Como Parar uma Explosão – Sistemas de Desacoplamento de Explosão

Onde o processo de produção envolve poeiras combustíveis, gases, vapores ou misturas híbridas , uma ignição pode ocorrer em um dispositivo ou aparelho e, conseqüentemente, uma explosão. Como as plantas de processo constituem um tipo de conjunto de recipientes conectados, uma explosão pode se espalhar para dispositivos subsequentes. Este fenômeno é inaceitável do ponto de vista da segurança explosiva, mas também do ponto de vista da lei polonesa e europeia. Mas como neutralizar isso efetivamente? Conheça as vantagens e desvantagens dos sistemas de proteção comumente aplicados.

Como regra, os dispositivos industriais não funcionam como entidades autônomas. A maioria deles está interligada com outro aparato de processo através de diferentes tipos de sistemas de transporte, tubulações e canais. Quando poeiras, gases, vapores ou misturas híbridas inflamáveis e explosivas participam do processo, existe um sério risco de ignição e explosão. Os efeitos de uma explosão num aparelho, isto é, chama e pressão, podem ser transmitidos desse aparelho para a instalação do processo a ele ligada. Isso pode ocorrer mesmo quando o dispositivo está protegido contra os efeitos da explosão por um sistema de alívio de explosão (ventilação) ou supressão do tipo HRD.

Devido à alta probabilidade de propagação de explosão entre aparelhos individuais da planta de processo ameaçada com uma explosão, as diretivas ATEX 137 e 95, bem como os regulamentos e padrões poloneses, impõem aos proprietários da planta a obrigação de aplicar sistemas de desacoplamento de explosão certificados ( também chamado de sistemas de isolamento de explosão ou barreiras de fogo).

Várias soluções que atendem aos requisitos da diretiva ATEX 95 estão disponíveis no mercado. No entanto, eles nem sempre podem ser aplicados de forma intercambiável e alguns deles são dedicados exclusivamente para aplicações e soluções específicas. Abaixo, os tipos mais importantes de sistemas de desacoplamento de explosão são apresentados.

Aba de retro pressão

As abas de retro pressão são um sistema de isolamento de explosão dedicado a poeiras combustíveis extraídas por ventilação em unidades de despoeiramento a vácuo e / ou sistemas de aspiração central. As vantagens da solução são a instalação simples e um preço relativamente baixo.

Observe, no entanto, que, devido ao princípio de operação, as válvulas devem ser instaladas em uma posição horizontal e em uma seção reta da tubulação (no trecho entre a aba e o dispositivo, nenhum dobra e outra curvatura podem ocorrer). Além disso, escolhendo uma aba de retro pressão para uma solução particular, as quedas de pressão geradas pela aba devem ser levadas em consideração. É igualmente importante que o diâmetro da tubulação tenha o mesmo tamanho das conexões da aba. Deve-se lembrar também que uma mudança local no diâmetro do duto, com o objetivo de adaptá-lo às dimensões da aba de retro pressão, pode ter um impacto negativo no funcionamento adequado da proteção no momento da explosão. Em caso de explosão, a aba deve ser devolvida com mais frequência ao fabricante para inspeção e readmissão na operação.

Devido ao princípio de operação, os elementos internos da válvula de aba são expostos a desgaste acelerado e, em alguns casos, também ser revestidos com poeira (umidade), o que pode levar a uma operação anormal do sistema. Por estas razões, as abas de retro pressão estão sujeitas a inspeções e pesquisas frequentes (inspeções a cada 10-20 dias em média; pesquisas trimestrais e, quando apropriado, até uma vez por mês). Deve ser lembrado que a planta deve ser desativada durante uma inspeção ou pesquisa.

É muito importante que os usuários das abas de retro pressão estejam familiarizados com a documentação do fabricante e observem rigorosamente as recomendações contidas nele. Por exemplo, nos regulamentos poloneses, existe um requisito imediato relativo a pesquisas – elas devem ser realizadas de acordo com a documentação do fabricante, mas não com menos frequência do que uma vez por ano.

Uma limitação significativa para o uso das abas de retro pressão resulta também dos valores máximos dos parâmetros de explosividade de poeira Kst e Pmax para os quais eles podem ser usados. Na maioria dos casos, válvulas de aba com diâmetro DN315 podem ser usadas para poeiras das classes St1 e St2. Válvulas de aba com diâmetros maiores só podem ser aplicadas para a poeira da classe St1. Observe também que a pressão de explosão reduzida Pred na unidade de extração de poeira não pode exceder o valor de 0,5 ou 0,6 bar, dependendo do diâmetro da aba de retro pressão.

Válvula rotativa

As válvulas rotativas são usadas como sistemas de dosagem para alimentar produtos secos e comportas para limitar o fluxo de ar na coleta de poeira, aspiração central e sistemas de transporte pneumático, etc. Além disso, no caso quando eles são certificados de acordo com os requisitos da ATEX 95, podem ser operados nas zonas de risco de explosão e nos chamados sistemas de desacoplamento de explosão autônomo.

Assim, dependendo se a válvula rotativa é certificada para ATEX ou em qual alcance uma certificação foi realizada, três tipos de dispositivos podem ser nomeados.

Válvulas rotativas no projeto regular que sob nenhuma circunstância podem ser usadas em áreas de risco de explosão e muito menos como sistemas de desacoplamento

Válvulas rotativas com o certificado ATEX que permitem sua operação em áreas de risco de explosão, se selecionadas corretamente, não são uma fonte de ignição de uma atmosfera potencialmente explosiva. Nem estes tipos de válvulas rotativas podem ser usadas como sistemas de desacoplamento de explosão.

Válvulas rotativas com o certificado ATEX que permitem seu funcionamento tanto em zonas de risco de explosão quanto em sistemas autônomos de desacoplamento de explosão (no projeto resistente a pressão e / ou ruptura de chamas).

Ao selecionar válvulas rotativas, os dois últimos tipos de dispositivos são frequentemente confundidos entre si. Por exemplo, em solicitações de cotações e especificações técnicas, freqüentemente aparecem requisitos de que as comportas de roda celular devem ter certificação ATEX para uma zona de risco específica – por exemplo, 20 dentro e 22 fora do dispositivo. No entanto, esse fato é ignorado que o dispositivo também funcionará como sistema de desacoplamento de explosão autônomo. Consequentemente, as comportas selecionadas incorretamente são adquiridas e instaladas. Sua substituição subsequente é freqüentemente difícil e cara. É porque o fabricante do equipamento comprado ou não tem válvulas rotativas com o certificado exigido na oferta ou a capacidade de uma comporta devidamente certificada do mesmo tamanho é menor do que a exigida (devido às limitações incluídas no certificado para desacoplamento de explosões).

Comprar um dispositivo maior pode ser uma maneira de sair desse impasse. Neste caso, no entanto, modificações na instalação – freqüentemente caras – devem ser levadas em conta.

Em alguns casos, a aplicação de um sistema de desacoplamento de explosão do tipo HRD pode revelar-se uma solução melhor do que a substituição da válvula rotativa. Na maioria dos casos, esta solução não requer um espaço adicional para instalação e o sistema pode ser instalado diretamente no canal ou na estação de despejo existente (a jusante da válvula de aba).

Assim como qualquer outro sistema anti-explosivo, as válvulas rotativas com certificação ATEX também exigem manutenção regular. No entanto, neste caso, os produtores indicam com maior frequência períodos máximos entre as revisões subseqüentes na documentação técnica, com uma reserva de que uma frequência exata depende das condições de operação e deve ser determinada pelo operador da planta com base na experiência operacional.

Na prática, isso significa que os serviços devem ser, em alguns casos, realizados várias vezes por ano ou então, a certificação ATEX se tornará inválida (o certificado é válido para o espaço máximo permitido entre as pás do rotor e o corpo da válvula).

Sistema de isolamento HRD

O sistema de isolamento do tipo HRD é o menos invasivo e, ao mesmo tempo, o mais fácil sistema anti-explosivo para usar, destinado a plantas recém-construídas e existentes. Os elementos básicos do sistema são: cilindros HRD com pó supressor de explosão, sensores dinâmicos de pressão e / ou sensores de chama e uma unidade de controle.

A solução baseada em cilindros HRD pode ser usada na maioria das instalações industriais, onde temos que lidar com poeira, gases ou misturas híbridas, e com um circuito fechado de transporte (dutos, canais, gravidade, cadeia, raspadores ou sistemas de transporte pneumático, transportadores fechados, etc.), bem como em todos os tipos de sistemas de despoeiramento e de aspiração central.

Para os sistemas HRD mais avançados do mercado, as restrições quanto ao uso do sistema são muito limitadas e relacionadas a algumas circunstâncias específicas e raras. Estamos falando aqui sobre a restrição resultante dos valores limites máximos dos seguintes coeficientes: Kst (até 500 bar xm / s), Pmax (12 bar), Pred (2 bar) e a presença de gases do grupo IIC ou poeiras de metal no processo. No entanto, tais situações são tão excepcionais que sua participação de mercado pode ser contada em partes por mil.

Tanto as restrições quanto os requisitos para a instalação de sistemas HRD de produtores individuais são inseridos nos certificados ATEX. Para evitar quaisquer “surpresas”, antes de escolher um sistema, as restrições registradas nos certificados devem ser analisadas em detalhes e comparadas com a entrada do projeto ou condições prevalecentes no sistema operacional. Isto é especialmente importante porque as admissões e restrições na aplicação de sistemas de fabricantes individuais diferem fundamentalmente.

Os sistemas de isolamento de explosão baseados na tecnologia HRD também estão sujeitos a inspeções obrigatórias e seus requisitos de complexidade e tempo diferem, dependendo do fabricante do sistema. Para os sistemas mais avançados, as inspeções devem ser realizadas uma vez por ano. Existem também sistemas comercialmente disponíveis que exigem até quatro inspeções por ano. Assim, a alta frequência de inspeções (e os custos resultantes) pode rapidamente equilibrar a economia aparente resultante do menor custo do sistema.

No caso de sistemas de alguns fabricantes, outro problema pode ser a necessidade de aliviar a pressão nos cilindros HRD ou bloqueá-los mecanicamente (é fácil esquecê-los antes de reiniciar) para cada operação relacionada à manutenção da planta de processo. Uma vez que qualquer operação desse tipo requer um desligamento da planta, antes da seleção do sistema de isolamento de explosão, deve ser estabelecido como os tempos de inatividade frequente são aceitáveis para o usuário.

Válvula de resfriamento

Esta solução é raramente usada por causa de seu preço, no entanto, tem duas características únicas. A primeira é a opção de ativar a válvula por um sinal do painel de descompressão (sistema de alívio de explosão) ou um sensor infravermelho individual e a outra, a possibilidade de reutilizá-la após a ativação.

Uma vez que o elemento principal do membro de válvula é uma manga de borracha que é presa sob pressão (min. 6 bar na instalação de ar comprimido), o seu atraso de ativação é significativo em comparação com por exemplo: o sistema HRD. Como resultado, a válvula de resfriamento deve ser instalada a uma distância considerável do aparelho protegido.

Devido à sua construção, a válvula só pode ser usada em linhas de transporte pneumático ou canais circulares de sistemas de despoeiramento. Os respectivos parâmetros admissíveis de explosividade de poeira são os seguintes: Kst até 200 bar × m/s, Pmax até 10 bar e Pred até 1 bar. Note, no entanto, que a vida útil das contribuições da borracha pode ser significativamente reduzida no caso de os produtos causarem abrasão e com o aumento da taxa de fluxo do produto. Embora o intervalo entre inspeções seja de um ano, no caso de meio difícil (abrasão), deve-se considerar o encurtamento do intervalo para 2 ou 3 meses, uma vez que a probabilidade de uma válvula desgastada não se fechar ou será muito fraca para parar a explosão se for alta em tal caso.

Válvula de atuação rápida

Uma válvula de ação rápida é o sistema de desacoplamento de explosão mais resistente, adaptado às situações mais difíceis. Funciona como válvulas de guilhotina típicas, com a diferença de que o tempo de reação e o fechamento são extremamente curtos. Além disso, a sua resistência à pressão de explosão no caso de diâmetros pequenos é tão alta quanto 50 bar (para diâmetros maiores – até 30 bar). Estes são os valores que provavelmente podem ser obtidos apenas no caso de uma explosão de misturas híbridas. Em aplicações padrão, as válvulas de ação rápida funcionam tanto com poeiras e gases quanto com misturas híbridas. Assim como os sistemas HRD, eles são ativados por sensores de pressão dinâmicos e/ou sensores de chama, e todo o sistema é gerenciado por uma unidade de controle dedicada.

As válvulas de ação rápida podem ser operadas com um sistema certificado de desacoplamento de explosão nas plantas que foram projetadas de forma a suportar a pressão máxima de explosão (as chamadas estruturas resistentes a 10 bar). A lista de dispositivos onde este tipo de solução pode ser aplicada é virtualmente limitada apenas pelo diâmetro do canal – não deve exceder o DN400. Estamos falando aqui de unidades de filtração, ciclones, reatores, secadores, recipientes de pressão, silos, moinhos, etc. A única desvantagem dessa solução é um preço muito alto, especialmente para diâmetros maiores. Em troca, no entanto, obtemos um sistema que, após uma explosão, podemos ativar por nós mesmos, sem interferência de um serviço externo. Isso é essencial para as plantas, onde o tempo para restaurar a eficiência do sistema é crucial.

Válvula Ventex

As válvulas do tipo VENTEX são um sistema de isolamento de explosão passiva disponível em vários tamanhos e versões. Está instalado em canais de despoeiramento, aspiração central, transporte de pressão positiva e negativa, sistemas de secagem ou granulação. Na maioria dos casos, essas estruturas são resistentes a pressões máximas de explosão. A válvula fecha-se pela ação da onda de pressão de explosão movendo-se em um duto. Devido ao design especial da válvula, na forma de uma “pêra”, a válvula afeta apenas ligeiramente a mistura que flui através de seu interior. Esta solução é aprovada para uso com gases inflamáveis ​​e explosivos, poeiras e misturas híbridas. É preciso lembrar, no entanto, que quando a poeira está no fluxo, seu conteúdo não deve exceder os limites especificados na documentação. Isso resulta da estrutura da válvula, onde a “pêra” no fechamento é pressionada em uma vedação especial. As tolerâncias aqui são muito pequenas e equivalem a 0,1-0,15 mm. Um teor de poeira muito alto pode causar o crescimento excessivo ou a abrasão da vedação da válvula, o que pode causar mau funcionamento.

A válvula Ventex é caracterizada pela maior variedade de versões. Por exemplo, ele está disponível em uma ampla gama de diâmetros (de DN100 a DN50), pode ser montado horizontalmente ou verticalmente e fornece operação única ou bidirecional. Além disso, as versões disponíveis são feitas de aço inoxidável ou aço normal e possuem um mecanismo de fechamento ativo.

A solução é simples de realizar e as revisões geralmente são realizadas com menos frequência que uma vez por ano. Problemas podem surgir, no entanto, quando há uma quantidade muito grande de poeira no fluxo. Uma válvula com a vedação quebrada deve ser devolvida ao fabricante para substituição e montagem de uma nova vedação. Como é necessário equipamento especial, não é possível substituir a vedação no local. Isso envolve cerca de um mês de inatividade da planta ou uma instalação de uma válvula reserva Ventex.

Resumo

Os objetivos básicos do artigo eram chamar a atenção para a necessidade de aplicar sistemas de isolamento de explosão e identificar as vantagens e desvantagens das diferentes soluções disponíveis no mercado. Embora o material apresentado permita uma visão ampla das soluções básicas, a seleção do sistema correto deve ser precedida por um estudo preparado por um engenheiro experiente no campo e por cálculos necessários. Somente tal abordagem garante que uma solução ótima seja selecionada em termos de tecnologia e economia e, acima de tudo, em termos de processo e segurança explosiva.

A fim de facilitar o processo de adaptação das plantas de produção aos requisitos de segurança explosiva, a GRUPA WOLFF desenvolveu o seu próprio programa DSBW (sistema de Segurança Contra Explosão Dedicado). Sua tarefa resume-se a analisar eficientemente os componentes críticos da planta de processo construída ou existente e tomar medidas que permitam eliminá-los. O DSBW está focado ao mesmo tempo em três áreas principais:

  • proteção através da identificação e avaliação de riscos,
  • proteção através da avaliação de risco de explosão,
  • proteção através da limitação dos efeitos de uma explosão a um nível seguro para os trabalhadores e o meio ambiente.

A abordagem correta para o problema do desacoplamento de explosão garantirá que o sistema instalado faça o trabalho e, portanto, proteja a vida e a saúde do pessoal e as instalações do processo.

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