zagro+-enie wybuchem, Szkolne, BHP, Zarządzanie systemami BHP
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->temat wydaniaZagrożenie wybuchemWstępnie i rzeczowoW codziennej praktyce inżynierskiej często spotykamy się z zagadnienia-mi związanymi z pyłami i gazami palnymi, zagrożeniem wybuchowymi strefami zagrożenia wybuchem. Wokół doboru urządzeń i instalacji prze-znaczonych do pracy w strefach potencjalnego zagrożenia wybuchem,narosło już wiele mitów. Tematyka jest zawiła, a publikacje na jej tematsą często niezrozumiałe, szczególnie w środowiskach bezpośrednio nie-związanych z zagadnieniem. Warto zatem wyjaśnić kilka podstawowychpojęć związanych z wybuchowością i zabezpieczaniem pracy w strefachzagrożonych.Czym jest wybuch?Wszyscy na co dzień posługujemy siępojęciem wybuchu, ale rzadko jesteśmyw stanie powiedzieć co tak naprawdę ter-min ten oznacza. W języku potocznymwybuch oznacza gwałtowne wydzieleniew jednym miejscu dużych ilości energii,któremu towarzyszy nagły wzrost tempe-ratury i ciśnienia oraz powstanie fali ude-rzeniowej.Czynnikami destrukcyjnymi wybu-chu są zatem trzy wymienione zjawiska.Gwałtowny wzrost temperatury może po-wodować zapłon substancji palnych znaj-dujących się w otoczeniu. Nagły wzrostciśnienia wywołuje falę uderzeniową, któ-ra rozprzestrzeniając się z dużą prędko-ścią, powoduje zniszczenia na drodzemechanicznej poprzez gwałtowny wzrostnaprężeń mechanicznych w napotykanychprzeszkodach.W zależności od prędkości rozchodze-nia się fali uderzeniowej oraz mechanizmuwybuchu, rozróżnia się trzy rodzaje wybu-chów:wybuch właściwylub inaczej deflagracjazależy od energii wyzwolonej podczas wy-buchu. Wyzwolona energia przekłada sięwprost na skalę wywołanych zniszczeń.Obecność tlenu jako drugi czynnik zaist-nienia wybuchu w powietrzu atmosferycz-nym jest oczywiście zawsze spełniony.Trzeci czynnik – źródło zapłonu – możebyć bardzo różny: otwarty płomień, iskra,wysoka temperatura powierzchni urzą-dzenia lub wyładowanie elektrostatyczne(o źródłach zapłonu będzie jeszcze mowaw dalszej części artykułu).Czym jest wybuchowość?Termin wybuchowość można określićjako podatność atmosfery wybuchowej naczynniki prowadzące do zapłonu (a tymsamym wybuchu). Podatność ta zależyod stężenia gazu palnego lub palnychoparów cieczy oraz od rodzaju atmosfe-ry. W celu wymiernej oceny podatnościna wybuch, stosuje się dwa podstawowewskaźniki określające stopień zagrożeniawybuchem w zależności od stężenia pal-nej części mieszaniny.Dolna granica wybuchowości DGWDolna granica wybuchowości określastężenie gazu palnego lub palnej paryw powietrzu, poniżej którego atmosfe-ra gazowa nie jest wybuchowa. WartośćDGW podawana jest zwykle w % objęto-ściowych lub w g/m3[3].Górna granica wybuchowości GGWGórna granica wybuchowości określastężenie gazu palnego lub palnej paryw powietrzu, powyżej którego atmosfe-ra gazowa nie jest wybuchowa. WartośćGGW podawana jest zwykle w % objęto-ściowych lub w g/m3[3].Poniżej dolnej granicy wybuchowo-ści, mieszanina zawiera zbyt małosubstancji palnej aby samoistnepodtrzymanie procesu spalaniabyło możliwe. Górna granicawybuchowości określa naj-większe stężenie paliwa,przy którym mieszaninazawiera wystarczającąilość utleniacza aby pozapaleniu wystąpiłapropagacja pło-mienia. Przedziałstężeń międzyDGW i GGWnazywanyjest prze-dzia-łemKiedy następuje wybuch?Warunkiem koniecznym do powsta-nia zjawiska wybuchu jest równoczesnaobecność trzech czynników.Pierwszym czynnikiem koniecznym dozaistnienia wybuchu jest obecność palnejsubstancji, która będzie ulegała gwałtow-nemu spalaniu. Należy jednak rozróżnićterminy „palnej substancji” i „atmosferywybuchowej”.Palna substancja może występowaćw postaci mieszaniny gazowej, cieczy, opa-rów cieczy, mgły lub pyłu. Substancja pal-na posiada zdolność wchodzenia w reakcjęegzotermiczną po zapaleniu[2].Atmosfera wybuchowa –mieszaninasubstancji palnych w postaci gazów, par,mgieł lub pyłów z powietrzem w wa-runkach atmosferycznych, w którejpo zapaleniu, spalanie rozprze-strzenia się na całą nie spalonąmieszaninę[2].Jak wynika z powyższychdefinicji, główną cechą at-mosferywybuchowej,wyróżniającą ją z grupysubstancji palnych,jestsamoistnerozchodzenie sięprocesu spa-lania na całąmieszani-nę.v < VpeksplozjaVp< v < Vmaxdetonacjav = Vmaxgdzie:Vp– aktualna wartość prędkości dźwięku,wynosząca około 330 m/sVmax– maksymalna wartość prędkości faliuderzeniowej w środowisku, w którym za-chodzi wybuch.Praktycznie wszystkie trzy rodzajezjawiska mogą się pojawić jako skutekprzypadkowego zapłonu mieszaniny wy-buchowej, a prędkość fali uderzeniowejA–tlenB–atmosfera wybuchowaC–źródło zapłonu6temat wydaniawybuchowości. W przedziale zadziałaniaczynnika inicjującego, zapłon zachodzi za-wsze.Ukazane na wykresie wartości DGW =100% V i GGW = 75% V podano dla mie-szaniny powietrza i wodoru. Na środkowejczęści wykresu podano stężenia w pro-centach objętościowych. Skrajne skaleodnoszą się do poziomów DGW i GGW,które odpowiadają 100% rozpatrywanegozakresu. Prowadząc rozważania odnośniezagrożenia wybuchowego, posługujemysię pojęciem DGW (dolnej granicy wybu-chowości) rozpatrywanym w zakresie od0% do 100% wartości DGW.Wartości dolnej i górnej granicy wybu-chowości nie są wartościami stałymi. Za-leżą one od ciśnienia i temperatury mie-szaniny oraz jej składu. Domieszki innychskładników mogą wpływać na właściwo-ści mieszaniny palnej. Tabela 1 przedsta-wia przykładowe zależności DGW i GGWod składu mieszaniny.PowietrzeNazwa substancji% DGWAmoniak NH3Eter etylowy C4H10OWodór H2Tlenek węgla COTabela 115,01,64,012,5% GGW28,048,075,075,0Grupa I– metan w wyro-biskach podziemnych.Grupa II– gazy palnei pary palnych cieczy zawyjątkiem metanu w wy-robiskach podziemnych.Na podstawie maksy-malnego doświadczalnegobezpiecznego prześwitu(MESG) i wartości stosun-ku minimalnych prądówzapalających do prąduzapalającego metan labo-ratoryjny (MIC)[6], w Grupie II wyróżnionopodgrupy wybuchowości IIA, IIB, IIC.PodgrupaWartość MESG [mm]wybuchowościIIAIIBIICpowyżej 0,9w przedziale między 0,5 a 0,9poniżej 0,5ciśnienia. Czynnikiem inicjującym możebyć iskra, łuk elektryczny, wyładowanieelektrostatyczne lub przekroczenie tem-peratury samozapłonu.Atmosfery wybuchowe gazów i parcieczy podzielono na podstawie tempera-tur samozapłonu na sześć klas tempera-turowych.KlasaTemperatura samozapłonutemperaturowa [°C]T1T2T3T4T5T6powyżej 450powyżej 300 do 450powyżej 200 do 300powyżej 135 do 200powyżej 100 do 135powyżej 85 do 100MESG – Maximum experimental safe gapPodgrupaWartość MICwybuchowościIIAIIBIICpowyżej 0,8w przedziale między 0,45 a 0,8poniżej 0,45Strefy zagrożenia wybuchemW celach praktycznych, związanychz doborem urządzeń pracujących w okre-ślonych przestrzeniach, zdefiniowanosześć rodzajów stref zagrożenia wybu-chem. Wszystkie strefy wyznaczone sąw zależności od częstotliwości poja-wiania się emisji oraz jej wydajności.Pierwsze trzy dotyczą stref, w którychzagrożenie powoduje mieszanina gazo-wa, kolejne dotyczą zagrożenia powo-dowanego przez pyły i włókna palnychsubstancji.Strefa 0– miejsce, w którym atmosferawybuchowa zawierająca mieszani-nę powietrza oraz substancji palnychw postaci gazu, pary lub mgły,wy-stępuje stale lub przez długie okresyczasu, lub często.Strefa ta pojawiasię wewnątrz pojemników, rurociągów,zbiorników, separatorów olejowo-wod-nych otwartych do atmosfery.Strefa 1– miejsce, w którym atmosferawybuchowa zawierająca mieszani-nę powietrza oraz substancji palnychw postaci gazu, pary lub mgły,możeczasami wystąpić w trakcie normalne-go działania.Strefa ta może obejmo-wać bezpośrednie otoczenie strefy 0,miejsca napełniania i opróżniania na-czyń lub zbiorników, otoczenie uszczel-nień pomp, zaworów połączeń kołnie-rzowych armatury i rurociągów.Strefa 2– miejsce, w którym atmosferawybuchowa zawierająca mieszaninęMIC – Minimum igniting currentNależy przy tym pamiętać, iż mieszan-ki gazów palnych i czystego tlenu nie po-siadają dolnej granicy wybuchowości. Do-datkowo, w porównaniu z mieszaninamizawierającymi powietrze, w mieszaninachz czystym tlenem, wartość górnej grani-cy wybuchowości ulega zdecydowanemuzwiększeniu, a zakres wybuchowości roz-szerza się dwa do trzech razy.Klasyfikacja atmosferwybuchowychAtmosfery wybuchowe zgodnie z obo-wiązującą normą [5] dzielimy na dwie grupy:Rozważając zagrożeniewybuchempowodowane% GGWprzez daną substancję gazo-wą, należy wziąć pod uwagę79,0temperaturę zapłonu tej sub-82,0stancji oraz temperaturę sa-mozapłonu tworzonej przez93,9nią atmosfery wybuchowej.93,9Temperatura zapłonu jestto minimalna temperatura,przy której w określonychwarunkach badania, z cieczy wydziela siępalny gaz lub para w ilości wystarczającejdo natychmiastowego zapłonu.[2]Temperatura samozapłonu atmosferywybuchowej jest to najniższa tempera-tura, w której następuje zapalenie palnejsubstancji w postaci mieszaniny gazu lubpary z powietrzem.[2]Zagrożenie wybuchowe jest to możli-wość tworzenia przez palne gazy, pary pal-nych cieczy, pyły lub włókna palnych ciałstałych, w różnych warunkach, mieszaninz powietrzem, które pod wpływem czynni-ka inicjującego zapłon, ulegają gwałtow-nemu spalaniu połączonemu ze wzrostemTlen7temat wydaniapowietrza oraz substancji palnychw postaci gazu, pary lub mgły,nie wy-stępuje w trakcie normalnego dzia-łania, a w przypadku wystąpieniatrwa krótko.Typowo strefa ta możeobejmować strefę 0 lub strefę 1.Strefa 20– miejsce, w którym atmos-fera wybuchowa w postaci obłokupalnego pyłu w powietrzu,wystę-puje stale lub przez długie okresyczasu, lub często.Strefa ta pojawiasię wewnątrz pojemników, rurocią-gów, młynów, zbiorników, silosówi bunkrów.Strefa 21– miejsce, w którym atmosferawybuchowa w postaci obłoku palnegopyłu w powietrzu,może czasami wy-stąpić w trakcie normalnego działania.Strefa ta pojawia się w bezpośrednimotoczeniu nasypywania, wysypywaniapyłów lub warstw pyłów zdolnych dotworzenia mieszanin z powietrzemw zakresie stężeń wybuchowych.Strefa 22– miejsce, w którym atmosferawybuchowa w postaci obłoku palne-go pyłu w powietrzu,nie występu-je w trakcie normalnego działania,a w przypadku wystąpienia trwa krót-ko.Strefa ta może obejmować miejscaw bezpośrednim otoczeniu urządzeńzawierających pył, na przykład w po-mieszczeniach z młynami, w którychosiada pył wydobywający się z wnę-trza młynów.Określenie stref zagrożenia wybu-chem jest metodą analizowania i klasyfi-kowania środowiska, w którym może po-jawić się atmosfera wybuchowa. Ułatwiaona właściwy dobór i instalowanie urzą-dzeń celem ich bezpiecznego stosowaniaw takim środowisku, z uwzględnieniemrodzaju strefy, grupy wybuchowości i klastemperaturowych.W praktyce, w większości przypad-ków, w których stosuje się substancjepalne, trudno jest zapewnić, że atmos-fera wybuchowa nigdy nie wystąpioraz, że instalacje i urządzenia nigdynie staną się źródłem zapłonu. Dlategoteż, klasyfikację środowisk w odniesie-niu do zagrożenia wybuchem, należyprzeprowadzać zawsze przed rozpoczę-ciem jakiejkolwiek działalności. Nale-ży przy tym pamiętać, aby klasyfikacjiobszarów niebezpiecznych dokonywałyosoby znające właściwości substancjipalnych, technologię produkcji i wypo-sażenie instalacji. Nie mniej istotne jesttakże to aby wyznaczenie stref odbyłosię w porozumieniu ze służbami p/pożi bhp.Podstawowymi działaniami podczasustalania rodzaju stref zagrożenia wy-buchem są: identyfikacja źródła emisjioraz określenie stopnia emisji. Stopieńemisji zależy od częstotliwości i czasutrwania emisji. Wyróżnia się trzy stop-nie emisji:• emisję ciągłą – emisję, która występujestale lub której występowania możnaspodziewać się w długich okresach• pierwszy stopień emisji – emisja, którejwystępowania w normalnych warun-kach pracy można spodziewać sięw długich okresach• drugi stopień emisji – emisja, której wy-stępowania w normalnych warunkachpracy nie można się spodziewać, a jeślisię pojawi, to rzadko i w krótkich okre-sach.Mając ustalone stopnie emisji, mamyokreślone rodzaje stref (które zależągłównie od stopnia emisji i skutecznościwentylacji w przestrzeni zagrożonej). Za-sięg stref zagrożenia wybuchem zależy odwydajności emisji gazu lub pary, geome-trii źródła emisji, szybkości emisji, stęże-nia substancji w emitowanej mieszaninie,lotności cieczy palnej, temperatury cieczy,dolnej granicy wybuchowości, wentylacjioraz gęstości względnej emitowanej sub-stancji.Wskazówki dotyczące ustalenia za-sięgu stref można znaleźć w załączni-kach do rozporządzenia [4], w którychpodano typowe wymiary i zasięgi strefzagrożenia wybuchem dla niektórychurządzeń technologicznych, przeznaczo-nych do magazynowania i dystrybucjiropy naftowej i jej pochodnych. Wymiarystref zagrożenia wybuchem dla stano-wisk i urządzeń niewymienionych w za-łącznikach do rozporządzenia, należyustalić indywidualnie, zgodnie z polski-mi normami oraz odrębnymi przepisamidotyczącymi ochrony przeciwpożarowejbudynków oraz innych obiektów budow-lanych i terenów.• unikaniu powstawania źródeł zapłonu• ograniczeniu skutków wybuchuZapobieganiepolega na unikaniuatmosfer wybuchowych poprzez zmianęstężenia substancji palnych do wartościleżących poza zakresem wybuchowości.Alternatywną metodą jest zmiana stęże-nia tlenu poniżej wartości niezbędnej dozaistnienia wybuchu oraz eliminacja źró-deł emisji substancji palnych.Unikanie powstawania źródeł zapło-nuto nic innego jak monitoring efektyw-nych źródeł zapłonu, którymi są międzyinnymi:• gorące powierzchnie• płomienie i gorąca gazy• mechaniczne źródła iskier• urządzenia i instalacje elektryczne• prądy błądzące i wyrównawcze• ochrona katodowa przed korozją• elektryczność statyczna• wyładowania atmosferyczne• promieniowanie jonizujące• ultradźwięki• sprężanie adiabatyczne i fale uderzeniowe• reakcje egzotermiczne i samozapłongazówOgraniczenie skutków wybuchupo-lega natomiast na stosowaniu rozwiązańkonstrukcyjnych takich jak systemy odpo-wietrzenia i tłumienia fali uderzeniowej,wzmocnienia konstrukcyjne oraz separa-cja urządzeń i obszarów.Eliminacja lub minimalizacja ryzykawybuchu powinna być dokonywana przezstosowanie jednej lub kombinacji powyż-szych metod, z których najistotniejsząjest unikanie możliwości powstawaniaatmosfery wybuchowej. Można tego do-konać poprzez szereg działań, z którychnajważniejsze to:• projektowanie, konstruowanie i użyt-kowanie urządzeń zawierających gazypalne w taki sposób, aby zachować ichszczelność• stosowanie niepalnych materiałówkonstrukcyjnych• rozcieńczanie za pomocą stosowaniainstalacji wentylacji• unikanie gromadzenia się pyłówW codziennej pracy, w celu minima-lizacji ryzyka wybuchu, należy przedewszystkim pamiętać, iż bezpieczna pracaurządzeń w przestrzeniach zagrożonychwybuchem zależy głównie od ich właści-wego doboru do sklasyfikowanych strefzagrożenia. Niemniej istotny jest prawi-dłowy montaż i zasilanie oraz późniejszaeksploatacja.Jak nie doprowadzićdo wybuchu?Sposobów na uniknięcie wybuchupodczas pracy w określonej przestrze-ni jest wiele. W normie [2] ujęto zasadyzapobiegania wybuchowi i ochrony przedwybuchem. Najprościej ujmując, wszelkiedziałania realizowane w przestrzeniach,w których możliwy jest wybuch, powinnyskupiać się na:• zapobieganiu wybuchu8temat wydaniaAtmosfera gazowa a pyłowaW dotychczasowych rozważaniachkoncentrowaliśmy się na atmosferachgazowych. Zagrożenie wybuchowe po-wodowane przez pyły stanowi odrębnądziedzinę zagadnień. Podstawową róż-nicą między wybuchową atmosferą ga-zową, a atmosferą pyłową jest gęstość.Gęstość par i gazów jest przynajmniej1000 razy mniejsza niż gęstość atmos-fer pyłowych. Istotną cechą jest równieżsposób rozprzestrzeniania się składnikapalnego. Gazy rozprzestrzeniają się wpowietrzu drogą konwekcji i dyfuzji, two-rząc jednorodną lub prawie jednorodnąmieszaninę. W przypadku atmosfer pyło-wych, należy pamiętać, iż pyły są cięższeod powietrza i wykazują tendencję doosadzania się.Aby atmosfera pyłowa stała się wybu-chowa, muszą być spełnione następującewarunki:• pył musi być palny• atmosfera musi zawierać tlen (lub innyutleniacz)• pył musi tworzyć zawiesinę• stężenie pyłu musi osiągać wartościz zakresu wybuchowego tj. minimum50g/m3.Najbardziej istotną różnicą w prze-biegu zjawiska wybuchu w atmos-ferach pyłowych, odróżniającą je odanalogicznych zjawisk w atmosferachgazowych, jest możliwość powstawa-nia wybuchów wielokrotnych. Falauderzeniowa wywołana przez pierwszywybuch może spowodować powstanienowej chmury pyłu i w efekcie zainicjo-wanie wybuchu wtórnego. W skrajnymprzypadku może dojść do wybuchówwielokrotnych.Ciąg dalszy nastąpiW wielu przypadkach, praca naobiektach przemysłowych łączy się z za-grożeniem wybuchem. Zapewnienie bez-pieczeństwa pracy w takich warunkachnie spoczywa jednak tylko na służbachodpowiedzialnych za kwestię bhp. Każdaosoba bowiem musi zdawać sobie spra-wę z zagrożenia i we własnym zakresieminimalizować ryzyko wybuchu. Aby jed-nak móc przeciwdziałać, należy posiadaćelementarną wiedzę na temat przyczyni skutków jakie niesie ze sobą praca w ob-szarach zagrożonych. Mam nadzieję, żeudało mi się w sposób jasny i czytelnyprzedstawić podstawowe pojęcia związa-ne z wybuchowością, a niniejszy artykułchoć trochę rozświetli tę dość skompliko-waną problematykę.Artykuł, którego lekturę mają już Pań-stwo na ukończeniu, proszę traktować ja-ko swoisty wstęp do kolejnych publika-cji traktujących o zagadnieniach „ATEX--owych”. Zapraszam więc do kolejnychnumerów „Pod kontrolą”.czterogazowy detektor ochrony osobistej• H2S• O2• CO• gaz palnyAutor artykułu:Maciej WarzyszkoW 1986 roku ukończył Akademię Górniczo--Hutniczą im. Stanisława Staszica w Kra-kowie, Wydział Elektryczny, na kierunkuMetrologia. W Introlu pracuje od 2004roku. Jako kierownik Działu gazometrii,zajmuje się między innymi systemamidetekcji gazów i przemysłowymi systemamianalityki gazowej.tel. 032/789 00 62e-mail: gazometria@introl.plWykaz przepisów i norm wykorzystanych w artykule:[1]Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 czerwca2003r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowla-nych i terenów -Dz.U. Nr 121, poz1138PN-EN 1127-1; 2001 Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przedwybuchem. Pojęcia podstawowe i metodologia.PN-EN 60079-10; 2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybu-chem. Część 10; Klasyfikacja obszarów niebezpiecznych.Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 listopada 2005r. w sprawie warun-ków technicznych, jakim powinny odpowiadać bazy i stacje paliw płynnych, rurociągiprzesyłowe dalekosiężne służące do transportu ropy naftowej i produktów nafto-wych i ich usytuowanie – Dz.U. Nr 243, poz 2063.PN-84/E-08119 Elektryczne urządzenia przeciwwybuchowe. Mieszaniny wybuchowe.PN-EN 50014; 2004 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybu-chem. Wymagania ogólne.• Gotowy zawsze gdy potrzebujesz• Łatwa, jednoprzyciskowa obsługa• Wyświetlacz LCD[2][3][4][5][6]gazometria@introl.pl9 [ Pobierz całość w formacie PDF ]