Odprężanie wybuchu (Venting) – kiedy to tanie rozwiązanie staje się śmiertelną pułapką?

Na pierwszy rzut oka odprężanie wybuchu (venting) wygląda jak jedno z najprostszych zabezpieczeń przeciwwybuchowych. Montuje się panel rozrywny, który w razie eksplozji otwiera się i odprowadza nadmiar ciśnienia. Problem w tym, że wiele osób zatrzymuje się właśnie na tym etapie myślenia. W praktyce venting nie eliminuje skutków wybuchu – jedynie kieruje je w określoną stronę, a źle zaprojektowany może stworzyć nowe zagrożenie dla ludzi, budynków i sąsiednich instalacji.

Czy odprężanie wybuchu naprawdę chroni instalację przed skutkami eksplozji?

Tak, ale tylko częściowo – odprężanie wybuchu ogranicza ciśnienie wewnątrz urządzenia, nie zatrzymuje samego wybuchu.

To bardzo ważne rozróżnienie. W wielu zakładach można spotkać się z przekonaniem, że po zamontowaniu paneli rozrywnych problem wybuchu został rozwiązany. Tymczasem wybuch nadal występuje.

Zmienia się jedynie jego przebieg. Zamiast gwałtownego wzrostu ciśnienia prowadzącego do rozerwania urządzenia, część energii zostaje odprowadzona na zewnątrz przez specjalnie zaprojektowaną powierzchnię odciążającą.

Oznacza to redukcję ciśnienia do poziomu określanego jako Pred (reduced explosion pressure). To właśnie ta wartość decyduje, czy chroniony aparat, filtr, silos lub odpylacz przetrwa zdarzenie.

Kluczowe jest jednak coś jeszcze.

Panel rozrywny chroni przede wszystkim urządzenie, a nie zawsze ludzi znajdujących się w jego pobliżu.

I właśnie dlatego projektowanie systemu venting nie może ograniczać się wyłącznie do doboru powierzchni odciążającej.

Jak działa venting i dlaczego panele rozrywne otwierają się dopiero podczas wybuchu?

Panele rozrywne pozostają szczelnie zamknięte podczas normalnej pracy i otwierają się dopiero wtedy, gdy ciśnienie osiągnie określoną wartość.

To rozwiązanie musi spełnić dwa pozornie sprzeczne wymagania. Z jednej strony panel powinien być wystarczająco wytrzymały, aby wytrzymać codzienną eksploatację:

• podciśnienie,
• drgania,
• zmiany temperatury,
• obciążenia procesowe.

Z drugiej strony musi otworzyć się błyskawicznie w momencie wybuchu. Mówimy tutaj o czasie liczonym w milisekundach. Kiedy wewnątrz urządzenia następuje zapłon mieszaniny wybuchowej, ciśnienie zaczyna gwałtownie rosnąć. Po osiągnięciu określonej wartości otwarcia panel ulega kontrolowanemu rozerwaniu lub odchyleniu.

W tym momencie:

• ciśnienie znajduje drogę ujścia,
• płomień wydostaje się na zewnątrz,
• część energii wybuchu zostaje odprowadzona.

To właśnie dlatego wokół paneli rozrywnych wyznacza się specjalne strefy bezpieczeństwa. Bo przez otwór nie wydostaje się wyłącznie powietrze. Może pojawić się:

• płomień,
• fala ciśnienia,
• gorące gazy,
• niespalony materiał procesowy.

I właśnie ten aspekt jest często pomijany podczas projektowania instalacji.

Kiedy odprężanie wybuchu staje się zagrożeniem dla ludzi i otoczenia?

Odprężanie wybuchu staje się niebezpieczne wtedy, gdy energia wybuchu zostaje skierowana w miejsce, gdzie przebywają ludzie lub znajdują się inne urządzenia.

To właśnie dlatego określenie „tanie zabezpieczenie przeciwwybuchowe” bywa bardzo mylące.

Sam panel rozrywny jest stosunkowo prostym rozwiązaniem. Znacznie trudniejsze jest zapewnienie odpowiednich warunków do jego bezpiecznej pracy.

Wyobraźmy sobie odpylacz zamontowany przy ścianie hali produkcyjnej.

Od strony procesu wszystko wygląda poprawnie:

• dobrano odpowiednią powierzchnię odciążającą,
• urządzenie spełnia wymagania obliczeniowe,
• panel został prawidłowo zamontowany.

Ale za ścianą znajduje się ciąg komunikacyjny.

W chwili wybuchu przez panel może wydostać się kilkumetrowy jęzor płomienia, gorące gazy i fala nadciśnienia.

Instalacja jest chroniona, ale człowiek znajdujący się w strefie wyrzutu już nie. To właśnie dlatego wiele aplikacji wymaga dodatkowych rozwiązań, takich jak:

• kanały odciążające,
• bezpłomieniowe systemy venting,
• tłumienie wybuchu,
• izolacja wybuchu.

Szczególnie w budynkach, gdzie nie ma możliwości bezpiecznego odprowadzenia skutków eksplozji na zewnątrz.

Dlaczego nie każda instalacja nadaje się do zastosowania paneli rozrywnych?

Prawidłowo zaprojektowane odprężanie wybuchu wymaga miejsca, w którym skutki wybuchu mogą zostać bezpiecznie odprowadzone.

To właśnie dlatego venting świetnie sprawdza się na zewnątrz budynków, ale nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem wewnątrz hal produkcyjnych.

Problem pojawia się wtedy, gdy w pobliżu znajdują się:

• stanowiska pracy,
• ciągi komunikacyjne,
• inne urządzenia technologiczne,
• instalacje elektryczne,
• elementy konstrukcyjne budynku.

W takich przypadkach nawet prawidłowo działające panele rozrywne mogą stworzyć nowe zagrożenie.

Dodatkowo należy uwzględnić charakterystykę chronionego medium. Im wyższe wartości Kst i Pmax, tym większe wymagania dotyczące powierzchni odciążającej oraz przestrzeni potrzebnej do bezpiecznego odprowadzenia skutków wybuchu.

Jakie błędy przy projektowaniu ventingu najczęściej pojawiają się w zakładach przemysłowych?

Najwięcej problemów nie wynika z samej technologii ventingu, lecz z błędnych założeń projektowych.

W praktyce bardzo często spotyka się sytuacje, w których system został dobrany dla warunków sprzed kilku lat, a proces technologiczny zdążył się już zmienić.

Typowe błędy obejmują:

• nieuwzględnienie zmian parametrów produktu,
• nieaktualne dane dotyczące Kst lub Pmax,
• montaż paneli w miejscu ograniczającym swobodny wyrzut,
• brak analizy strefy oddziaływania płomienia,
• nieuwzględnienie sąsiednich urządzeń i konstrukcji.

Problemem bywają również kanały odciążające.

Choć pozwalają odprowadzić skutki wybuchu poza budynek, jednocześnie zwiększają opory przepływu. A to oznacza, że rzeczywiste ciśnienie zredukowane może być wyższe niż zakładano podczas obliczeń.

W efekcie instalacja, która teoretycznie była zabezpieczona, może podczas wybuchu zostać poddana znacznie większym obciążeniom.

Kiedy zamiast ventingu warto rozważyć tłumienie lub izolację wybuchu?

Jeżeli nie można bezpiecznie odprowadzić skutków wybuchu na zewnątrz, samo odprężanie wybuchu często nie jest wystarczające.

Dotyczy to szczególnie:

• urządzeń znajdujących się wewnątrz budynków,
• instalacji zlokalizowanych blisko stanowisk pracy,
• procesów o wysokiej energii wybuchu,
• rozbudowanych układów transportu pyłów.

W takich przypadkach projektanci coraz częściej sięgają po rozwiązania aktywne.

W praktyce bardzo często stosuje się połączenie kilku metod. Przykładowo odpylacz może posiadać panele rozrywne, a jednocześnie system izolacji chroniący pozostałą część instalacji przed propagacją wybuchu. Jeżeli chcesz poznać różnice pomiędzy tymi rozwiązaniami, warto przeczytać również wpis o tłumieniu wybuchu i działaniu systemu HRD, a także na temat izolacji wybuchu. Bo skuteczna ochrona przeciwwybuchowa bardzo rzadko opiera się na jednym zabezpieczeniu.

Najczęściej zadawane pytania o odprężanie wybuchu (Venting)

Źródła

Dyrektywa 2014/34/UE (ATEX produktowy)
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32014L0034

Dyrektywa 1999/92/WE (ATEX użytkownika)
https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/1999/92/oj/eng

PN-EN 14491:2012 – Dust explosion venting protective systems
https://sklep.pkn.pl/pn-en-14491-2012p.html

EN 14797:2006 – Explosion venting devices
https://webstore.ansi.org/standards/din/dinen147972007

EN 16009:2011 – Flameless explosion venting devices
https://webstore.ansi.org/standards/din/dinen160092011

NFPA 68 – Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting
https://www.nfpa.org/codes-and-standards/nfpa-68-standard-development/68

HSE – Explosion Relief and Venting Guidance
https://www.hse.gov.uk/comah/sragtech/techmeasexplosio.htm

CSB – Combustible Dust Safety and Investigation Reports
https://www.csb.gov/combustible-dust/

Fike – Explosion Venting Technical Bulletin
https://my.fike.com/_fike_docs/Explosion_Protection/Explosion_Vents/_GLOBAL_Explosion_Vents/Technical_Bulletins/80300004_Explosion_Venting.pdf

Chemical Engineering Transactions (AIDIC) – Dust Explosion Protection by Flameless Venting
https://www.aidic.it/cet/13/31/123.pdf