Seleção de Proteções Anti-explosivas – Sistemas de despoeiramento e de aspiração central

Sistemas de despoeiramento, de aspiração central e de aspiração estão presentes em praticamente todas as plantas industriais. Em muitos casos, as poeiras sugadas pelo sistema são explosivas e, em algumas indústrias, gases ou vapores explosivos chegam à instalação junto com poeira. Como lidar em tais casos com a incerteza de disposições regulamentares aplicáveis na área de segurança explosiva?

A necessidade de proteção adequada das plantas ameaçadas de explosão segue diretamente da Diretiva ATEX 137 e dos regulamentos poloneses relevantes. Na prática, as atividades nesta área são realizadas com base nas normas PN-EN e EN relevantes.

No entanto, como a navegação eficiente na incerteza de provisões complexas não é uma tarefa fácil, este artigo apresenta uma abordagem prática para o problema da proteção adequada de sistemas de coleta de poeira, aspiração central e aspiração contra efeitos de explosão.

Embora a construção das unidades de filtração comumente usadas – pelo menos em termos de hipóteses básicas – seja praticamente a mesma, a abordagem para sua proteção adequada contra a explosão pode ser radicalmente diferente. Os fatores que determinam principalmente isso incluem:

    • parâmetros da atmosfera explosiva despoeirada,
    • resistência estrutural do equipamento, e

 Atmosfera Explosiva

Do ponto de vista da segurança explosiva, uma questão fundamental na seleção da unidade de filtro é a determinação dos parâmetros da atmosfera explosiva que pode aparecer na câmara de filtro e nos canais de ar sujo e, em alguns casos, também no canal de ar limpo.

Os parâmetros básicos que são necessários para o projeto adequado de um sistema anti-explosivo incluem:

  • Kst[bar x m / s] – o aumento máximo de pressão em um determinado volume e unidade de tempo como causado pela explosão de uma atmosfera explosiva,,
  • Pmax [bar] – a pressão máxima que pode ser alcançada no momento da explosão de uma determinada atmosfera explosiva na unidade de filtro (ou outro equipamento fechado).

Unidade de filtração

Para realizar os cálculos necessários, também são indispensáveis os dados técnicos de uma determinada unidade de filtro escolhida devido ao desempenho e qualidade exigidos do ar purificado. O mínimo necessário nesta área inclui:

  • dimensões básicas da unidade de filtro,
  • número, tipo e tamanho dos cartuchos de filtro,
  • diâmetros e rotas de canais de ar sujos e limpos,
  • resistência estrutural do dispositivo, expressa pela pressão máxima Pstat [bar] a que o dispositivo é resistente, isto é, não será quebrada (e, em certos casos, deformada) por essa pressão.

Resistência estrutural

A tarefa essencial dos sistemas anti-explosivos é a redução da pressão máxima de explosão Pmax para o valor da chamada pressão de explosão reduzida Pred, cujo valor, por sua vez, deve ser inferior à resistência estrutural do dispositivo Pstat. Em outras palavras, as proteções anti-explosão são para reduzir o aumento excessivo da pressão dentro do dispositivo após a explosão para um nível seguro e, assim, evitar a sua destruição (ruptura) ou danos graves (deformação).

Portanto, no caso de uma instalação adequadamente protegida, a seguinte condição deve ser atendida:

Pred < Pstat < Pmax

Observe também que o valor de Pstat deve ser mantido também para os canais que conectam o dispositivo ao restante da planta. Esta condição aplica-se aos segmentos do canal no comprimento do aparelho aos sistemas de desacoplamento (isolamento) de explosão instalados nesses canais (sistemas de desacoplamento protegem contra um avanço de efeitos de explosão, incluindo pressão e fogo, para a parte restante da planta).

A resistência estrutural do aparelho Pstat pode ser determinada com base em dois parâmetros, a saber: o limite de elasticidade ou o ponto de rendimento do material do qual o dispositivo é feito. Ambas as abordagens são válidas, mas o uso do limite de elasticidade garante que o dispositivo não será permanentemente deformado como resultado da explosão e, portanto, estará apto para outras operações. Quando o ponto de rendimento é usado para cálculos, temos apenas a garantia de que o dispositivo não será quebrado, mas pode estar sujeito a deformações que o eliminariam de outras operações.

Uma maior resistência estrutural gera um preço mais alto da unidade. No entanto, decorre da experiência que, em muitos casos, a diferença é relativamente pequena.

Deve-se notar que o cálculo da resistência estrutural do Pstat também é possível no caso de dispositivos operados por anos e quaisquer atividades neste campo recentemente ganharam importância. Isso porque, com base nos cálculos e análises realizados, é possível fortalecer adequadamente os dispositivos, o que permite reduzir os custos relacionados à sua possível substituição. Um exemplo do estabelecimento que optou por essa solução pode ser o Moinho de Cimento Górażdże, onde os engenheiros da GRUPA WOLFF elaboraram um inventário da planta de moagem de combustíveis alternativos e da planta de remoção de poeira e depois calcularam a resistência estrutural dos dispositivos individuais.

Proteção contra explosão

Atualmente, existem quatro soluções técnicas no mercado que, de acordo com a diretiva ATEX 95, são aprovadas sob as leis polonesa e europeia para instalação, entre outras, em unidades de filtração. Estes são os sistemas de alívio de explosão (ventilação), sistemas de ventilação de explosão sem chama, sistemas de supressão de explosão e estruturas que suportam a pressão máxima de explosão. No entanto, eles servem apenas ao propósito de proteger o aparelho contra efeitos de explosão. O principal fator que influencia a escolha da proteção é a localização da unidade de filtração (edifício / hall ou área aberta) e os valores do parâmetro da atmosfera explosiva.

Alívio de explosão

Ao decidir instalar um sistema de alívio de explosão, ou seja, para descarregar os efeitos de explosão (pressão, chama, partículas ferventes e produto não queimado) fora do aparelho, para a atmosfera, deve-se estar ciente de alguns princípios fundamentais. É necessário determinar a zona de perigo, para onde a onda de explosão será direcionada. Isso é necessário porque é geralmente proibido direcionar os efeitos de uma explosão em direção a prédios e outros equipamentos e instalações, vias de pedestres e estradas, estacionamentos, áreas de armazenamento de produtos, bem como em áreas onde outras atmosferas explosivas possam ocorrer. Esta zona, cuja extensão deve ser calculada, pode ser de até várias dezenas de metros. O cercamento dessa também é recomendada. Essas atividades devem ser realizadas como parte da Avaliação de Risco de Explosão.

Alívio de explosão com painéis ou amortecedores anti-explosivos montados na parede lateral ou superior da unidade de filtração como um elemento executivo. Por exemplo, no caso de unidades com filtros de sacos, a única alternativa viável é a montagem do sistema de alívio na lateral do dispositivo, acima da tremonha, de modo que os sacos de filtragem não cubram o orifício de descompressão. No entanto, no caso de cartuchos de filtro retangulares (chapas ou bolsas de filtro), a instalação de painéis de descompressão ou abas na parte superior só é possível quando a parte limpa do filtro estiver localizada em sua parede lateral. No que diz respeito aos sistemas de alívio de explosão, deve-se também ter em mente que este tipo de solução é instalado a cada vez no chamado lado sujo da unidade de filtro.

Mais importante ainda, os painéis e abas anti-explosivos não são basicamente aplicados no caso de dispositivos localizados em instalações internas. No caso dos primeiros, um desvio desta regra éum dos poucos casos em que é permitido usar os chamados canais de descompressão que permitem a derivação de efeitos de explosão para um espaço aberto, fora do salão ou do edifício. No entanto, a aplicação dessa solução tem várias limitações técnicas.

O uso de um canal de descompressão em cada caso requer uma abordagem individual. Isto porque, à medida que o comprimento do canal cresce, também há crescimento na área de descompressão mínima requerida e / ou o valor da pressão de explosão reduzida Pred. Observe também que a pressão do canal de descompressão deve ser conduzida de preferência no ângulo correto em relação à superfície do painel e seu comprimento como regra não deve exceder 3-4 metros. Outras soluções também são possíveis, mas requerem análises e cálculos adicionais, muitas vezes complicados.

Alívio da Explosão Sem Chama

Na prática, em muitos casos, verifica-se que o canal de descompressão afeta significativamente o tamanho do relevo de superfície necessário e / ou a pressão de explosão reduzida que a sua aplicação é fisicamente impossível. Devido a estas razões, a aplicação de painéis de descompressão padrão em salas fechadas é muito difícil e em muitos casos – simplesmente impossível.

Uma solução alternativa é o sistema de alívio de explosão sem chama. É uma combinação de um painel de descompressão com permutador de calor eficiente e perfurado que constitui uma barreira à chama e ao produto queimado e não queimado, e ao mesmo tempo permite descarregar a pressão da explosão (gases do escape) para o meio ambiente.

Apesar das muitas vantagens do alívio da explosão sem chama, deve-se estar ciente do fato de que, como no caso dos painéis de descompressão, no momento da explosão, a pressão excessiva e os gases resultantes da combustão do produto são removidos do dispositivo. para a atmosfera circundante. Portanto, antes de escolher esta solução, certifique-se de que a relação entre o volume da sala e o volume do dispositivo protegido esteja em conformidade com o padrão. Em muitos casos, pode-se supor que essa relação não seja inferior a 1:15.

De acordo com a Diretiva ATEX, os sistemas de alívio de explosão não podem ser usados nos casos em que o produto ou produtos de combustão são tóxicos ou prejudiciais à saúde (produtos deste tipo incluem, por exemplo, farinha de ossos, lodo de esgoto seco, várias substâncias químicas, etc.).

Supressão de explosão

Quando, devido à limitação acima, não é possível aplicar um sistema de alívio, um sistema de supressão de explosão vem em nosso auxílio. Esta é a solução tecnicamente mais avançada para a proteção dos dispositivos do chão de fábrica contra explosões. Sua tarefa, em contraste com o alívio de explosão, é impedir o desenvolvimento de uma explosão que já está suprimida na fonte.

O sistema consiste em detectar, controlar e atuar elementos. Os elementos de atuação são cilindros do tipo HRD (Alta Taxa de Descarga), cheios com um pó especial de supressão de explosão. A unidade de filtro é monitorada por um sensor que mede continuamente a mudança de pressão no interior do dispositivo ao longo do tempo. Em alguns casos, quando o encurtamento do tempo de resposta do sistema é necessário, sensores infravermelhos são aplicados adicionalmente. A unidade de controle é responsável pela verificação dos sinais dos sensores e pela ativação do sistema.

No caso de sistemas baseados em um sensor de pressão dinâmico, a ativação de cilindros HRD ocorre somente quando a mudança na pressão ao longo do tempo corresponde às características de explosão do produto específico. A injeção de supressor dentro do dispositivo protegido não permite a propagação da explosão através da supressão da chama de formação, resfriamento do produto e inertização do sistema. Observe que o sistema de supressão é projetado levando em consideração os requisitos individuais de uma instalação específica e as limitações da certificação ATEX (sistemas de diferentes fabricantes têm limitações diferentes). Dependendo das características de explosividade do produto e do volume do dispositivo protegido, o tempo medido desde a deteção da fonte de explosão até sua supressão completa varia de dezenas a centenas de milissegundos.

A principal vantagem do sistema descrito é a possibilidade de instalação de uma unidade de filtro em qualquer lugar – em um prédio ou hall, no telhado, perto de vias para pedestres ou estradas, dentro de plantas densamente instaladas, etc. A construção do sistema de supressão de explosão HRD elimina necessidade de designar quaisquer zonas de perigo. O sistema HRD é aprovado para uso na presença da maioria das poeiras e gases.

Uma estrutura resistente à pressão máxima de explosão

Nos casos raros em que a implementação dessas soluções não é viável, resta apenas a opção de construir uma unidade de filtragem resistente à pressão máxima de explosão Pmáx. A consequência desta solução é um grande peso da unidade que, em muitos casos, torna necessário o reforço do terreno ou a construção do edifício em que o dispositivo está localizado. Isso também significa um grande aumento nos custos.

EDesacoplamento de explosão (isolamento)

Independente do método usado para proteger o aparato de processo (incluindo unidades de filtração) contra explosões, é necessário complementá-lo com um sistema de desacoplamento de explosão – que segue diretamente da diretiva Atex 137. Aplicação de sistemas de desacoplamento de explosão nos canais de entrada da unidade de filtro e, em alguns casos, em saídas e na calha da câmara de poeira coletada, destinam-se a evitar o avanço de efeitos de explosão (pressão) em outras partes da planta. Assim, o papel primário do desacoplamento de explosão é proteger a planta de processo contra a transferência da explosão do aparelho em perigo.

No mercado, existem várias soluções compatíveis com a diretiva ATEX 95, bem como com as regulamentações polonesa e europeias. Dependendo das características operacionais da planta, das rotas dos canais e dos parâmetros de explosividade da poeira, é possível usar, tal como: comportas de rodas celulares (válvulas de rodas celulares, comportas rotativas), válvulas de resfriamento especiais, abas de retro pressão, sistemas de amortecedores duplos, válvulas de acção rápida, válvulas do tipo Ventex e barreiras contra incêndios do tipo HRD.

Proteção de filtros contra explosões – um exemplo de soluções corretass

 

rys-1

Proteção do filtro: correta
Nível de segurança: alto

(1) Foi aplicado um sistema de desacoplamento certificado no canal de ar sujo (supressão de explosão / aba de retro pressão), que, no caso de explosão, isolará eficazmente o filtro protegido do resto da planta.

(2) Os cartuchos de filtração foram levantados em relação ao painel de alívio, o que permite sua ativação adequada em caso de explosão.

(3) Uma válvula de dosagem certificada foi aplicada na saída do filtro, que em caso de explosão separará efetivamente o dispositivo protegido do resto da planta.

 

rys-2

Proteção do filtro: correta
Nível de segurança: alta

(1) Um sistema de desacoplamento certificado foi aplicado no canal de ar sujo (supressão de explosão / aba de retro pressão).

((2) Os efeitos de explosão no filtro serão minimizados a um nível seguro pelo sistema de supressão de explosão.

(3) (3) Uma válvula de dosagem certificada foi aplicada na saída da seção cônica do filtro, que em caso de explosão separará efetivamente o dispositivo protegido do resto da planta..

Proteção de filtros contra explosões – um exemplo de soluções errôneas e aceitáveis

rys-3

Proteção do filtro: incorreta
Nível de segurança: inadmissível

(1) Nenhum desacoplamento de explosão no canal de ar sujo permitirá que a explosão se espalhe para o resto da planta.

(2) Os cartuchos de filtragem montados na altura do painel de alívio impedirão a descarga efetiva de efeitos de explosão fora do dispositivo protegido..

(3) Na saída do filtro, uma válvula de roda celular na versão padrão foi aplicada (sem um certificado ATEX confirmando a resistência ao choque de pressão e ao avanço do fogo). Isso pode resultar na propagação da explosão para o resto da planta.

 

rys-4

Proteção do filtro: correta
Nível de segurança: admissível

(1) Foi aplicado um sistema de desacoplamento certificado no canal de ar sujo (barreira contra pó HRD / aba de retro pressão).

(2) Os cartuchos de filtro foram removidos da parede do filtro na qual um painel de alívio de explosão foi montado. Atenção especial deve ser dada às dimensões do canal assim formado. – No caso de uma seleção inadequada, o filtro pode exigir medidas de proteção adicionais.

(3) Uma válvula de dosagem certificada foi aplicada na saída do filtro.

PROTEÇÃO ADEQUADA DOS DISPOSITIVOS E APARELHOS CONTRA EXPLOSÕES:

  1. Um sistema anti-explosivo adequadamente projetado deve assegurar: redução da pressão da explosão para um nível seguro de Pred e isolamento do dispositivo / aparelho onde a explosão ocorreu do resto da planta.
  2. Dispositivos de proteção incluídos no sistema anti-explosivo devem ter um certificado ATEX confirmando sua admissão para operação como dispositivos de proteção e um certificado ATEX ou a declaração do fabricante confirmando sua admissão para operação na respectiva zona de risco de explosão.
  3. Dentro dos painéis de alívio, uma zona de risco deve ser designada onde os efeitos de explosão serão descarregados. Na zona, pode não haver pessoas, equipamentos ou outros componentes da planta. Os painéis de alívio de explosão não devem ser usados quando a designação da zona de risco não for possível (por exemplo, devido A proximidade com faixas de pedestres, estradas ou outros componentes da planta). Em tais situações, a aplicação de um painel de alívio com um canal de descompressão, um sistema de alívio de explosão sem chama ou um sistema de supressão de explosão deve ser considerado.
  4. O equipamento de proteção deve ser selecionado levando-se em consideração os parâmetros do dispositivo protegido e da atmosfera explosiva. Os parâmetros básicos que devem ser levados em consideração são: volume e forma do dispositivo protegido, aumento da velocidade da pressão de explosão Kst, pressão de explosão máxima Pmax, resistência estrutural do dispositivo conforme expresso pela pressão máxima Pstat [bar] à qual o dispositivo é resistente.

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