Bezpieczeństwo funkcjonalne i przeciwwybuchowe przenośników taśmowych

Przenośniki taśmowe to wbrew pozorom bardzo złożone urządzenia służące do transportu materiałów sypkich lub drobnych, a w warunkach kopalni podziemnych – także ludzi. Na ich wyposażenie elektryczne składa się wiele czujników, wyłączników i sygnalizatorów zapewniających bezpieczną i bezawaryjną pracę ciągów transportowych. W wielu przypadkach wyposażenie elektryczne przenośników musi być przystosowane do pracy w warunkach zagrożenia wybuchem, a niemal zawsze powinno cechować się wysoką odpornością na niekorzystne warunki środowiskowe.

Omawiając zagadnienie bezpieczeństwa funkcjonalnego przenośników taśmowych należy brać pod uwagę głównie dwie kwestie: zapewnienie niezawodności (każda nieplanowana przerwa w ruchu powoduje duże straty produkcyjne i – co za tym idzie – finansowe) oraz zagwarantowanie bezpieczeństwa personelu obsługi ̶ zarówno podczas normalnej eksploatacji, jak i w czasie wymaganych zabiegów konserwacyjnych i napraw. W układach sterowania przenośników znajduje się więc szereg podzespołów elektrycznych bądź elektronicznych, pełniących różne funkcje. Będą to kolejno:

• czujniki ruchu obrotowego (często programowalne), wykrywające poślizg bębnów napędzających i zapobiegające uszkodzeniu taśmy, dzięki współpracy z systemem sterowania przenośnika;
• czujniki zbiegania (mechaniczne, najczęściej dwustopniowego działania), odpowiedzialne za wykrywanie krzywobieżności taśmy przenośnika i uruchamiające systemy automatycznej korekcji jej biegu lub jedynie sygnalizujące problem obsłudze; po osiągnięciu swojego skrajnego wychylenia czujniki te zwykle uruchamiają procedurę awaryjnego zatrzymania przenośnika;
• linkowe wyłączniki awaryjne, wykorzystywane przez personel do awaryjnego zatrzymania przenośnika, czy to w przypadku zagrożenia życia lub zdrowia, czy też w przypadku stwierdzenia nieprawidłowości w pracy systemu transportu, grożących wystąpieniem awarii;
• sygnalizatory świetlno-dźwiękowe, uruchamiane przed ponownym wprawieniem przenośnika taśmowego w ruch, celem ostrzeżenia obsługi.

Bardzo często, szczególnie w przypadku większych przenośników charakteryzujących się dużą inercją, konieczne jest zastosowanie dodatkowych systemów hamujących. Należy tutaj wyraźnie rozgraniczyć pojęcia awaryjnego wyłączenia przenośnika (sprowadzającego się zwykle do odłączenia zasilania napędu) od awaryjnego zatrzymania – tylko w tym drugim przypadku, kiedy zaangażowany jest system hamujący, można ustrzec się w pełni przed skutkami awarii lub groźnego dla zdrowia lub życia incydentu.

Ze względu na zaostrzające się po wejściu naszego kraju do Unii Europejskiej przepisy przeciwwybuchowe zawarte w Dyrektywie ATEX, coraz więcej obszarów w zakładach wydobywczych, produkcyjnych czy przetwórczych klasyfikowanych jest jako strefy zagrożone wybuchem gazów, pyłów lub gazów i pyłów łącznie. Ponieważ przenośniki taśmowe są bardzo często wykorzystywane do transportu materiałów mocno pylących (a więc tworzących atmosferę wybuchową), takich jak miał węglowy, wymusza to stosowanie odpowiedniego osprzętu elektrycznego w wykonaniu Ex. W praktyce, w zależności od tego z jaką strefą zagrożenia wybuchem mamy do czynienia, można zastosować komponenty certyfikowane dla stref 1 i/lub 2 (kategoria wyposażenia 2D, 2G – zagrożenie wybuchem występuje sporadycznie) lub też znacznie tańsze wersje, przeznaczone do stref 21 i/lub 22 (kategoria wyposażenia 3G, 3D – zagrożenie wybuchem zwykle nie występuje, a jeśli już, to przez krótki okres). W przypadku metanowych kopalni węgla kamiennego certyfikacja urządzeń zgodnie z Dyrektywą ATEX wygląda nieco inaczej, a urządzenia produkowane są w kategorii wyposażenia M1 lub M2.

Kolejnymi ważnymi aspektami związanymi z aparaturą elektryczną wykorzystywaną na przenośnikach taśmowych jest trwałość mechaniczna oraz odporność na często bardzo trudne warunki pracy. Należy tutaj rozróżnić warunki klimatyczne (niskie/wysokie temperatury i ich duże wahania dobowe, wysoka/niska wilgotność, częste opady deszczu/śniegu) oraz warunki wynikające ze specyfiki obiektu i transportowanego medium. W tym ostatnim przypadku bierze się pod uwagę np. pokrywanie elementów przenośnika warstwą pyłu bądź szlamu, oddziaływanie korozyjne transportowanego medium (np. w wytwórniach nawozów sztucznych) czy wreszcie możliwość mechanicznego uszkodzenia poszczególnych elementów przenośnika przez spadający z taśmy urobek (zwłaszcza w przypadku transportu kruszyw czy węgla kamiennego). Szczególną uwagę należy zwrócić na następujące parametry: stopień ochrony (IP), odporność obudowy i jej zewnętrznych mechanizmów na udary mechaniczne (kluczowe znaczenie ma tutaj wykorzystanie materiałów dobrej jakości), trwałość podzespołów elektrycznych (np. zestyków), odporność obudowy i elementów metalowych na korozję czy obecność dodatkowych zabezpieczeń, takich jak kołnierze gumowe oraz dobrej jakości dławnice kablowe zabezpieczające przed penetracją pyłu lub wilgoci do środka urządzenia.

Nawet najlepsze komponenty zastosowane na przenośniku zdadzą się na nic, jeśli nie weźmie się pod uwagę kwestii ich prawidłowego doboru do konkretnej aplikacji i późniejszego poprawnego montażu. Szczególnie duże znaczenie ma to w przypadku wyłączników linkowych, ponieważ stosowana tutaj stalowa linka charakteryzuje się zmienną długością, wynikającą z wahań temperatury otoczenia. Efektem może być samoczynne przełączanie wyłączników w przypadku, gdy linka zbytnio wydłuży się w wysokiej temperaturze lub skróci podczas mrozów. Aby zapobiec temu zjawisku (w polskich warunkach klimatycznych, przy pracy na zewnątrz), powinno się zawsze stosować przy przenośnikach o długości przekraczającej 40-45 m wyłączniki dwustronnego działania. Ponieważ są one montowane na środku chronionego odcinka taśmociągu i współpracują nie z jedną, lecz z dwiema linkami o równej długości, zmiany długości linki są całkowicie samoczynnie kompensowane. Dodatkową zaletą wyłączników dwustronnego działania jest możliwość zabezpieczenia odcinka przenośnika o długości nawet do 200 m przy pomocy zaledwie jednego urządzenia. Daje to w praktyce ogromne oszczędności ̶ dzięki mniejszej liczbie urządzeń i tym samym gniazd montażowych oraz mniejszej łącznej długości niezbędnych przewodów elektrycznych obniża się znacznie koszt wykonania instalacji oraz skraca czas montażu.

Osobną kwestię stanowi podłączenie elektryczne urządzeń zabezpieczających do układu sterowania przenośnika taśmowego tak, aby zapewniony został odpowiedni poziom bezpieczeństwa. Należy pamiętać głównie o tym, że obwody bezpieczeństwa powinny być redundantne (zdublowane), a w układzie sterowania powinno stosować się przekaźniki bezpieczeństwa lub sterowniki zapewniające funkcję bezpieczeństwa. Te dodatkowe komponenty mają zapewnić bezpieczne zatrzymanie awaryjne przenośnika, ale kontrolują też one stan obwodów elektrycznych, m.in. poprzez monitorowanie stanu przewodów prowadzących do poszczególnych wyłączników (kontrola ciągłości obwodu i wykrywanie zwarć) oraz monitorowanie styczników głównych silników napędowych (kontrola zwierania/rozwierania styków).

Oczywiście niniejszy artykuł jedynie sygnalizuje pewne kwestie związane z bezpieczeństwem funkcjonalnym i przeciwwybuchowym przenośników taśmowych. Szczegółowe ich omówienie, w powiązaniu z obowiązującymi przepisami, to temat na dłuższą rozprawę. Warto jednak mieć świadomość, że zastosowanie nawet tak z pozoru prostych urządzeń, jak wyłącznik linkowy, musi być poprzedzone odpowiednimi analizami i precyzyjnym określeniem kryteriów doboru. W przeciwnym razie można spodziewać się sporych komplikacji podczas eksploatacji systemu transportu, co ma najczęściej swój wymiar finansowy.