Evaluation of progressive cavity pump risks in explosible atmospheres
Pukki, Emma (2025)
Diplomityö
2025
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025061266974
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025061266974
Tiivistelmä
Explosive atmospheres (ATEX) are among the most significant concerns in many manufacturing facilities. The European Union regulates work in ATEX environments through the mandatory Equipment Directive and Workplace Directive. Due to the risk of explosion and ignition, relevant technical and chemical requirements must be met to comply with the directives. In addition to legislation, standards are implemented as good engineering practice.
A progressive cavity pump (PCP) is a screw pump classified as a positive displacement pump. It is designed for pumping slurries and pastes in high-viscosity media. The PCP has various applications due to its constant flow and high pumping efficiency. To determine whether a PCP could be used in ATEX facilities in Europe, risk assessment and testing are required. A critical component of risk assessment is surface temperature testing, which plays a significant role in this context: high surface temperatures may influence ignition.
The aim was to investigate whether the PCP could be classified as ATEX equipment category 3, which ensures the requisite level of protection during normal operation, and an explosive atmosphere caused by gas or dust is unlikely to occur. At the same time, actions were examined to upgrade the classification to equipment category 2, ensuring the requisite level of protection during normal operation and frequently occurring disturbances, where an explosive atmosphere caused by gas or dust is likely to occur occasionally. Laboratory tests showed that the dry running of the stator and the main seal posed the most significant risks. However, tests need to be repeated once the pump components meet ATEX demands. Tests were conducted using a standard pump to assess its behavior in ATEX conditions. After components are suitable and the maximum permissible surface temperature is determined, the pump can be classified as equipment category 3. Still, further tests are required to confirm the current results. After additional testing, equipment category 2 can be considered if safety is guaranteed by automatically monitoring ignition sources. Räjähdysvaaralliset tilat (ATEX) ovat yksi tärkeimmistä huomioitavista asioista monissa tehdasolosuhteissa. Euroopan Unioni säätelee räjähdysvaarallisten tilojen turvallisuutta pakollisella laite- sekä työpaikkadirektiivillä. Räjähdys- ja syttymisvaaran vuoksi asiaankuuluvat tekniset ja kemialliset vaatimukset on täytettävä direktiivien mukaisesti. Lainsäädännön lisäksi standardeja käytetään osana alan hyvää käytäntöä.
Epäkeskoruuvipumppu (PC-pumppu) on ruuvipumppuihin kuuluva syrjäytyspumppu, joka on suunniteltu erityisesti lietteiden ja pastojen pumppaamiseen, korkean viskositeetin väliaineille. PC-pumpulla on useita käyttökohteita johtuen sen luomasta lähes pulsaatiottomasta virtauksesta ja korkeasta pumppaustehokkuudesta. Jotta voidaan määritellä voiko PC-pumppua käyttää ATEX-kohteissa Euroopassa, tarvitaan kokonaisvaltainen riskiarviointi ja syttymisvaarojen testausta. Tärkeä osa riskiarviota on pintalämpötilan testaaminen, millä on merkittävä rooli: korkea pintalämpötila voi itsessään aiheuttaa syttymisen.
Työn tavoitteena on tutkia, voiko PCP:n luokitella ATEX laiteluokkaan 3, joka takaa tarvittavan suojelun tason tavallisen toiminnan aikana ja jossa kaasusta tai pölystä aiheutuvat räjähdystilat ovat epätodennäköisiä. Samalla tutkitaan, mitä toimenpiteitä tarvitaan luokituksen nostamiseksi laiteluokkaan 2, joka varmistaa tarvitun suojelun tason normaalitoiminnan ja todennäköisten laitevikojen aikana, kun räjähdystila ilmenee satunnaisesti. Laboratoriomittaukset osoittivat pumpun sekä päätiivisteen kuivakäynnin olevan kaikkein vaarallisimmat syttymisriskit. Testipumppu täyttää laiteluokan 3 vaatimukset, kun maksimi pintalämpötila on määritetty. Mittaukset on toistettava, kun pumppukomponentit ovat ATEX vaatimustenmukaisia. Pumppu ei siis ole suoraan luokiteltavissa laiteluokkaan 3. Pumppu voidaan luokitella laiteluokkaan 2, jos turvallisuus taataan syttymislähteiden valvonnalla. Tämä vaatii kuitenkin lisätestauksia, jotta nyt saadut alustavat tulokset voidaan vahvistaa.
A progressive cavity pump (PCP) is a screw pump classified as a positive displacement pump. It is designed for pumping slurries and pastes in high-viscosity media. The PCP has various applications due to its constant flow and high pumping efficiency. To determine whether a PCP could be used in ATEX facilities in Europe, risk assessment and testing are required. A critical component of risk assessment is surface temperature testing, which plays a significant role in this context: high surface temperatures may influence ignition.
The aim was to investigate whether the PCP could be classified as ATEX equipment category 3, which ensures the requisite level of protection during normal operation, and an explosive atmosphere caused by gas or dust is unlikely to occur. At the same time, actions were examined to upgrade the classification to equipment category 2, ensuring the requisite level of protection during normal operation and frequently occurring disturbances, where an explosive atmosphere caused by gas or dust is likely to occur occasionally. Laboratory tests showed that the dry running of the stator and the main seal posed the most significant risks. However, tests need to be repeated once the pump components meet ATEX demands. Tests were conducted using a standard pump to assess its behavior in ATEX conditions. After components are suitable and the maximum permissible surface temperature is determined, the pump can be classified as equipment category 3. Still, further tests are required to confirm the current results. After additional testing, equipment category 2 can be considered if safety is guaranteed by automatically monitoring ignition sources.
Epäkeskoruuvipumppu (PC-pumppu) on ruuvipumppuihin kuuluva syrjäytyspumppu, joka on suunniteltu erityisesti lietteiden ja pastojen pumppaamiseen, korkean viskositeetin väliaineille. PC-pumpulla on useita käyttökohteita johtuen sen luomasta lähes pulsaatiottomasta virtauksesta ja korkeasta pumppaustehokkuudesta. Jotta voidaan määritellä voiko PC-pumppua käyttää ATEX-kohteissa Euroopassa, tarvitaan kokonaisvaltainen riskiarviointi ja syttymisvaarojen testausta. Tärkeä osa riskiarviota on pintalämpötilan testaaminen, millä on merkittävä rooli: korkea pintalämpötila voi itsessään aiheuttaa syttymisen.
Työn tavoitteena on tutkia, voiko PCP:n luokitella ATEX laiteluokkaan 3, joka takaa tarvittavan suojelun tason tavallisen toiminnan aikana ja jossa kaasusta tai pölystä aiheutuvat räjähdystilat ovat epätodennäköisiä. Samalla tutkitaan, mitä toimenpiteitä tarvitaan luokituksen nostamiseksi laiteluokkaan 2, joka varmistaa tarvitun suojelun tason normaalitoiminnan ja todennäköisten laitevikojen aikana, kun räjähdystila ilmenee satunnaisesti. Laboratoriomittaukset osoittivat pumpun sekä päätiivisteen kuivakäynnin olevan kaikkein vaarallisimmat syttymisriskit. Testipumppu täyttää laiteluokan 3 vaatimukset, kun maksimi pintalämpötila on määritetty. Mittaukset on toistettava, kun pumppukomponentit ovat ATEX vaatimustenmukaisia. Pumppu ei siis ole suoraan luokiteltavissa laiteluokkaan 3. Pumppu voidaan luokitella laiteluokkaan 2, jos turvallisuus taataan syttymislähteiden valvonnalla. Tämä vaatii kuitenkin lisätestauksia, jotta nyt saadut alustavat tulokset voidaan vahvistaa.