Захист від вибуху систем аспірації
Мета цієї статті – ознайомити вас зі стратегією та нормами захисту від вибуху систем аспірації.
В останні роки увага України спрямована на зниження ризиків вибухів вибухонебезпечного пилу/газів та запобігання 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 повинен виконувати всі вимоги, зазначені в Наказі від 19.04.2023 №2259. Це мінімальні вимоги безпеки праці та захисту здоров'я персоналу, які працюють на підприємствах з потенційно вибухонебезпечним продуктом. Роботодавець повинен дотримуватись вимог цього Наказу та застосовувати вказані заходи безпеки. Підприємство повинно мати «Звіт з вибухозахисту», в якому буде описано стратегію та внутрішні заходи захисту від вибуху.
Проблематика небезпеки вибуху в системах аспірації
Система аспірації призначена для видалення пилу з технологічних процесів, відокремлення твердих частинок від повітря за допомогою фільтру та вивантаження пилу з фільтру в накопичувальний бункер або систему транспортування.
Якщо виробництво обробляє потенційно вибухонебезпечний продукт, то в аспіраційному фільтрі ми отримуємо найбільшу концентрацію вибухонебезпечного пилу та високий ризик вибуху.
Принцип роботи аспіраційного фільтра полягає в тому, що пил відокремлюється від повітря за допомогою фільтрувальних елементів, які накопичують на своїй поверхні велику кількість пилу, крім цього, всередині фільтра постійно є хмара вибухонебезпечного пилу, за рахунок постійного затягування пилу в фільтр. При очищенні фільтрувальних елементів, в фільтрувальний елемент подається імпульс стисненого повітря, який скидає пил з фільтрувальних елементів в розвантажувальний бункер, з якого пил вивантажується роторним клапаном. У момент очищення фільтрувальних елементів всередині фільтра утворюється найбільша концентрація вибухонебезпечного пилу у зваженому стані.
Робота аспіраційного фільтру
Очищення рукавів
Чому відбувається вибух?
Як і в інших технологічних процесах, вибух в аспіраційному фільтрі 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
Згідно ДСТУ EN 1127-1, є 13 можливих джерел 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 в системі аспірації призводить до фатальних наслідків
Методика визначення вимог вибухозахисту систем аспірації
* 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 захисту зовнішніх компонентів фільтру, 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 |
Так |
|
|
Тип-3 |
Так |
Ex CAT 3GD / 2GD |
Ні |
Не вимагається |
|
Тип-4 |
Так |
Ex CAT 3GD / 2GD |
Так |
|
Короткий опис систем:
Тип 1 – система не призначена для роботи з потенційно вибухонебезпечним пилом та не призначена для встановлення у вибухонебезпечній зоні;
Тип 2 – система призначена для роботи з потенційно вибухонебезпечним пилом, але не може бути встановлена у вибухонебезпечній зоні;
Тип 3 – система не призначена для роботи з потенційно вибухонебезпечним пилом і може бути встановлена у вибухонебезпечній зоні;
Тип 4 – система призначена для роботи з потенційно вибухонебезпечним пилом і може бути встановлена у вибухонебезпечній зоні.
Інші обов’язкові вимоги для безпечної експлуатації системи аспірації з вибухонебезпечним пилом:
- Антистатичні або заземлені фільтрувальні елементи;
- Заземлення повітроводів;
- Заземлення фільтра;
- Оглядові люки, двері для обслуговування повинні витримувати залишковий тиск вибуху Pred не нижче стійкості корпусу фільтра;
- Якщо фільтрувальні елементи не витримують залишковий тиск вибуху Pred при розрахунку площі звільнення вибуху враховується повний обсяг фільтра, а не лише брудна сторона. Також при поверненні повітря в приміщення, на повітропровід повернення повітря в приміщення необхідно встановити систему ізоляції вибуху або фільтр полум’я.
Варіанти вибухозахисту систем аспірації
| № | Опис компонентів | Тип |
|---|---|---|
|
Вибухозахист фільтру |
||
|
1 |
Розривна мембрана VMP
Скидання тиску вибуху |
Механічна
Пасивна |
|
2 |
Гасник полум’я Flex
Скидання вибуху без полум’я |
Механічна
Пасивна |
|
3 |
HRD система
Придушення вибуху |
Хімічна
Активна |
|
Ізоляція вибуху |
||
|
4 |
Зворотній клапан B-Flap
Ізоляція вибуху |
Механічна
Пасивна |
|
5 |
HRD бар’єр
Хімічна ізоляція вибуху |
Хімічна
Активна |
|
6 |
Flame Proof роторний клапан
Механічна ізоляція вибуху |
Механічна
Пасивна |
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, закриття заслінки зворотного клапану за допомогою хвилі тиску. Або конструкційні, такі як зазори між ротором і статорами роторного клапану, через які не може пройти вибуху або сітка гасника полум’я, яка не пропускає через себе полум’я.
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 (закриття заслінки, активація балона).
Також системи вибухозахисту поділяють за принципом дії:
Механічна – захищає обладнання механічним способом: розрив мембрани, закриття заслінки, ізоляції завдяки MESG (Мінімальний Експериментальний Безпечний Зазор).
Хімічна – захищає обладнання шляхом розпилення реагенту.
Опис методів захисту від вибуху в аспіраційному фільтрі
Будь-який із описаних методів захисту від вибуху, полягає в зниженні тиску всередині технологічного обладнання, до тиску нижче стійкості обладнання (Pred), таким чином у разі вибуху обладнання залишається цілим і вибух відбувається прогнозовано та безпечно. Звичайно вибух може бути повністю безпечним тільки в комбінації з системами ізоляції вибуху, коректного підбору методу захисту та типорозміру захисного пристрою.
Будь-які з наведених нижче методів вибухозахисту можуть бути комбіновані між собою будь-яким зручним для вас чином.
1. Розривна мембрана VMP - скидання тиску вибуху
Розривна мембрана - це клапан скидання тиску вибуху, який встановлюється на аспіраційний фільтр, зазвичай під фільтрувальними елементами. Мембрана є слабким місцем корпусу фільтра та у разі вибуху розривається і скидає з фільтра надлишковий тиск, таким чином корпус фільтра залишається не пошкодженим.
Розривна мембрана зазвичай встановлюється на аспіраційні фільтри, які встановлені на вулиці, де є можливість скинути вибух в безпечну зону. При проектуванні, не забудьте врахувати довжину (Lf) та ширину (Wf) полум'я навпроти розривної мембрани.
Врахуйте що рекомендоване місце встановлення мембрани, це встановлення під фільтрувальними елементами. Встановлення мембрани навпроти фільтрувальних елементів перешкоджатиме вільному скиданню тиску вибуху, що призведе до неефективного скидання тиску та руйнуванню корпусу фільтра.
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).
Приклади вибухозахисту систем аспірації розривними мембранами
2. Гасник полум'я Flex - безполум'яне скидання тиску вибуху
Полум'ягасник Flex обладнаний фільтром полум'я, який відфільтровує полум'я і робить скидання вибуху з аспіраційного фільтра повністю безпечним для обладнання та персоналу, вибух можна скидати навіть у приміщення.
Так як компонентом полум'ягасника є розривна мембрана, яка встановлюється на корпус аспіраційного фільтра, принцип вибухозахисту обладнання полум'ягасником повністю аналогічний захисту розривної мембрани, які описані вище.
Встановлюється на аспіраційні фільтри, які встановлені в приміщенні, або на вулиці, якщо вибух з розривної мембрани неможливо вивести в безпечну зону, де не буде переміщуватись персонал і знаходиться обладнання, яке може бути пошкоджене.
Врахуйте, що рекомендоване місце встановлення гасника полум’я це монтаж під фільтрувальними елементами. Встановлення навпроти фільтрувальних елементів перешкоджатиме вільному скиданню тиску вибуху, що призведе до неефективного скидання тиску та руйнування фільтра.
Приклад роботи полум'ягасника Flex
Приклади вибухозахисту систем аспірації гасниками полум'я Flex
3. HRD система - придушення вибуху
Принцип роботи системи придушення вибуху: контролер постійно оцінює показання з датчика тиску/оптичного, у разі виявлення датчиком стрибка тиску або спалаху, контролер це реєструє та посилає сигнал на активацію HRD балона, який через форсунку розпорошує всередині обладнання порошок, який пригнічує вибух.
Система HRD характеризується надзвичайно швидким введенням вогнегасної речовини всередину обладнання. Завдяки датчикам із високою швидкістю дії система HRD придушуе 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 всередині технологічного обладнання, завдяки чому вибух припиняється 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.
Приклади вибухозахисту аспірації HRD системою придушення вибуху
Опис методів ізоляції вибуху у системі аспірації
При вибуху в аспіраційному фільтрі тиск вибуху і полум’я буде не тільки звільнятися через розривну мембрану, але і поширюватиметься по всіх можливих отворах у фільтрі, таким як вхідний трубопровід і самоплив вивантаження пилу. Щоб захистити обладнання, з’єднане з аспіраційним фільтром, необхідно використовувати ізоляцію вибуху, яка локалізує вибух в аспіраційному фільтрі.
4. Зворотній клапан B-Flap - ізоляція вибуху
Клапан ізоляції вибуху B-Flap - це механічний пристрій спрацьовує за рахунок хвилі тиску вибуху. Хвиля тиску, яка поширюється швидше ніж полум'я, закриває заслінку всередині клапана, таким чином перешкоджаючи поширенню тиску та полум'я до технологічного обладнання.
Варіанти встановлення
Приклади встановлення зворотного клапану ізоляції вибуху B-Flap
5. HRD бар'єр
Принцип роботи HRD системи ізоляції вибуху: контролер постійно оцінює показання оптичного датчика, встановленого на трубопроводі, на вході в ємність, 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
6. Flame Proof роторний клапан
Роторний клапан сертифікований згідно ДСТУ EN 15089 служить пристроєм ізоляції вибуху в самопливі вивантаження пилу з аспіраційного фільтра, що запобігти поширенню вибуху від фільтра до бункерів чи транспортерів в які відбувається 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
для вашого технологічного процесу
