PL229851B1 - Układ grzewczy przeznaczony do stosowania w potencjalnie wybuchowej atmosferze - Google Patents

Abstract

Układ grzewczy przeznaczony do stosowania w potencjalnie wybuchowej atmosferze, zawierający umieszczony wewnątrz zbiornika (1) cieczy palnej (1a) przeponowy element grzewczy (2), w którego wnętrzu na jego jednym z końców znajduje się palnik (3), zaś drugi koniec zakończony jest kominem (7), w którym to układzie palnik (3) zabudowany jest na zewnątrz zbiornika (1) szczelną obudową (4), przy czym w obudowie (4) zamontowane są szczelne przepusty, do przeprowadzenia rurociągów doprowadzających paliwo (5) oraz powietrze (6) do palnika (3) umieszczonego wewnątrz obudowy (4), z kolei komin (7), wyprowadzony poza zdefiniowaną strefę zagrożenia wybuchem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ grzewczy przeznaczony do stosowania w potencjalnie wybuchowej atmosferze związanej z przetwarzaniem węglowodorowych związków organicznych.

Ze stanu techniki znana jest publikacja PL 194973(B), której przedmiotem jest urządzenie do pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych, pracujące pod ciśnieniem normalnym, podwyższonym lub obniżonym, ogrzewane przeponowo, które charakteryzuje się tym, że reaktor posiada zamontowany wewnątrz komory reakcyjnej co najmniej jeden element grzejny w postaci rury grzejnej o kształcie krzywoliniowym, gdzie stosunek jej długości do średnicy wynosi co najmniej 10, korzystnie 50-250, przy czym korzystnie rura grzejna podparta jest co najmniej jedną podporą a na wlocie rury grzejnej zamontowany jest palnik.

Znana jest także publikacja PL 400317(A), w której ujawniono reaktor wyposażony w element grzewczy w postaci rury wyposażonej w system omywania jej powierzchni na odcinku najbardziej narażonym na przypalanie mieszaniny reakcyjnej, przy czym obieg cieczy reakcyjnej, złożonej z roztworu ekstrakcyjnego, jak i produktu powstałego wskutek tego rozpadu, w układzie omywania, wymuszony jest pracą pompy, podłączonej bezpośrednio do układu omywania i stanowiącej jego element, a ponadto element grzewczy jest ogrzewany przez co najmniej jeden palnik.

Układ grzewczy przeznaczony do stosowania w potencjalnie wybuchowej atmosferze związanej z przetwarzaniem węglowodorowych związków organicznych, zawierający umieszczony wewnątrz zbiornika cieczy palnej przeponowy element grzewczy, w którego wnętrzu na jego jednym z końców znajduje się palnik, zaś drugi koniec zakończony jest kominem, a palnik zabudowany jest na zewnątrz zbiornika szczelną obudową, według wynalazku charakteryzuje się tym, że szczelna obudowa umieszczona jest na bocznej ścianie zbiornika przy czym w obudowie zamontowane są szczelne przepusty, do przeprowadzenia rurociągów doprowadzających paliwo oraz powietrze do palnika umieszczonego wewnątrz obudowy, z kolei komin, wyprowadzony poza zdefiniowaną strefę zagrożenia wybuchem.

Powyżej opisane rozwiązanie ma na celu przystosowanie urządzenia powszechnie znanego, w postaci elementu grzewczego ogrzewanego palnikiem, do pracy w obszarze określonym jako zagrożonego wybuchem. Przez przestrzenie zagrożone wybuchem, według 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), należy rozumieć przestrzenie, w których może wystąpić atmosfera wybuchowa w ilościach wymagających podjęcia specjalnych środków w celu zapewnienia bezpieczeństwa i higieny pracy. Atmosferą wybuchową określa się mieszaninę z powietrzem w warunkach atmosferycznych, substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł lub pyłów, w której po wystąpieniu zapłonu, spalanie rozprzestrzenia się na całą niespaloną mieszaninę. Z treści rozporządzenia wynika, że w celu zapobieżenia wybuchom i zapewnienia ochrony przed skutkami wybuchów powinno stosować, odpowiednie do rodzaju działalności, techniczne lub organizacyjne środki ochronne. Określając środki ochronne, należy zapewnić realizację następujących celów w podanej kolejności:

1. zapobieganie tworzeniu się atmosfery wybuchowej;

2. zapobieganie wystąpieniu zapłonu atmosfery wybuchowej;

3. ograniczenie szkodliwego efektu wybuchu, w celu zapewnienia ochrony zdrowia i bezpieczeństwa osób pracujących.

Zastosowanie rozwiązania według wynalazku (w postaci palnika zamontowanego w elemencie grzewczym) szczelną obudową, spełnia powyższy warunek 1), poprzez uniemożliwienie wycieku substancji palnych na zewnątrz aparatu w przypadku pęknięcia elementu grzewczego aparatu zawierającego te substancje palne. Zainstalowanie tej obudowy realizuje również powyższy cel 2), mianowicie separuje atmosferę wybuchową jaka może wystąpić w obecności aparatu od potencjalnych źródeł zapłonu jakim jest płomień palnika oraz gorąca wewnętrzna powierzchnia elementu grzewczego.

Proponowany układ złożony z palnika w elemencie grzewczym i obudowy, spełnia również wymagania zawarte w rozporządzeniu Ministra Gospodarki z dnia 22 grudnia 2005 r. (w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem). Rozporządzenie to określa zasadnicze wymagania dotyczące projektowania oraz wytwarzania urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Według §4 pkt 1 tego rozporządzenia przez urządzenia rozumiany jest sprzęt, przyrządy stałe, które oddzielnie lub połączone ze sobą są przeznaczone do wytwarzania, przesyłania energii, które przez ich własne potencjalne źródła zapłonu są zdolne do spowodowania wybuchu. W rozpatrywanym przypadku, którego dotyczy tenże opis patentowy, urządzeniem jest palnik (odpowiedzialny

PL 229 851 B1 za wytwarzanie energii) oraz element grzewczy (odpowiedzialny za przesyłanie energii). Natomiast obudowa układu grzewczego (według §4 pkt 3) traktowana jest jako część (podzespół) rozumiany jako wyrób istotny ze względu na bezpieczne funkcjonowanie urządzenia, bez funkcji samodzielnych. Z §10 wynika, że urządzenia powinny być projektowane zgodnie z zasadami zintegrowanego bezpieczeństwa przeciwwybuchowego, w tym celu powinny być podjęte działania, aby:

1. zapobiec, w miarę możliwości, wytwarzaniu lub uwalnianiu atmosfery wybuchowej przez urządzenia i systemy ochronne,

2. zapobiec zapłonowi atmosfery wybuchowej.

W §42 pkt 2 mowa jest by części urządzeń tak były projektowane i wytwarza, aby ich dopuszczalne temperatury powierzchni nie mogły być przekraczane, nawet w przypadkach zagrożenia wynikającego z sytuacji awaryjnych przewidzianych przez producenta tych urządzeń.

Zastosowanie przedmiotowego rozwiązania, w którym występuje zabudowa palnika ogrzewającego element grzewczy, spełnia powyżej wymienione wymagania. Zabudowa spełnia więc następujące warunki:

- zapobiega wytwarzaniu lub uwolnieniu atmosfery wybuchowej,

- separuje potencjalne źródła zapłonu w postaci: płomienia palnika, gorących elementów palnika, gorącej powierzchni elementu grzewczego od przestrzeni zagrożonej wybuchem znajdującej się po drugiej stronie tejże zabudowy,

- stanowi izolację pomiędzy gorącym płynem jaki może się znaleźć wewnątrz obudowy w wyniku wystąpienia awarii (pęknięcie elementu grzewczego i wyciek płynu do wnętrza obudowy) tak by w wyniku jej nagrzania przez gorący płyn, obudowa nie stała się źródłem zapłonu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania, zaś fig. 2 drugi przykład wykonania.

P r z y k ł a d w y k o n a n i a 1

Układ grzewczy przeznaczony do stosowania w potencjalnie wybuchowej atmosferze związanej z przetwarzaniem węglowodorowych związków organicznych, zawiera umieszczony wewnątrz zbiornika (1) cieczy palnej (1 a) przeponowy element grzewczy (2), w którego wnętrzu na jego jednym z końców znajduje się palnik (3), zaś drugi koniec zakończony jest kominem (7). Palnik (3) zabudowany jest na zewnątrz zbiornika (1) szczelną obudową (4), w której zamontowane są szczelne przepusty, do przeprowadzenia rurociągów doprowadzających paliwo (5) oraz powietrze (6) do palnika (3) umieszczonego wewnątrz obudowy (4). Komin (7), wyprowadzony poza zdefiniowaną strefę zagrożenia wybuchem (8).

Przeponowy element grzewczy (2) ogrzewa ciecz (1 a), mogącą stworzyć atmosferę wybuchową, zawartą w aparacie (1). Energia przekazywana przez element grzewczy (2) do cieczy (1 a) to ciepło powstałe w wyniku spalenia mieszanki paliwowo-powietrznej w palniku (3). Spaliny po przekazaniu części ciepła wyprowadzane są przez komin (7), wyprowadzony poza zdefiniowaną strefę zagrożenia wybuchem. Palnik (3) zabudowany jest szczelną obudową (4), zapobiegającą przed wylaniem się cieczy palnej na zewnątrz aparatu, w przypadku powstania nieszczelności w elemencie grzewczym (2), i jej samoczynnego zapłonu lub wycieku, odparowaniu i wytworzeniu atmosfery wybuchowej. W obudowie zamontowane są szczelne przepusty, do przeprowadzenia rurociągów doprowadzających paliwo (5) oraz powietrze (6) do palnika (3) umieszczonego wewnątrz obudowy (4).

P r z y k ł a d w y k o n a n i a 2

Przykład wykonania 2 obejmuje zastosowanie opisywanego rozwiązania do ogrzewania aparatu (1), w którym następuje powstawanie oparów łatwopalnych (1 b) w wyniku oddziaływania ciepła promieniującego z elementu grzewczego (2) na związek organiczny w postaci ciała stałego (1 c) znajdujący się wewnątrz aparatu (1). W tym przypadku zastosowanie układu zapobiega przed powstaniem atmosfery wybuchowej (na skutek pęknięcia elementu grzewczego (2) w przypadku, gdy palnik (3) jest wyłączony:

a) na zewnątrz aparatu, gdy ciśnienie oparów (1 b) jest wyższe od ciśnienia panującego po zewnętrznej stronie układu,

b) w jego wnętrzu, gdy ciśnienie oparów (1b) w jego wnętrzu jest mniejsze od ciśnienia panującego na zewnątrz.

Osłona zapobiega również zapłonowi atmosfery wybuchowej, potencjalnie mogącej wystąpić na zewnątrz aparatu (1), powstałej z innego niezależnego powodu, poprzez uniemożliwienie wydostania się gorących oparów (1 b) na zewnątrz aparatu (1) w wyniku pęknięcia elementu grzewczego (2), w przypadku gdy ich ciśnienie jest wyższe od ciśnienia panującego na zewnątrz aparatu (1) oraz ich temperatura jest wyższa od temperatury samozapłonu.

PL 229 851 B1

Opisany powyżej układ, składający się z palnika i jego osłony, został poddany testom, mianowicie po jego montażu i sprawdzeniu prawidłowego działania wykonano następujące próby ruchowe:

- kontrola ciśnienia gazu i powietrza dostarczanych do palnika,

- kontrola funkcjonowania elektronicznego układu kontroli nadciśnienia gazu osłonowego, wewnątrz osłony palnika,

- przeprowadzenie testów cykli zapalania i wygaszania palników,

- przetestowanie czasów bezpieczeństwa automatów palnikowych,

- sprawdzenie reakcji układu sterowania na zanik płomienia w czasie pracy palnika, Materiały z których wykonane są poszczególne elementy w opisywanym rozwiązaniu są dostosowane do warunków w jakich pracują, czyli odpowiednio wytrzymałe na panujące ciśnienie, temperaturę, agresywność substancji. Do dwóch powyżej opisanych rozwiązań, poszczególne elementy można wykonać z następujących materiałów:

- obudowa wykonana z ferrytycznych stali węglowych z grupy 1.1, 1.2,

- elementy palnika i elementy grzewczy wykonane z austenitycznych stali stopowych z grupy 8.1,8.2 w tym austenitycznych stali żaroodpornych wg PN-EN 13445-2,

- zastosowane uszczelki to kompozyty wieloskładnikowe, na osnowie grafitu, homopolimerów i kopolimerów oraz stali z grup jak wyżej oraz kompozyty ceramiczne (na osnowie ceramicznej), na bazie pierwiastków metalicznych, pół- i nie-metalicznych oraz lantanowców.

Zakres zastosowania zastrzeganego układu jest praktycznie bardzo szeroki, pod warunkiem zachowania logiki technicznej, w zależności od przypadku, potrzeby oraz inwencji i wyobraźni inżyniera. Zastosowanie takiego układu zalecane jest w urządzeniach wykorzystywanych w procesach chemicznych bazujących na pracy z węglowodorowymi związkami organicznymi. Wykorzystanie urządzenia w postaci palnika z obudową może mieć zastosowanie w:

a) reaktorze do prowadzenia procesu depolimeryzacji (roztapianie związków polimerowych, ich rozpad na związki węglowodorowe o krótszych łańcuchach oraz ich odparowanie),

b) reaktorze do prowadzenia procesu ekstrakcji (ekstrahentem jest lotna frakcja węglowodorowa),

c) do prowadzenia procesu suszenia substancji nasączonych lotnymi związkami organicznymi (za pomocą promieniowania elementu grzewczego),

d) do prowadzenia procesu pyrolizy (rozkład termiczny organicznych substancji stałych).

Zastosowane rozwiązania w powyżej opisanym układzie charakteryzują się tym, że:

- zespół obudowy palnika elementu grzewczego zabezpiecza w razie uszkodzenia/pęknięcia elementu grzewczego przed wylaniem się substancji palnej na zewnątrz aparatu,

- zespół obudowy palnika elementu grzewczego zabezpiecza w razie uszkodzenia/pęknięcia elementu grzewczego przed rozlaniem się na zewnątrz aparatu substancji palnej i jej samozapłonem, w przypadku, gdy jej temperatura jest równa lub wyższa od tej temperatury samozapłonu,

- zespół obudowy palnika elementu grzewczego zabezpiecza w razie uszkodzenia/pęknięcia elementu grzewczego przed stworzeniem atmosfery wybuchowej w wyniku rozlania się substancji palnej na zewnątrz aparatu w przypadku, gdy jej temperatura jest poniżej temperatury samozapłonu,

- zespół obudowy palnika elementu grzewczego zabezpiecza w razie uszkodzenia/pęknięcia elementu grzewczego przed stworzeniem atmosfery wybuchowej w wyniku wydostania się oparów palnych na zewnątrz aparatu w przypadku, gdy ich temperatura jest poniżej temperatury samozapłonu,

- zespół obudowy palnika elementu grzewczego zabezpiecza w razie uszkodzenia/pęknięcia elementu grzewczego przed pożarem w wyniku wydostania się oparów palnych na zewnątrz aparatu w przypadku, gdy ich temperatura jest równa lub wyższa od temperatury samozapłonu,

- obudowa palnika zabezpiecza przed kontaktem zaistniałej już atmosfery wybuchowej w bezpośrednim sąsiedztwie aparatu, z gorącymi elementami tego aparatu tj. płomień palnika, wewnętrzna ścianka elementu grzewczego, mogące stanowić potencjalne źródło zapłonu atmosfery wybuchowej,

- zespół posiada certyfikację jednostkową dopuszczającą urządzenie przez ośrodek badań atestacji i certyfikacji pod kątem wykonania dla pracy w strefie Ex.

Claims (1)

1. Układ grzewczy przeznaczony do stosowania w potencjalnie wybuchowej atmosferze związanej z przetwarzaniem węglowodorowych związków organicznych, zawierający umieszczony wewnątrz zbiornika (1) cieczy palnej (1 a) przeponowy element grzewczy (2), w którego wnętrzu na jego jednym z końców znajduje się palnik (3), zaś drugi koniec zakończony jest kominem (7), a palnik (3) zabudowany jest na zewnątrz zbiornika (1) szczelną obudową (4), znamienny tym, że szczelna obudowa (4) umieszczona jest na bocznej ścianie zbiornika (1) przy czym w obudowie (4) zamontowane są szczelne przepusty, do przeprowadzenia rurociągów doprowadzających paliwo (5) oraz powietrze (6) do palnika (3) umieszczonego wewnątrz obudowy (4), z kolei komin (7), wyprowadzony poza zdefiniowaną strefę zagrożenia wybuchem (8).