Pasywne zabezpieczenia przeciwwybuchowe urządzeń procesowych

Dział: STREFA PROJEKTANTA i RZECZOZNAWCY Autor: Paweł Wąsowicz Koncepcja zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego instalacji przemysłowych została przedstawiona w postaci wymagań realizacyjnych dyrektywy ATEX USER [1]. Wymagania te stanowią, że projektowane zabezpieczenia powinny mieć określoną funkcjonalność, ale przy tym należy zapewnić ich działanie w podanej kolejności. Definiują więc niezależne warstwy zabezpieczające (NWZ), z których pierwsza ukierunkowana jest na zapobieganie tworzeniu się atmosfer wybuchowych, druga na zapobieganie wystąpieniu zapłonu atmosfery wybuchowej, trzecia zaś dotyczy ograniczenia szkodliwego efektu wybuchu [17]. Skuteczność i kolejność działania poszczególnych NWZ potwierdzona ma zostać w przeprowadzonej analizie i ocenie ryzyka [18]. Bardzo podobnie zostało to sformułowane w dyrektywie ATEX [2] przy określeniu zasad zintegrowanego bezpieczeństwa wybuchowego – jako wymaganych działań przy projektowaniu urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytkowania w atmosferze potencjalnie wybuchowej. OCENA RYZYKA JAKO NARZĘDZIE PROJEKTOWANIA ŚRODKÓW ZABEZPIECZAJĄCYCH EN 1127-1 [5] – podstawowa norma dla zapobiegania wybuchowi i ochrony przed wybuchem – potwierdza, że dobór i ocena skuteczności działania zabezpieczeń mają się opierać na koncepcji bezpieczeństwa wybuchowego, stworzonej dla każdego indywidualnego przypadku. Istnienie mniej lub bardziej konkretnych wytycznych dla rozwiązań konstrukcyjnych infrastruktury przemysłowej w zakresie ochrony przed skutkami wybuchu (NWZ III) nie ogranicza więc w żaden sposób przytoczonej ogólnej zasady, wskazuje jedynie minimalny poziom wymagań technicznych, którego zachowanie nie musi być wcale wystarczające do osiągnięcia celów w zakresie zarządzania ryzykiem wybuchowym. Przykłady takich wymagań znajdujemy zarówno w rozporządzeniach branżowych, jak i w normach konstrukcyjnych. Przywołać można chociażby wymagania dla komór pyłowych i cyklonów, w których wskazano konieczność zastosowania klap lub przepon przeciwwybuchowych [3], czy dla zbiorników magazynowych paliw płynnych z wymaganiami dotyczącymi m.in. konieczności zastosowania zabezpieczeń przed rozprzestrzenianiem się fali wybuchu [4]. W przypadku zbiorników lub silosów do przechowywania cieczy lub ośrodków rozdrobnionych, które są podatne na wybuchy, w odpowiedniej normie wskazano wybór jednego lub więcej z następujących działań: wprowadzenie wystarczająco rozległej strefy upływu ciśnienia, wprowadzenie odpowiednich systemów tłumienia wybuchu lub zaprojektowanie konstrukcji tak, aby przenosiła ciśnienia wybuchu [6]. Wszystkie te wytyczne mają dostarczać projektantowi informacji nie tyle o wymaganym ostatecznym sposobie zabezpieczenia, ile o celu redukcji ryzyka, w osiągnięciu którego dany środek zabezpieczający ma wziąć udział. SPOSOBY ZABEZPIECZENIA INSTALACJI PRZED SKUTKAMI WYBUCHU Sam mechanizm wybuchu chemicznego narzuca trzy sposoby przeciwdziałania jego skutkom w instalacji procesowej w danej przestrzeni technologicznej: konstrukcje odporne na wybuch, odciążanie wybuchu oraz tłumienie wybuchu. Konstrukcje odporne na wybuch Wymagania dla urządzeń, które będą w stanie wytrzymać wewnętrzny wybuch bez rozerwania i nie spowodują powstania niebezpiecznych skutków dla otoczenia, określa norma EN 14460 [7]. Istnieją dwa rodzaje takich konstrukcji: urządzenia odporne na ciśnienie wybuchu, zaprojektowane tak, aby wytrzymały ciśnienie wybuchu bez trwałego odkształcenia i nie spowodowały powstania niebezpiecznych skutków dla otoczenia, oraz urządzenia odporne na uderzenie ciśnienia wybuchu, zaprojektowane tak, aby wytrzymały ciśnienie wybuchu, z dopuszczalnym trwałym odkształceniem, pod warunkiem nie spowodowania niebezpiecznych skutków dla otoczenia. W obu przypadkach wytrzymałość ciśnieniowa określana jest ze względu na wartość maksymalnego ciśnienia wybuchu (pmax), charakterystyczną dla danej substancji palnej. Dla większości mieszanin gazowo-powietrznych i pyłowo-powietrznych pmax wynosi od ok. 8 do ok. 10 [bar]. Wartość ta może być jeszcze wyższa dla pyłów metali lekkich. Z tego względu wyprodukowanie konstrukcji odpornych na wybuch wiąże się z wysokimi kosztami, a ich zastosowanie w przypadku dużych kubatur jest bardzo ograniczone. Odciążanie wybuchu Nadciśnienie wybuchu generowane w przestrzeni zamkniętej obniżyć można przez uwolnienie otworem dekompresyjnym spalonej i niespalonej mieszaniny oraz gazów spalinowych. Realizowane jest to dzięki zastosowaniu w urządzeniach układów odciążania wybuchu, dla których wymagania zostały określone w normie EN 14797 [8]. Nadciśnienie generowane w przestrzeni chronionej przez odciążanie wybuchu określane jest jako ciśnienie zredukowane wybuchu (pred), natomiast ciśnienie różnicowe aktywujące część oporową umożliwiającą otwarcie elementu odciążenia wybuchu jako statyczne ciśnienie aktywacji (pstat). Odciążanie wybuchu znajduje szerokie zastosowanie w przypadku urządzeń z mediami palnym w każdym stanie skupienia (ciecze, gazy, mgły i pyły). Charakteryzuje się stosunkowo niskimi kosztami instalacji i eksploatacji. Ograniczenie stanowi jednak konieczność wyprowadzenia produktów reakcji wybuchowej do atmosfery, co skutkuje brakiem możliwości zastosowania w przypadku mediów toksycznych i toksycznych produktów spalania. Dodatkowo konieczne jest określenie stref bezpieczeństwa w obszarze oddziaływania systemu oraz warunków dostępu i przebywania w strefie. Wady te nie występują w przypadku zastosowania systemów tłumienia wybuchu. […]