Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Způsoby ochrany před výbuchem – část 3

Konstrukční protivýbuchová ochrana

16.6.2014

Ing. Ilona Šimoníková

Recenzovaný

Třetí díl tohoto seriálu má za cíl seznámit čtenáře s konstrukční protivýbuchovou ochranou. K té se přistupuje na základě zařazení prostorů do zón a identifikaci zdrojů iniciace. V článku jsou uvedeny a popsány základní prvky protivýbuchové ochrany a princip jejich funkce.

Úvod

Jak již bylo uvedeno v předchozích dílech, je potřeba z hlediska ochrany proti výbuchu v prvních krocích zhodnotit pravděpodobnost výskytu výbušné atmosféry a výskyt účinného iniciačního zdroje. Pokud ale nelze uplatnit vyloučení alespoň jedné podmínky vzniku výbuchu, je nutné přistoupit ke klasifikaci prostorů s výskytem hořlavých plynů, par a prachů (zóny 2, 1, 0, 20, 21 nebo 22) a navrhnout konstrukční (tzv. pasivní) výbuchovou ochranu. Ta neřeší předcházení výbuchu, ale eliminaci účinků výbuchu. Typickými příklady výše zmíněného jsou filtrační jednotky, cyklóny, sila, zásobníky atd.

První možností ochrany proti poškození technologie při výbuchu je její návrh, aby vydržela tlak, který vzniká při výbuchu, tj. bude odolná výbuchu. Konstrukce odolné výbuchu můžeme rozdělit na dvě základní skupiny. První skupina jsou konstrukce, jež jsou odolné výbuchovému tlaku, a druhou skupinou jsou konstrukce odolné výbuchovému rázu. Při navrhování nebo posouzení, zda je dané zařízení odolné výbuchu, je vycházeno z deformace materiálu v tahu.

Odolná výbuchu nemusí být jen samotná konstrukce, ale také všechny doplňkové konstrukční prvky jako jsou kontrolní otvory, panty, armatury. Nádoby odolné výbuchu musí splňovat požadavky normy ČSN EN 14460 [6]. Tato norma se doporučuje použít pro navrhování konstrukcí, zkoušení a označování konstrukcí. Platnost této normy je omezena pro konstrukce, jež jsou vyrobené pouze z kovových materiálů.

Konstrukce odolné výbuchovému tlaku

Návrh konstrukce zařízení, jež má odolávat výbuchovému tlaku, vychází z následujícího pravidla: napětí vyvolané výbuchem (maximálním výbuchovým tlakem) je nižší než dovolené namáhání daného materiálu. U těchto nádob není dovolena žádná deformace trvalého charakteru ani vznik netěsností.

Konstrukce odolné výbuchovému rázu

Tyto konstrukce jsou dimenzovány pro zatížení na mez kluzu. Při výbuchu jsou u nich dovoleny plastické deformace, ale nesmí být porušena těsnost zařízení. Plastické deformace se projevují jako např. vyboulení víka nebo stěny zařízení. Při výbuchu se konstrukce zařízení ohřeje pouze zanedbatelně, proto se jako konstrukční teplota používá provozní teplota při počátečním tlaku.

a)b)
Obrázek 1: a) zařízení b) zesílená konstrukce zařízení odolného výbuchu

Ve své praxi jsem se s tímto řešením setkala výjimečně, protože náklady na pořízení zařízení odolného výbuchu jsou významně vyšší než např. zabezpečit stávající zařízení prvkami explozní ochrany.

V následující části jsou popsány jednotlivé prvky konstrukční výbuchové ochrany. Některé prvky, jako například suché nebo mokré neprůbojné pojistky, se nesmí v technologiích s prachem používat, protože dochází k jejich zanesení a následnému nesprávnému plnění funkcí, pro které jsou určeny.

Systémy odlehčení výbuchu

Prvky pro odlehčení výbuchu jsou navrhovány a konstruovány dle norem ČSN EN 14797 [7] a ČSN 14491 [8]. Pracují na principu uvolnění tlaku vzniklého při výbuchu v chráněném zařízení. Při odlehčení výbuchu dojde k částečnému nebo úplnému otevření prvku pro odlehčení výbuchu. Tím je zabráněno tomu, aby v chráněném zařízení vzrostl tlak na úroveň, která by způsobila jeho destrukci. Samotná zařízení, na kterých je instalován prvek pro odlehčení výbuchu, musí být konstruovány jako zařízení odolné redukovanému výbuchovému tlaku nebo zařízení odolné tlakovému rázu redukovaného výbuchového tlaku.

Při konstruování zařízení s odlehčením výbuchu musí být počítáno s tím, že všechny součásti instalované na nádobě odolají redukovanému výbuchovému tlaku (např. svary, průzory atd.). Při stanovování hodnoty maximálního redukovaného výbuchového tlaku p_red,max při odlehčení výbuchu je nejdůležitějším faktorem odlehčovací plocha. Mezi informace, které jsou potřebné pro výpočet odlehčovací plochy dle norem, patří konstrukční tlak zařízení, výbuchové vlastnosti látky, tvar a velikost zařízení, statický otevírací tlak a další vlastnosti odlehčovacího prvku a podmínky výskytu výbušné atmosféry uvnitř zařízení.

Při odlehčení výbuchu vyšlehne plamenná fronta a uvolní se tlak. Z tohoto důvodu musí být instalován prvek na odlehčení výbuchu tak, aby nedošlo v případě výbuchu k ohrožení osob, majetku, popř. okolních zařízení.

Odlehčení výbuchu nesmí být používáno, pokud se v zařízeních nacházejí látky, které jsou klasifikovány jako toxické, korosivní, dráždivé, karcinogenní, teratogenní nebo mutagenní, nebo pokud prach nebo spaliny mohou představovat nebezpečí pro okolní prostředí.

Příklady prvků pro odlehčení výbuchu

Odlehčovací klapky – jsou klapky, které se při výbuchu otevřou a po uvolnění tlaku se klapka vrátí do původní polohy. Toto zařízení se po každím výbuchu nemusí vyměňovat, což je jeho velká přednost. Důležitým aspektem při návrhu tohoto typu prvku pro odlehčení výbuchu je instalování podtlakové pojistky, protože při uzavření klapky po výbuchu a uzavření klapky dochází uvnitř zařízení k vytvoření podtlaku.

Odlehčovací ventily – používají na například v aplikacích, kdy není dostatek místa nebo se kolem zařízení může pohybovat obsluha. Pro tento účel je odlehčovací ventil opatřen tlumičem plamene (nazývané také jako flameless zařízení). Pro tato zařízení byla vydána norma ČSN EN 16009 [11].

Pojistné membrány – jsou prvky, které jsou schopny uvolnit výbuch pouze jednou, a pak je nutné tento prvek vyměnit za nový.

Obrázek 2: Odlehčovací ventil s tlumičem plamene Flamquench II SQTM [12]

Obrázek 3: Kruhová membrána [10]

Potlačení výbuchu

Systém na potlačení výbuchu pracuje na principu velmi rychlé detekce a následného vnesení hasiva do chráněné nádoby. Potlačení výbuchu se děje v řádech milisekund. Proto je tento systém také nazýván jako HRD systém – z anglického High Rate Discharge. Zařízení, na která je systém potlačení výbuchu instalován, musí mít opět tlakovou odolnost vyšší než je maximální redukovaný výbuchový tlak. HRD systémy se používají převážně v případě, kdy se chráněné zařízení nachází v blízkosti míst, kde se pohybuje obsluha, a kde není možná instalace zařízení na odlehčení výbuchu.

Systémy pro potlačení výbuchu jsou navrhovány a konstruovány podle normy ČSN EN 14373 [13].

Protiplamenné bariéry (systémy zhášení jisker)

Obrázek 4: Systém zhášení jisker [10]

Protiplamenné bariéry slouží jako zařízení pro zabránění vniknutí jisker do chráněného zařízení, jakými jsou filtrační jednotky, cyklóny, zásobníky atd. Instalují se na potrubí před chráněné zařízení. Ve většině případů se tento systém používá u zařízení, kterými se obrábí materiál, např. brusky, frézy a dalších, u kterých mohou vznikat jiskry, které by mohly být iniciačním zdrojem výbušné atmosféry v chráněných zařízeních.

Princip tohoto systému je stejný jako u zařízení na potlačení výbuchu, tj. systém se skládá z detektoru, láhví s hasivem a rozprašovacím zařízením a řídicích ústředen, a je znázorněn na následujícím obrázku.

Zabránění přenosu výbuchu

Obrázek 5: Rotační podavač [15]

Obrázek 6: Protiexplozní ventil [16]

Zabránit přenosu výbuchu je nutné vždy, pokud existuje nebezpečí rozšíření výbuchu do navazujících zařízení nebo do místa, kde je nachází obsluha stroje. Tato zařízení jsou navrhována dle ČSN EN 15089 [14].

Návrh jednotlivých prvků záleží na technologii samotné, možném technickém řešení a také na tom, zda se jedná o technologii, kde se vyskytuje hořlavý prach nebo hořlavé plyny a páry. Typickými systémy pro zabránění přenosu výbuchu jsou rychlouzavírací ventily, klapky, šoupátka, rotační podavače, explozní komíny, protiexplozní ventily.

Závěr

Ochrana zařízení proti poškození v případě výbuchu se řeší vždy individuálně, tj. hlavně podle vyskytujících se hořlavých látek, teplotních a tlakových parametrů technologie, velikosti chráněného objemu a také s přihlédnutím na výběr explozní ochrany.

Nutné je také zmínit, že všechny prvky explozní ochrany pohlédají pravidelným kontrolám. Dle vyhlášky o požární prevenci musí být tato kontrola prováděna nejméně jednou ročně, pokud výrobce nestanoví lhůty kratší [17].

Literatura

[1] ČSN EN 60079-10-1 Výbušné atmosféry – Část 10-1: Určování nebezpečných prostorů – Výbušné plynné atmosféry.
[2] ČSN EN 60079-10-2 Výbušné atmosféry – Část 10-2: Určování nebezpečných prostorů – Výbušné atmosféry s hořlavým prachem
[3] ČSN EN 1127-1 ed. 2 – Výbušná prostředí – Prevence a ochrana proti výbuchu – Část 1: Základní koncepce a metodika.
[4] DAMEC, J.: Protivýbuchová prevence. Edice SBPI Spektrum 8. 1. vydání. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2005. ISBN 80-86111-21-0.
[5] KOLEKTIV AUTORŮ. Koncepce řešení protivýbuchové ochrany v podmínkách průmyslových provozů. 1. vydání. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2012. ISBN 978-80-7385-120-0
[6] ČSN EN 14460 Konstrukce odolné výbuchovému tlaku.
[7] ČSN EN 14797 Zařízení pro odlehčení výbuchu.
[8] ČSN EN 14491 Ochranné systémy pro odlehčení výbuchu prachu.
[9] Protivýbuchové membrány – úvod do problematiky. [cit. 5. 3. 2014] [HTML dokument] dostupný z:
http://www.safetysystems.cz.
[10] Protipožární protiexplozní prevence [cit. 5. 3. 2014] [PDF dokument] dostupný z: http://rsbp.cz.
[11] ČSN EN 16009 Bezplamenná zařízení pro odlehčení výbuchu.
[12] Flameless Explosion Venting [cit. 5. 3. 2014] [HTML dokument] dostupný z: http://www.fike.com.
[13] ČSN EN 14373 Systémy pro potlačení výbuchu.
[14] ČSN EN 15089 – Systémy pro oddělení výbuchu.
[15] Rotary valves RV-RVR [cit. 5. 3. 2014] [PDF dokument] dostupný z: http://www.has.cz.
[16] Explozní plovákový ventil Ventex ESI-P [cit. 5. 3. 2014] [PDF dokument] dostupný z: http://www.fass.cz.
[17] Vyhláška č. 246/2001 Sb. o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci)

English Synopsis

The Methods of Explosion Protection – Part 3: Secondary Explosion Protection

The third part of the series focused on contruction explosion protection. This type of explosion protection is based on clasification spaces to the explosions zones and identifications of ignition sources. In the paper are described basic features explosion protection and principles of their function.