Wentylatory do zadań specjalnych

Obecnie każdy budynek usługowy, fabryczno – magazynowy czy użyteczności publicznej jest wyposażony w wentylację mechaniczną. Dostarcza ona świeże powietrze do pomieszczeń, jednocześnie usuwając z nich powietrze zanieczyszczone, a w przypadku przedsiębiorstw przemysłowych eliminuje także opary substancji chemicznych czy też pył. Transport powietrza odbywa się przy pomocy wentylatorów.

Ich powstanie zawdzięcza się J. Justusowi Partelsowi, który w 1711 roku wynalazł pierwszą maszynę do przetłaczania powietrza. Ówczesne wentylatory wykorzystywano wtedy do tłoczenia świeżego powietrza do kopalń i pomieszczeń fabrycznych. Można powiedzieć, że projektowane urządzenia od początku były przystosowane do pracy w trudnych warunkach. Wentylatory specjalne najczęściej stosowane są tam, gdzie występuje niebezpieczeństwo zagrożenia wybuchem. Dobrym przykładem są kopalnie. Urządzenia w standardowym wykonaniu nie spełnią swojej funkcji oraz nie zapewnią właściwej ochrony ludzi i mienia, co więcej mogłyby się stać wręcz zagrożeniem dla użytkowników. W celu zapewnienia należytej ochrony wykorzystuje się wentylatory w tak zwanym wykonaniu Ex.

Ex i ATEX...

W pomieszczeniach produkcyjnych, w których korzysta się z materiałów palnych, w lakierniach, stolarniach czy innych pomieszczeniach, w których w procesach technologicznych wykorzystuje się gazy, pary lub mieszaniny powietrzno – pyłowe o właściwościach palnych, może powstać atmosfera wybuchowa. Z tego powodu niezwykle ważne jest odpowiedzialne i profesjonalne podejście do tematyki wentylacji przeciwwybuchowej, a przede wszystkim dobór wentylatorów EX. Prawidłowe działanie wentylacji, transport potencjalnie niebezpiecznych oparów oraz ochronę zarówno użytkowników, jak i obiektów przemysłowych zapewni odpowiedni dobór urządzeń. Niniejszy poradnik powstał na bazie doświadczeń producentów wentylatorów i stanowi kompendium wiedzy dla projektantów instalacji wentylacji przemysłowej dla pomieszczeń, w których występuje ryzyko wybuchu. Zawarte w nim informacje są wsparciem w samodzielnym doborze wentylatorów, dzięki czemu projektowana instalacja będzie wykonana zgodne z wymogami dyrektywy ATEX i zapewni bezpieczną pracę przy założonych parametrach. Dzięki poradnikowi dowiesz się, jakie informacje są niezbędne przy doborze wentylatorów Ex. Zgłębisz wiedzę w zakresie najważniejszych definicji ATEX oraz poznasz kluczowe cechy wentylatorów Ex decydujące o ich efektywnej i bezpiecznej pracy.

Trójkąt zapłonu

Wyzwolenie znacznej ilości energii, które jest spowodowane bardzo szybkim przejściem jednego stanu równowagi w drugi, definiuje się jako wybuch. Aby do niego doszło, musi pojawić się materiał palny wraz z utleniaczem oraz w bliskim otoczeniu źródło zapłonu. Utleniaczem najczęściej jest powietrze, które składa się w 21% z tlenu. Te trzy czynniki pojawiające się równocześnie określa się mianem trójkąta zapłonu.

Należy jednak podkreślić, że wspomniane warunki nie są wystarczające do wywołania wybuchu. Materiał palny staje się mieszaniną wybuchową w momencie przekroczenia pewnego poziomu stężenia w mieszaninie z powietrzem. Dla różnych substancji jest to osiągane na innym poziomie. Czasem wystarczy kilka procent względem objętości (lub g/m³), mówi się wtedy o dolnej granicy wybuchowości (DGW), a niekiedy kilkanaście lub kilkadziesiąt, wtedy jest to górna granica wybuchowości (GGW).

Atmosfera wybuchowa a źródło zapołonu

Mieszaninę substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł lub pyłów z powietrzem w warunkach atmosferycznych, w której po zapaleniu spalanie rozprzestrzenia się na całą niespaloną mieszaninę nazywa się atmosferą wybuchową. Źródło zapłonu może pojawić się z wielu przyczyn. Może to być chociażby iskra wytworzona mechanicznie, gorące powierzchnie, łuk elektryczny, ale także poprzez wyładowania elektrostatyczne czy atmosferyczne. Zapłon może nastąpić podczas obróbki metalu lub kamienia, no i oczywiście bezpośrednio przez zetknięcie z płomieniem*. W procesie oceny ryzyka wybuchu zostaje określony zasięg poszczególnych atmosfer wybuchowych. Wyznacza się przestrzeń, jaka może zostać wypełniona przez mieszaninę pyłowo – powietrzną w chwili jej wystąpienia wraz z częstotliwością jej występowania. W definicjach ATEX pojawia się również termin atmosfera potencjalnie wybuchowa. Oznacza atmosferę, która w zależności od warunków lokalnych i ruchowych może stać się wybuchowa. Oszacowanie stopnia zagrożenia wybuchem w miejscu pracy stanowi podstawę do sprecyzowania wymagań stawianym urządzeniom oraz określenia warunków bezpieczeństwa ich pracy.

* Pełną listę potencjalnych źródeł zapłonu można znaleźć w zapisach normy PN-EN 1127-1:2019-10.

Kiedy nie da się zapobiec...

Najlepszym zabezpieczeniem przed wybuchem jest niedopuszczenie do jego wystąpienia. Można zmniejszyć to ryzyko poprzez stosowanie substancji niepalnych, rozrzedzanie stężenia substancji niebezpiecznych lub na bieżąco usuwać pył powstający z procesów technologicznych. Niestety nie zawsze jest to możliwe. Można również próbować wyeliminować pojawienie się źródła zapłonu, ale jest to trudne, gdyż należałoby przewidzieć wszystkie miejsca i sytuacje, w których może dojść do rozpoczęcia procesu spalania. Co często jest po prostu niewykonalne. Dlatego jednym ze środków bezpieczeństwa jest zastosowanie urządzeń czy systemów, które będą odporne na ciśnienie wybuchu, spowodują jego odciążenie lub stłumienie, albo zapobiegną rozprzestrzenianiu się ognia i fali ciśnienia, jeśli już powstaną.

Dyrektywa ATEX – fr. ATmospheres EXplosibles

Unia Europejska chcąc ujednolicić oznaczenia urządzeń wprowadzanych do obrotu w krajach członkowskich, przeznaczonych do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, stworzyła wymagania , które te urządzenia muszą spełniać, są to:

Dyrektywa 94/9/EC, tzw. ATEX 95 (obowiązuje od 2003 roku) – dotyczy wymagań stawianym produktom. Głównie odnosi się do ich wytwórców.
Dyrektywa 99/92/WE, tzw. ATEX 137 (obowiązująca od 2010 roku) – wskazuje wymagania, które dotyczą stanowisk pracy i jest istotna dla użytkowników.
Dyrektywa ATEX 2014/34/UE (ATEX 114) wprowadzona w 2014 roku obowiązuje od 20 kwietnia 2016 roku – wprowadza drobne zmiany i jest uzupełnieniem dla poprzednich dyrektyw, które zastąpiła.

Wszystkie urządzenia, które poprzez własne źródła zapłonu mogą spowodować wybuch podlegają tak zwanemu „Nowemu Podejściu” Unii Europejskiej, czyli ATEX. Jeśli spełniają ich wytyczne, są oznaczone przez producenta symbolem CE (fr. Conformité Européenne) oraz dodatkowo symbolem Ex. Dzięki zgodności urządzenia z ATEX producent deklaruje bezpieczeństwo pracy urządzeń w miejscach, gdzie potencjalnie może wystąpić atmosfera wybuchowa. Do urządzeń objętych tym rodzajem certyfikowania zalicza się maszyny, aparaturę, sprzęty stałe oraz ruchome, a także komponenty sterujące, zabezpieczające i regulujące, oprzyrządowanie oraz przynależne do nich systemy wykrywania i zapobiegania.

Najważniejsze normy i rozporządzenia związane z tematyką ATEX

Oszacowanie stopnia zagrożenia wybuchem w miejscu pracy stanowi podstawę do sprecyzowania wymagań stawianym urządzeniom oraz określenia warunków bezpieczeństwa ich pracy. Rozwinięcie wszystkich kluczowych definicji związanych z tematyką ATEX można znaleźć w wymienionych poniżej normach i rozporządzeniach:

PN-EN 13237:2013-04: Atmosfery potencjalnie wybuchowe - terminy i definicje dotyczące urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferach potencjalnie wybuchowych
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/34/UE z dnia 26 lutego 2014 r. - w sprawie harmonizacji ustawodawstw państw członkowskich odnoszących się do urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej
Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 6 czerwca 2016 r. - w sprawie wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej
PN-EN 1127-1:2019-10: Atmosfery wybuchowe – Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem – Część 1: Pojęcia podstawowe i metodyka
PN-EN 60079-15:2010: Część 15, PN-EN 60079-0:2013-03: Część 0, PN-EN 60079-1:2014-12: Część 1, PN-EN 60079-7:2016-02: Część 7 - o atmosferach wybuchowych, urządzeniach i zabezpieczeniach urządzeń
PN-EN 60079-10-1:2016: Atmosfery wybuchowe – Część 10–1: Klasyfikacja przestrzeni – Gazowe atmosfery wybuchowe
PN-EN 600079-10-2: Atmosfery wybuchowe – Część 10–2: Klasyfikacja przestrzeni – Pyłowe atmosfery wybuchowe
PN-EN ISO 80079-36:2016-07: Atmosfery wybuchowe – Część 36: Urządzenia nieelektryczne do atmosfer wybuchowych. Metodyka i wymagania
PN-EN ISO 80079-37:2016-07: Atmosfery wybuchowe – Część 37: Urządzenia nieelektryczne do atmosfer wybuchowych – Rodzaj zabezpieczenia nieelektrycznego: bezpieczeństwo konstrukcyjne „c”, nadzorowanie źródeł zapłonu „b”, zanurzenie w cieczy „k”
PN-EN 14986:2017-02: Projektowanie wentylatorów pracujących w atmosferach potencjalnie wybuchowych

Strefy zagrożenia wybuchem

Przestrzeń zagrożoną wybuchem, czyli taką, w której może wystąpić atmosfera wybuchowa w ilościach wymagających podjęcia specjalnych środków w celu zapewnienia bezpieczeństwa i higieny pracy, dzieli się na strefy zagrożenia wybuchem. Obowiązek ich wyznaczenia reguluje Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010 r., które w §5.1 wskazuje, iż to „pracodawca dzieli przestrzenie zagrożone wybuchem na strefy, klasyfikując je na podstawie prawdopodobieństwa i czasu występowania atmosfery wybuchowej”. Ta klasyfikacja ma kluczowe znaczenie w kontekście wdrożenia odpowiednich środków bezpieczeństwa, w tym doboru urządzeń o właściwym przeznaczeniu. Dla gazów, par i mgieł i par cieczy wyróżnia się strefy 0, 1 i 2, natomiast dla palnych pyłów – 20, 21 oraz 22. Ich zasięg wyznacza się bazując na normach PN-EN 60079-10-1:2016 oraz PN-EN 600079-10-2. W zależności od miejsca występowania stref zagrożenia wybuchem wyodrębnia się strefy wewnętrzne oraz strefy zewnętrzne. O pierwszych z nich mówi się w kontekście ich występowania wewnątrz obudów urządzeń i instalacji, o drugich – na zewnątrz tychże urządzeń i instalacji. Jeśli dokument dotyczący ochrony przeciwwybuchowej oparty na ocenie ryzyka nie wskazuje inaczej, urządzenia i systemy ochronne dla miejsc, w których mogą występować atmosfery wybuchowe, muszą być dobrane na podstawie kategorii określonych w Dyrektywie ATEX (2014/34/UE).

Zgodnie z ww. dyrektywą urządzenia dzieli się ze względu na miejsce zastosowania na następujące grupy:

GRUPA I – obejmuje kategorie urządzeń M1 oraz M2. Obie kategorie dotyczą urządzeń przystosowanych do pracy w instalacjach na powierzchni kopalń oraz pod ziemią – w miejscu wyrobisk kopalnianych. W takich obszarach zagrożenie jest związane z występowaniem gazów kopalnianych oraz pyłów palnych. Zaklasyfikowanie urządzeń w tej kategorii oznacza, że są one przystosowane do ciągłej pracy w takich warunkach oraz zapewniają wysoki poziom zabezpieczeń.

GRUPA II – zalicza się tu kategorie urządzeń 1, 2 i 3 (1G, 2G, 3G: dla gazów, a 1D, 2D, 3G: dla pyłów) i obejmuje urządzenia, które są przystosowane do pracy we wszystkich innych strefach zagrożenia wybuchem, przy czym:

Kategoria 1 – określa urządzenia o wysokim stopniu zabezpieczenia. Oznacza, że urządzenie jest wyposażone w co najmniej dwa elementy zabezpieczające, w razie niezadziałania jednego z nich, drugi zapewni zabezpieczenie lub urządzenie spełni oczekiwania w momencie wystąpienia dwóch niezależnych od siebie zagrożeń.

Kategoria 2 – urządzenia posiadają wysoki stopień zabezpieczenia, są przeznaczone do pracy normalnej w atmosferze, w której istnieje duże prawdopodobieństwo powstania atmosfery wybuchowej.

Kategoria 3 – odnosi się do urządzeń o normalnym poziomie zabezpieczenia w warunkach, gdzie istnieje małe prawdopodobieństwo wystąpienia atmosfery wybuchowej.

GRUPA III – odnosi się do urządzeń w miejscach, które są narażone na występowanie pyłowych atmosfer wybuchowych.

Grupy i kategorie urządzeń

W zależności od strefy poziom zabezpieczenia urządzeń powinien być odpowiednio bardzo wysoki, wysoki i normalny. Zagrożenia dzieli się na strefę G, w której może wystąpić zagrożenie wybuchem gazów, cieczy lub oparów oraz strefę D, dla zagrożeń palnych i pyłów.

Strefy a kategorie

Ze strefami zagrożenia wybuchem ściśle powiązane są kategorie urządzeń. Zależą one od rodzaju mieszaniny potencjalnie wybuchowej oraz czasu, w jakim jej stężenie może zacząć stanowić zagrożenie. W Strefie 0 i 20 mogą pracować urządzenia z Kategorii 1. Dla Stref 1 i 21 przeznaczone są urządzenia Kategorii 2, natomiast w Strefie 2 i 22 można stosować urządzenia zakwalifikowane do Kategorii 3.

Znaczenie opracowań ATEX

W przypadku gdy instalacja technologiczna, w której mogą powstawać atmosfery wybuchowe, znajduje się na etapie projektu, budowy czy też modernizacji istotnej pod kątem bezpieczeństwa wybuchowego, pracodawca, jak już wspomniano wcześniej, powinien za pośrednictwem specjalizujących się w tematyce ATEX firm dokonać oceny ryzyka wybuchu. Obowiązek ten wynika z zapisów §5.1. Rozporządzenia 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. W ramach opracowania Oceny Ryzyka Wybuchu (ORW) dokonywana jest klasyfikacja przestrzeni, w których może wystąpić atmosfera wybuchowa. Następnie wyznaczane są strefy zagrożenia wybuchem. Celem ORW jest również wskazanie zaleceń, które pozwolą zminimalizować prawdopodobieństwo wystąpienia wybuchu i wyeliminować zidentyfikowane, potencjalne źródła zapłonu. Na podstawie Oceny Ryzyka Wybuchu powstaje Dokument Zabezpieczenia Przed Wybuchem (DZPW), który jest obligatoryjny dla przedsiębiorstw, na obszarze których występuje zagrożenie wybuchem, spowodowane obecnością palnych pyłów, gazów, cieczy (§7 ww. rozporządzenia).

Strefy największego ryzyka wybuchu

Strefy te występują w wielu zakładach pracy i obiektach usługowych. Między innymi na stacjach benzynowych, rafineriach, kopalniach i wyrobiskach, ale także zakładach spożywczych, w tym alkoholowych i spirytusowych. Takie strefy mogą też być wydzielone w zakładach przetwórstwa spożywczego (mącznym, cukrowym). Mogą występować w gazowniach, elektrowniach i elektrociepłowniach oraz fabrykach produkujących urządzenia mechaniczne i elektryczne, zakładach tekstylnych i metalurgicznych, spawalniach, lakierniach, a także w przemyśle chemicznym, meblowym i stolarskim.

MESG oraz MIC

Aby ułatwić kwestię oznaczenia urządzeń, wprowadzono na podstawie parametru MESG (ang. Maximum Experimental Safe Gap) lub współczynnika MIC (ang. Minimum Ignition Current) dodatkową składową. Parametry określają grupę wybuchowości badanych gazów i par, ze względu na ich charakterystykę, czyli substancję reprezentatywną.

Przyjęto następujące oznaczenia dla grup urządzeń grupy II:

IIA – grupa propanowa,

IIB – grupa etylenowa,

IIC – grupa wodorowa.

Natomiast dla grupy III wyznaczone zostały podkategorie dla pyłów:

IIIA – mieszanina drobnych cząstek zawierająca lotne włókna palne,

IIIB – pyły nieprzewodzące,

IIIC – pyły przewodzące.

Co jest ważne, urządzenia grupy B spełniają kryteria odpowiednie dla grupy A, a grupa C urządzeń zapewnia bezpieczeństwo pracy dla obu grup A i B. Odnosi się to zarówno do grupy II, jak i III urządzeń.

Grupy wybuchowości dla gazów i par cieczy oraz dopuszczalne grupy wybuchowości urządzenia

Dopuszczalne grupy wybuchowości urządzenia są zależne od grupy wybuchowości substancji.

Przykładowo wentylatory przeciwwybuchowe oznakowane IIB kwalifikują się również do zastosowań IIA. W tym miejscu należy wspomnieć, że urządzenia grupy IIB mogą być certyfikowane do pracy z gazami z grupy IIC. W takim przypadku oznaczenie zawiera dodatkowo symbol danego gazu – np. dla wodoru producent proponuje wykonanie wentylatora w grupie wybuchowości IIB+H2.

Grupa wybuchowości substancji Oznaczenie urządzenia EX:

IIA + grupa propanowa,
IIB + + grupa etylenowa,
IIC + + + grupa wodorowa.

Przyczyny zapłonu, samozapłonu i wybuchu

Zagrożenie wybuchem wiąże się z czynnościami towarzyszącymi procesom technologicznym, które mogą polegać zarówno na obróbce, wytwarzaniu, przerabianiu, magazynowaniu, przygotowaniu, utylizowaniu, jak i przeładunku czy transportowaniu. Zagrożenie może dotyczyć produktów wejściowych, półproduktów, a także produktów końcowych. Aby ciecz palna stała się wybuchowa, musi się z niej wytworzyć dostateczna ilość pary o odpowiedniej temperaturze zapłonu. Im jest ona niższa, tym bardziej niebezpieczna pożarowo. Jeśli chodzi o substancje palne, to może pojawić się również ryzyko związane z samozapłonem, jeśli zostanie osiągnięta odpowiednio wysoka temperatura. Dla przykładu temperatura zapłonu alkoholu etylowego wynosi 11OC, a temperatura samozapłonu to już 404OC. Należy jednak pamiętać, że nie jest to wystarczające do wystąpienia wybuchu. Pył, który wraz z powietrzem może stworzyć mieszaninę wybuchową to nie tylko pył drzewny, ale także pył powstający z obróbki metali, pył węglowy, a nawet pył pochodzący z żywności – pył cukrowy oraz mączny. Zapylona mieszanina tworzy wtedy chmurę pyłową lub zalega na powierzchni urządzeń. Im pył zawiera drobniejsze cząstki, tym jest bardziej niebezpieczny. Najdrobniejsze to aerozole, których wielkość ziarna mieści się w granicach od 0,1 do 1µm. Do miejsc, w których zagrożenie stanowią pyły, zalicza się przesypy, różnego rodzaju zasobniki (silosy), urządzenia workowe oraz przenośniki taśmowe. Powierzchnie urządzeń grzejnych, które są gorące lub narażone na bezpośrednie działanie promieni słonecznych mogą być również źródłem zapłonu i poprzez osiadłą warstwę pyłu mogą spowodować wybuch.

Klasy temperaturowe - znaczenie

Zgodnie z Dyrektywą ATEX 2014/34/UE wentylatory traktowane są, jako urządzenia nieelektryczne zespolone z urządzeniami elektrycznymi (silnikami). W kontekście bezpiecznej pracy wentylatorów bardzo ważne jest prawidłowe oszacowanie dopuszczalnej temperatury pracy urządzeń elektrycznych. Odpowiedni dobór klasy temperaturowej wentylatora jest możliwy, dzięki znajomości klasy temperaturowej substancji palnej (a tym samym temperatury samozapłonu substancji na skutek np. gorącej powierzchni urządzenia). Urządzenia elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym należy dobierać w taki sposób, by zarówno w stanach normalnych jak i zakłóceniowych temperatura powierzchni elementów konstrukcyjnych nie przekroczyła dopuszczalnych wartości, a co za tym idzie:

Klasa temperaturowa urządzenia nie może być niższa niż klasa temperaturowa mieszaniny wybuchowej.
Najniższa temperatura samozapłonu mieszaniny wybuchowej musi być wyższa od maksymalnej dopuszczalnej temperatury na powierzchni urządzenia elektrycznego.
W zależności od tego, czy urządzenie zostało zakwalifikowane jako elektryczne lub nieelektryczne, wyróżnia się poszczególne rodzaje ochrony oznaczone symbolami odpowiadającemu stopniu zabezpieczenia (bardzo wysoki, wysoki lub podwyższony).

Klasyfikacja i rodzaj ochrony:

o - Osłona olejowa. Izolowanie źródła zapłonu urządzenia do atmosfery wybuchowej przez zastosowanie wypełnienia niepalnej i nieprzewodzącej ciepła cieczy.

p - Osłona gazowa z nadciśnieniem. Ochrona przed wnikaniem do wnętrza łatwopalnych gazów, par oraz mgieł realizowana przez zastosowanie gazu ochronnego i systemu kontroli nadciśnienia.

q - Osłona piaskowa. Zastosowanie wypełnienia w postaci drobnego materiału sypkiego, uniemożliwiającego przeniesienie płomienia.

d - Osłona ognioszczelna. Zabezpieczenie przed przeniesieniem wybuchu na zewnątrz, obudowa odporna na ciśnienie wybuchu: da – bardzo wysoki stopień bezpieczeństwa, db – wysoki stopień bezpieczeństwa, dc – podwyższony stopień bezpieczeństwa.

e - Budowa wzmocniona. Dodatkowe środki ochrony zapobiegające wystąpieniu nadmiernej temperatury, łuków oraz iskier elektrycznych: eb – wysoki stopień bezpieczeństwa ec – podwyższony stopień bezpieczeństwa

i - Wykonanie iskrobezpieczne. Ograniczenie energii w obwodzie iskrobezpiecznym do wartości niepowodującej zapłonu atmosfery wybuchowej: ia – bardzo wysoki stopień bezpieczeństwa, ib – wysoki stopień bezpieczeństwa, ic – podwyższony stopień bezpieczeństwa.

n - Ochrona typu „n”. Rodzaj ochrony przed zapłonem, w przypadku którego konstrukcja urządzenia nie dopuszcza w czasie normalnej pracy (w zakresie parametrów znamionowych zalecanych przez producenta) do iskrzenia: nA – zapobieganie wystąpieniu łuków oraz iskier elektrostatycznych zdolnych do zapłonu atmosfery w trakcie normalnego użytkowania i w określonych warunkach nieprawidłowych, nC – ochrona przez przeniesieniem wybuchu bądź przed wnikaniem do wnętrza łatwopalnych gazów, par, mgieł (osłonięte styki, elementy nieinicjujące zapłonu, uszczelnienie lub hermetyzacja itd.) nR – ochrona przed wnikaniem do wnętrza łatwopalnych gazów, par, mgieł.

Gdzie stosuje się wentylatory przeciwwybuchowe?

Wśród najczęstszych zastosowań wentylatorów EX są pomieszczenia akumulatorowni (stacje ładowania wózków), lakiernie, magazyny farb, garaże, stocznie jachtów, laboratoria oraz pomieszczenia technologiczne przedsiębiorstw z branży chemicznej, drzewnej czy spożywczej. Niezwykle przydatna jest znajomość wymagań, jakie powinny spełniać dane pomieszczenia – nie tylko w kontekście wentylacji, ale także w zakresie uwarunkowań związanych z występującym w nich zagrożeniem wybuchowym.

Ciekawostka:

W grudniu 2010 roku doszło do pożaru w gostyńskim zakładzie stolarskim, gdzie prawdopodobną przyczyną zdarzenia była iskra z wentylatora. W pożarze nikt nie ucierpiał, natomiast straty oszacowano na blisko 650 tys. zł! Znane są również inne przypadki, gdzie do wypadku doprowadziły awarie silników wentylatorów. Prawidłowy dobór i właściwa eksploatacja urządzeń pozwala zapewnić wysoki poziom bezpieczeństwa i uniknąć niebezpiecznych zdarzeń, niosących za sobą olbrzymie konsekwencje.

Przykłady zagrożeń, jakie mogą mieć miejsce w wymienionych obiektach lub pomieszczeniach:

Akumulatorownie - Zagrożenie wybuchowe wynikające z obecności wodoru wydzielanego podczas ładowania akumulatorów. Wodór jest gazem lżejszym od powietrza, co powoduje szybkie rozprzestrzenianie się w przestrzeni, w której doszło do jego emisji. Gromadzący się wodór tworzy z powietrzem mieszaninę, która przy stężeniu większym od 4,1% obj. (dolna granica wybuchowości DGW wodoru wynosi 4% obj.) może stanowić ryzyko wystąpienia wybuchu. Źródłem zapłonu może być np. wyładowanie elektrostatyczne.
Lakiernie, malarnie, magazyny farb - Miejsca magazynowania materiałów niebezpiecznych (farby, rozpuszczalniki) oraz obszary, w których realizowane jest rozpylanie
Garaże, hale serwisowe, warsztaty - Przeglądy autobusów z instalacjami LPG/LNG (ryzyko uwolnienia LPG/LNG z izolowanego zbiornika; źródłem zapłonu może być np. instalacja elektryczna w wykonaniu zwykłym)
Stocznie jachtów - Głównym zanieczyszczeniem emitowanym w największej ilości podczas procesów produkcyjnych w stoczniach jachtowych jest styren
Przemysł chemiczny, spożywczy, drzewny - Pojawiające się w procesach technologicznych substancje palne (gazy, ciecze, a także pyły), które stwarzają ryzyko wybuchu
Laboratoria badawcze - Zależnie od profilu działalności laboratorium zagrożenie wybuchem stwarzają stężenia robocze występujące przy standardowym dla danego stanowiska charakterze pracy lub niekontrolowane wycieki gazów palnych stosowanych podczas prac substancji palnych, takich jak np. wodór, metan, etan, propan, butan czy acetylen

Na co zwrócić uwagę przy doborze wentylatorów do stref EX?

Projektując instalacje wentylacji dla obiektów, w których występują strefy zagrożenia wybuchem na etapie doboru wentylatorów bardzo ważne są dane na temat:

Oparów, które będą wyciągane lub przetłaczane, czyli rodzaju substancji biorącej udział w procesach oraz jej parametrów (stężenie substancji palnej w powietrzu, wielkość emisji). Jedynym odstępstwem od tej reguły jest informacja, że wentylowane będzie pomieszczenie wózków akumulatorowych (mamy pewność, jaka substancja będzie stanowić zagrożenie),
Rodzaju pomieszczenia w wyznaczonych strefach zagrożenia wybuchem,
Cech przeciwwybuchowych, którymi powinien charakteryzować się wentylator dla danego zastosowania (tj. klasa temperaturowa substancji, grupa wybuchowości) – te dane powinny wynikać z opracowań ATEX,
Sterowania – jest to niezbędne w przypadku dobrania odpowiedniego silnika, który umożliwia zastosowanie sterownika,
Wydajności wentylatora (odpowiednia wydajność pozwoli zmniejszyć stężenia substancji niebezpiecznych w powietrzu),
Sposobu regulacji – w tym miejscu należy zwrócić uwagę, że wentylatory EX de (osłona ognioszczelna, połączenie ochrony typu „d” i obudowy wzmocnionej „e”) mogą być regulowane za pomocą falowników, natomiast spotykane na rynku wentylatory w klasie „e” – już nie,
Sprężu wentylatora.

Dane pozwalają wskazać konieczność zastosowania odpowiednich akcesoriów, takich jak podstawy dachowe, regulatory czy klapy zwrotne.

Dobór wentylatorów wybuchowych

Aby pomóc projektantom w doborze wentylatorów EX, poza dedykowanymi katalogami produktowymi, wybrani producenci wentylatorów udostępniają darmowe programy doboru online, które mogą się okazać nieocenionym wsparciem. Zasady doboru wentylatorów Ex niczym się nie różnią od wyboru zwykłych wentylatorów. Po wprowadzaniu punktu pracy (wydajności oraz sprężu), pojawia się lista pasujących typów wentylatorów. Poprzez wybranie konkretnego modelu otrzymuje się wykres charakterystyki pracy wentylatora, wszystkie dane techniczne, rysunki techniczne, całą dokumentację oraz wykaz materiałów i akcesoriów. Można oczywiście skorzystać z katalogów w wersji papierowej, ale coraz więcej producentów odchodzi od ich publikacji na koszt ekologicznych wydań online.

Wentylatory przeciwwybuchowe – rodzaje

Wielkości oraz typoszeregi wentylatorów przeciwwybuchowych produkuje się według tych samych założeń aerodynamicznych, co w wykonaniu standardowym. Zachowuje się jednak wymagania bezpieczeństwa przeciwwybuchowego. Ze względu na kierunek przepływu powietrza wentylatory przeciwwybuchowe można podzielić na promieniowe oraz osiowe. Występują wentylatory przeznaczone do montażu zarówno w kanałach prostokątnych, jak i okrągłych. Jest też szereg wentylatorów przystosowanych do posadowienia na dachu (wentylatory dachowe).

Specyfika konstrukcji

Wymagania konstrukcyjne dotyczące wentylatorów EX uwzględnia wspomniana wcześniej norma PN-EN 14986:2017-02: Projektowanie wentylatorów pracujących w atmosferach potencjalnie wybuchowych. Zawiera ona informacje dotyczące urządzeń zaprojektowanych do grupy II G (czyli grup wybuchowości IIA, IIB i wodoru) kategorii 1, 2 i 3 oraz grupy II D, kategorii 2 i 3. Mając na uwadze przeznaczenie wentylatorów do pracy w niekorzystnych i niebezpiecznych warunkach wymaga specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych urządzeń. Odnosi się ona zarówno do budowy wirnika, ale także do materiałów, z których wykonane są obudowy wentylatorów, łopatki oraz zabezpieczenia. Wentylatory przeciwwybuchowe wykonywane są więc z materiałów eliminujących niebezpieczeństwo zapłonu przez tarcie czy szlifowanie, które mogłyby doprowadzić do powstania iskry. Zarówno wirniki, jak i obudowy wentylatorów przeciwwybuchowych wykonuje się z blachy ocynkowanej lub z antystatycznego tworzywa sztucznego. Ściany wewnętrzne obudowy pokryte są cieniutką mosiężną blachą. Natomiast dysze wlotowe i wylotowe, a także kołnierz produkuje się z miedzi lub taśmy miedzianej. W celu ich ochrony przed dostaniem się do wnętrza ciał stałych, wlot i wylot wyposaża się w kratki. Napęd wentylatorów stanowią silniki AC z wirującą obudową lub silniki konwencjonalne IEC. Silniki AC cechuje regulowana prędkość obrotowa, co pozwala na dostosowanie wydajności wentylatora wedle potrzeb, zoptymalizowanie poziomu emitowanego hałasu i zredukowanie zużycia energii elektrycznej. Wirnik jest odpowiednio wyważony w różnych prędkościach obrotowych. Silniki wentylatorów EX są zabezpieczone termicznie przed przegrzaniem poprzez termistorowy czujnik PTC. W momencie wykrycia przez czujnik nieprawidłowych warunków pracy, silnik zostaje odłączony od zasilania poprzez stycznik. Silniki z wirującą obudową charakteryzują się budową wzmocnioną „e” (brak łuku elektrycznego, iskier i gorących powierzchni) lub wykonaniem nieiskrzącym „nA” (w normalnych warunkach pracy urządzania nie są w stanie przyczynić się do zapłonu mieszaniny wybuchowej). Dodatkowo, wszystkie części, które mogą elektryzować powinny zostać uziemione. Należy zwrócić uwagę na szczelność obudowy (IP44 lub IP54), klasę temperaturową urządzenia oraz klasę temperaturową zapłonu. Należy pamiętać, że silniki z zewnętrznym wirnikiem z zabezpieczeniem „eb” lub „ec” nie są dopuszczone do stosowania z przetwornicami częstotliwości.

Dokumentacja techniczna producenta

Deklaracja producenta

W tym dokumencie producent oświadcza, że urządzenie spełnia wymagania odpowiednich dyrektyw. W tym przypadku, jak wspomniano wcześniej Dyrektywę 2006/42/WE oraz zgodność z innymi normami, jeśli je spełnia.

Dokumentacja techniczno - ruchowa

Należy pamiętać aby przed montażem i uruchomieniem koniecznie zapoznać się z dokumentacją techniczno – rozruchową udostępnianą przez producenta dla konkretnego typu wentylatora. Znajdują się w niej przede wszystkim warunki gwarancji, informacje techniczne oraz wskazówki odnośnie bezpieczeństwa pracy urządzeń. W dokumentacji jest zawarta procedura uruchamiania wentylatorów oraz informacja dotycząca utylizacji. Producenci często umieszczają też informacje na temat najczęściej występujących usterek oraz działań, które pomogą rozwiązać problem. Co więcej podstawowym wymogiem gwarancyjnym jest wypełniony i dostarczony protokół rozruchu. Rozruchu może dokonać jedynie osoba, która zapoznała się dokumentacją techniczną oraz ma uprawnienia w zakresie instalacji i eksploatacji.

Uwaga:

Stosowanie urządzeń bez okresowej, wymaganej kontroli, niesprawnych technicznie lub eksploatowanych w sposób niezgodny z ich przeznaczeniem i warunkami określonymi przez producenta, może przyczynić się do powstania pożaru, wybuchu lub rozprzestrzeniania ognia (Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów).

Tabliczka znamionowa – jak ją rozszyfrować?

CE - Deklaracja producenta o zgodności z wytycznymi UE (Dyrektywa ATEX)

0102 - Certyfikat Systemu Zarządzania Jakością (Nr Identyfikacyjny jednostki wydającej certyfikat)

Ex - Znak bezpieczeństwa przeciwwybuchowego

II - Oznacza II grupę urządzeń (do pracy poza kopalniami)

2 - Typ atmosfery i obecność przestrzeni zagrożonych wybuchem

G - Typ atmosfery G=gazowej, D=pyłowej

c - Rodzaj ochrony przed źródłem zapłonu (bezpieczna konstrukcja)

IIB, IIC T3 - Kategoria grupy zagrożonej wybuchem Klasa temperaturowa powierzchniowa urządzenia

X - Szczególne warunki pracy

*CENELEC – Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki

A jak dobór wygląda w praktyce?

Przy projektowaniu instalacji wentylacji dla nowych obiektów lub w ramach adaptacji pomieszczeń do nowych wymagań znane są przypadki, w których technolog nie wyznaczył dokładnych warunków, w jakich będzie pracował system, albo wręcz przeciwnie – wytyczne zostały tak szczegółowo rozbudowane, że istnieje niskie prawdopodobieństwo, by jakakolwiek z firm spełniła wszystkie założenia jednocześnie. Z doświadczenia wynika także, że podjęcie decyzji dotyczącej klasy temperaturowej urządzenia często spada na projektanta, który dysponuje szczątkowymi informacjami np. o substancji, jej ilości i parametrach lub nie do końca pewnie porusza się w tematyce ATEX.

Jeśli w procesach przemysłowych zidentyfikowane zostały substancje palne, należy na podstawie dostępnych baz danych (np.: https://staubex.ifa.dguv.de/ oraz inne pozycje literaturowe) lub badań w ośrodkach laboratoryjnych (np. Główny Instytut Górnictwa) określić ich parametry wybuchowości. Te dane są istotne nie tylko w kontekście szacowania ryzyka i potencjalnych skutków wybuchu, ale pozwalają wskazać środki ochronne czy odpowiednio dobrać urządzenia, które mają pracować w sklasyfikowanej strefie zagrożenia wybuchem. Ze względu na wysoką odpowiedzialność wymagane jest, by na etapie projektowym Inwestor przekazał konkretne wytyczne dotyczące klasy EX danego układu. Takie zalecenia powinny wynikać ze sporządzonych wcześniej opracowań ATEX (tj. Oceny Ryzyka Wybuchu ORW, Dokumentu Zabezpieczenia Przed Wybuchem DZPW). W rzeczywistości obiekty bardzo rzadko je posiadają, co w szczególności dotyczy mniejszych inwestycji. W przypadku modernizowanych instalacji (poza pojedynczymi sytuacjami) problem w zasadzie nie występuje – w takich sytuacjach zazwyczaj do producenta zgłasza się już użytkownik końcowy i na ogół stosowana jest taka sama klasa wentylatora, jaki dotychczas pracował na obiekcie.

Najlepsze produkty w swoich kategoriach, wybrane na podstawie opinii ekspertów oraz ilości sprzedanych sztuk.

Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki

Opracowanie redakcja : (M.K)

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.klimatyzacja.pl