Automatické potlačanie výbuchu
Toto zariadenie bolo vyvinuté behom 2. sv. vojny v Anglicku. Pôvodne to boli nádržky polkruhovitého guľovitého tvaru s obsahom 0,5 - 5 l, ktoré sa montovali do vnútra do hornej časti chráneného zariadenia ( nádrže) menších objemov pre potláčanie výbuchu zmesi horľavých plynov so vzduchom. Pologuľovité nádržky boli naplnené kvapalným hasivom – halónom (H1001). V nádržke boli umiestnené tiež pyrotechnické nádrže, ktoré iniciovali plameň výbuchu v chránenom zariadení. Detonáciou pyrotechnickej nádrže tlaková vlna roztrhla polguľovitú plochu na úmyselne zoslabených miestach a tak došlo k uvoľneniu hasiva a jeho rozptýleniu do priestoru chráneného zariadenia. Predpokladom účinnosti potlačenia je vysoká rýchlosť šírenia hasiva do chráneného priestoru v porovnaní s rýchlosťou šírenia plameňa. V r. 1960 bol vyvinutý systém s 5 l nádobou s hasivom (hasiacim práškom) a vynášacím prostriedkom dusíkom o tlaku 40 bar. Rýchlootvárací ventil bol riešený tak, že tvoril dve membrány, medzi nimi bola voda a v nej bol umiestnený pyrotechnický detonátor. Signál od tlakového snímača výbuchu v chránenom zariadení inicioval detonátor. Po pretrhnutí membrán bol hasiaci prášok pretlakom dusíka vypudení z tlakovej nádoby cez rozvírovač do chráneného zariadenia a rovnomerne bol v ňom rozptýlený. Inertizované prostredie ukončilo ďalšie šírenie čela plameňa výbuchu.
Boli skúšané rôzne princípy detekcie výbuchu pomocou snímačov termoelektrických, optických a tlakových. Termoelektrické sa osvedčili iba vtedy, keď iniciátor bol v blízkosti detektora. Optické snímače majú nevýhody najmä v prostredí prachovzduchových zmesí. Dochádza jednak k ich znečisťovaniu, potom ďalej v mraku prachu dochádza k útlmu svetelného signálu. Najlepšie sa osvedčili snímače tlakové. Princíp súčastných zariadení na potlačenie výbuchu spočíva v tom, že výbuch je citlivými snímačmi istený už vo svojom zárodku. Elektrický impulz snímača po zosilnení spustí hasiace zariadenie, ktoré privedie do zariadenia alebo potrubia hasiacu látku a tým zabráni ďalšiemu šíreniu plameňa. Namiesto max. výbuchového tlaku cca. 1 MPa je týmto zásahom tlak zredukovaný na desiatky kPa. Automatické zariadenia na potláčanie výbuchu v nádobách pozostávajú z týchto častí:
Riadiaca jednotka (ústredňa) automaticky vyhodnocuje vstupné informácie z čidla (detektoru výbuchu) a na základe vyhodnotenia údajov uvedie do činnosti zariadenie na potlačenie výbuchu. Ďalej musí automatická ústredňa plniť tieto úlohy:
Na obr 6.20. je znázornený princíp automatického potláčania výbuchu.
Čidlá môžu byť tlakové, svetelné, tepelné alebo termodiferenicálne. Pre nádoby sú najvhodnejšie čidlá tlakové, pretože sa jedná o malé rýchlosti horenie (niekoľko metrov za sekundu), tlak sa šíri všetkými smermi rovnomerne a preto aj tlakové čidlo umiestnené na opačnej strane nádoby môže včas signalizovať horenie. V prípade prachovzduchových zmesí sú čidlá naopak svetelné, tepelné a termodiferenciálne pre nádoby, pretože v prípade iniciácie zmesi vo väčšej vzdialenosti od čidla svetelné čidlo pre zlú viditeľnosť v prachovom mraku a tepelné a termodiferenciálne čidlo v dôsledku zlej tepelnej vodivosti prostredia reaguje neskoro až sa čelo priblíži k čidlu.
To znamená, že značná časť zmesi zreagovala a tlak dosiahol nebezpečné hodnoty. Používajú sa tlakové snímače membránové a piezoelektrické. Snímače musia byť odolné proti nárazom otrasom a vybráciám. Preto sa umiestňujú vždy dva snímače s osami na seba navzájom kolmými. Naopak pri šírení výbuchu v potrubí, kde je radiálny tlak relatívne nízky sa uplatnia čidlá s svetelné a tepelné umiestnené v dostatočnej vzdialenosti pred hasiacou jednotkou reagujúce na šíriace sa čelo plameňa. Aktívny prvok (hasiaca jednotka) predstavuje tlaková nádoba s hasivom vybavená pyrotechnicky spúšťanými rýchlootváracími ventilmi s prívodom hasiva do chráneného priestoru zakončeným polguľovitou rozprašovacou dýzou. V hornej časti tlakovej nádoby je nad vrstvou hasiva pod vysokým tlakom vynášací prostriedok najčastejšie dusík. Obvykle sa jedná o nádoby 5 l naplnené 4kg hasiva pod pretlakom 6 resp. 1,2 MPa a ventilom 3“ resp. ¾“. Počet hasiacich jednotiek sa navrhuje podľa doporučenia výrobcu v závislosti na veľkosti chráneného objemu a druhu výbušnej zmesi – veľkosti kubickej konštanty K(st) resp. K(g). Autor (5) uvádza pre výpočet počtu vyššie uvedených 5 l nádob so 4kg hasiaceho prášku vzorec:
kde
z počet jednotiek (nádob)
k koeficient v m3 viz tab. 6.3.
V chránený objem v m3.
Tabuľka 6.3. Hodnoty koeficientu k pre výpočet 5 l nádob hasiacim práškom (podľa (9)).
|
Horľavá látka |
Koeficient k [m] |
|
metán |
0,81 |
|
propán,pary riedidiel |
1,08 |
|
Prachy St 1 |
1,08 |
|
Prachy St 2 |
1,40 |
Dôležitá je správna voľba hasiva. Boli skúšané halóny, voda a najmä práškové hasivá. Najčastejšie sa používa hasiaci prášok Tropolar na báze fosforečnanu amónneho. Zariadenie môže pracovať v akejkoľvek podobe. Nevýhodou oproti ostatným konštrukčným protivýbuchovým ochranám sú vyššie požiadavky na údržbu a kontrolu – najmä čidiel vytesňovacieho tlaku, stavu hasiva a funkčnosti elektroniky. Tento spôsob prevencie možno použiť k ochrane nádob, zariadení a potrubí.
obr. 6.20. Princíp funkcie zariadenia na automatické potláčanie výbuchu
Použitie je zdôvodnené najmä tam, kde sa spracúvajú toxické alebo životné prostredie inak zaťažujúce látky. Hranice použiteľnosti sú dané rýchlosťou narastania výbuchového tlaku t.j. hodnotou kubickej konštanty danej výbušnej zmesi, v konkrétnom prípade použitia. Tu je nutné uvažovať všetky možné vplyvy na zvýšenie brizancie výbuchu. (turbulencia, predkomprimácia, spojené nádoby, podlhovasté nádoby, potrubie, hybridná zmes). Súčastné zariadenia sú schopné účinne potlačiť výbuch prachov kategórií St1 a St2. U St3 je už ich účinnosť problematická. Napríklad výbušné zmesi hliníka so vzudchom možno potlačiť do koncentrácie nižšej ako 400 g.m-3. Pri vyšších koncentráciách je už potlačenie neúčinné. Pri plynovzduchových zmesiach je možné potlačiť výbuch zmesi horľavých plynov resp. pár horľavej kvapaliny o nízkej hodnote k(G) a to ešte v pokojnom stave – viď obr. 6.21 a 6.22.
6.4 Zabránenie prenosu plameňa a výbuchu
Ako už bolo vysvetlené v kapitole 1. a 6. dochádza pri výbuchu v spojených nádobách a potrubí k veľkému nárastu výbuchových tlakov a brizancie výbuchu. Preto je žiaduce zabrániť možnosti vstupu plameňa či zariadenia do potrubia, resp. prerušiť šírenie plameňa v potrubí skôr, ako rýchlosť šírenia čela plameňa dosiahne nebezpečné hodnoty.
stupeň turbulencie zmesi horľavý plyn/ vzduch
Obr.6.21. Vplyv turbulencie na účinnosť potlačenia výbuchu zmesi metánu so vzduchom