Bezpieczeństwo produkcji w warunkach zagrożenia wybuchem. Pył węgla i biomasy. Odciążanie, tłumienie i odsprzęganie wybuchu. dr hab. inż. Andrzej Wolff Tessa Wolff i Synowie sp.j. Atex Wolff i Wspólnicy sp.j.
Zakres działania firmy Tessa w dziedzinie bezpieczeństwa procesowego: Odciążanie wybuchu (panele) Bezpłomieniowe odciążanie wybuchu Systemy tłumienia wybuchu (butle HRD) Odsprzęganie wybuchu (butle HRD, zasuwy odcinające, zawory Ventex, zawory dozujące, klapy zwrotne) Klapy przeciwwybuchowe, divertery Zasuwy motylkowe Separatory magnetyczne Uziemienia elektrostatyczne Przerywacze deflagracji i detonacji dla gazów i cieczy, zawory oddechowe dla cieczy Dostawy zabezpieczeń i systemów, uruchomienia, przeglądy gwarancyjne. Technologie katalitycznego niszczenia NOx. Partnerzy: czołowe międzynarodowe firmy. Referencje w wielu gałęziach przemysłu.
Zadanie systemu zabezpieczającego przed skutkami wybuchu: Obniżyć maksymalnie szybko (w czasie poniżej 0,1 sek) ciśnienie wybuchu Pmax do poziomu zredukowanego Pred niższego od wartości Pstat (odporność konstrukcyjna aparatu). Dostępne techniki: odciążanie wybuchu na aparacie procesowym przy pomocy paneli odciążających (okrągłe, prostokątne) tłumienie wybuchu przy pomocy butli HRD z proszkiem tłumiącym odsprzęganie (odcięcie, izolacja) aparatu zagrożonego wybuchem od reszty instalacji procesowej tak by uniemożliwić przeniesienie się wybuchu na resztę instalacji i potencjalnie na jej otoczenie
I. Odciążanie (odpowietrzenie) wybuchu przy pomocy paneli odciążających Zalety: relatywnie niskie koszty zakupu i instalacji paneli możliwość pracy w warunkach podciśnienia roboczego Efekty uboczne: konieczność wyprowadzenia wybuchu (ciśnienie, płomień, cząstki spalone, niespalone, palące się) do atmosfery!!! konieczne jest określenie stref zagrożenia wybuchem i szczególnych wymagań dotyczących dostępu i przebywania w strefie!!!
Odpowietrzanie wybuchu. Potencjalne zagrożenia i konsekwencje
II. Tłumienie wybuchu charakterystyka: Zastosowanie dla pyłów, cieczy, gazów, mgieł i mieszanin hybrydowych Możliwość pracy w warunkach podciśnienia i nadciśnienia roboczego Typowa wartość zredukowanego ciśnienia wybuchu: 0,2 (0,3) bar g Chroniona objętość aparatu: zasadniczo 1000 m3 Czas efektywnego działania < 0,1 sek. Efekty uboczne tłumienia wybuchu: zasadniczo, pomijając aspekty kosztowe,... brak.
III. Odsprzęganie wybuchu na kanałach i rurociągach
Aparaty i instalacje procesowe jako źródła zagrożenia wybuchem w przemyśle (jako całość): silosy (magazynowanie) instalacje odpylające instalacje mielące instalacje transportujące Razem: suszarnie instalacje dopalające instalacje mieszania polerowanie i szlifowanie przesiewanie Inne Razem: % 20 17 13 10 60 8 5 5 5 3 16 100 Zagrożenie wybuchem wywołane obecnością palnych i wybuchowych pyłów: pył i wióra drzewne produkty spożywcze pył węglowy produkty chemiczne tworzywa sztuczne metale % 30 24 9 11 12 14 Pytanie: czy pracujące i aktualnie budowane instalacje, np. instalacje biomasy dla potrzeb energetyki, biorą pod uwagę w dostatecznym stopniu tego typu zagrożenia?
Wybrane referencje (Tessa, Atex): Przemysł energetyczny (El. Rybnik, Foster Wheeler, El. Ostrołęka, El. Stalowa Wola, El. Turów, CEZ (EC Skawina), El. Elsen, MPEC Olsztyn, Vattenffal Heat Polska (EC. Siekierki i EC Żerań), El. Bełchatów, El. Połaniec. Cementownie Koksownie Browary, Cukrownie Przemysł spożywczy (wszystkie duże koncerny) Przemysł nawozów Przemysł mineralny (np. KGHM) Produkcja opon Przemysł chemiczny i naftowy Przemysł drzewny Farmaceutyka Produkcja samochodów Inne...
Wybrane referencje firmy Kidde młyny i młynownie Grupa Lafarge cementownia Małogoszcz- młynownia węgla cementownia Konin młynownia węgla cementownia Kujawy młynownia węgla Grupa Cemex cementownia Chełm młynownia węgla cementownia Chełm instalacja przyjęcia paliw alternatywnych Grupa Dyckerhoff cementownia Nowiny młynownia węgla Grupa Ożarów cementownia Ożarów cementownia Rejowiec cementownia Warta RWE Power - niemiecki koncern energetyczny RWE Fortuna, Niemcy, 4 x młyn z odsprzęganiem RWE Wachtberg, Niemcy, 2 x młyn z odsprzęganiem IKO Minerals Germany 2 x młyn Neumann & Esser, filtr i odsprzęganie EON - koncern energetyczny Landesbergen, Niemcy, 1 x młyn wraz z odsprzęganiem Emden Germany, Niemcy, 1 x młyn wraz z odsprzęganiem Zolling Germany, Niemcy, 1 x młyn wraz z odsprzęganiem Bremen Germany 1 x młyn, filtr, instalacja zasilania biomasą Vattenfall - koncern energetyczny Losche - producent młynów Babcock - producent młynów Essent Holandia, 4 x młyn wraz z odsprzęganiem Dong Energie Denmark, 4 x młyn z odsprzęganiem Bentocarbon Germany 1 x młyn, cyklon, filtr i odsprzęganie Firma Kidde to nasz wieloletni partner. Typy młynów: kulowe, wentylatorowe, bębnowe... Młynownie.
Wybrane problemy układów nawęglania Typowe aparaty i urządzenia, w instalacjach nawęglania elektrowni, którym towarzyszy obecność pyłu węgla (i biomasy): - otwarte place składowania węgla (biomasy), - budynek zasypu węgla/biomasy na przenośniki, - separatory magnetyczne (lokalizacja, jakość), - otwarte przenośniki taśmowe / zgrzebłowe, inne, - zwykle otwarte układy przesypu węgla z przenośników na przenośniki, - zwykle otwarte zasypy węgla do zbiorników i same zbiorniki przykotłowe - młyny kulowe z separatorem powietrza, kulowe młyny bębnowe (z pośrednim zbiornikiem pyłu węglowego), młyny wentylatorowe,... Zalecane rozwiązania tak by ograniczyć zagrożenia wywołane obecnością palnych i wybuchowych pyłów węgla i/lub biomasy: - eliminować układy otwarte (przesypy) w celu ograniczenia/eliminacji pylenia, - centralne odkurzanie, systematyczne sprzątanie (eliminacja warstw pyłu), - skuteczne i sprawne separatory magnetyczne (eliminacja powstawania iskier), - odpowiednio dobrane systemy zabezpieczenia przed skutkami wybuchu, - egzekwowanie procedur postępowania (rozruch, zatrzymanie, awarie, obsługa), - efektywne wymieszanie biomasy z węglem w zbiorniku przykotłowym przed młynem w celu eliminacji segregacji (uśrednianie mieszaniny).
Zabezpieczenie układów nawęglania Schemat układu nawęglania z kulowym młynem bębnowym i pośrednim magazynowaniem pyłu: Aparaty i urządzenia: - zasyp węgla z bunkra i gorące powietrze/gazy na wlocie do młyna - bębnowy kulowy młyn węglowy: na wylocie pył węgla + powietrze (70 C) - wentylator młynowy (transport mieszanki pyłowej) - separator pyłów - multicyklon i lej zbiorczy - zasobnik pyłu węglowego - kanały i pyloprzewody. Cel: zabezpieczenie układu nawęglania przed zagrożeniem wybuchem.
Przykładowy problem bębnowy młyn kulowy (schemat nawęglania jak wyżej) 1.1 bębnowy młyn kulowy: zwykle brak aktualnej dokumentacji technicznej, w szczególności danych o jego odporności na ciśnienie wybuchu... 1.2 problemy do rozwiązania w celu zabezpieczenia młyna (prócz dokumentacji): - odsprzeganie wybuchu na wlocie i wylocie z młyna: wiadomo jak to należy zrobić przy założeniu, że podczas wybuchu w młynie ciśnienie nie przekroczy 2 bar g. Ale jak to można zagwarantować bez zabezpieczenia samego młyna? - możliwość ochrony samego kulowego młyna bębnowego jest bardzo ograniczona; w grę wchodzi (ewentualnie) tylko zabudowa dodatkowych, odpowiednio dobranych urządzeń do odciążenia wybuchu. 1.3 zastosowanie dodatkowego bezpiecznego odciążenia wybuchu w młynie daje możliwość jego ochrony przed ewentualnym uszkodzeniem podczas wybuchu; to w połączeniu z odpowiednio dobranym odsprzęganiem wybuchu daje możliwość zabezpieczenia układu młyna i całej młynowni. Wniosek: powyższe problemy wskazują, że wskazana jest przeprowadzenie analizy ryzyka wybuchu w młynowni poparta odpowiednimi pomiarami i obliczeniami.
Zastosowanie odsprzęgania wybuchu w kulowym młynie bębnowym
Nawęglanie (kulowy młyn bębnowy) z pośrednim magazynowaniem Rekomendowane miejsca odsprzegania wybuchu.
Młyn wentylatorowy i filtr problem zabezpieczenia Zabezpieczenie węzła obejmuje odsprzęganie wybuchu na kanale do filtra i system tłumienia wybuchu na filtrze. Zabezpieczenie samego młyna zależy od jego wykonania i sposobu zasypu...
Wybrane problemy magazynowania w silosach Przykładowy problem: magazynowanie w silosach jako element instalacji procesowej. Poniższy schemat blokowy odpowiada, między innymi, instalacji przyjęcia biomasy (mielenia i odsiewania), transportu i magazynowania w silosach i transportu z silosów do zbiorników przykotłowych, w celu współspalania z węglem lub osobno. Możliwy zasięg fali ciśnienia i płomienia podczas odpowietrzenia wybuchu w dużych silosach: Jak się przed tym zagrożeniem ochronić?
Magazynowania w silosach - problemy: Jak (nie) należy zabezpieczać silosy - alternatywy: A1: odciążanie wybuchu w silosie od góry (dach, panele) wady: odciążenie wybuchu zagraża pracownikom (okresowy przegląd, remonty na dachu), zagraża układowi zasilania, możliwe skażenie środowiska zalety: umożliwia wykorzystanie objętości roboczej silosu, tanie rozwiązanie A2: odciążanie silosu z boku (część cylindryczna, panele) wady: odciążenie wybuchu zagraża sąsiednim aparatom i innym obiektom oraz samochodom/ludziom na placu manewrowym (fala płomienia i ciśnienia wybuchu), ograniczone wykorzystanie objętości silosu (80%), możliwe skażenie środowiska. zalety: stosunkowo tanie rozwiązanie B: tłumienie wybuchu w silosie (butle HRD) wady: ograniczone wykorzystanie objętości roboczej silosu (80%), rozwiązanie droższe, zastosowania dla silosów o pojemności do 1000 m3 zalety: zdecydowanie wyższy poziom bezpieczeństwa, brak wad odciążenia C: odsprzęganie wybuchu na zasilaniu/opróżnianiu (uzupełnienie do A1, A2, B) wady: brak, zasadniczo wyższy poziom bezpieczeństwa instalacji możliwe rozwiązania techniczne (zależnie od przyjętych rozwiązań): tłumienie (butle HRD), zasuwy odcinające, zawory dozujące, D: stosowanie silosów odpornych na ciśnienie wybuchu (Pred = 2 bar g) z klapami które się samoczynnie zamykają po wybuchu (odcięcie dopływu powietrza). Wniosek: zagadnienia tego typu należy przeanalizować i dobrać odpowiednie rozwiązania już na etapie tworzenia koncepcji instalacji!!!
Odciążanie wybuchu podczas magazynowania w silosach Jak więc należy projektować duże silosy z uwzględnieniem ich efektywnego zabezpieczania przed skutkami wybuchu przy pomocy odpowietrzenia? Właściwy kierunek działania wynika z poniższego zestawienia (obliczenia wykonane dla silosu o V = 1000 m3). Pył węglowy: Kst = 150 bar m/sek, Pmax = 9 bar. Założenie: odporność konstrukcyjna silosu na ciśnienie wybuchu = 0,5 barg (kluczowy parametr!). Smukłość silosu (stosunek H/D, F powierzchnia dachu silosu): H/D 1 2 3 4 H, m 10,8 17,2 22,6 27,3 D, m 10,8 8,6 7,5 6,8 Av, m2 12 19 24 27 F, m2 92 58 44 36 Av/F,% 13 33 55 75 5 31,7 6,3 29 31 95 Konieczna powierzchnia odpowietrzenia Av, dla zabezpieczenia silosu, rośnie z 12 m2 (dla smukłości H/D=1) do 29 m2 (dla H/D=5) czyli prawie 2,5-krotnie. Odpowiednio rośnie też koszt zabezpieczenia samego silosu. Uwaga: dla H/D > 3 nie można już zabezpieczyć silosu (wartość Av/F jest zbyt duża). Czy na etapie projektowania silosów zagadnienia te są brane pod uwagę?
Magazynowanie w silosach wtórne wybuchy Ponadto wzbudzona chmura pyłów, wywołana falą płomienia i ciśnienia wybuchu, może doprowadzić do wtórnego wybuchu (detonacja) o dużo większym zasięgu zniszczeń... A jak się chronić przed tego typu zagrożeniem? Nie jest to proste, szczególnie gdy składowanie znajduje się na placu składowym obok placu manewrowego i samej instalacji
CTU - Conzepte Technik Umwelt AG: Instalacje do termicznego niszczenia niebezpiecznych zanieczyszczeń ciekłych, stałych i gazowych zawierających chlor, brom, azot, fosforany,... Instalacje do katalitycznej redukcji NOx i utleniania dioksyn (PCDD/F), oczyszczanie gazów odlotowych, recykling i odzysk wartościowych składników z zanieczyszczeń. Systemy immobilizacji popiołów i pozostałości po myciu gazów odlotowych. Oferowane rozwiązania oparte są o piece obrotowe, komory spalania, skrubery i konstrukcje specjalne. Doświadczenie w zakresie systemów wielostopniowych skruberów dla eliminacji pyłów i składników kwaśnych (SOx, HCl, HBr) z gazów odlotowych. Możliwość odzysku HCl i jego zatężanie. Oczyszczanie gazów odlotowych z rafinerii czy instalacji produkcji herbicydów, spalanie ciekłych i gazowych strumieni zawierających HCl. Analiza dostępnych źródeł energii jak i wykorzystania generowanego ciepła (boiler). Oferowane technologie zapewniają spełnienie wymogów prawa w zakresie emisji. Wydajność instalacji procesowych typowo w zakresie od 5000 do 200000 Nm3/h (czyszczenie gazów odlotowych).
Instalacja SCR do niszczenia NOx w gazach odlotowych
Zakres działania firmy Atex w zakresie bezpieczeństwa wybuchowego i procesowego: Analizy Ryzyka (AR) aparatów i instalacji procesowych w przypadku obecności atmosfery wybuchowej (pyły, gazy, ciecze) i Klasyfikacja Stref (KS) zagrożenia wybuchem (etap tworzenia koncepcji, projektowania, decyzji zakupowych...), analiza scenariuszy awaryjnych. Dokument zabezpieczenia przed wybuchem DZPW (AR i KS jest elementem integralnym tego dokumentu). Szkolenia Atex (podstawy prawne bezpieczeństwa procesowego, zasady klasyfikacji stref, techniki zabezpieczenia przed skutkami wybuchu, zagadnienia poważnych awarii przemysłowych, przykłady filmowe,...). Audyty, opinie techniczne, ekspertyzy związane z bezpieczeństwem wybuchowym i procesowym. Referencje w wielu gałęziach przemysłu.
Oferta firmy Atex: 1. ANALIZA RYZYKA Zasadność wykonania Analizy Ryzyka wynika z Dyrektywy Atex 137 i przeniesionego na grunt Polski odpowiedniego rozporządzenia Ministra Gospodarki. Dokument ten ma precyzować zagrożenia na terenie zakładu pracy związane z występowaniem palnych i wybuchowych pyłów, proszków, cieczy, parów i gazów. Ma on również precyzować zalecenia, które należy podjąć w celu ograniczenia / wyeliminowania tych zagrożeń. W ramach przedsiębiorstwa Atex oferujemy możliwość przeprowadzenia profesjonalnej kontroli zakładu, której końcowym etapem będzie wykonanie dokumentu analizy ryzyka. 2. DOKUMENT ZABEZPIECZENIA ZAKŁADU PRZED WYBUCHEM Każdy zakład, na terenie którego występuje zagrożenie wystąpienia niekontrolowanego wybuchu (i w konsekwencji pożaru) wywołanego obecnością palnych i wybuchowych pyłów, proszków, par cieczy i gazów zobowiązany jest do posiadania Dokumentu Zabezpieczenia Przed Wybuchem (stanowiska pracy). Uwaga: pracownik, przed przystąpieniem do pracy na stanowisku, musi zostać zapoznany z tym dokumentem. W ramach przedsiębiorstwa Atex oferujemy opracowanie Dokumentu Zabezpieczenia Przed Wybuchem.
Oferta: 3. STREFY ZAGROŻENIA WYBUCHEM Jednym z podstawowych działań, które muszą zostać podjęte przez Zakład, na terenie którego występują łatwopalne i wybuchowe pyły, proszki, ciecze, gazy i pary jest określenie stref zagrożonych wybuchem i wytyczenie ich zasięgu. Określenie rodzaju stref wynika, między innymi, z oszacowania częstotliwości emisji substancji do otoczenia. Efekt to, między innymi, wskazanie działań, które muszą zostać podjęte celem wyeliminowania potencjalnych źródeł. W ramach przedsiębiorstwa Atex oferujemy możliwość określenia rodzaju i zasięgu stref zagrożenia wybuchem jak i weryfikacji poprawności stref już uprzednio wytyczonych. 4. WERYFIKACJA DOKUMENTACJI TECHNICZNEJ Niejednokrotnie, w trakcie przeprowadzania prac związanych z opracowywaniem Analizy Ryzyka i/lub Dokumentu Zabezpieczenia Przed Wybuchem, stwierdzamy brak dostatecznie kompletnej dokumentacji technicznej maszyny, urządzenia czy linii procesowej. Oferujemy Państwu przeprowadzenie prac weryfikacyjnych, których końcowym etapem jest opracowanie, w postaci zestawienia, braków lub dokumentu oddającego aktualny stan analizowanej dokumentacji.
Oferta: 5. INWENTARYZACJA INSTALACJI PROCESOWYCH Jesteśmy gotowi przeprowadzić, na Państwa życzenie i w przypadku braku aktualnej lub niepełnej dokumentacji technicznej, inwentaryzację instalacji procesowych lub ich fragmentów. Efektem tych prac jest dokument wskazujący stan rzeczywisty urządzeń i instalacji procesowych i, o ile będzie to potrzebne, odniesienie tego stanu do wymagań związanych z dyrektywami Atex 137 i 95. Inwentaryzacja może także obejmować uaktualnienie danych procesowych, w zakresie takim jak to będzie technicznie możliwe. 6. NADZÓR NAD BEZPIECZEŃSTWEM WYBUCHOWYM/PRPOCESOWYM Praktyka pokazuje, że po dokonania odbioru i uruchomienia instalacji wiele firm traci kontrolę nad rzeczywistym stanem technicznym posiadanych zabezpieczeń przed skutkami wybuchu. Dodatkowo wprowadzane w trakcie użytkowania instalacji zmiany w technologi produkcji prowadzą do konieczności wymiany niektórych aparatów procesowych. Może to prowadzić do istotnych zmian w standardach poziomu bezpieczeństwa. Dla firm zainteresowanych kontrolą problemu proponujemy przeprowadzanie okresowego nadzoru, nad posiadanymi instalacjami procesowymi, pod względem aktualności i poprawności zastosowanych zabezpieczeń, jak i rzetelne odzwierciedlenie tego stanu w posiadanym dokumencie dokumencie zabezpieczenia przed wybuchem.
Magazynowanie w silosach wtórne wybuchy Nie jest to proste, szczególnie gdy składowanie np. miału węglowego i/lub biomasy znajduje się na placu składowym obok placu manewrowego i samej instalacji Przyczyny: - parametry wybuchowości pyłu biomasy osiągają wartości (Pmax, Kst) podobne jak pyłu węgla kamiennego, - pył biomasy stwarza zagrożenie ze strony nawet stosunkowo słabych źródeł zapłonu (dużo niższe MIE!) - pył biomasy charakteryzuje się dużo mniejszym ciężarem nasypowym co stwarza, między innymi, zagrożenie segregacji podczas transportu, składowania, mielenia,... - składowanie pyłów biomasy odbywa się zwykle w (bardzo) dużych zbiornikach magazynowych o pojemnościach sięgających nawet 4 000 (6 000) m3; to w przypadku wybuchu i pożaru grozi fatalnymi skutkami (skala zjawiska), - składowanie biomasy typu rolniczego może prowadzić do powstania procesów biologicznych (fermentacja) co zwiększa zagrożenie samozapłonu, - wybuch w silosach zabudowanych obok placów składowych miału węglowego i/lub biomasy i nieodpowiednio zabezpieczonych stwarza zagrożenie powstania, szczególnie niebezpiecznych, wtórnych wybuchów w obszarze składowania.