SISTEME PROTECTOARE

Dr. Ing. Părăian MihaelaDr. Ing. Ghicioi EmilianDrd.Ing. Jurca Adrian

Sisteme protectoare sunt dispozitive, altele decât componentele echipamentului care sunt destinate opririi imediate a exploziilor incipiente şi/sau limitării domeniului efectiv al unei explozii şi care se introduc pe piaţă separat pentru utilizare ca sisteme autonome;

Instalaţiile care lucrează cu gaze, vapori, lichide sau pulberi combustibile, trebuie să fie prevăzute după caz, cu:

- aparate şi procedee care previn producerea, micşorează sau anulează intensitatea exploziilor ;

- aparate şi procedee care limitează urmările sau extinderea exploziilorDin prima categorie fac parte procedeele de inhibare, de inertizare, de subpresurizare,

stingătoarele rapide, iar din a doua categorie fac parte clapetele de explozie, opritoarele de flacără şi de explozie.

Termeni si definiţii

2.1 Opritor de flacără - un dispozitiv montat la orificiul unei carcase sau la conducta de legătură a unui sistem de carcase şi a cărui funcţie este de a permite curgerea dar previne transmiterea flăcării.

2.2 Elementul opritorului de flacără - acea parte a opritorului de flacără a cărui principală funcţie este de a preveni transmiterea flăcării.

2.3 Capsularea opritorului de flacără - acea parte a opritorului de flacără a cărui principală funcţie este de a asigura o carcasare adecvată elementului opritorului de flacără şi de a permite conexiunile mecanice la alte sisteme.

2.4 Ardere stabilizată - ardere constantă a unei flăcări, stabilizată la sau în apropierea elementului opritorului de flacără.

2.5 Ardere de scurtă durată - ardere stabilizată pe o perioadă de timp specificată.

2.6 Ardere de durată - ardere stabilizată pe o perioadă de timp nespecificată.

2.7 Explozie - oxidare bruscă sau reacţie de descompunere ce produce o creştere de temperatură, presiune sau ambele în acelaşi timp

2.8 Deflagraţie - explozie ce se propagă la o viteză subsonică

188

2.9 Detonaţie - explozie ce se propagă la viteză supersonică şi se caracterizează printr-o undă de şoc

2.10 Detonaţie stabilă - o detonaţie este stabilă atunci când se desfăşoară într-un sistem închis fără o variaţie semnificativă a caracteristicilor de viteză şi presiune.

2.11 Detonaţie instabilă - o detonare este instabilă în timpul tranziţiei unui proces de combustie din stadiul de deflagraţie către stadiul stabil de detonaţie. Tranziţia are loc într-un areal spaţial limitat unde viteza undei de combustie nu este constantă şi unde presiunea de explozie este semnificativ mai mare decât la o detonaţie stabilă.

2.12 Temperatura de aprindere - cea mai scăzută temperatură a unui perete încălzit în conformitate cu determinările efectuate în condiţiile de încercare specificate la care va avea loc aprinderea substanţei combustibile sub forma unui amestec de gaz sau vapori cu aerul

2.13 Interstiţiu de siguranţă experimental maxim (MESG) - interstiţiu maxim al unei îmbinări dintre două părţi ale camerei interioare ale unui aparat de încercare care, atunci când amestecul de gaz din interior este aprins şi în condiţii specificate, previne aprinderea amestecului de gaz din exterior pe o lungime de 25 mm de îmbinare, pentru toate concentraţiile de gaz sau vapori încercate în aer MESG este o proprietate a amestecului de gaze respectiv.

2.14 Opritor de flacără bidirecţional - un opritor de flacără ce previne transmiterea flăcării din ambele părţi.

2.15 Opritor de flacără de deflagraţie - un opritor de flacără proiectat pentru a preveni transmiterea unei deflagraţii. Poate fi de capăt de linie sau în linie

2.16 Opritor de flacără de detonaţie - un opritor de flacără proiectat pentru a preveni transmiterea unei detonaţii. Poate fi de capăt de linie sau în linie

2.17 Opritor de flacără pentru ardere de durată - un opritor de flacără care previne transmiterea unei flăcări în timpul şi după o ardere de durată.

2.18 Opritor de flacără static - un opritor de flacără proiectat pentru a preveni transmiterea flăcării prin interstiţii de răcire.

2.19 Tip măsurabil (opritor de flacără static) - un opritor de flacără unde interstiţiile de răcire ale elementului opritorului de flacără pot fi desenate, măsurate şi controlate din punct de vedere tehnic.

2.20 Tip nemăsurabil (opritor de flacără static) - un opritor de flacără unde interstiţiile de răcire ale elementului opritorului de flacără nu pot fi desenate, măsurate sau controlate din punct de vedere tehnic (de exemplu structuri neregulate cum ar fi ochiuri împletite, metal sinterizat şi paturile de pietriş).

189

2.21 Supapă de aerisire de mare viteză - supapă de eliberare a presiunii proiectată pentru a lucra cu variaţii de debit nominale ce depăşesc viteza flăcării amestecului inflamabil, prevenind astfel transmiterea flăcării.

2.22 Orificiu de debit - orificiu proiectat pentru a fi utilizat la debite ce depăşesc viteza flăcării amestecului inflamabil, prevenindu-se astfel transmiterea flăcării.

2.23 Opritor de flacără antidetonaţie cu produs lichid (baraje lichide), opritor de flacără la care produsul lichid este utilizat pentru a forma un baraj de natură lichidă, ca agent al opritorului de flacără, pentru a preveni transmiterea flăcării unei detonaţiei. Există două tipuri de opritoare de flacără antidetonante cu produs lichid pentru utilizare în liniile cu produs lichid.

a.- închizător hidraulic;b.- supapă de admisie.

2.24 Închizător hidraulic - opritor de flacără proiectat pentru a utiliza produsul lichid pentru formarea barierei la transmiterea flăcării.

2.25 Supapă de admisie - opritor de flacără proiectat pentru a utiliza produsul lichid în combinaţie cu o clapetă de reţinere, pentru a forma o barieră la transmiterea flăcărilor.

2.26 Opritor de flacără hidraulic - opritor de flacără proiectat pentru a transforma debitul de amestec inflamabil în bule discontinue într-o coloană de apă, prevenindu-se astfel transmiterea flăcării.

2.27 Opritor de flacără de capăt de linie - un opritor de flacără montat doar la un racord.

2.28 Opritor de flacără în linie - opritor de flacără montat pe două racorduri, pe fiecare parte a elementului opritorului de flacără.

2.29 Senzor de temperatură integrat - senzor de temperatură pentru a indica o flacără stabilizată şi integrată în opritorul de flacără de către producător.

2.30 Rezistent la explozieProprietatea vaselor şi echipamentelor destinate să fie rezistente la presiunea exploziei, sau rezistente la şoc de presiune de explozie.

2.31 Rezistent la presiunea de explozieProprietatea vaselor şi echipamentelor destinate să reziste la presiunea de explozie anticipată fără să rămână cu o deformaţie permanentă.

2.32 Rezistent la şoc de presiune de explozieProprietatea vaselor şi echipamentelor destinate să reziste la presiunea de explozie anticipată fără să se fractureze, permiţându-se o deformaţie permanentă.

190

3. Cerinţe referitoare la sistemele protectoare :

- Sistemele protectoare sunt dimensionate încât să reducă efectele unei explozii la un nivel suficient de securitate;

- Sistemele protectoare trebuie astfel proiectate încât să fie capabile să împiedice ca exploziile să se răspândească prin reacţii în lanţ sau conturnări periculoase;

- Sistemele protectoare trebuie să-şi menţină capacitatea de a funcţiona pe o perioadă suficientă pentru a se evita o situaţie periculoasă.

- Sistemele de protecţie nu trebuie să se defecteze în urma unei interferenţe din exterior.

- Sistemele protectoare sunt proiectate astfel încât să reziste la unda de şoc produsă fără pierderea integrităţii sistemului.

4. Prezentarea sistemelor protectoare

În multe cazuri nu este posibil să se evite acumularea atmosferelor explozive şi sursele de aprindere. Atunci trebuie să se adopte măsuri de limitare a efectelor unei explozii pâna la o extindere acceptabilă.

Astfel de măsuri sunt:- concepţie rezistentă la presiune;- eliberarea presiunii;- suprimarea exploziei;- decuplarea la explozie ;- prevenirea propagării flăcării şi exploziei.

4.1 Echipament rezistent la explozie

Elementele instalaţiei, cum sunt containerele, vasele şi reţelele de conducte, sunt construite astfel încât ele pot rezista unei explozii interne fără a se rupe. Presiunea iniţială din elementul instalaţiei trebuie luată în considerare dacă ea diferă de presiunea atmosferică normală.

4.2 Sisteme de descărcare a presiunii

Descărcarea exploziei este un principiu de protecţie care utilizează descărcarea amestecului ars şi nears şi a gazelor de combustie pentru reducerea presiunii exploziei.

Acesta se realizează prin asigurarea unor orificii suficiente pentru a preveni distrugerea echipamentelor, sistemelor protectoare şi componentelor.

Ca dispozitive de descărcare se pot utiliza de exemplu plăci de siguranţă, panouri răsuflătoare sau uşi de explozie.

Aria de descărcare necesară a unui astfel de sistem depinde în principal de:

- rezistenţa vasului;- gravitatea exploziei (caracterizată de obicei cu referire la rata maximă a creşterii

presiunii şi presiunea maximă de explozie);- presiunea de acţionare a dispozitivului de descărcare;- tipul şi masa dispozitivului de descărcare;- volumul şi geometria vasului;

191

- dimensiunile canalelor de descărcare (dacă se utilizează);- turbulenţa iniţială şi cea indusă în vas.Ori de câte ori este posibil, descărcarea presiunii se recomandă să urmeze un traseu

scurt, drept. Se recomandă să se ia în considerare de asemenea forţa de reacţie care apare ca rezultat al descărcării presiunii.

Sistemele de descărcare a presiunii trebuie astfel instalate încât să se evite să se producă leziuni personalului prin procesul de descărcare. Din acest motiv, presiunea trebuie ventilată către o zonă de securitate. Nu se admite descărcarea exploziei în încăperi de lucru decât dacă există dovezi că persoanele nu pot fi periclitate (de exemplu de flăcări, resturile proiectate sau undele de presiune). Trebuie să se ia în considerare efectele descărcării asupra mediului ambiant.    4.3 Sisteme de suprimare a exploziei

Sistemele de suprimare trebuie astfel concepute şi proiectate încât să reacţioneze la o explozie incipientă în cea mai timpurie etapă posibilă a unui incident şi contraacţiunea lor trebuie să fie cu cel mai bun efect, ţinând cont de rata maximă a creşterii presiunii şi de presiunea maximă a exploziei.

Sistemele de suprimare a exploziei previn atingerea de către o explozie a presiunii ei maxime de explozie prin injectarea rapidă a unor agenţi de stingere în echipamente, sisteme protectoare şi componente în cazul unei explozii. Aceasta înseamnă că echipamentele, sistemele protectoare şi componentele protejate într-o asemenea manieră pot fi proiectate astfel încât să reziste la o presiune de explozie redusă.

Atunci când este utilizată suprimarea exploziei, efectele unei explozii sunt în general limitate la interiorul echipamentelor, sistemelor protectoare şi componentelor.

Sistemele de suprimare a exploziei constau în esenţă dintr-un sisteme de detecţie care detectează explozia incipientă şi din stingătoare presurizate ale căror ieşiri sunt declanşate de sistemul de detecţie. Conţinutul stingătoarelor se injectează rapid în echipamentele, sistemele protectoare şi componentele care trebuie protejate şi se distribuie cât se poate de uniform. Aceasta are efectul stingerii flăcărilor exploziei şi reducerii presiunii exploziei pentru a proteja structura echipamentelor, sistemelor protectoare şi componentelor.

4.4 Sisteme de decuplare la explozie

Sistemele de decuplare destinate deconectării echipamentelor cât se poate de repede în cazul exploziilor incipiente prin intermediul unor dispozitive adecvate, astfel concepute şi proiectate încât să rămână protejate împotriva transmiterii aprinderii interne şi să-şi păstreze rezistenţa mecanică în condiţii de funcţionare.

În echipamentele, sistemele protectoare, componentele, porţiunile de conducte sau vasele alungite conectate este posibil ca o explozie să se propage prin întregul sistem cu acceleraţia frontului flăcării. În această situaţie elementele sau obstacolele incluse care măresc turbulenţa (de exemplu deflectoarele) pot accelera de asemenea frontul flăcării. În funcţie de geometria sistemului, o asemenea acceleraţie poate conduce la o tranziţie de la deflagraţie la detonaţie la care se produc impulsuri de presiune ridicate.

O explozie care apare într-o parte a instalaţiei se poate propaga în părţile din aval şi din amonte. Efectele exploziei pot fi intensificate de accelerarea provocată de fitingurile instalaţiei sau de propagarea prin conducte. Presiunile de explozie astfel dezvoltate pot fi mult mai ridicate decât presiunea maximă de explozie din condiţii normale şi poate distruge

192

elemente ale instalaţiei chiar dacă acestea sunt de concepţie rezistentă la explozie sau rezistentă la şocul de explozie. De aceea este important să se limiteze posibilele explozii la părţi singulare ale instalaţiei. Acest lucru se obţine prin decuplarea exploziei.

Decuplarea exploziei poate fi efectuată de exemplu cu ajutorul următoarelor:- izolarea mecanică cu acţiune rapidă ;- stingerea flăcărilor în spaţii înguste sau prin injectarea de agent de stingere ;- opritoare de flăcări.

4.4.1 Opritoare de flăcări pentru gaze, vapori şi ceţuri

Opritoarele de flăcări pot fi folosite pentru a preveni transmiterea flăcării în prezenţa atmosferelor explozive, de exemplu prin conducte, orificii de respirare şi linii de umplere şi golire care nu sunt pline cu lichid permanent.

Dacă nu poate fi evitată formarea unei atmosfere explozive periculoase, de exemplu într-un rezervor de lichide inflamabile neprotejat la explozie, trebuie luate măsuri pentru oprirea transmiterea flăcării la deschiderile permanente care comunică cu locurile în care pot să apară surse de aprindere şi care pot transmite explozia la rezervor.

Funcţionarea opritoarelor de flăcări depinde în mod esenţial de unul sau mai multe din mecanismele următoare:

- stingerea flăcării în interstiţii mici şi canale (de exemplu opritoare tip bandă ondulată şi material sinterizat);

- oprirea frontului flăcării prin descărcarea de amestecuri nearse la o viteză corespunzătoare (supape de mare viteză);

- oprirea frontului flăcării printr-o etanşare cu lichid

4.5 Sistem de prevenire a propagării exploziei şi a flăcării

4.5.1 Bariere de stingere

Pentru a preveni propagarea exploziei prin conducte şi tuburi, explozia poate fi oprită prin injecţia unor agenţi de stingere. Injecţia este activată prin detectoare adecvate. Cu toate acestea, propagarea undei de presiune care îşi are originea în amestecul deja ars până la barieră nu este afectată şi trebuie luată în considerare. Agentul de stingere trebuie să fie adecvat funcţie de substanţa inflamabilă.

4.5.2 Supape şi clapete cu acţionare rapidă

Pentru prevenirea transmiterii flăcării şi presiunii în conducte şi tuburi, se pot utiliza robinete şi clapete cu acţionare rapidă care să se închidă într-un timp suficient de scurt. Închiderea poate fi efectuată printr-un mecanism de acţionare iniţiat de detectoare sau prin însăşi unda presiunii de explozie.

5. PROCEDURI DE EVALUARE A CONFORMITĂŢII SISTEMELOR PROTECTOARE

Evaluarea conformităţii sistemelor protectoare se realizează conform schemei de mai jos, având în vedere Directiva 94/9/EC preluată în legislaţia naţională prin HG 752/2004.

193

6. Exemple de sisteme protectoare întâlnite în industrie

Fig. 1 Exemplu de sistem protector /dispozitive paraflacara la pompa de recuperare a vaporilor din distribuitoarele de carburanti auto.

Fig. 2 Exemplu de sistem protector (dispozitiv paraflacără) montat într-un sistem de conducte

194

Sistemeprotectoareautonome

ANEXA Nr. 3ExaminareEC de tip

ANEXA Nr. 9

Verificarea EC a unităţii de

produs

ANEXA Nr. 4Asigurarea

calităţii producţiei

ANEXA Nr. 5Verificarea produsului

Fig. 3 Ventilator centrifugal echipat cu supape de izolare cu acţionare rapidă

1- Carcasa ventilatorului2- Cot de intrare in ventilator (opţional)3- Conductă de intrare in ventilator4- Conductă de ieşire din ventilator5- Senzor de explozie6- Unitate de control electronic7- Supapă de izolare a descărcării (ieşirii) ventilatorului cu acţionare rapidă8- Supapă de izolare a intrării în ventilator cu acţionare rapidă9- Lungimea necesară a conductei de intrare luându-se în considerare viteza frontului

flăcării, durata de reacţie mecanică şi electronică a supapei pentru a se asigura o izolare eficientă in sistemul de conectare

195

10-Lungimea necesară a conductei de descărcare (ieşire) luându-se în considerare viteza frontului flăcării, durata de reacţie mecanică şi electronică a supapei pentru a se asigura o izolare eficientă de sistemul de conectare

Fig. 4 Ventilator centrifugal echipat cu opritoare de flăcări montate la orificiile de intrare şi de ieşire

1- Carcasa ventilatorului2- Cot de intrare in ventilator (opţional)3- Opritor de flacără la intrarea in ventilator 4- Opritor de flacără la ieşirea din ventilator

Bibliografie:

Directive 94/9/EC of the European Parliament and the Council of 23 March 1994 on the approximation of the laws of the Member States concerning equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres. Official Journal No. L 100, 1994-04-19,

Non-binding Guide of Good Practice for implementing of the European Parliament and Council Directive 1999/92/EC on minimum requirements for improving the safety and health protection of workers potentially at risk from explosive

Heino Bothe ATEx 94/9/EC - Identification and treatment of non-electrical ignition hazard in standards

Beyer Michael European New Approach Directive Structure and ATEx Directive 94/9/EC, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, Germany

196

Heino Bothe Explosion Protection Directives, Department 3.4 Fundamentals of Explosion Protection, Physikalisch -Technische Bundesanstalt (PTB), Germany , NIS Egypt 2004, European

Heino Bothe, European Explosion Protection Directives, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, Germany

Hotărârea de Guvern nr. 752 din 14 mai 2004 privind stabilirea condiţiilor pentru introducerea pe piaţă a echipamentelor si sistemelor protectoare destinate utilizării în atmosfere potenţial explozive

Hotarârea nr. 461 din 05.04.2006 pentru modificarea Hotărârii Guvernului nr.752/2004 privind stabilirea conditiilor pentru introducerea pe piaţă a echipamentelor şi sistemelor protectoare destinate utilizării în atmosfere potenţial explozive

SR EN 14373 Sisteme de suprimare a exploziei (Explosion suppression systems) SR EN 14460 Echipament rezistent la explozie (Explosion resistant equipment) SR EN 14491 Sisteme de protecţie prin ventilaţie împotriva exploziei de praf

combustibil (Dust explosion venting protective systems) pr EN 14994 Gas explosion venting protective systems SR EN 12874 Opritoare de flacără - cerinţe de performanţă, metode de încercareare şi

limite de utilizare TC 305/WG 2/SG1 WI Doc N 78-2 Design of fans working in potentially explosive

atmospheres SR EN 1127-1:1998 Atmosfere explozive - prevenirea exploziilor şi protecţia contra

exploziilor. Partea 1. Concepte de bază şi metodologie

Heino Bothe European Explosion Protection Directives, Department 3.4 Fundamentals of Explosion Protection , Physikalisch -Technische Bundesanstalt (PTB), Germany NIS Egypt 2004

SR EN 13617-1 Staţii de combustibil. Partea 1 : Cerinţe de securitate referitoaare la construcţia şi funcţionarea pompelor dozatoare , distribuitoarelor şi unităţilor de pompare de la distnţă (Petrol filling stations – Part 1: Safety requirements for construction and performance of metering pumps, dispensers and remote pumping units)

197