи загальний ризик небезпеки та спричинити негативний вплив на виробничий процес. Тому важливо приділити належну увагу заходам вибухозахисту при експлуатації норії, зменшуючи ризик виникнення небезпечних ситуацій та покращуючи загальну безпеку виробничого середовища.
Чому відбувається вибух пилу?
Як і в інших технологічних процесах, вибух в норії відбувається за одночасної наявності наступних факторів:
- Кисень;
- Паливо (горючий пил);
- Простір (замкнений простір обладнання);
- Джерело займання;
- Зважена фракція (пило-повітряна суміш в концентрації LEL <…< UEL)
Кисень + паливо + джерело займання = горіння
Кисень + паливо + джерело займання + зважена фракція = спалах
Кисень + паливо + джерело займання + зважена фракція + простір = вибух
LEL – мінімальна концентрація пилу (г/м3), при якій може статися вибух.
UEL – максимальна концентрація пилу (г/м3), при який не може статися вибух.
< LEL
> UEL
LEL ≤ ... ≤ UEL
Джерела займання
- Гарячі поверхні;
- Полум’я і гарячі гази (включаючи гарячі частинки);
- Іскри механічного походження;
- Електричне обладнання;
- Блукаючі струми;
- Статична електрика;
- Блискавка;
- Електромагнітні хвилі від 10^4 Гц до 3*10^12 Гц;
- Електромагнітні хвилі від 3*10^12 Гц до 3*10^15 Гц;
- Іонізуюче випромінювання;
- Ультразвук;
- Адіабатичні стиснення і ударні хвилі;
- Екзотермічні реакції, включаючи самозапалювання пилу.
Статистика вибухів
Процеси
Промисловість
Примітка: інформація з відкритих джерел Dust Safety Science.
Вибух пилу в норії призводить до фатальних наслідків
Запобігання та захист від вибуху
CEN/TR 16829 запобігання пожежі, вибуху та вибухозахист норій
Для запобігання та вибухозахисту норій, був розроблений окремий стандарт CEN/TR 16829, який поєднує в собі всі можливі методи запобігання та захисту від вибуху, адаптуючи їх для вибухозахисту норій.
Технічний звіт поєднує та адаптує наступні ключові стандарти вибухозахисту:
- ДСТУ EN 1127-1: Запобігання та захист від вибуху;
- ДСТУ EN 14373: Системи придушення вибуху;
- ДСТУ EN 14460: Обладнання стійке до вибуху;
- ДСТУ EN 14491: Захисні вентильовані системи від пилового вибуху;
- ДСТУ EN 15089: Захисні вентильовані системи від пилового вибуху;
- ДСТУ EN 60079-12-2: Вибухонебезпечні пилові атмосфери.
Згідно CEN/TR 16829:2016 п. 6.3 “Запобігання та захист від вибуху” рекомендуються наступні методи запобігання та захисту від вибуху в норії:
- Запобігання виникненню вибухонебезпечного середовища:
- Видалення пилу системами аспірації на точках перевантаження матеріалу;
- Швидкість транспортування має бути настільки низька, на скільки це можливо;
- Уникати наявність поверхонь, на який може накопичуватись пил;
- Уникати зворотної подачі матеріалу;
- Прибирання відкладень пилу;
- Використовувати системи придушення пилу водою (якщо це не шкодить матеріалу);
- Періодичне прибирання.
- Запобігання виникненню джерел займання:
- Перелік складається з 24х рекомендацій (дивіться Таблиці 3, 4 вказаного стандарту)
- Захисні заходи ізоляції вибуху:
- Роторний клапан (сертифікований ДСТУ EN 15089)
- Дівертер (тільки для точок підключення аспірації) (сертифікований ДСТУ EN 16020)
- Продуктові пробки, з підтвердженням ефективності
- Хімічний бар’єр (сертифікований ДСТУ EN 15089)
- Швидкодіючий шибер (сертифікований ДСТУ EN 15089)
- Захисні заходи вибухозахисту згідно додатків B та C:
Методика визначення вимог вибухозахисту норій
* Дивіться Таблицю 1
◊ Дивіться Таблицю 2
Таблиця 1
|
Зона АТЕХ місця встановлення фільтра |
Захист зовнішніх компонентів системи аспірації |
|---|---|
|
Безпечна |
Не вимагається |
|
Зона 22 |
Ex CAT 3D |
|
Зона 21 |
Ex CAT 2D |
|
Зона 2 |
Ex CAT 3G |
|
Зона 1 |
Ex CAT 2G |
Примітка: додаткові вимоги що до вибухозахисту зовнішніх компонентів норії, визначити згідно результатів випробувань параметрів вибухонебезпечності пилу.
Вибухонебезпечність зони встановлення обладнання, необхідно визначити згідно класифікації вибухонебезмечних зон (ДСТУ EN 60079-10-2).
Таблиця 2
| Тип | Встановлення у Ex Зоні | Захистити відповідно до вимог ДСТУ EN | Може безпечно працювати з потенційно небезпечним продуктом | Захистити згідно |
|---|---|---|---|---|
|
Тип-1 |
Ні |
Не вимагається |
Ні |
Не вимагається |
|
Тип-2 |
Ні |
Не вимагається |
Ні |
|
|
Тип-3 |
Так |
Ex CAT 3GD / 2GD |
Ні |
Не вимагається |
|
Тип-4 |
Так |
Ex CAT 3GD / 2GD |
Так |
|
Короткий опис систем:
Тип 1 – норія не призначена для роботи з потенційно вибухонебезпечним матеріалом та не призначена для встановлення у вибухонебезпечній зоні;
Тип 2 – норія призначена для роботи з потенційно вибухонебезпечним матеріалом, але не може бути встановлена у вибухонебезпечній зоні;
Тип 3 – норія не призначена для роботи з потенційно вибухонебезпечним матеріалом і може бути встановлена у вибухонебезпечній зоні;
Тип 4 – норія призначена для роботи з потенційно вибухонебезпечним матеріалом і може бути встановлена у вибухонебезпечній зоні.
- Встановлена система аспірації;
- Контроль гарячих поверхонь;
- Ущільнення підшипників;
- Датчик сходу стрічки;
- Блокування зворотного ходу стрічки;
- Контроль температури підшипників;
- Заземлення норії;
- Антистатична стрічка;
- Всі деталі норії повинні витримувати залишковий тиск вибуху Pred не нижче стійкості корпусу норії.
Варіанти вибухозахисту норій
| № | Опис компонентів | Тип |
|---|---|---|
|
Скидання тиску вибуху |
||
|
1 |
Розривна мембрана VMP
Скидання тиску вибуху |
Механічна
Пасивна |
|
2 |
Гасник полум’я Flex
Скидання вибуху без полум’я |
Механічна
Пасивна |
|
3.1 |
HRD балон |
Хімічна
Активна |
|
3.2 |
Датчик вибуху |
|
|
3.3 |
Контроллер ConEx |
|
За механізмом дії, системи вибухозахисту поділяють на 2 основні типи:
Пасивна – захисна система, яка спрацьовує за рахунок тиску, що виникає внаслідок вибуху, або сконструйована таким чином, що не пропускає через себе полум’я. Наприклад, розрив мембрани внаслідок стрибка тиску.
Активна – захисна система, яка за допомогою датчику стежить за початком вибуху в обладнанні (стрибок тиску або спалах), посилає сигнал на контролер, який аналізує показники датчика, а у разі вибуху посилає сигнал на активацію вибухозахисту (активація балона).
Також системи вибухозахисту поділяють за принципом дії:
Механічна – захищає обладнання механічним способом: розрив мембрани.
Хімічна – захищає обладнання шляхом розпилення реагенту.
Опис методів захисту від вибуху в норії
1. Розривна мембрана VMP - скидання тиску вибуху
Розривна мембрана - це мембрана, яка встановлюється на шахти норії, яка є слабким місцем корпусу. У разі вибуху мембрана розривається і скидає з норії надлишковий тиск, таким чином корпус залишається не пошкодженим.
Встановлюється на норії, які знаходяться на вулиці. При проектуванні, не забудьте врахувати довжину (Lf) та ширину (Wf) полум'я навпроти розривної мембрани.
Врахуйте, що рекомендоване місце встановлення мембрани, є колони та головка норії. Зазвичай встановлюється кожні 7 метрів на колонах норії, але точна кількість повинна бути прорахована згідно діючих стандартів.
Графік зростання тиску в обладнанні за наявності та відсутності мембран скидання вибуху
Скидання тиску вибуху – крива тиску всередині обладнання, за наявності розривної мембрани скидання тиску вибуху;
Без вибухозахисту – крива тиску всередині обладнання, без вибухозахисту;
Pstat – тиск розриву мембрани (зазвичай дорівнює 0,1 бар);
Pred – залишковий тиск в устаткуванні, після скидання тиску вибуху;
Pes – стійкість обладнання до тиску;
Pmax – максимальний тиск вибуху (залежить від типу потенційно вибухонебезпечного продукту).
Рекомендації по встановленню розривних мембран CEN/TR 16829, Додаток B
Можливі конфігурації встановлення розривних мембран:
- Головка+башмак+колони (кожні 3 метра)
- Головка+башмак+колони (кожні 6 метрів)
- Головка+колони (кожні 3 метра)
- Головка+колони (кожні 6 метрів)
- Головка+колони (кожні 12 метрів) або тількі головка при висоті колони до 12 метрів
Крок встановлення розривних мембран обирається згідно графіку, виходячи з необхідного залишкового тиску вибуху (Pred) та параметру вибухонебезпечності пилу (Kst).
Ознайомтесь з повними вимогами за посиланням: CEN/TR 16829 "Захист для ковшових елеваторів"
Графік визначення необхідної кількости розривних мембран
Приклади вибухозахисту норій розривними мембранами
2. Гасник полум'я Flex - безполум'яне скидання тиску вибуху
Полум'ягасник Flex - так як компонентом полум’ягасника є розривна мембрана, яка встановлюється на колону норії, принцип вибухозахисту обладнання полум'ягасником та вибір кроку встановлення повністю аналогічний захисту розривною мембраною, які описані вище. Полум'ягасник обладнаний фільтром полум'я, який відфільтровує полум'я і робить скидання вибуху з норії повністю безпечним для обладнання та персоналу, вибух можна скидати навіть у приміщення.
Встановлюється на норії, які встановлені в приміщенні, або на вулиці, якщо вибух з мембрани неможливо вивести в безпечну зону, де не буде проходити персонал і знаходиться обладнання, яке може бути пошкоджене.
Врахуйте, що місце рекомендоване місце встановлення є монтаж кожні 7 метрів колоні норії, але точна кількість полум’ягасників повинна бути прорахована згідно діючих стандартів.
Приклад роботи полум'ягасника Flex
Рекомендації по встановленню гасників полум'я CEN/TR 16829, Додаток B
Можливі конфігурації встановлення:
- Головка+башмак+колони (кожні 3 метра)
- Головка+башмак+колони (кожні 6 метрів)
- Головка+колони (кожні 3 метра)
- Головка+колони (кожні 6 метрів)
- Головка+колони (кожні 12 метрів) або тількі головка при висоті колони до 12 метрів
Крок встановлення обирається згідно графіку, виходячи з необхідного залишкового тиску вибуху (Pred) та параметру вибухонебезпечності пилу (Kst).
Ознайомтесь з повними вимогами за посиланням: CEN/TR 16829 "Захист для ковшових елеваторів"
Графік визначення необхідної кількости гасників полум'я
Приклади вибухозахисту норій гасниками полум'я Flex
3. HRD система - придушення вибуху
Принцип дії системи придушення вибуху: контролер безперервно оцінює показники з датчика тиску/оптичного. Якщо датчик виявляє стрибок тиску або спалах, контролер реєструє це і висилає сигнал для активації балона HRD. Через форсунку балон розпорошує всередині обладнання порошок, який придушує вибух.
Система HRD характеризується надзвичайно швидким введенням вогнегасної речовини всередину обладнання. За допомогою датчиків із високою швидкістю дії HRD система придушує вибух за 60 мілісекунд.
Коли концентрація пилу перебуває в діапазоні LEL…UEL, за наявності джерела займання відбувається вибух.
Принцип дії системи придушення вибуху HRD полягає в розведенні вибухонебезпечної концентрації пилу, швидким розпиленням порошку, завдяки чому вибух придушується на його ранній стадії, коли тиск вибуху ще перебуває в безпечних для обладнання значеннях.
Візуалізація придушення вибуху системою HRD
Час: 0 мс
Тиск: 0 бар
5 - 35 мс
0,03 - 0,1 бар
40 мс
0,08 - 0,15 бар
60 мс
0,15 - 0,2 бар
Компоненти HRD системи
CONEX
Контролер оцінює та записує інформацію з датчиків, посилає сигнал для активації балонів. Для персоналу виступає як інтерфейс користувача.
DETEX / LUMEX
Датчик виявлення вибуху за 5-35 мс. Ця інформація за 5 мс передається на контролер.
HRD балон
HRD балони обладнані клапаном, що швидко відкривається, який за 5 мс вносить вогнегасну речовину в обладнання, що захищається.
Телескопічна форсунка
Форсунка служить для рівномірного розпилення порошку всередині обладнання для придушення вибуху.
Рекомендації по встановленню HRD системи CEN/TR 16829, Додаток C
Відстань встановлення, кількість та розмір HRD балонів залежить від швидкості реакції та типу датчику, тому дизайн системи краще довірити постачальнику систем вибухозахисту.
Приклади вибухозахисту норій HRD системою придушення вибуху
Опис методів ізоляції вибуху в норії
При вибуху в норії тиск вибуху і полум’я буде не тільки звільнятися через розривну мембрану або полум’я гасник, але і поширюватиметься по всіх можливих отворах норії, таким як самопливи подачі/розвантаження матеріалу та аспіраційні повітропроводи. Щоб захистити обладнання, з’єднане з норією, необхідно використовувати систему ізоляції вибуху, яка локалізує вибух в норії і захистить суміжне обладнання.
HRD бар'єр
Принцип роботи HRD системи ізоляції вибуху: контролер постійно оцінює показання оптичного датчика, встановленого на самопливі, у разі виявлення датчиком спалаху, контролер це реєструє та надсилає сигнал на активацію HRD балона, який через форсунку розпорошує всередині трубопроводу порошок, який ізолює поширення полум'я трубопроводом.
Компоненти HRD бар'єру повністю аналогічні HRD системі:
- Контроллер ComEx;
- Датчик LumEx;
- HRD балон;
- Телескопічна форсунка.
Приклади встановлення HRD бар'єру на норію
Flame Proof роторний клапан
Роторний клапан сертифікований згідно ДСТУ EN 15089 служить пристроєм ізоляції вибуху в самопливі, що запобігти поширенню вибуху від норії до суміжного обладнання вивантаження уловленого пилу. Роторний клапан ізолює вибух завдяки тому, що корпус виготовлений з литої сталі з високою точністю проточки корпусу в якому обертається ротор, а ротор виготовлений з листової сталі. За рахунок цього забезпечується мінімальний зазор між корпусом і ротором (MESG), який у разі вибуху не пропускає через себе тиск і полум'я.
Приклади встановлення роторного клапану
Зменшення концентрації вибухонебезпечного пилу
Наявність вибухонебезпечного пилу всередині норії концентрацією вище ніж LEL, є основним ризиком вибуху в норії. Щоб зменшити вірогідність вибуху, необхідно зменшити вибухонебезпечну концентрацію пилу всередині норії. Основним і найефективнішим методом зменшення концентрації пилу, є встановлення системи аспірації, яка видалить пил з норії.
Існують два основні типи систем аспирації норій:
Локальна система аспірації
Основна особливістю локальних систем аспірації, це встановлення аспіраційного фільтру безпосередньо на корпус норії, та повернення пилу назад в корпус норії.
Даний тип системи аспірації значно знижує загальну концентрацію пилу всередині норії, але все одно залишає велику концентрацію пилу, в місці повернення пилу в норію.
При встановленні локального аспіраційного фільтру на норію, фільтр рекомендується комплектувати розривною мембраною скидання тиску вибуху.
Видалення пилу
Регенерація
Централізована система аспірації
Централізована система аспірації, підключається до норії за допомогою аспіраційних повітропроводів, по який витягує пил в аспіраційний фільтр, де пил відфільтровується, та розвантажується з фільтру до бункерів відходів або повертається в технологічний процес.
Система аспірації централізованого типу, потребує встановлення систем вибухозахисту та ізоляції вибуху. Більш детально з вибухозахистом систем аспірації, ви можете ознайомитись в статті «Вибухозахист систем аспірації».
