Systémy zabezpečení proti výbuchu hořlavých prachů

Význam zabezpečení

Zabezpečení průmyslových zařízení proti výbuchu hořlavých prachů není motivováno pouze legislativními požadavky (NV 406/2004 Sb. a evropské direktivy ATEX), ale tou hlavní motivací je především ochrana vlastních zaměstnanců a samotné technologie před destruktivními účinky výbuchu.

Ztráty na životech a újmy na zdraví zaměstnanců, výpadky klíčových částí výroby a rozsáhlé ekonomické ztráty mohou vést k poškození dobrého jména firmy, ekonomickým ztrátám a ztrátě pozice na trhu. Z tohoto důvodu se nevyplatí protivýbuchovou prevenci a zabezpečení podceňovat. V článku se proto zaměříme na konkrétní způsoby zabezpečení, jejich použití a příklady.

Druhy ochranných systémů a návrh protivýbuchové ochrany

Ochranné systémy proti výbuchu hořlavých prachů lze obecně rozdělit do dvou skupin – na pasivní a aktivní. Pasivní ochranné systém fungují zpravidla na čistě mechanickém principu, bez možnosti zásahu obsluhy. Nespornou výhodou těchto ochranných systémů jsou menší pořizovací náklad a nižší náklady na obsluhu a provoz, nevýhodou, která bývá často velmi limitující, jsou omezené možnosti jejího použití.

Aktivní systémy protivýbuchové ochrany spočívají v detekci projevů exploze, rozhodovacím mechanismu a aktivním zásahu, který účinky výbuchu omezí na bezpečnou úroveň. Výhodou těchto systémů je vysoká variabilita jejich použití, velmi sofistikovaná technologie, vysoká úroveň bezpečnosti a komfortu obsluhy a vysoká účinnost. Nevýhodou jsou vyšší pořizovací náklady.

Použitím konkrétního ochranného systému, případně kombinace ochranných systémů je vysoce odborná záležitost, kterou zpravidla provádí výrobce ochranných systémů nebo speciálně vyškolený projektant. Nevhodně použitý nebo nedostatečný ochranný systém může znamenat riziko jak pro vlastní zařízení, tak především pro jeho obsluhu a osoby, které se mohou vyskytovat v jeho blízkosti.

Ochranné systémy pro odlehčení výbuchu

Pro odlehčení výbuchu se používají odlehčovací membrány nebo speciální ventily. V obou případech spočívá ochrana zařízení v otevření dostatečně velké plochy na plášti zařízení, která uvolní výbuchový tlak a plamen mimo zařízení, čímž dojde k namáhání pláště pouze redukovaným tlakem, který je dán konstrukcí zařízení, velikostí odlehčovací plochy a účinností odlehčení.

Membrány, které mohou být průtržné, odklopné nebo magnetické, mají výhody ve vysoké účinnosti, relativně nízkých pořizovacích nákladech a velmi nízkých nákladech na údržbu. Jejich podstatnou nevýhodou je fakt, že v případě výbuchu dochází v jejich okolí (většinou do vzdálenosti několika desítek metrů) k uvolnění produktů exploze, kterými jsou především tlak, plamen, spálená a nespálená směs. Tento fakt vyžaduje, aby v dosahu odlehčení nebyly překážky, které by bránily odlehčení, nebyla zde elektrická zařízení, prostředí s nebezpečím výbuchu a především zde musí být vyloučen výskyt osob. Tyto skutečnosti omezují použití membrán v podstatě pouze na zařízení umístěná ve venkovním prostředí s možností vymezení dostatečné ochranné zóny (typicky zařízení větších objemů – zásobníky, filtry, cyklonové odlučovače).

Určitou možností ochrany zařízení umístěných uvnitř budov systémy na odlehčení výbuchu je vyvedení produktů exploze mimo budovu potrubím dostatečné tlakové odolnosti, zpravidla přímým (bez ohybů). Zde je však nutno vzít v úvahu, že k ochrannému systému je třeba mít přístup z důvodů revizí a obnovení funkce po výbuchu a především ten fakt, že vývodní potrubí výrazným způsobem zhoršuje účinnost odlehčení. V praxi se prokazuje, že vývodní potrubí delší než 1,5 – 2 metry snižuje účinnost odlehčení tak výrazně, že toto v podstatě ztrácí smysl. Konkrétní možnosti délky odváděcího potrubí je tak nutné stanovit výpočtem.

Další možností je použití speciálních odlehčovacích ventilů, které jsou konstruovány tak, že nepropouštějí ven výbuchový plamen. Tyto ventily je tedy možné použít i uvnitř budov a rozsah bezpečnostní je rovněž řádově menší (jednotky metrů).

Nicméně vzhledem k tomu, že při použití ochranných systémů odlehčením se do výbuchu nijak nezasahuje, ale nechává se celý proběhnout, je rovněž naprosto nezbytné zabývat se možností přenosu výbuchu napojenými dopravními cestami do ostatních částí technologie, což si v praxi většinou vyžádá nutnost použití ochranného systému na zabránění přenosu výbuchu. Tato nutnost je v praxi velmi často podceňována, což vede k neúměrně vysokému riziku právě v propojených technologických systémech, kterých je v praxi většina.

Ochranné systémy pro potlačení výbuchu

Ochranné systémy pro potlačení výbuchu se skládají z části detekční, vyhodnocovací a řídicí a akční.

Pro detekci výbuchu se zpravidla používá tlakových nebo optických čidel, které reagují na průvodní jevy výbuchu, kterými jsou nárůst tlaku nebo výbuchový plamen. Čidla je rovněž možné kombinovat.

K vyhodnocování signálů čidel, eliminaci falešných poplachů, řízení celého systému, detekci poruch, záznamu stavů systému, komunikaci s řídicím systémem provozu a především aktivaci příslušných akčních prvků slouží mikročipem ovládaná řídicí jednotka. Tato ústředna rovněž umožňuje softwarové nastavení jednotlivých funkcí sytému, konfiguraci jednotlivých akčních prvků a snímačů a odpojování (elektrickou blokaci) jednotlivých akčních prvků v případě odstávky chráněného zařízení. na svém čelním panelu také řídicí jednotka signalizuje stav celého systému a jeho jednotlivých komponent. Jakoukoliv změnu oproti nastaveným parametrům hlásí jako konkrétní poruchu.

Pro samotné potlačení výbuchu slouží akční prvky – tlakové lahve s hasivem uzavřené speciálním rychlootvíracím ventilem a  trvale umístění na samotném chráněném zařízení. Ventily akčních prvků se v případě aktivace řídicí jednotkou otevřou a umožní distribuci hasiva přes rozprašovače do chráněného prostoru. Celý zásah (od detekce po rozptylování hasiva v prostoru) trvá řádově jednotky tisícin vteřiny, takže výbuch je potlačen ve stádiu vzniku před dosažením destruktivních účinků.

Při správném návrhu zabezpečení systémem na potlačení výbuchu je rovněž možné dosáhnout současně i ochrany zařízení proti přenosu výbuchu (výbuch je potlačen dříve, než se začne šířit napojenými trasami).

Velmi důležitý je výběr hasiva. Pro zabezpečení potravinářských nebo farmaceutických technologií je nutno použít hasivo s příslušným atestem. Jako hasivo se v těchto provozech používá v podstatě výhradně jedlá soda.

Systémy na potlačení výbuchu se používají typicky pro ochranu elevátorů, šrotovníků, provozních a vyrovnávacích zásobníků, filtrů, průmyslových vysavačů, aspiračních systémů a pneumatických dopravních systémů ale i celé řady dalších technologických zařízení.

Ochranné systémy pro zabránění přenosu výbuchu

Tam, kde nelze vyloučit šíření výbuchu mezi vzájemně propojenými částmi technologie nebo tam, kde i redukovaný tlak může způsobit ohrožení obsluhy nebo poškození zařízení (například sací hubice průmyslových vysavačů nebo dmychadla přetlakové pneudopravy) je nutné zabránit šíření plamene nebo plamene i tlaku. K tomuto se používají ochranné systémy pro zabránění přenosu výbuchu.

Tyto systému jsou rovněž dvojího druhu – pasivní (mechanické) nebo aktivní.

Pasivní ochranný sytém – zpětná výbuchová klapka – se používá pro zabránění šíření plamene i tlaku v potrubích. Klapka funguje na mechanickém principu – ráz výbuchového tlaku ji uzavírá, čímž dojde k úplnému uzavření potrubí a zabránění přenosu plamene i tlaku. Této její vlastnosti se s výhodou používá pro zabránění přenosu výbuchu vstupním potrubím filtrů a průmyslových vysavačů nebo pro ochranu dmychadel penudopravy  před rázem zpětného tlaku (zde nejen při výbuchu) . Vzhledem k tomu, že pouze potrubí do průměru 80 mm včetně nepřenáší výbuch, vyrábějí se klapky v řadě DN 100 až DN 500 mm.

Aktivní systém zabránění přenosu výbuchu (tzv. chemická bariéra) je technologicky velmi podobný systému na potlačení výbuchu v nádobě. Opět je zde část detekční (vzhledem ke specifikaci systému se zde v daleko větší míře používají optické detektory), řídicí a akční. V případě výbuchu dojde k rozptýlení hasiva v potrubí a tím k inertizaci atmosféry uvnitř. Tento zásah eliminuje šíření plamene a tím i výbuchu do dalších částí technologie a dojde k zastavení nárůstu tlaku. Tento typ ochranného systému se používá především tam, kde se předpokládá možnost vzniku výbuchu na obou koncích potrubních tras, v případě jiných než kruhových potrubních tras a v případě propojení o větším průměru než 500 mm.

Vhodný výběr protivýbuchové ochrany šetří peníze

V praxi se lze setkat s celou řadou chyb při návrhu proti výbuchové ochrany. Dvě nejzávažnější, které mohou mít přímý dopad na životy a zdraví osob, bych zde rád připomenul. Tou první je nevhodné umístění prvků na odlehčení výbuchu. Odlehčovací membrány bývají často nasměrovány přímo do míst, kde se běžně vyskytují osoby (pozemní komunikace v blízkosti filtru, pochozí lávky...) nebo kde překážky brání odlehčení (membrána míří přímo do zdi). Vymezení a dodržování bezpečnostní zóny odlehčení je nutné brát velmi vážně. Ideální je, pokud lze ochrannou zónu vymezit směrem vzhůru (umístění membrán na víku zásobníku místo v jeho plášti, vhodné umístění filtrů např. na střeše objektů).

Druhou závažnou chybou jen nezohlednění přenosu výbuchu do napojených částí technologie, přitom právě tzv. následné exploze mají daleko ničivější charakter, než exploze první. Z tohoto důvodu je pouhé odlehčení výbuchu nedostatečné a vždy je třeba věnovat pozornost i ochraně napojených zařízení. Toto je třeba vzít v úvahu už při návrhu technologie, kdy s ochranným systémem pro zabránění přenosu výbuchu musí být počítáno.

ZDROJ:
Petrus, Jan. Systémy zabezpečení proti výbuchu hořlavých prachů. CHEMagazín, č. 5, roč. XVI., 2006, s. 31 – 32.