جمع آوری گرد و غبار مرطوب ضد انفجار: راهنمای کنترل ایمن گرد و غبار

حکم مهندسی

یک جمع کننده گرد و غبار مرطوب ضد انفجار راه حل مورد نیاز هر جا که گرد و غبار قابل احتراق، رطوبت سنجی یا واکنش شیمیایی در فرآیندهای صنعتی تولید می شود، است. برخلاف سیستم‌های فیلتر خشک، کلکتورهای مرطوب خطر اشتعال را در نقطه جذب با محصور کردن ذرات در مایع قبل از تشکیل یک ابر انفجاری سرکوب می‌کنند. برای انواع گرد و غبار از جمله منیزیم، آلومینیوم، لیتیوم، و پودرهای دارویی خاص، هیچ جایگزین خشکی مطابق با استانداردهای ATEX یا NFPA نیست.

250 گرم در متر مربع آستانه ابر گرد و غبار انفجاری معمولی

ATEX استاندارد طبقه بندی منطقه اتحادیه اروپا

NFPA 654 استاندارد گرد و غبار قابل احتراق ایالات متحده

طبقه بندی گرد و غبار

کدام انواع گرد و غبار نیاز به جمع آوری مرطوب دارند؟

هر فرآیند گرد و غباری به جمع کننده مرطوب نیاز ندارد، اما دسته بندی گرد و غبار خاصی، جمع آوری مرطوب را تنها انتخاب سازگار و ایمن می کند. این تصمیم به دو ویژگی بستگی دارد: اشتعال پذیری و واکنش پذیری با آب. در مقابل، برخی از خطرناک ترین غبارها به شدت با آب واکنش نشان می دهند، که طراحی سیستم را حیاتی می کند.

غبارهای آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم و زیرکونیوم دارای حداقل انرژی اشتعال (MIE) به اندازه 1-10 میلی ژول هستند، به این معنی که تخلیه استاتیکی ضعیف برای ایجاد آتش سوزی کافی است. این مواد همچنین یک خطر ثانویه در سیستم های مرطوب دارند: ذرات ریز منیزیم و آلومینیوم با آب واکنش می دهند و گاز هیدروژن تولید می کنند. جمع کننده های مرطوب برای این غبارها به جای آب معمولی از محلول های بازدارنده (معمولاً افزودنی های قلیایی در pH 10-12) استفاده می کنند و برای جلوگیری از تجمع هیدروژن بالاتر از آستانه 4٪ LEL به مخزن های جمع آوری آب بندی شده و تهویه شده نیاز دارند.

ترکیبات دارویی فعال (API) مانند اسید استیل سالیسیلیک، اسید اسکوربیک و بسیاری از ترکیبات آنتی بیوتیکی دارای مقادیر Kst (شاخص deflagration) از 50 تا بیش از 300 بار در متر بر ثانیه هستند. آنها تحت استاندارد EN 13821 به عنوان غبارهای St-1 یا St-2 طبقه بندی می شوند. جمع آوری مرطوب از آلودگی متقاطع بین دسته ها جلوگیری می کند و خطر حباب مجدد را که سیستم های پالس جت خشک در طول چرخه های تمیز کردن فیلتر ایجاد می کنند، حذف می کند.

مواد خاصی در تماس با هوا خود به خود مشتعل می شوند (پیروفوریک) یا رطوبت را جذب می کنند و به سرعت تجزیه می شوند (هیگروسکوپیک). ضایعات تولید باتری لیتیوم، برخی کاتالیزورها و ذرات کربن فعال در این دسته قرار می گیرند. جمع آوری مرطوب، اینرسی و جذب همزمان را فراهم می کند و محیط اکسید کننده ای را که گرد و غبار برای احتراق نیاز دارد، از بین می برد.

تأسیسات پردازش مواد متعدد - از جمله عملیات بازیافت، ریخته‌گری، و کارگاه‌های تولید کامپوزیت - اغلب نمی‌توانند ترکیب گرد و غبار موجود در هوا را در هر لحظه تضمین کنند. هنگامی که جریان گرد و غبار ممکن است شامل بخش‌های قابل احتراق در غلظت‌های بالاتر از 25 گرم بر مترمربع (10 درصد آستانه انفجار معمولی) باشد، جمع‌آوری مرطوب بدون توجه به ترکیب، مکانیزم جذب بدون نقص را فراهم می‌کند.

مورد عملکرد

چرا کلکتورهای مرطوب از سیستم های خشک در محیط های خطرناک بهتر عمل می کنند؟

استدلال مهندسی برای جمع آوری گرد و غبار مرطوب در اتمسفرهای انفجاری به چهار مزیت متمایز می رسد که سیستم های کیسه خشک یا کارتریج نمی توانند تکرار کنند.

ضبط و سرکوب همزمان

کلکتورهای خشک گرد و غبار را گرفته و در حالت غلیظ، خشک و معلق روی محیط فیلتر ذخیره می کنند. یک چرخه تمیز کردن با جت پالس، گرد و غبار را در یک ابر کوتاه و با غلظت بالا به داخل قیف باز می‌گرداند - دقیقاً شرایط یک انفجار ثانویه. جمع کننده های مرطوب این چرخه را به طور کامل حذف می کنند. ذرات در تماس خیس می‌شوند، سطح آن‌ها پوشش داده می‌شود و در مخزن مایع که در آن دسترسی به اکسیژن قطع می‌شود، فرو می‌روند. هیچ موجودی گرد و غبار خشک ذخیره شده ای وجود ندارد.

خنک سازی ذرات داغ و جرقه ها

عملیات سنگ زنی، برش و جوشکاری جرقه هایی با دمای سطحی 1000 تا 1600 درجه سانتیگراد تولید می کند. یک سیستم شستشوی مرطوب این ذرات را در تماس با پرده مایع فورا خاموش می کند. سیستم‌های فیلتر خشک به جرقه‌گیرهای بالادست تکیه می‌کنند - یک جزء جداگانه که می‌تواند از کار بیفتد یا دور زده شود. کلکتورهای مرطوب، خاموش کردن جرقه را در مکانیسم جذب اولیه ادغام می کنند و حالت شکست تک نقطه ای را حذف می کنند.

هیچ رسانه فیلتری برای احتراق یا جایگزینی وجود ندارد

کیسه های فیلتر و کارتریج ها قابل احتراق هستند. در آتش سوزی گرد و غبار یا آتش زدایی در داخل یک کلکتور خشک، محیط فیلتر تبدیل به سوخت می شود. کلکتورهای مرطوب هیچ رسانه فیلتری ندارند. مایع شستشو مکانیسم جمع آوری است. این همچنین هزینه تعمیر و نگهداری و خرابی مربوط به تعویض فیلتر را حذف می کند، که برای کلکتورهای خشک صنعتی سنگین به طور متوسط هر 6 تا 18 ماه با هزینه 800 تا 4000 یورو برای هر سرویس بسته به اندازه سیستم است.

مدیریت گرد و غبار چسبنده یا رطوبت گیر

سیستم‌های فیلتر خشک نمی‌توانند گرد و غباری را که در زمان مرطوب جمع می‌شوند، کیک می‌کنند یا به چسب تبدیل می‌شوند، کنترل کنند. بسیاری از غبارهای فرآوری مواد غذایی، شیمیایی و دارویی این رفتار را نشان می دهند. در یک کلکتور مرطوب، چسبندگی ذرات مشکلی ندارد زیرا ذرات از لحظه گرفتن در حالت تعلیق هستند. این سیستم‌های مرطوب را تنها گزینه مناسب برای گرد و غبار می‌سازد که فیلتر خشک را در عرض چند دقیقه کور می‌کند.

فاکتور عملکرد	جمع آوری گرد و غبار مرطوب	جمع کننده کارتریج خشک
گرد و غبار فلزات قابل احتراق را با خیال راحت مدیریت می کند	بله (با مایع صحیح)	خیر
تعبیه شده در خاموش کردن جرقه	بله	نیاز به برقگیر جداگانه دارد
هزینه رسانه فیلتر بیش از 10 سال است	خیرne	8000-40000 یورو
خطر انفجار ثانویه ناشی از تمیز کردن	خیرne	بالا
گرد و غبار چسبنده یا رطوبت گیر را کنترل می کند	بله	خیر
راندمان جمع آوری (ذرات ریز)	95-99٪ (نوع ونتوری)	99.9٪ (درجه HEPA)

چارچوب نظارتی

چه محافظی در برابر انفجار مورد نیاز است؟

الزامات انطباق به حوزه قضایی، گروه گرد و غبار و طبقه بندی منطقه منطقه نصب بستگی دارد. دو چارچوب غالب عبارتند از ATEX (اتحادیه اروپا) و سری NFPA (ایالات متحده)، و اصول اساسی مشترک دارند در حالی که در جزئیات پیاده سازی متفاوت هستند.

دستورالعمل ATEX (EU) 2014/34/EU

ATEX مناطق خطرناک گرد و غبار را به عنوان منطقه 20 (ابر گرد و غبار به طور مداوم وجود دارد)، منطقه 21 (ابر گرد و غبار گاهی اوقات در طول عملیات عادی وجود دارد) و منطقه 22 (ابر گرد و غبار بعید است اما ممکن است) طبقه بندی می کند. الزامات دسته تجهیزات به شرح زیر است:

منطقه 20: تجهیزات رده 1 بعدی، بالاترین سطح حفاظت
منطقه 21: حداقل تجهیزات رده دو بعدی
منطقه 22: دسته تجهیزات سه بعدی قابل قبول است

برای اکثر تاسیسات جمع کننده گرد و غبار مرطوب که به فرآیندهای گرد و غبار قابل احتراق خدمت می کنند، منطقه 21 طبقه بندی استاندارد است که به موتورهای دارای رتبه بندی 2 بعدی، محفظه های الکتریکی (حداقل IP65) و جعبه های اتصال نیاز دارد. گواهینامه ATEX باید هم دستورالعمل تجهیزات (E) و هم دستورالعمل محل کار (W) را پوشش دهد.

استانداردهای NFPA (ایالات متحده آمریکا)

چارچوب ایالات متحده الزامات را در چندین استاندارد NFPA توزیع می کند:

NFPA 654: استاندارد گرد و غبار قابل احتراق عمومی، خانه داری، تهویه و قرار دادن کلکتور را پوشش می دهد
NFPA 68: تهویه باد - در محفظه کلکتور مورد نیاز است مگر اینکه مهار مرطوب به عنوان روش حفاظت اولیه واجد شرایط باشد.
NFPA 70 (NEC): طبقه بندی الکتریکی - کلاس II، بخش 1 یا 2 برای مناطق گرد و غبار قابل احتراق
NFPA 652: الزامات اساسی و الزام تجزیه و تحلیل خطر گرد و غبار (DHA).

یک تجزیه و تحلیل رسمی خطر گرد و غبار برای تاسیساتی که گرد و غبار قابل احتراق را مدیریت می کنند الزامی است. DHA باید هر پنج سال یکبار یا پس از هر تغییر فرآیندی که نوع، حجم یا روش جابجایی گرد و غبار را تغییر می‌دهد، مستند و بررسی شود.

حفاظت موتور Ex d IIB T4 یا بالاتر

رتبه بندی محوطه حداقل IP65 (منطقه 21)

زمین کردن مقاومت کمتر از 1 اهم در برابر زمین

مواد ضد زنگ 304 یا 316 معمولی

اصل عملیات

جمع کننده های گرد و غبار مرطوب چگونه کار می کنند؟

جمع‌کننده‌های گرد و غبار مرطوب بر اساس اصل ضربه، انتشار و رهگیری کار می‌کنند: هوای آلوده مجبور به تماس با پرده آب، اسپری قطرات یا فیلم مایع می‌شود و ذرات غبار به قطرات مایع می‌چسبند که سپس توسط گرانش یا مرحله ریزش از جریان هوا جدا می‌شوند.

ورودی و پیش خیس شدن

هوای آلوده از طریق یک مجرای ورودی فلنجی، معمولاً با سرعت 15 تا 25 متر بر ثانیه وارد کلکتور می شود. در سیستم‌های نوع ونتوری، مجرا در گلو باریک می‌شود تا جریان هوا را تسریع کند و مایع پاک‌کننده را از طریق یک نازل مرکزی به جریان هوا می‌کشد. ذرات درشت تر (بالاتر از 10 میکرون) در اینجا با بازدهی بیش از 99 درصد گرفته می شوند.

اتاق شستشو

هوای خیس شده وارد محفظه شستشوی اصلی می شود، جایی که مایع اضافی از طریق نازل های اسپری یا سرریز پرده مایع وارد می شود. ذرات زیر میکرونی که از جذب ونتوری فرار کردند با قطرات مایع ریز (معمولاً 100 تا 500 میکرون قطر) برخورد می کنند. نسبت مایع به هوا در این مرحله معمولاً 0.5-1.5 لیتر در هر متر مکعب هوای تصفیه شده است.

جدایی و پاکسازی

جریان هوای مملو از دوغاب از یک محفظه جداسازی عبور می‌کند که در آن سرعت به شدت کاهش می‌یابد و به قطرات مایعی که گرد و غبار را حمل می‌کنند اجازه می‌دهد تا با نیروی گرانش به داخل مخزن جمع‌آوری بیفتند. یک پد دمیستر یا مرحله جداکننده سیکلونی، قطرات باقیمانده را از هوای تمیز قبل از خروج از فن حذف می کند. هوای خروجی معمولاً در این مرحله حاوی کمتر از 5 میلی گرم بر متر مکعب ذرات است.

مدیریت و تخلیه چاه

گرد و غبار گرفته شده در مخزن مایع به صورت دوغاب ته نشین می شود. اکثر سیستم های صنعتی شامل یک مدار پمپ پیوسته یا زماندار هستند که دوغاب را برای آبگیری به مخزن ته نشینی یا فیلتر پرس منتقل می کند. آب با نرخ بازیابی 70 تا 90 درصد در سیستم های حلقه بسته به گردش در می آید و مصرف آب شیرین و حجم پساب را کاهش می دهد. برای حفظ غلظت بازدارنده مورد نیاز برای جابجایی ایمن گرد و غبار فلزی، pH مخزن به طور مداوم در کاربردهای فلزی راکتیو کنترل می شود.

اسکرابر ونتوری

بهترین گزینه برای جذب ذرات ریز و جریان های گاز با دمای بالا. افت فشار 1500-4000 Pa. راندمان برای ذرات بالای 1 میکرون: 99٪.

اسکرابر سیکلون مرطوب

ظرفیت جریان هوا بالا با افت فشار کمتر (500-1500 Pa). برای بارهای درشت گرد و غبار در محیط های ریخته گری و فلزکاری ترجیح داده می شود.

جمع آوری دیسک های سیل زده

هوای آلوده از یک دیسک غوطه ور عبور می کند که در سطح آب تلاطم ایجاد می کند. ردپای فشرده و نگهداری ساده، مناسب برای استخراج نیمکت یا هود.

راهنمای عملی

انتخاب و نصب سیستم مناسب

انتخاب سیستم توسط سه متغیر خاص مکان هدایت می شود: نوع و غلظت گرد و غبار، حجم جریان هوای مورد نیاز و طبقه بندی منطقه خطرناک. پارامترهای زیر باید قبل از تعیین یک واحد تأیید شوند.

حجم جریان هوا (m³/h) ابتدا سرعت جذب را در هر دهانه هود یا محفظه تعیین کنید. یک باز شدن هود 300 میلی متر در 300 میلی متر با سرعت 0.5 متر بر ثانیه به جریان هوای القایی تقریباً 160 متر مکعب در ساعت نیاز دارد.
غلظت گرد و غبار (g/m³) اندازه گیری یا تخمین بارگذاری ورودی کلکتورهای مرطوب معمولاً 1 تا 50 گرم در متر مکعب را به طور مؤثر اداره می کنند. کاربردهای با بارهای سنگین بالای 20 گرم در مترمکعب به محفظه های پیش از ناک اوت بالادست نیاز دارند.
توزیع اندازه ذرات (d50) طرح های Venturi ذرات بالای 0.5 میکرون را به طور موثر جذب می کنند. برای ذرات زیر 0.5 میکرون، ممکن است برای دستیابی به انطباق با محدودیت‌های انتشار محلی، یک غبار باردار یا پیش مرحله یونیزه مورد نیاز باشد.
تامین و زهکشی مایعات فشار آب موجود (معمولاً 2 تا 4 بار) و ظرفیت زهکشی را تأیید کنید. سیستم‌های حلقه بسته مصرف روزانه آب شیرین را تا 2 تا 5 درصد حجم آرایش کاهش می‌دهند، اما به یک برنامه مدیریت و دفع لجن مطابق با مقررات محلی فاضلاب نیاز دارند.
طبقه بندی مناطق الکتریکی قبل از تعیین رتبه بندی موتور و صفحه کنترل، منطقه/کلاس ATEX یا NEC نقطه نصب را تأیید کنید. نصب واحدی که دارای رتبه کمتری هستند، بیمه و انطباق را باطل می کند و در صورت بروز حادثه، مسئولیتی ایجاد می کند.