Prečo sa ventilátory s obrátenými krídlami odolné voči iskreniu používajú v vetilačných systémoch chemického priemyslu

Chemická výrobná závod premiestňuje každú sekundu vzduch nasýtený rozpúšťadlom a iskrobezpečný ventilátor s dozadu sklonenými lopatkami sa nachádza v strede tohto pohybu. V miestach, kde horľavé parné látky prechádzajú cez vetrací systém, môže akýkoľvek kovový kontakt vnútri štandardného ventilátora uvoľniť isku, ktorá spôsobí výbuch. Preto chemické vetranie vyžaduje komponenty, ktoré nemôžu vytvoriť takú isku, ale zároveň zabezpečujú stály prúd vzduchu.

Porozumenie zón s rizikom výbuchu v chemickom vetraní

V miestach, kde sa horľavé parné látky hromadia v technologických potrubiach

Odporúča sa iskrobezpečný ventilátor s dozadu sklonenými lopatkami v prípadoch, keď proces uvoľňuje horľavé plyny, ktoré môžu dosiahnuť dolnú výbušnú hranicu. V typickom chemickom procese sa horľavé plyny uvoľňujú počas miešania, zahrievania alebo prepravy rozpúšťadiel, monomérov a čistiacich prostriedkov. Tieto plyny sa koncentrujú v blízkosti reaktorov, vyrovnávacích nádrží a otvorených miest odberu vzoriek. Bez cieľového odvádzania sa lokálna koncentrácia pár zvyšuje smerom k dolnej výbušnej hranici. Dobré vetranie udržiava zmes pod touto hranicou tým, že kontaminovaný vzduch je smerovaný k výfukovej komíne. Prevádzkovatelia každé miesto uvoľnenia priradia k určitej zóne, aby bolo možné pre každý úsek potrubia vybrať vhodnú triedu zariadenia. Práškové prísady môžu tiež tvoriť horľavú suspendovanú časticovú zložku (prachovú oblak), preto sa rovnaké pravidlá vetrania uplatňujú aj pri hybridných zmesiach, v ktorých sú súčasne prítomné pary a prach.

Ako jediná iska znemožní bezpečné vetranie

Horľavá para potrebuje na vznik len tri prvky: palivo, kyslík a zdroj zapálenia. Konvenčný odstredivý ventilátor so oceľovým kolesom a krytom môže pri uvoľnení skrutky alebo náraze nečistôt do obežného kolesa vyvolať iskru. Táto iskra v priestore s výbušnou atmosférou môže spôsobiť plameň, ktorý sa šíri späť cez potrubie a zapáli celú linku. Odstránením iskry sa odstráni najslabší článok v reťazci ochrany. Statická elektrina a horúce povrchy predstavujú ďalšie riziká, preto návrh vetrania musí kontrolovať každý pravdepodobný zdroj, nie len ventilátor.

Konštrukcia ventilátora odolného voči iskreniu

Materiály obežného kolesa – hliník a bronz

Jadro návrhu tvorí koleso. Odporný proti iskreniu ventilátor s dozadu sklonenými lopatkami kombinuje impelér z hliníkovej zliatiny s plášťom z bronzu alebo hliníka. Hliník a bronz majú nízku tvrdosť a pri kontakte vyvolávajú len malé množstvo tepla, preto náraz do krytu nevytvorí žiarivú časticu. V prípadoch, keď je technologické médium agresívnejšie, sa na ochranu pred koróziou môžu použiť nehrdzavejúce ocele 304 alebo 316, ktoré dopĺňajú povrchy odolné proti iskreniu. Vybrané materiály tiež odolávajú kyslým vrstvám, ktoré vznikajú kondenzáciou parov rozpúšťadla na chladnom kovovom povrchu.

Aerodynamika a vyváženie s dozadu sklonenými lopatkami

Krivka chrbtových lopatiek je naklonená dozadu, čo znamená, že smeruje od smeru otáčania, a preto koleso odpudzuje prach namiesto toho, aby sa ako pri nábežných lopatkách zaneprázdňovalo. Táto geometria zvyšuje štatickú účinnosť a zníži spotrebu energie pri danom objemovom prietoku, čo je dôležité v prípadoch, keď ventilátor pracuje nepretržite. Ventilátor s chrbtovými lopatkami odolný voči iskreniu zachováva túto účinnosť a zároveň odstraňuje cestu pre vznik iskier. Aby bolo koleso stabilné, každé impelerné koleso sa pred dodaním vyváži podľa cieľových tried ISO 1940. Vyvážené rotujúce zariadenie zníži vibrácie, chráni presné ložiská a umožní tichý chod vo vnútri rušnej chemickej haly.

Normy pre vetranie chemických procesov

Požiadavky NFPA 91 na výfuk

NFPA 91 sa vzťahuje na výfukové systémy, ktoré prenášajú pary, plyny a mlázy, a stanovuje pravidlá pre ich stavbu, prístup a kontrolu iskier. Pre potrubia zaťažené rozpúšťadlami vyžaduje neželezné alebo chránené povrchy v miestach, kde sa pohyblivé časti približujú k skrine. Špecifikácia ventilátora s odolnosťou proti iskreniu a s dozadu naklonenými lopatkami spĺňa požiadavku na neželezné materiály. Dodržiavanie normy NFPA 91 tiež pomáha pri schválení usporiadania vetrania a zabezpečuje konzistenciu logiky kontroly iskier od fázy návrhu až po uvedenie do prevádzky. OSHA 29 CFR 1910.94 posilňuje povinnosť zamestnávateľov zabezpečiť vetranie pracovného prostredia pri prevádzke takýchto potrubí.

ATEX 2014/34/EÚ a označenie CE/UKCA

Pre vybavenie umiestnené v EÚ nariadenie ATEX 2014/34/EÚ definuje, ako sa musia stroje určené pre výbušné atmosféry konštruovať a dokumentovať. Odporný proti iskreniu ventilátor s dozadu sklonenými lopatkami, ktorý je zaradený do príslušnej kategórie, zodpovedá zóne a skupine plynov v závode. Označenia CE a UKCA potvrdzujú, že výrobok spĺňa príslušné smernice EÚ a Spojeného kráľovstva. Štandard UL 507 sa vzťahuje na elektrické ventilátory pre Severnú Ameriku a poskytuje paralelnú bezpečnostnú cestu pre vývoz. Smernice RoHS a REACH zabezpečujú zhodu materiálov komponentov predávaných do európskych závodov, zatiaľ čo štandard IEC 60034 definuje triedu účinnosti motora za ventilátorovým kolesom.

Prípadová štúdia vetrania v chemickom priemysle

Pozadie a problém

Špeciálna chemická dielňa miešala rozpúšťadlá v otvorených nádobách a odvádzala paru cez spoločný oceľový potrubný systém. Pôvodný ventilátor s prednými zakrivenými lopatkami mal oceľové koleso, z ktorého už vypadol jeden skrutkový spoj, čím sa poškodilo ochranné puzdro. Inžiniersky tím označil tento systém ako potenciálnu cestu na vznik iskier, pretože koncentrácia pary v blízkosti nádob počas dávkového prečerpania dosahovala hodnoty blízke dolnej hranici výbušnosti. Existujúci ventilátor nebol typom so zadnými naklonenými lopatkami a odolným voči iskreniu, preto riziko vzniku iskier zostalo súčasťou návrhu namiesto toho, aby bolo technicky eliminované.

Riešenie, účinok a údržba

Tím nahradil koleso zliatinovým a bronzovým neiskriacim zariadením a pre novú prevádzku určil profil s dozadu sklonenými lopatkami. Nový iskroodolný ventilátor s dozadu sklonenými lopatkami odstránil cestu na vznik iskier a obnovil bezpečnostnú rezervu pod výbušnou hranicou. Vzduchový výkon bol pred inštaláciou overený podľa noriem AMCA 210 a ISO 5801. Po uvedení do prevádzky sa riziko poškodenia kôrového puzdra odstránilo a potrubie zostalo bezpečné počas celých výrobných dávok. Pravidelné kontroly teraz kontrolujú vzdialenosť lopatiek, teplotu ložísk a vyváženie impelera v pevnom časovom rozvrhu a stupeň ochrany motora sa overuje vzhľadom na klasifikáciu priestoru. Náhradné kolesá sa uchovávajú čisté a označené podľa materiálu, aby pri výmene na mieste nikdy nebol do linky znovu zavedený železný diel.

Výber a údržba bezpečného ventilátora na vetranie chemikálií

Určenie správneho zariadenia začína preskúmaním nebezpečenstva procesu a mapou zón. Odolný proti iskrám ventilátor s dozadu sklonenými lopatkami sa má vyberať až po určení skupiny pár, teplotnej triedy a odporu potrubia. Kupujúci by mali požadovať certifikáty materiálov pre hliníkové alebo bronzové koleso a potvrdiť stupeň krytia IP podľa normy IEC 60529 na strane motora. Na mieste treba každý mesiac kontrolovať vzdialenosť medzi lopatkami a teplotu ložísk a v prípade nárastu vibrácií znovu vyvážiť impelér podľa normy ISO 1940. Prispôsobenie ventilátora prevádzkovým podmienkam zabezpečuje bezpečnosť aj účinnosť chemického vetracieho systému po celú dobu jeho životnosti.

Často kladené otázky

Otázka

Čo robí neiskriaci ventilátor bezpečným v explózných atmosférach?

Odpoveď: Koleso a susedné povrchy sú vyrobené z hliníka alebo bronzu – kovov, ktoré pri náraze uvoľňujú veľmi málo tepla a žiadne žeravé častice. Oceľový predmet, ktorý narazí na kryt, nemôže výpar zapaľovať, pretože teplota kontaktu zostáva pod úrovňou teploty samozápalu. Spätné naklonenie profilu lopatiek tiež zníži riziko nárazu nečistôt. Potvrdenie neiskriacej vlastnosti sa uskutoční prostredníctvom materiálových certifikátov a kontrol tvrdosti pred vstupom zariadenia do nebezpečnej oblasti.

Otázka

Prečo potrebuje chemická ventilácia neiskriaci ventilátor?

Odpoveď: Chemické potrubia prenášajú výpary rozpúšťadiel, ktoré môžu dosiahnuť dolnú výbušnú hranicu v blízkosti nádrží a reaktorov. Bežný oceľový ventilátor môže pri uvoľnenom skrutkovom spoji alebo zachytených nečistotách vyvolať iskru, čím poskytne výparu tretí požadovaný prvok na vznik výbuchu. Odstránením zdroja iskier sa táto medzera odstráni. Normy ako NFPA 91 a ATEX 2014/34/EÚ vyžadujú kontrolu iskier v takýchto výfukových systémoch, preto je neiskriaci ventilátor opatrením zabezpečujúcim súlad s predpismi aj bezpečnosť – nie voliteľnou možnosťou.

Otázka

Ako je neiskriaci ventilátor klasifikovaný podľa ATEX?

Odpoveď: Podľa smernice ATEX 2014/34/EÚ je iskrobezpečný ventilátor s obráteným sklonom lopatiek zaradený do kategórie, ktorá zodpovedá zone a skupine plynov na danom mieste. Jednotka určená pre zónu 1 v priestore s rozpúšťadlami má na typovom štítku príslušnú kategóriu zariadenia a triedu teploty. Označenia CE a UKCA potvrdzujú splnenie požiadaviek smernice. Vyhlásená kategória určuje, ako sa dokumentujú konštrukcia z hliníka alebo bronzová konštrukcia a ochranné pouzdro motora, preto by si kupujúci mali pred nákupom overiť certifikát vzhľadom na zónu v prevádzke.

Otázka

Môže jeden ventilátor zároveň odvádzať paru aj horľavý prach?

Odpoveď: Jeden stroj môže obsluhovať hybridné riziká, ak jeho klasifikácia zahŕňa aj skupinu plynov, aj triedu prachu, ktorá sa vyskytuje. Obrátené lopatky dobre odstraňujú prášok, čo je výhodné v prípadoch, keď prísady vytvárajú horľavú oblak. Klasifikácia priestoru musí uvádzať všetky nebezpečenstvá, a konštrukcia – vrátane kolesa z hliníka alebo bronzového kolesa – musí vyhovovať najnáročnejšiemu podmienkam. Ak sú prítomné súčasne prach a výpar, posúdenie vetilácie by malo potvrdiť, že jeden ventilátor spĺňa kombinovanú ATEX kategóriu, namiesto rozdelenia úlohy medzi viacero jednotiek.

Otázka

Potrebujú chemické závody pre tieto ventilátory certifikáciu od nezávislej tretieho subjektu?

Odpoveď: Pre európske a britské miesta sú vyžadované označenia CE a UKCA, ktoré sa zakladajú na vyhlásení výrobcu v súlade so smernicou ATEX 2014/34/EÚ a príslušnými smernicami. Záznamy o skúškach horenia alebo výbuchu a certifikáty materiálov podporujú toto vyhlásenie. Niektorí prevádzkovatelia tiež požadujú nezávislú verifikáciu neiskriacej kolesovej súčiastky. Hoci zákon sa zameriava na vyhlásené označenia, nákupné tímy získavajú väčšiu dôveru prostredníctvom prehliadky úplného balíka dokumentov, vrátane správ o vyvážení podľa normy ISO 1940 a výkonnostných skúšok podľa normy AMCA 210.