Eksplozje pyłów łatwopalnych stanowią zagrożenie w każdym zakładzie produkcyjnym. Materiały, które są palne w postaci zestalonej, najprawdopodobniej będą stanowiły zagrożenie deflagracją i/lub eksplozją, gdy w wyniku różnych procesów produkcyjnych i redukcyjnych zostaną podzielone na bardzo drobne cząsteczki.
Procesy, w których powstają pyły, to m.in.: obróbka skrawaniem, mielenie, polerowanie, szlifowanie, oczyszczanie powierzchni, szczotkowanie, wiercenie, cięcie czy obróbka ścierna. Materiały, które mogą eksplodować w postaci pyłu, to większość materiałów organicznych i wiele metali, które mają skłonność do wykazywania ekstremalnych właściwości palnych i wybuchowych.
Kierownictwo zakładu przemysłowego staje więc przed problemem znalezienia najlepszego systemu odpylającego – takiego, który skutecznie usunie pyły powstające w procesach technologicznych, a jednocześnie zminimalizuje zagrożenia związane z tymi pyłami w sposób najbardziej opłacalny. Do takich celów używa się dwóch podstawowych typów systemów odpylania: odpylacze suche oraz mokre.
Podstawowe typy urządzeń do odpylania
Odpylacze suche
Amerykańskie Narodowe Stowarzyszenie Ochrony Przeciwpożarowej (National Fire Protection Association – NFPA) definiuje odpylacze suche jako cyklony i odpylacze filtrujące, obejmujące filtry workowe i filtry kartridżowe (fot. 1, fot. 2). Niniejszy artykuł skupia się na odpylaczach filtrujących, które wykorzystują filtry kartridżowe o wysokiej skuteczności do wychwytywania pyłów przemysłowych.
Zwykle zapylone powietrze wchodzi do filtra przez wlot z deflektorami, a następnie przepływa przez medium filtrujące, które zbiera pył. Periodyczne impulsy sprężonego powietrza wydmuchują pył z filtrów i powodują jego zbieranie się w koszu samowyładowczym, który musi być okresowo opróżniany.
Filtry kartridżowe są dostępne na rynku z szerokim zakresem mediów do filtracji podstawowej, która może osiągnąć bardzo wysoką skuteczność wychwytywania drobnych cząsteczek. Wyspecjalizowane media filtrujące mają dodatkowe właściwości, takie jak trudnopalność, przewodność elektryczną (do usuwania ładunków elektrostatycznych) oraz odporność na materiały adhezyjne. Do systemu może być dodany wtórny, wysokosprawny filtr powietrza (High Efficiency Particulate Air filter – HEPA-grade), aby osiągnąć skuteczność filtrowania taką, jaka jest wymagana w pomieszczeniach czystych (cleanroom-grade). Jest to ważne, jeśli powietrze wylotowe z filtra wraca do fabryki.
Odpylacze mokre
Odpylacze mokre, zwane także skruberami (scrubber) (albo aparatami absorpcyjnymi – przyp. tłum.) (fot. 3), usuwają pyły z powietrza poprzez zraszanie go kropelkami wody. Im mniejsze kropelki, tym większa efektywność odpylacza.
Istnieją różne konstrukcje tych urządzeń. Do usuwania pyłu stosowane są w nich dysze rozpylające, dysze tworzące mgłę, cyklony (cząstki pyłu oddzielane są od powietrza dzięki działaniu siły odśrodkowej), zwężki Venturiego i/lub różne konfiguracje zraszania powietrza. Po wychwyceniu pyłu jego cząsteczki opadają wraz z wodą do osadnika, gdzie są oddzielane za pomocą siły grawitacji lub zbierane z powierzchni wody.
Typowy skruber Venturiego ma konstrukcję w kształcie zwężki Venturiego oraz dyszę rozpylającą we wlocie powietrza, która tworzy drobną mgiełkę szybko poruszających się kropelek wody. Im większa prędkość kropelek mgły, tym większa efektywność odpylacza. Podczas procesu odpylania następuje także duży spadek ciśnienia w systemie. Zakładany w projekcie odpylacza przepływ powietrza musi być utrzymywany w sposób ciągły, w przeciwnym razie efektywność filtrowania spadnie.
Odpylacze cyklonowe albo odśrodkowe wykorzystują różne rodzaje opisanych technik odpylania. Przekrój częściowy odpylacza cyklonowego mokrego ze zintegrowanym wentylatorem pokazany jest na fot. 4.
Efektywność filtrowania odpylaczy mokrych zależy od wielu czynników, ale najważniejszy to wielkość cząsteczek wychwytywanych pyłów. Jeśli ich wymiary są mniejsze od 10 µm, powinno się zastosować odpylacz Venturiego. Duże prędkości cząsteczek w zwężce Venturiego powodują tworzenie się drobniejszej mgły, co pomaga w wychwytywaniu mniejszych cząsteczek zanieczyszczeń, ale jednocześnie powoduje większy pobór energii przez odpylacz. Jeśli wymiary pyłów są większe od 10 mikronów, zastosowanie odpylacza cyklonowego przyniesie znaczne oszczędności energii.
W przypadku skruberów wodnych ważna jest jakość wody doprowadzanej do tych urządzeń. Musi być ona czysta lub pochodzić z recyklingu. Stężenie cząsteczek pyłu w płynie musi być utrzymywane na poziomie mniejszym od 5%, aby zapewnić efektywność filtracji.
Mokry czy suchy?
Ważną zaletą odpylaczy mokrych jest to, że gdy łatwopalne cząsteczki pyłów wychwytywane są przez płyn filtrujący, są one jednocześnie odcinane od tlenu, tak więc zagrożenie pożarem jest kontrolowane. Jednak wiele pyłów metali reaguje z wodą, zaś niektóre z nich mogą w kontakcie z wodą powodować wydzielanie się wodoru. Należy to rozważyć przed wyborem odpylacza mokrego. Ponadto wiele pyłów może być traktowanych jako niebezpieczne, zaś zgodne z przepisami usuwanie mokrych odpadów może być droższe niż materiałów suchych.
Stosowanie odpylaczy suchych wiąże się z wyższym poziomem zagrożenia wybuchem pyłu palnego. Z tego powodu wymagają one zainstalowania dodatkowego wyposażenia przeciwwybuchowego.
Odpylacze suche zwykle mogą być produkowane do pracy z bardzo dużymi wartościami natężenia przepływu powietrza i ciężkimi cząsteczkami pyłów, podczas gdy odpylacze mokre wymagają wielu systemów do pracy przy większych wartościach przepływu powietrza. Użycie odpylacza mokrego do filtrowania powietrza zawierającego ciężkie cząsteczki pyłu oznacza także większe zużycie wody i trudniejsze jej uzdatnianie.
W tabeli przedstawiono ogólne porównanie odpylaczy mokrych i suchych według wymagań NFPA.
Czasami wybór pomiędzy systemem odpylania mokrego a suchego nie będzie łatwy. Pierwszym krokiem w procesie podejmowania decyzji może być testowanie pyłu. Zalecane są dwa typy takiego testowania:
-> laboratoryjne, precyzujące właściwości fizyczne pyłu, które mają wpływ na efektywność filtrowania i działanie odpylacza,
-> wybuchowości, które określa własności palne i wybuchowe pyłu.
Podstawą w analizowaniu wyboru najlepszego systemu filtrowania (mokry czy suchy) dla danej aplikacji jest zarówno testowanie własności wybuchowych pyłu, jak i zastosowanie odpowiedniego wyposażenia przeciwwybuchowego lub ochronnego w wybranym odpylaczu i związanych z nim komponentach systemu.
**********
Wybór rodzaju odpylacza – polska perspektywa
Instalacje odpylania instaluje się w obiektach przemysłowych głównie w celu zagwarantowania bezpieczeństwa i zdrowia pracowników. Chodzi też o zapewnienie wynikających z przepisów prawa wymogów związanych z BHP.
Wymagania polskich przepisów
Obecnie obowiązuje w naszym kraju Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej (DzU z 2010 r. nr 138, poz. 931). Przepisy w nim zawarte weszły w życie 31 października 2010 r. Rozwiązania przyjęte w Rozporządzeniu stanowią krajową implementację Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 1999 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa (piętnasta dyrektywa szczegółowa w rozumieniu art. 16 ust. 1 dyrektywy 89/391/EWG) oraz Dyrektywy Rady z dnia 12 czerwca 1989 r. w sprawie wprowadzenia środków mających na celu ulepszenie warunków BHP pracowników podczas pracy. Warto zwrócić uwagę, że to właśnie ze wspomnianego Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010 r. wynika m.in. obowiązek opracowania dokumentu zabezpieczającego przed wybuchem, czasem potocznie określanego jako tzw. dokument ATEX.
W tym roku w DzU nr 0, poz. 1348 znalazło się Obwieszczenie Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 7 czerwca 2017 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu Rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Społecznej w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy z dnia 6 czerwca 2014 r. (DzU z 2014 r., poz. 817). Problematyka zapylenia pojawia się też w wielu normach, np. PN-EN 16450:2017-05 „Powietrze atmosferyczne. Automatyczne systemy pomiarowe do pomiarów stężenia pyłu zawieszonego (PM10; PM2,5)”, PN-EN 50632-2-4:2017-02 „Narzędzia o napędzie elektrycznym. Procedura pomiaru pylenia. Część 2-4: Wymagania szczegółowe dotyczące szlifierek innego typu niż dyskowe”, PN-EN 689:2002 „Powietrze na stanowiskach pracy. Wytyczne oceny narażenia inhalacyjnego na czynniki chemiczne przez porównanie z wartościami dopuszczalnymi i strategia pomiarowa” czy też PN-Z-04008-7:2002 „Ochrona czystości powietrza. Pobieranie próbek. Zasady pobierania próbek powietrza w środowisku pracy i interpretacji wyników”.
Dobór urządzenia odpylającego
Jeśli chodzi o dobór właściwego urządzenia odpylającego do stref zagrożonych wybuchem, to, jak mówi Tomasz Stapf, dyrektor w firmie „Platforma Filtrowentylacyjna”, podstawą jest Dokument Zabezpieczający Przed Wybuchem (DZPW). To właśnie zgodnie z nim dokonuje się wyboru urządzenia oznaczonego odpowiednią kategorią. Kategoria urządzenia odpowiada strefie, w jakiej może ono pracować. Ważne jest również ustalenie, czy strefa wybuchowa występuje tylko wewnątrz instalacji odpylającej, czy również na zewnątrz w miejscu posadowienia urządzenia filtracyjnego. Jak dodaje, urządzenie filtracyjne powinno być odpowiednio zabezpieczone, aby ewentualny wybuch w urządzeniu substancji niebezpiecznych został zneutralizowany w sposób kontrolowany i nie spowodował żadnych strat.
Kolejnym elementem jest dobranie wielkości urządzenia tak, aby zapewnić skuteczny odciąg niebezpiecznych substancji lotnych ze stanowisk pracy. Skuteczność odciągu określa się na podstawie badania stężenia czynników szkodliwych na stanowisku pracy, a ich maksymalne stężenie określają odpowiednie polskie normy i rozporządzenia.
Jak tłumaczy Tomasz Stapf, najskute-czniejszym sposobem eliminowania czynników szkodliwych na stanowiskach pracy jest ich wychwytywanie bezpośrednio przy miejscu powstawania. Unika się wówczas rozprzestrzeniania się szkodliwych i niebezpiecznych substancji poza miejsce ich powstawania, a tym samym budowy kosztownych instalacji wentylacyjnych. W takim przypadku kluczowe jest dobranie odpowiedniej ssawy lub króćca i zapewnienie właściwej prędkości porywania dla danego medium. Cała instalacja powinna być wykonana z wykorzystaniem elementów dopuszczonych przez DZPW i zgodnie z polskimi normami.
Wybór urządzenia zależy od filtrowanego medium, wydajności instalacji oraz miejsca posadowienia filtra. Do instalacji o dużych wydajnościach stosuje się filtry suche, workowe z zabezpieczeniami przeciwwybuchowymi. Odpowiednie zabezpieczenia muszą być również zastosowane na całej instalacji, a wszystkie urządzenia muszą mieć certyfikaty i dopuszczenia do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem i posiadać stosowne oznaczenia.
W przypadku systemów do odpylania liczy się przede wszystkim ich skuteczność, ale też zgodność z obowiązującymi w Unii Europejskiej i w Polsce przepisami. Zawsze też trzeba pamiętać, że budowa odpowiedniej instalacji odpylania wymaga uwzględnienia takich czynników, jak: rodzaj produkcji, przerabiany materiał i jego ilość, szacowana wielkość zapylenia itp. Tam, gdzie występuje zagrożenie wybuchem, trzeba też stosować systemy w wykonaniu przeciwwybuchowym.
Oprac. Bohdan Szafrański
**********
Autor: John Dauber, John Davidson i Mike Walters są pracownikami firmy Camfil-Farr. Mike Walters pełni także funkcję przewodniczącego komitetu NFPA ds. obsługi i transportu pyłów, oparów i gazów.
