Dobór przerywaczy płomienia na przykładzie majstra Kleciółki – cz. 2.

W poprzedniej części rozważaliśmy przypadek zabezpieczenia instalacji zrzutowej wodoru za pomocą końcowych przerywaczy płomienia oraz problemy, które ten typ zabezpieczenia może powodować. Dobór zabezpieczenia przeprowadzono poprawnie, z uwzględnieniem obowiązujących norm oraz dobrej praktyki inżynierskiej. Ważnym czynnikiem było również kryterium ekonomiczne – poziom cenowy tego typu rozwiązań jest niezwykle atrakcyjny w porównaniu z wariantami opisanymi w dalszej części niniejszego artykułu. Użytkownik dokonując wyboru, nie wziął jednak pod uwagę zmienności warunków pogodowych w odniesieniu do specyficznych właściwości wodoru przy rozprężaniu.

Na etapie wyboru właściwego typu zabezpieczenia majster Kleciółka, bo tak nazwaliśmy naszego fikcyjnego inżyniera, miał do rozważenia trzy różne opcje przerywaczy płomienia: końcowy zabezpieczający przed deflagracją atmosferyczną (to właśnie ten typ zabezpieczenia został wybrany przez majstra Kleciółkę w 1. części niniejszego opracowania); dwukierunkowy zabezpieczający przed deflagracją wewnątrz rurociągu (wariant 2) oraz dwukierunkowy zabezpieczający przed detonacją – (wariant 3). W niniejszym artykule przyjrzymy się bliżej wariantom 2 oraz 3. Warunki procesowe przyjmijmy identyczne jak poprzednio, tj.:

• palnym a zarazem wybuchowym gazem obecnym w instalacji jest wodór – grupa wybuchowości IIC,
• w instalacji znajduje się 20 m3 wodoru,
• temperatura robocza gazu wynosi maks. 45OC, natomiast ciśnienie robocze wewnątrz instalacji 2 bar g,
• instalacja wyposażona jest w dwa rurociągi zrzutowe o średnicy DN 50 każdy.

Wariant 2, czyli zabezpieczenie rurociągów wydmuchowych za pomocą rurowych dwukierunkowych przerywaczy płomienia deflagracji.

Przerywacze płomienia deflagracji obarczone są kilkoma ograniczeniami. Najważniejsze z nich dotyczą konieczności stosowania przerywaczy o średnicy co najmniej równej średnicy rurociągu zrzutowego (w tym przypadku DN 50) oraz zabudowy w odległości nie większej niż 30-krotność średnicy rurociągu (L/D≤30, co daje 1,5 m dla średnicy DN 50) od źródła zapłonu (w naszym przypadku od wlotu z rurociągu). Od strony praktycznej przy doborze dla konkretnej aplikacji należy uwzględnić takie czynniki jak temperatura gazu, jego ciśnienie robocze oraz możliwość dostępu dla celów serwisowych: konieczność demontażu przerywacza płomienia na czas przeglądu. Jak pamiętamy, w naszym przypadku wylot z rurociągu zrzutowego zlokalizowany jest 0,5 m ponad poziomem dachu. Chcąc uniknąć kłopotów wynikających z niekorzystnego wpływu warunków atmosferycznych na przerywacz płomienia, możemy przenieść go poniżej poziomu dachu hali. Ponieważ jednak do dyspozycji mamy jedynie 1,5 m odległości, przerywacz z dużym prawdopodobieństwem będzie trudno dostępny, co znacząco skomplikuje jego przeglądy i serwis (budowa rusztowania, prace na wysokości, likwidacja stanowiska).

Wariant 3, czyli zabezpieczenie rurociągów wydmuchowych za pomocą rurowych dwukierunkowych przerywaczy płomienia detonacji.

Przerywacze płomienia detonacji podlegają również kilku ograniczeniom: podobnie jak w poprzednim przypadku ich średnica musi być co najmniej równa średnicy rurociągu, natomiast ciśnienie oraz temperatura robocza nie mogą przekraczać wartości, dla jakich przerywacz został certyfikowany. W tym przypadku nie występuje natomiast ograniczenie co do odległości od źródła zapłonu, czyli możemy go zabudować w miejscu dogodnym pod względem technologicznym oraz pod kątem przyszłych przeglądów serwisowych.

Dla obu wariantów przy doborze przerywaczy należy wziąć pod uwagę takie parametry jak: wykonanie materiałowe korpusu oraz jednostki filtra płomienia (elementy te powinny być odporne na korozyjny wpływ medium); normę określającą typ przyłącza; orientację (przy niektórych typach i średnicach przerywaczy płomienia deflagracji); spadki ciśnienia wywołane przepływem strumienia gazu w zależności od kształtu przerywacza oraz ilość ewentualnych zanieczyszczeń występujących w medium i rurociągu.
Porównanie obu wariantów najlepiej zobrazuje poniższa tabela.

Zastosowanie zabezpieczeń w postaci przerywaczy płomienia deflagracji daje wymierne korzyści cenowe. Decydując się na takie rozwiązanie, narażamy się jednak na komplikacje wynikające z opisanych wcześniej ograniczeń dotyczących miejsca zabudowy. W przypadku niekorzystnego przebiegu rurociągów zrzutowych przerywacze będą trudno dostępne, co znacząco skomplikuje czynności serwisowe, a to z kolei przełoży się na znaczne zwiększenie kosztów eksploatacji całej linii produkcyjnej.

Zastosowanie wariantu 3 znacząco zwiększy koszty inwestycyjne, eliminując jednocześnie problemy wynikające z zabudowy oraz późniejszego serwisu przerywaczy (przerywacz detonacji można zabudować bezpośrednio za zaworem spustowym, co zapewnia swobodny dostęp podczas przeglądów). Zasadniczym ograniczeniem mogą być tu jednak spadki ciśnienia, jakie przerywacz tego typu może generować. Taka sytuacja może być szczególnie problematyczna w przypadku, gdy mamy do czynienia z linią procesową o ciągłym przepływie medium lub liniami hermetyzacji połączonymi ze zbiornikami, gdzie każdy mbar spadku ciśnienia może powodować poważne konsekwencje.

W przeciwieństwie do wariantu 1 oba omawiane tu typy zabezpieczeń nie podlegają bezpośrednio wpływom warunków pogodowych (zabudowa wewnątrz hali), co praktycznie eliminuje konieczność stosowania dodatkowych zabezpieczeń w postaci ogrzewania lub izolacji termicznej, które generowałyby dodatkowe koszty – zarówno inwestycyjne, jak i eksploatacyjne.

Z obserwacji poczynionych podczas przeglądów przerywaczy pracujących na instalacjach wydmuchowych można wyciągnąć następujące wnioski. Bardzo często dochodzi do uszkodzeń wewnętrznej strony filtra płomienia przez cząstki rdzy lub kawałki zanieczyszczeń porywanych przez rozprężający się strumień gazu. Każde mechaniczne uszkodzenie filtra płomienia uniemożliwia dalszą jego eksploatację. Dodatkowo, jeśli gaz jest zaolejony, to dochodzi do oblepiania filtra płomienia, co z kolei prowadzi do drastycznego zwiększenia spadków ciśnienia. W takich sytuacjach po każdym zrzucie gazu, zwłaszcza gdy ilość zanieczyszczeń jest znaczna, a proces zrzutu i rozprężania jest długi, konieczne są przegląd i konserwacja zabezpieczenia. W przypadku zastosowania przerywaczy rurowych (wariant 2 oraz 3) oraz mediów lub procesów technologicznych silnie zanieczyszczonych dobrym sposobem pozwalającym na bezproblemowe użytkowanie instalacji jest zabudowanie dwóch równoległych przerywaczy, przy czym w danej chwili pracuje tylko jeden z nich (drugi jest odcięty zaworami). W przypadku stwierdzenia wzrostu oporów przepływu możliwe jest przekierowanie strumienia gazu na przerywacz rezerwowy. Pozwala nam to zdemontować pracujące do tej pory zabezpieczenie, a następnie poddać je konserwacji lub wymianie. Stopień zanieczyszczenia przerywaczy łatwo można zmierzyć za pomocą czujnika różnicy ciśnień lub odpowiedniego typu manometru. Uzyskane w ten sposób dane mogą zostać zaciągnięte do systemu sterowania w celu automatycznego informowania operatora o problemie.

Wszystkie typy przerywaczy płomienia, bez względu na typ, rodzaj, grupę wybuchowości, typ medium czy inne parametry, niezależnie od ilości pracy włożonej w staranny i poprzedzony dokładną analizą dobór dla danej aplikacji, do prawidłowej i bezproblemowej eksploatacji wymagają regularnych przeglądów i konserwacji. To od użytkownika, zależy czy uwzględni wymagania zawarte w instrukcji obsługi, tworząc procedurę pozwalającą na utrzymanie urządzeń w pełnej sprawności, czy też nie.

Jak pokazują przedstawione przypadki, proces doboru przerywaczy płomienia nie jest zagadnieniem łatwym, a kierowanie się jedynie obowiązującymi normami i rozporządzeniami nie zawsze gwarantuje długotrwałą i poprawną pracę zastosowanego rozwiązania. Dlatego też dobór tego typu urządzeń powinien być realizowany przez specjalistę z bogatym doświadczeniem oraz wiedzą z zakresu wielu branż.

* dla grupy wybuchowości IIA/IIB zależność długości rurociągu od średnicy przyjmuje postać L/D≤50
** w przypadku montażu we wnętrzu hali

Dobór przerywaczy płomienia na przykładzie majstra Kleciółki – cz. 1.