Czym jest cyklon?
Cyklon to urządzenie służące do separacji ciał stałych lub pylistych z przepływającego powietrza lub gazu stosowane w różnych branżach, m.in. rolnictwie, przemyśle, energetyce, czy ochronie środowiska
Z czego składa się cyklon?
Cyklon składa się z jednej lub kilku komór, które są połączone ze sobą rurami. Przepływający przez cyklon gaz lub powietrze zanieczyszczone pyłami i innymi ciałami stałymi wprowadzane jest do komory wlotowej. Następnie przechodzi przez wirujący strumień, który powoduje rozdzielenie ciał stałych od gazu lub powietrza. Ciała stałe opadają do dna cyklonu i są usuwane z urządzenia, natomiast gaz lub powietrze wyprowadzane jest z komory wylotowej.
Jakie są rodzaje cyklonów?
Istnieją różne rodzaje cyklonów, w tym m.in. cyklony jedno- i wielokomorowe, cyklony niskociśnieniowe i wysokociśnieniowe, cyklony z przeciwprądem i z jednym przepływem. W zależności od zastosowania, dobiera się odpowiedni rodzaj cyklonu, który będzie skutecznie separował ciała stałe z przepływającego gazu lub powietrza.
- Cyklony jednokomorowe to najprostsza konstrukcja cyklonu, w której występuje tylko jedna komora wlotowa. Są stosowane w procesach, w których wymagana jest jedynie niska skuteczność separacji.
- Cyklony wielokomorowe składają się z dwóch lub więcej komór, w których zachodzi proces separacji. Tego typu cyklony charakteryzują się większą skutecznością separacji niż cyklony jednokomorowe.
- Cyklony niskociśnieniowe charakteryzują się niskim spadkiem ciśnienia i stosowane są w procesach, w których wymagana jest niska wydajność.
- Cyklony wysokociśnieniowe to cyklony, w których zachodzi separacja z wysokim spadkiem ciśnienia. Charakteryzują się dużą skutecznością separacji, ale wymagają większej energii do ich pracy.
- Cyklony z przeciwprądem to cyklony, w których gaz lub powietrze przepływa w kierunku przeciwnym do kierunku opadania ciał stałych. Są stosowane w procesach, w których wymagana jest wysoka skuteczność separacji.
- Cyklony z jednym przepływem to cyklony, w których gaz lub powietrze przepływa tylko raz przez urządzenie. Są stosowane w procesach, w których wymagana jest niska wydajność.
Zalety cyklonów
- Prosta konstrukcja i łatwość obsługi – cyklony mają stosunkowo prostą budowę i wymagają niewielkiej ilości części ruchomych, co ułatwia ich obsługę i konserwację.
- Wysoka skuteczność separacji – cyklony są skuteczne w separacji cząstek stałych lub pylistych z przepływającego gazu lub powietrza, co pozwala na utrzymanie czystości procesu produkcyjnego i poprawę jakości wyrobu.
- Niskie koszty eksploatacyjne – cyklony charakteryzują się niskimi kosztami eksploatacji i utrzymania, co przekłada się na niższe koszty produkcji.
- Bezpieczeństwo pracy – cyklony są stosunkowo bezpieczne w użytkowaniu, ponieważ nie wymagają stosowania wysokiego ciśnienia ani agresywnych chemikaliów.
- Ochrona środowiska – stosowanie cyklonów w procesach przemysłowych przyczynia się do zmniejszenia emisji pyłów i zanieczyszczeń do atmosfery, co pozytywnie wpływa na ochronę środowiska naturalnego.
- Wielostronne zastosowanie – cyklony znajdują zastosowanie w różnych branżach, m.in. w rolnictwie, przemyśle, energetyce i ochronie środowiska, co pozwala na ich wszechstronne wykorzystanie w różnych procesach produkcyjnych.
Zabezpieczenie cyklonu
Cyklony mogą być chronione za pomocą systemów „pasywnych” takich jak klapy przeciwwybuchowe czy zawory przeciwwybuchowe lub „aktywnych” jak system HRD, w zależności od kilku czynników, takich jak lokalizacja urządzenia, agresywność pyłu, niższy całkowity koszt użytkowania i inne. Systemy pasywnej ochrony przeciwwybuchowej reagują na ciśnienie deflagracji, natomiast aktywna ochrona przeciwwybuchowa obejmuje elektroniczne wykrywanie i sterowanie, które aktywuje podłączone systemy w ciągu milisekund od wykrycia.
- Zagrożenie pyłem i ryzyko zapłonu
- Rozwiązanie
- Odciążanie wybuchowe
- Tłumienie wybuchu
- Izolacja wybuchu
Zagrożenie pyłem i ryzyko zapłonu
W przeciwieństwie do innych urządzeń przetwórczych na instalacjach, takich jak suszarki, przenośniki czy młyny, cyklony rzadko składają się z ruchomych części, dlatego też nie występuje tutaj wiele źródeł zapłonu.
Z tego powodu cyklony rzadko są postrzegane jako podatne na rozprzestrzenianie się deflagracji we wnętrzu czy też na tworzeniu się atmosfery wybuchowej z zalegającego tam pyłu.
Bardziej prawdopodobne jest wystąpienie deflagracji w naczyniu połączonym. Na przykład tląca się masa, gorące obiekty lub żar mogą spowodować zapłon leja wylotowego w młynie znajdującym się powyżej, który następnie rozprzestrzeni się w dół strumienia do łatwopalnego środowiska cyklonu i spowoduje jeszcze większe zniszczenia.
Rozwiązanie
Ze względu na drobne cząstki pyłu zawarte w cyklonach, wzajemne powiązania z innymi urządzeniami w procesie oraz powszechne występowanie nagromadzenia pyłu i chmur pyłu, w celu zmniejszenia ryzyka zapłonu można zastosować środki zapobiegania wybuchom oraz dobre praktyki zarządzania takie jak:
- Regularne czyszczenie cyklonu i utrzymywanie połączonych kanałów wolnych od pyłu.
- Wykrywanie i izolowanie lub tłumienie iskier na wlocie brudnego powietrza.
- Nadzór nad temperaturą na wylocie czystego powietrza.
- Monitorowanie tlenku węgla na wylocie czystego powietrza.
O ile jednak metody prewencyjne mogą skutecznie zmniejszyć ryzyko zapłonu, o tyle całkowite wyeliminowanie szansy na wybuch jest niemożliwe. Wynikiem Dokumentu Zabezpieczenia Przed Wybuchem lub innej oceny ryzyka jest często wymóg łagodzenia wybuchu, a systemy izolacyjne są wdrażane w celu ochrony przed nieodwracalnymi skutkami najgorszego scenariusza.
Zabezpieczenie zbiornika: Odpowietrzanie wybuchowe
Klapy przeciwwybuchowe są jednym z najbardziej ekonomicznych i wygodnych rozwiązań zapobiegających osiągnięciu przez eksplozje potencjalnego maksymalnego ciśnienia. W przypadku wystąpienia deflagracji, klapy przeciwwybuchowe służą jako słaby punkt obudowy i zapewniają drogę ucieczki dla wzrastającego ciśnienia i płomieni.
Klapy przeciwwybuchowe mogą być stosowane, jeśli cyklon znajduje się na zewnątrz lub w pobliżu zewnętrznej ściany budynku lub dachu, co umożliwia wyprowadzenie przewodów wentylacyjnych na zewnątrz. Ponadto wystarczająca powierzchnia dla klap musi znajdować się na szczycie ramienia (w przypadku prostokątnych klap) i/lub na szczycie dachu (w przypadku okrągłych klap). Rzadko montuje się klapy na ścianach bocznych cyklonu, gdyż może to zakłócić efekt cyrkulacyjny w cyklonie.
W przypadku cyklonów znajdujących się w pomieszczeniach zamkniętych, daleko od zewnętrznych ścian, które umożliwiłyby poprowadzenie przewodów wentylacyjnych, a także braku wystarczającej powierzchni wewnątrz zakładu do odciążenia wybuchu, można zainstalować przerywacze ognia. Bezpłomieniowe urządzenia odpowietrzające umieszczane są na górze klapy przeciwwybuchowej. Przerywacze ognia zawierają filtr, który gasi płomienie wybuchu oraz dodatkowo sito zatrzymujące drobne cząstki, które zapobiega wypływowi niespalonego paliwa, uniemożliwiając wtórne wybuchy na zewnątrz zbiornika.
Zabezpieczenie zbiornika: Tłumienie wybuchu
Podobnie jak w przypadku odciążenia wybuchu, systemy tłumienia wybuchu są również zaprojektowane w celu złagodzenia początkowej deflagracji. Kiedy początkowe stadia deflagracji są monitorowane przez czujnik ciśnienia lub czujnik optyczny, system kontroli aktywuje butlę HRD w celu stłumienia deflagracji – wszystko w ciągu milisekund od zapłonu.
Systemy tłumienia mogą być zalecane lub wymagane na korzyść rozwiązań odciążających z następujących powodów:
- Zmniejsza ciśnienie deflagracji w celu ochrony integralności obudowy.
- Wygasza płomień w cyklonie, zmniejszając potencjał szkód pożarowych.
- Eliminuje uwolnienie płomienia i znacznie zmniejsza drogę ciśnienia związaną z odpowietrzeniem wybuchu.
- W znacznym stopniu eliminuje odprowadzanie toksycznych lub niebezpiecznych materiałów poza cyklon.
Butle tłumiące HRD są instalowane przede wszystkim na leju zasypowym, w razie potrzeby mogą być też na „ramieniu” ściany bocznej, czyli w obszarze tuż przed miejscem, w którym materiał wchodzi do cyklonu.
Butle HRD są zwykle wyposażone w rozpylacz, który wystaje do zbiornika tylko wtedy, gdy jest potrzebny, aby uniknąć gromadzenia się pyłu i zakłócenia pracy cyklonu.
Ochrona podłączonego sprzętu: Izolacja
Izolacja cyklonu od podłączonych urządzeń na instalacji jest kluczowym elementem niezawodnego systemu ochrony przeciwwybuchowej. Można to osiągnąć za pomocą aktywnego lub pasywnego systemu izolacji.
Jeśli do ochrony zbiornika stosowane jest odpowietrzanie, często wykorzystuje się zawór izolacyjny z podwójną klapą (DFI™) firmy Fike, natomiast do ochrony zbiornika stosowana jest butla HRD, która często jest wybierana w celu odizolowania wlotu zapylonego powietrza. Aktywna bariera mechaniczna (na przykład zawór szybkozamykający FAV) może być preferowana zamiast bariery chemicznej (butli HRD), jeśli propagacja fali ciśnienia budzi obawy lub jeśli DFI nie jest preferowany ze względu na spodziewane ścieranie się produktu.
Podobnie jak w przypadku wlotu powietrza, jeśli do ochrony cyklonu stosuje się odpowietrzanie, to do izolacji wylotu powietrza często wykorzystuje się izolację pasywną. W przeciwnym razie zalecana jest aktywna izolacja, ponieważ system wykrywania i kontroli został już zainstalowany na cyklonie w celu wsparcia tłumienia.
Wreszcie, zbiornik może nie wymagać ochrony, jeżeli dozownik celkowy pomiędzy zbiornikiem wylotowym a cyklonem jest zatwierdzony jako urządzenie izolujące od wybuchu i aktywuje się wystarczająco szybko po wykryciu wybuchu. Jeżeli jednak dozownik celkowy nie jest w stanie odizolować wybuchu, potrzebna będzie bariera chemiczna (butla HRD) lub aktywny mechaniczny zawór izolacyjny.
