Konštrukčná protivýbuchová ochrana

 

Ak nie je možné pravdepodobnosť nebezpečnej výbušnej atmosféry riadne vyhodnotiť, potom sa vychádza z toho, že taká atmosféra existuje.

Obdobne platí, že ak nie je možné riadne vyhodnotiť pravdepodobnosť vzniku účinného zdroja iniciácie, vychádza sa z toho, že iniciácia je možná.

Ak nie je možné zabrániť vytváraniu nebezpečnej výbušnej atmosfére a vylúčiť nebezpečie výbuchu opatreniami aktívnymi pri protivýbuchovej prevencii, alebo nie sú také opatrenia vhodné, zariadenia, ochranné systémy a časti musia byť konštruované tak, aby boli obmedzené účinky výbuchu na bezpečnú mieru. Opatrenia konštrukčnej protivýbuchovej ochrany teda nezabránia výbuchu, ale zaistia, že nedôjde k poškodeniu zariadenia ani k ohrozeniu osôb a po krátkej dobe je zariadenie schopné prevádzky. Podľa konštrukčných opatrení ktoré obmedzujú účinky výbuchu na únosnú mieru, rozdeľujeme takto:

6.1 Konštrukcie odolné výbuchu 6.1.1 Nádoby odolné výbuchovému tlaku

 

V niektorých prípadoch je vhodné nadimenzovať nádobu potrubie, resp. zariadenie tak, aby bezpečne odolali výbuchu, t.j v podstate ako výbuchový autokláv. Je to vhodné najmä v takých prípadoch, kedy sa jedná o dopravu, skladovanie alebo spracovanie jedovatých látok, alebo inak  zaťažujúcich životné prostredie. Ďalej vtedy, ak má iné ochranné opatrenia by boli neúčinné alebo nevhodné (napr. v dôsledku vysokej rýchlosti narastajúceho výbuchového tlaku).

 

Zariadenie je dimenzované tak, že odoláva maximálnemu výbuchovému  (t.j. deflagračnému, alebo detonačnému) tlaku. Nie sú prípustné trvalé deformácie a netesnosti zariadení.

Pri podlhovastých nádob a potrubí, kde môže deflagráciou dôjsť k detonácii, sa krátkodobo prejaví veľmi vysoký tlakový účinok, ktorý môže dosiahnuť hodnoty až 100 násobku pracovného tlaku v osovom smere a 30 násobku v radiálnom smere. Nádoba odolná výbuchovému tlaku sa dimenzuje tak, že skutočné napätie vyvolané výbuchom pri optimálnych podmienkach (optimálna koncentrácia) je nižšia ako dovolené namáhanie použitého konštrukčného materiálu.

Pre voľbu dovoleného namáhania sa vychádza z medze klzu materiálu. Pozri. Obr. 6.1

 

 

Obr. 6.1 Diagram závislosti napätia na relatívnom predĺžení pri materiáli s výraznou medzou klzu

 

Dovolené namáhanie sa volí ako časť medze klzu

 

                               

 

kde:

sD           dovolené namáhanie N.m-2

sKt          medza klzu  N.m-2

kb            koeficient bezpečnosti 

Pri nádobách odolných výbuchovému tlaku musia byť všetky časti, tj. hrúbka steny, dvierka kontrolných otvorov, pripojené armatúry, atď. Navrhnuté tak, aby platilo:

 

                                     

 

kde

sskut   skutočné napätie v stene materiálu    N.m-2      

Pritom koeficient bezpečnosti sa pre oceľ a tvárne liatiny volí kb = 1,5

 

Pre výpočet skutočného napätia sa tu uvažuje maximálne možné zaťaženie výbuchom, tj. zaťaženie maximálnym výbuchovým tlakom pmax.

Aj keď nádoby odoln výbuchovému tlaku nie sú  tlakové nádoby v pravom slova zmysle (nie sú tlakom namáhané trvalo), při výpočte sa postupuje podľa normy pre tlakové nádoby.

Napr. hrúbka steny nádoby sa vypočíta podľa vzťahu:

 

                                                                 s = sR  + c

 

 

 

guľové

                                                     

 

 

 

valcové časti

                                                      

kde:

          hrúbka steny nádoby v mm

pmax      maximálny výbuchový tlak

D          vnútorný priemer nádoby v mm

jp        súčiniteľ hodnoty pozdĺžneho tvaru, obyčajne = 0,85

 

6.1.2 Nádoby odolné výbuchovému rázu

V týchto prípadoch, kedy výbuch nie je možné vylúčiť, ale je  možné predpokladať, že k výbuchu nebude dochádzať často, je vhodné dimenzovať nádobu alebo zariadenie jako odolné výbuchovému rázu. Tieto konštrukcie sa líšia od vyššie uvedených tým, že sú tu prípustné plastické deformácie, tj. namáhanie je prípustné až na medzu klzu. Pritom nesmie dôjsť k porušeniu testnosi. Ušetrí sa tým materiál, zníži sa hmotnosť zariadení a tým aj cena.

Princíp je v tom, že při týchto nádobách pripustíme namáhanie až na medzu klzu, tj.

                     

                                                    kb = 1

                                   

                                                  sD   =    sKt

 

Při použití oceli bez výraznej medze klzu, môže byť namáhanie   sD   =    sKt  , tj. trvalá deformácia pre zaťaženie výbuchom môže byť až 2 %.

Na obr. 6.2. je znázornená závislosť napätí  na predlžovanie pre materiál bez výraznej medze klzu (austenitická oceľ).

 

 

Obr. 6.2 Závislosť napätí na relatívnom predĺžení pri materiáli bez výraznej medze klzu (austenitická oceľ)

 

Ako je vidieť na obr. 6.2, je tu stále značná rezerva do medze pevnosti sPt. Zariadenie na medzu klzu však pôsobí trvalou deformáciou. Väčšinou však táto trvalá deformácia nevadí. Jedná sa napr. o vydutie steny, ktorá bola pred výbuchom rovná, apod. Nesmie však v žiadnom prípade dôjsť k porušeniu tesnosti zariadenia ani k uvoľneniu žiadnej súčasti zariadenia alebo nádoby.