Wentylator do pyłów wybuchowych

Pyły powstające podczas procesów przemysłowych mogą w określonych warunkach tworzyć z powietrzem atmosferę wybuchową. Dotyczy to między innymi niektórych pyłów drzewnych, spożywczych, chemicznych, tworzyw sztucznych czy metali. W takich zastosowaniach standardowy wentylator przemysłowy może nie zapewniać odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa.

Wentylator do pyłów wybuchowych powinien być dobrany nie tylko pod względem wydajności i sprężu, ale również właściwości transportowanego pyłu, warunków procesu oraz klasyfikacji stref zagrożenia wybuchem. Istotna jest także konstrukcja wirnika, obudowy, napędu oraz sposób ograniczenia potencjalnych źródeł zapłonu.

Jednocześnie zastosowanie wentylatora w wykonaniu przeciwwybuchowym nie oznacza automatycznie, że cała instalacja jest zabezpieczona przed wybuchem. Wentylator jest tylko jednym z elementów systemu, który powinien zostać zaprojektowany z uwzględnieniem zagrożeń występujących w konkretnym procesie.

Czym są pyły wybuchowe?

Pył może stwarzać zagrożenie wybuchowe, gdy jego cząstki są zdolne do zapłonu i znajdują się w powietrzu w odpowiednim stężeniu.

W przypadku wielu materiałów niebezpieczne właściwości pojawiają się przede wszystkim wtedy, gdy materiał zostanie rozproszony w postaci drobnych cząstek. Warstwa pyłu znajdująca się na powierzchni urządzenia może zachowywać się zupełnie inaczej niż chmura pyłu zawieszona w powietrzu.

Do powstania wybuchu potrzebne są odpowiednie warunki, między innymi:

• Materiał palny w postaci pyłu
• Odpowiednie stężenie pyłu w powietrzu
• Obecność tlenu
• Źródło zapłonu
• Warunki umożliwiające gwałtowne rozprzestrzenienie spalania

Dlatego sama obecność pyłu w instalacji nie oznacza jeszcze, że zawsze występuje atmosfera wybuchowa. Zagrożenie należy oceniać dla konkretnego materiału i procesu.

Kiedy pył może być wybuchowy?

Właściwości pyłu zależą między innymi od:

• Rodzaju materiału
• Wielkości cząstek
• Kształtu cząstek
• Wilgotności
• Stężenia
• Temperatury
• Sposobu prowadzenia procesu

Właśnie dlatego przy projektowaniu instalacji nie powinno się opierać wyłącznie na ogólnym określeniu „pył drzewny”, „pył spożywczy” czy „pył metaliczny”. Właściwości konkretnego materiału mogą znacząco różnić się w zależności od procesu i warunków technologicznych.

Przykłady pyłów palnych i wybuchowych

W instalacjach przemysłowych potencjalne zagrożenie mogą stwarzać między innymi:

• Pyły drewna
• Mąka
• Cukier
• Skrobia
• Zboża i produkty zbożowe
• Pasze
• Niektóre tworzywa sztuczne
• Pyły węglowe
• Niektóre pyły chemiczne
• Wybrane pyły metaliczne

Nie oznacza to, że każdy materiał z wymienionej grupy automatycznie tworzy atmosferę wybuchową. Konieczne jest określenie właściwości konkretnego pyłu oraz warunków, w których występuje.

Dlaczego zwykły wentylator nie nadaje się do pyłów wybuchowych?

Wentylator pracujący w instalacji z pyłem może potencjalnie stać się jednym ze źródeł zapłonu.

W czasie pracy występują między innymi elementy wirujące, powierzchnie cierne, łożyska oraz podzespoły elektryczne. Dodatkowym zagrożeniem może być elektryczność statyczna powstająca podczas przepływu pyłu przez przewody.

Potencjalne źródła zapłonu mogą być związane między innymi z:

• Kontaktem wirnika z obudową
• Tarciem
• Uszkodzeniem łożyska
• Nadmiernym wzrostem temperatury
• Elektrycznością statyczną
• Niewłaściwym wykonaniem elementów elektrycznych
• Przedostaniem się ciała obcego do wentylatora
• Niewłaściwym wyważeniem wirnika

Dlatego w przypadku instalacji, w których może występować atmosfera wybuchowa, należy odpowiednio przeanalizować konstrukcję urządzenia i jego przeznaczenie.

Wentylator do pyłów wybuchowych a ATEX

ATEX to określenie odnoszące się do europejskich wymagań dotyczących urządzeń i systemów przeznaczonych do pracy w atmosferach potencjalnie wybuchowych.

W przypadku instalacji z pyłami kluczowe znaczenie ma między innymi określenie, czy i gdzie może wystąpić atmosfera wybuchowa oraz jakie urządzenia znajdują się w danej strefie.

Dlatego dobór wentylatora nie powinien wyglądać tak:

„Mam pył, więc kupuję dowolny wentylator ATEX”.

Prawidłowe podejście to:

rodzaj pyłu → ocena zagrożenia → klasyfikacja strefy → wymagania dla urządzenia → dobór wentylatora.

Czy każdy wentylator do pyłów musi być ATEX?

Nie.

Nie każdy pył tworzy atmosferę wybuchową i nie każda instalacja transportująca pył wymaga takiego samego wykonania urządzenia.

Konieczne jest uwzględnienie między innymi:

• Właściwości pyłu
• Możliwości powstania atmosfery wybuchowej
• Miejsca występowania zagrożenia
• Klasyfikacji stref
• Parametrów procesu
• Konstrukcji całej instalacji

Dopiero na tej podstawie można określić wymagania dotyczące zastosowanego wentylatora.

Jakie pyły mogą wymagać wentylatora przeciwwybuchowego?

Pyły drzewne

W przemyśle drzewnym potencjalne zagrożenie mogą stanowić pyły powstające podczas:

• Cięcia
• Frezowania
• Szlifowania
• Wiercenia
• Obróbki płyt MDF i HDF

W instalacjach tego typu oprócz kwestii przeciwwybuchowych należy uwzględnić również ścieranie wirnika i kanałów.

Pyły spożywcze

Potencjalnie palne mogą być między innymi pyły powstające podczas przetwarzania:

• Mąki
• Cukru
• Skrobi
• Zbóż
• Pasz

W tym przypadku istotne jest ograniczenie możliwości powstania źródeł zapłonu oraz właściwe wykonanie całego systemu transportowego.

Pyły tworzyw sztucznych

Niektóre tworzywa podczas obróbki mogą tworzyć drobne, palne cząstki. Dodatkowym zagadnieniem może być elektryzowanie się materiału podczas przepływu.

Pyły chemiczne i farmaceutyczne

W przypadku pyłów chemicznych należy uwzględnić nie tylko możliwość wybuchu, ale również właściwości chemiczne medium. Materiał konstrukcyjny wentylatora powinien być odporny na działanie transportowanej substancji.

Pyły metaliczne

Niektóre drobne pyły metaliczne mogą stwarzać zagrożenie pożarowe lub wybuchowe. W ich przypadku szczególnego znaczenia nabiera właściwa ocena właściwości materiału oraz konstrukcji instalacji.

Jak dobrać wentylator do pyłów wybuchowych?

Dobór wentylatora powinien obejmować dwa podstawowe obszary:

parametry aerodynamiczne oraz wymagania bezpieczeństwa przeciwwybuchowego.

W pierwszej kolejności należy określić rodzaj transportowanego pyłu i jego właściwości.

Następnie trzeba ustalić:

• Wymaganą wydajność powietrza
• Wymagany spręż
• Temperaturę medium
• Długość instalacji
• Średnice przewodów
• Liczbę kolan i kształtek
• Rodzaj filtra lub odpylacza
• Sposób pracy instalacji
• Możliwość występowania atmosfery wybuchowej

Dopiero na tej podstawie można przejść do wyboru konkretnej konstrukcji wentylatora.

Najważniejsze parametry pyłu przy doborze wentylatora

W przypadku pyłów potencjalnie wybuchowych projektant może potrzebować szczegółowych danych dotyczących właściwości materiału.

Do istotnych parametrów należą między innymi:

MIE - minimalna energia zapłonu

Parametr określający minimalną energię, która może doprowadzić do zapłonu określonej mieszaniny pyłu z powietrzem w badanych warunkach.

MEC - minimalne stężenie wybuchowe

Określa minimalne stężenie pyłu w powietrzu, przy którym w określonych warunkach może dojść do wybuchu.

Kst

Wskaźnik charakteryzujący gwałtowność wybuchu pyłu. Jest wykorzystywany między innymi przy analizie zagrożenia i doborze odpowiednich zabezpieczeń.

Pmax

Maksymalne ciśnienie wybuchu uzyskiwane w określonych warunkach badania.

Temperatura zapłonu

Istotna przy analizie ryzyka związanego z gorącymi powierzchniami i temperaturą pracy urządzeń.

Oprócz tych parametrów znaczenie mogą mieć również:

• Granulacja
• Wilgotność
• Przewodność elektryczna
• Skład chemiczny
• Właściwości ścierne

Dane dotyczące konkretnego pyłu powinny pochodzić z odpowiednich badań lub dokumentacji technologicznej.

Wydajność wentylatora do pyłów wybuchowych

Wentylator musi zapewnić przepływ powietrza wymagany przez instalację.

Podstawowa zależność stosowana przy określaniu przepływu ma postać:

Q = v × A × 3600

gdzie:

• Q - przepływ powietrza [m³/h]
• v - prędkość powietrza [m/s]
• A - pole przekroju przewodu [m²]

W instalacji odpylania należy ustalić wymagany przepływ dla punktów odbioru pyłu, a następnie sprawdzić warunki przepływu w kanałach.

W przypadku transportu pyłów istotna jest również odpowiednia prędkość transportowa. Zbyt niska może prowadzić do osadzania się pyłu w kanałach, a zbyt wysoka może zwiększać straty ciśnienia oraz zużycie elementów instalacji.

Szczegółowe obliczenia prędkości transportowej warto prowadzić osobno dla konkretnego rodzaju materiału.

Spręż wentylatora do instalacji z pyłami wybuchowymi

Sama wydajność wentylatora nie wystarcza do jego prawidłowego doboru.

Urządzenie musi pokonać opory całej instalacji, na które składają się między innymi:

• Przewody proste
• Kolana
• Trójniki
• Zwężki
• Przepustnice
• Punkty odciągowe
• Filtry
• Cyklony
• Separatory
• Tłumiki
• Wyrzutnie

W przypadku rozbudowanych instalacji suma strat może być znaczna.

Dlatego wentylator należy dobierać do konkretnego punktu pracy, czyli wymaganej wydajności przy określonym sprężu.

Dobór urządzenia wyłącznie na podstawie maksymalnej wydajności katalogowej może skutkować tym, że rzeczywisty przepływ będzie znacznie niższy od wymaganego.

Konstrukcja wentylatora do pyłów wybuchowych

Wentylator stosowany w instalacji z pyłami potencjalnie wybuchowymi powinien być odpowiednio dobrany pod względem konstrukcji.

Wirnik

Wirnik jest jednym z najważniejszych elementów z punktu widzenia bezpieczeństwa.

Należy ograniczyć możliwość powstawania niepożądanych kontaktów mechanicznych oraz uwzględnić:

• Materiał wykonania
• Konstrukcję łopatek
• Wyważenie
• Prędkość obrotową
• Odporność na ścieranie

Jeżeli przez wentylator przepływa zapylone powietrze, trzeba dodatkowo uwzględnić wpływ cząstek na zużywanie wirnika.

Obudowa

Obudowa musi być odpowiednio dopasowana do konstrukcji wirnika i warunków pracy.

Szczególne znaczenie ma zachowanie właściwych odległości pomiędzy elementami wirującymi i nieruchomymi oraz ograniczenie możliwości powstawania źródeł zapłonu.

Silnik

Silnik powinien być dobrany odpowiednio do warunków występujących w danej strefie i do wymagań całego układu.

Istotne są między innymi:

• Temperatura powierzchni
• Sposób zabezpieczenia
• Moc
• Sposób sterowania
• Warunki środowiskowe

Łożyska

Stan łożysk ma znaczenie dla bezpieczeństwa i trwałości urządzenia. Ich przegrzanie może prowadzić do powstania niepożądanie wysokiej temperatury.

Dlatego odpowiednia konstrukcja, eksploatacja i kontrola stanu technicznego wentylatora mają istotne znaczenie.

Wentylator do pyłów wybuchowych a elektryczność statyczna

Podczas transportu drobnych cząstek przez przewody może dochodzić do powstawania ładunków elektrostatycznych.

Jeżeli ładunek nie zostanie odpowiednio odprowadzony, może powstać wyładowanie będące potencjalnym źródłem zapłonu.

Dlatego w instalacjach transportujących pyły palne istotne mogą być:

• Przewodzące elementy instalacji
• Prawidłowe uziemienie
• Połączenia wyrównawcze
• Odpowiednie przewody elastyczne
• Ciągłość elektryczna instalacji

Dotyczy to nie tylko wentylatora, ale również kanałów, węży elastycznych, filtrów, separatorów i innych elementów systemu.

Wentylator do pyłów wybuchowych przed czy za filtrem?

Położenie wentylatora względem filtra ma wpływ na warunki jego pracy.

Wentylator po stronie czystego powietrza

Przykładowy układ:

stanowisko → kanały → filtr → wentylator → wyrzutnia

W takim rozwiązaniu wentylator pracuje za filtrem, więc transportowane przez niego powietrze jest już oczyszczone.

Może to ograniczyć kontakt wirnika z pyłem.

Wentylator po stronie zapylonej

Drugi wariant:

stanowisko → kanały → wentylator → filtr → wyrzutnia

W tym przypadku przez wentylator przepływa zapylone powietrze.

Konstrukcja urządzenia musi więc uwzględniać kontakt z transportowanym pyłem, jego właściwości ścierne i ewentualne zagrożenie wybuchem.

Nie można wskazać jednego układu odpowiedniego dla każdej instalacji. Wybór zależy od technologii procesu, rodzaju odpylacza oraz wymagań bezpieczeństwa.

Odpylanie pyłów wybuchowych - wentylator to nie wszystko

Zastosowanie odpowiedniego wentylatora nie oznacza jeszcze, że cała instalacja jest zabezpieczona przed skutkami wybuchu.

System odpylania może obejmować:

źródło emisji → punkt odciągowy → kanały → wentylator → filtr/odpylacz → odbiór pyłu → wyrzut powietrza

Każdy z tych elementów może wymagać analizy pod kątem zagrożenia wybuchem.

Znaczenie mogą mieć między innymi:

• Odpowiednie wykonanie urządzeń
• Uziemienie
• Ograniczenie źródeł zapłonu
• Zabezpieczenie filtrów
• Zabezpieczenie przed przeniesieniem wybuchu
• Odciążenie wybuchu
• Izolacja wybuchu
• Monitoring temperatury
• Systemy detekcji i gaszenia iskier

Dlatego projektowanie instalacji z pyłami wybuchowymi powinno obejmować cały układ, a nie tylko wybór wentylatora.

Zabezpieczenia instalacji odpylania przed wybuchem

W zależności od oceny zagrożenia i zastosowanej technologii mogą być stosowane różne środki ochronne.

Odciążenie wybuchu

Rozwiązania tego typu pozwalają kontrolować skutki wybuchu poprzez skierowanie jego energii w bezpieczne miejsce.

Izolacja wybuchu

Celem jest ograniczenie możliwości przeniesienia wybuchu z jednego urządzenia lub fragmentu instalacji do kolejnych części systemu.

Zabezpieczenie przed iskrami

W określonych procesach stosuje się rozwiązania umożliwiające wykrywanie i ograniczanie ryzyka związanego z iskrami przedostającymi się do urządzeń filtracyjnych.

Kontrola temperatury

Monitoring temperatury może być elementem systemu zabezpieczającego przed przegrzaniem podzespołów.

Dobór zabezpieczeń powinien wynikać z analizy konkretnej instalacji i rodzaju zagrożenia.

Wentylator do pyłów wybuchowych a pyły ścierne

Niektóre pyły mogą być jednocześnie palne, wybuchowe i silnie ścierne.

Jest to szczególnie istotne w przypadku materiałów zawierających twarde cząstki.

Ścieranie może dotyczyć:

• Wirnika
• Obudowy
• Kolan
• Kanałów
• Separatorów
• Filtrów

Zużycie mechaniczne może z kolei wpływać na bezpieczeństwo całego systemu. Przykładowo nadmierne zużycie wirnika może doprowadzić do pogorszenia jego wyważenia lub zmiany warunków pracy.

Dlatego w takich instalacjach trzeba jednocześnie uwzględnić odporność na ścieranie oraz wymagania przeciwwybuchowe.

Najczęstsze błędy przy doborze wentylatora do pyłów wybuchowych

Stosowanie zwykłego wentylatora

Urządzenie przeznaczone do standardowego powietrza może nie spełniać wymagań dla konkretnej strefy zagrożenia.

Założenie, że każdy pył wymaga identycznego wykonania ATEX

Właściwości pyłów są różne, podobnie jak warunki występujące w poszczególnych instalacjach.

Brak klasyfikacji stref

Nie można prawidłowo dobrać urządzenia bez określenia warunków, w których ma ono pracować.

Brak danych o właściwościach pyłu

Rodzaj materiału może nie wystarczyć. Przy projektowaniu mogą być potrzebne konkretne parametry wybuchowości.

Dobór tylko według wydajności

Wentylator musi zapewniać wymagany przepływ przy odpowiednim sprężu.

Brak uziemienia

Nieprawidłowe odprowadzanie ładunków elektrostatycznych może zwiększać ryzyko powstania źródła zapłonu.

Nieuwzględnienie temperatury

Zbyt wysoka temperatura powierzchni urządzenia może mieć znaczenie dla bezpieczeństwa instalacji.

Brak analizy całej instalacji

Sam wentylator nie rozwiązuje wszystkich zagrożeń związanych z wybuchem pyłu.

Jak dobrać wentylator do pyłów wybuchowych - krok po kroku?

Dobór można przeprowadzić według następującej kolejności:

Zidentyfikuj transportowany materiał

Określ dokładnie, jaki pył powstaje w procesie.

Sprawdź jego właściwości

W razie potrzeby określ parametry wybuchowości, takie jak MIE, MEC, Kst czy Pmax.

Określ miejsca występowania zagrożenia

Ustal, gdzie może wystąpić atmosfera wybuchowa i jakie warunki panują w tych miejscach.

Określ wymagany przepływ

Uwzględnij liczbę punktów odciągowych i wymagane warunki transportu.

Oblicz straty ciśnienia

Uwzględnij przewody, kolana, filtry, cyklony i pozostałe urządzenia.

Określ wymagany spręż

Wentylator musi zapewnić odpowiedni przepływ przy całkowitym oporze instalacji.

Określ temperaturę i właściwości mechaniczne pyłu

Uwzględnij między innymi ścieranie oraz temperaturę medium.

Dobierz konstrukcję wentylatora

Sprawdź wirnik, obudowę, sposób napędu i wykonanie materiałowe.

Dobierz silnik i wyposażenie

Uwzględnij warunki występujące w określonej strefie.

Uwzględnij uziemienie i elektryczność statyczną

Sprawdź ciągłość elektryczną wszystkich wymagających tego elementów.

Zweryfikuj zabezpieczenia całej instalacji

Wentylator jest tylko jednym z elementów systemu ochrony.

Wentylatory do pyłów wybuchowych Mastervent

Mastervent oferuje rozwiązania wentylacyjne przeznaczone do zastosowań przemysłowych, w których wymagany jest odpowiedni dobór parametrów przepływu, sprężu i wykonania urządzenia.

Przy projektowaniu instalacji z pyłami potencjalnie wybuchowymi należy uwzględnić między innymi:

• Rodzaj transportowanego pyłu
• Jego właściwości
• Wymaganą wydajność
• Spręż instalacji
• Temperaturę medium
• Właściwości ścierne
• Warunki pracy
• Wymagania dotyczące wykonania przeciwwybuchowego

Wentylator może być częścią kompletnego systemu odpylania obejmującego punkty odciągowe, kanały, filtry, cyklony, separatory i układy zabezpieczające.

Podsumowanie

Wentylator do pyłów wybuchowych wymaga znacznie bardziej szczegółowego doboru niż standardowy wentylator przemysłowy. Oprócz wydajności i sprężu należy uwzględnić właściwości transportowanego pyłu, możliwość powstania atmosfery wybuchowej, klasyfikację stref, temperaturę, właściwości ścierne oraz sposób wykonania całej instalacji.

Nie każdy pył jest wybuchowy i nie każda instalacja wymaga identycznego rozwiązania przeciwwybuchowego. Jeżeli jednak analiza procesu wskazuje na możliwość wystąpienia atmosfery wybuchowej, wentylator powinien zostać dobrany zgodnie z wymaganiami dotyczącymi pracy w takich warunkach.

Najważniejsze jest traktowanie wentylatora jako części całego systemu bezpieczeństwa, a nie jako pojedynczego zabezpieczenia. Prawidłowo zaprojektowana instalacja powinna uwzględniać zarówno parametry aerodynamiczne, jak i ryzyko związane z zapłonem oraz rozprzestrzenianiem się wybuchu.