wersja mobilna
Online: 536 Piątek, 2016.12.09

Temat miesiąca

Eksplozje w przemyśle - zapobieganie i ograniczanie skutków

czwartek, 10 kwietnia 2014 12:37

W przemyśle, zwłaszcza w branży chemicznej i petrochemicznej, oraz w górnictwie na różnych etapach produkcji może występować atmosfera wybuchowa. Jest to mieszanina palnych gazów, par albo pyłów z powietrzem, w której po zainicjowaniu źródłem zapłonu spalanie rozprzestrzenia się samorzutnie. Przebywający w pobliżu są wówczas narażeni na działanie wysokich temperatur oraz fali uderzeniowej. Niebezpieczne są także przemieszczające się w niekontrolowany sposób resztki zniszczonych przez wybuch obiektów, brak tlenu oraz trujące produkty reakcji spalania. Stąd też zapobieganie eksplozjom jest kluczowe. Jeżeli jednak nie ma pewności, że wybuchowi uda się zapobiec, trzeba maksymalnie zabezpieczyć otoczenie przed jego ewentualnymi skutkami.

Spis treści » Oceń czynniki sprzyjające i zapobiegaj
» Podział fabryki na strefy
» Przykład podziału, stopniowanie zabezpieczeń
» Unikaj tych źródeł zapłonu
» Wybierz bezpieczny sprzęt
» Rozszyfruj oznakowanie
» Obudowy d i p w praktyce
» Szczegóły konstrukcji typu q, o oraz i
» Wybuch w przemyśle to realne zagrożenia
» Pokaż wszystko

Należy przede wszystkim przeciwdziałać powstawaniu atmosfery wybuchowej. W tym celu najpierw trzeba sprawdzić, czy substancje łatwopalne w danym miejscu w ogóle mogą wystąpić. Zidentyfikować powinno się tego typu surowce, półprodukty, gotowe wyroby oraz produkty uboczne, które na kolejnych etapach produkcji są odpowiednio przetwarzane, transportowane i składowane oraz niszczone albo w inny sposób usuwane.

Oprócz gałęzi przemysłu wymienionych we wstępie niebezpieczne substancje są obecne m.in. w: branży energetycznej - przykład to pył węglowy, przy obróbce metali (pyły metali) i drzewa (pył drzewny) oraz w przemyśle spożywczym. W tym ostatnim za groźne należy uznać m.in. pyły cukrowe, zbożowe oraz mączne. Inne przykłady to oczyszczalnie ścieków, w instalacjach których często występuje podwyższone stężenie siarkowodoru oraz metanu, produkcja farmaceutyczna, w której używa się m.in. alkoholi oraz te zakłady, w których korzysta się ze stanowisk lakierowania i malowania ze względu na używane w tych zadaniach rozpuszczalniki.

OCEŃ CZYNNIKI SPRZYJAJĄCE I ZAPOBIEGAJ

Rys. 1. Trójkąt wybuchu

Obecność substancji łatwopalnych nie jest równoznaczna z tym, że w połączeniu z powietrzem wytworzą one atmosferę wybuchową. Warunkiem koniecznym jest, aby ich stężenie mieściło się pomiędzy dolną a górną granicą wybuchowości (w wypadku cieczy łatwopalnych dotyczy to par oraz mgieł). Te ostatnie to zakresy zawartości czynnika palnego w mieszaninie z powietrzem, między którymi może dojść do wybuchu. Na przykład dla amoniaku, acetylenu i wodoru wynoszą one odpowiednio: 15% - 28%, 2,3% - 85% oraz 4% - 75%.

Trzeba też ocenić, w jakim stopniu specyfika otoczenia zwiększa prawdopodobieństwo powstania atmosfery wybuchowej. Przykładowo mieszanie się z powietrzem może nastąpić szybciej, jeżeli występuje konwekcja cieplna lub wymuszony obieg powietrza. Jeśli przestrzeń jest otwarta, a gazy łatwopalne są lżejsze niż powietrze, możliwe, że takie lotne substancje niebezpieczne po prostu przenikną do atmosfery. Parowaniu cieczy sprzyja z kolei podwyższona temperatura.

Gdy jest pewne, że atmosfera wybuchowa wystąpi, warto spróbować, tam, gdzie to tylko jest możliwe, zastąpić substancje łatwopalne bezpiecznymi albo postarać się o utrzymanie ich stężenia poniżej dolnej lub powyżej górnej granicy wybuchowości. Innym sposobem jest wprowadzenie środków zobojętniających - na przykład azotu, gazów szlachetnych lub pary wodnej. Koniecznością są również: skuteczna wentylacja oraz regularne usuwanie pyłów. Nie wolno także dopuścić do zapłonu.

PODZIAŁ FABRYKI NA STREFY

Wcześniej jednak należy doprecyzować, gdzie (i kiedy) dokładnie źródło ognia nie może się pojawić. W tym celu zakład trzeba podzielić na strefy zgodnie ze znormalizowaną klasyfikacją. Zamieszczono ją w dyrektywie Unii Europejskiej ATEX (patrz ramka).

Ze względu na prawdopodobieństwo zaistnienia w danej lokalizacji atmosfery wybuchowej można ją zaliczyć do strefy 0, 1, 2, 20, 21 albo 22. Do pierwszej z nich kwalifikuje się, jeżeli w tym miejscu mieszanina substancji łatwopalnej w postaci gazu, pary albo mgły z powietrzem występuje cały czas, długo lub często. Przykładem są wnętrza zbiorników albo instalacji. W strefie 1 z kolei atmosfera wybuchowa takiej mieszaniny w trakcie prawidłowego funkcjonowania (tzn. pod warunkiem, że instalacja lub urządzenie działa w zakresie parametrów, na jakie zostało zaprojektowane) pojawia się rzadko. Jest to najczęściej sąsiedztwo strefy zerowej.

Nieprzestrzeganie procedur doprowadziło do tragedii

W pewnej kanadyjskiej fabryce wyrobów medycznych do sterylizacji używany jest tlenek etylenu - substancja łatwopalna, tworząca mieszankę wybuchową z powietrzem, a przy tym silnie toksyczna. Produkty najpierw poddaje się działaniu wysokiej temperatury, a później do komory, w której się znajdują, wprowadza się wspomniany gaz. Po sterylizacji, aby zmniejszyć jego stężenie do bezpiecznej wartości, miesza się go z azotem albo z powietrzem i odprowadza specjalnym wyciągiem. Potem komorę jeszcze raz przedmuchuje się powietrzem. Dopiero wtedy mogą do niej bezpiecznie wejść osoby, które wynoszą wysterylizowany sprzęt. Gdy przebywają w środku, pracuje system wentylacji, wspólny z resztą budynku.

Pewnego razu podczas rutynowej kontroli operator, chcąc ją szybko zakończyć, pominął etap rozrzedzania niebezpiecznego gazu. Gdy otwarcie drzwi komory uruchomiło system wentylacji, doszło w nim do zapłonu tlenku etylenu. Ogień szybko przeniósł się do wnętrza sterylizatora, który eksplodował. Dzięki temu, że w środku nie było sprzętu, który trzeba by wynieść, nikt nie zginął. Kilka osób zostało jednak rannych, a konstrukcja budynku uległa naruszeniu.

Rejon 2 to natomiast miejsce, w którym podczas normalnego funkcjonowania atmosfera wybuchowa na bazie gazu, pary bądź mgły nie występuje prawie w ogóle (tzn. małe jest prawdopodobieństwo jej pojawienia się), a jeżeli już się to zdarzy, to stan taki utrzymuje się bardzo krótko. Przykładem jest otoczenie strefy 0 oraz strefy 1. Analogiczne kryteria odnośnie do możliwości wystąpienia i czasu utrzymania się warunków niebezpiecznych dotyczą stref 20, 21 oraz 22. Różnica polega na typie substancji łatwopalnej. W trzech ostatnich atmosfera wybuchowa ma postać chmury pyłu łatwopalnego.

PRZYKŁAD PODZIAŁU, STOPNIOWANIE ZABEZPIECZEŃ

Rys. 2. Przykład podziału na strefy według zagrożenia wybuchem

Na rysunku 2 przedstawiono przykład podziału na strefy według klasyfikacji zaproponowanej w dyrektywie ATEX. Jest to stanowisko do napełniania pojazdu do transportu ziaren, w obrębie którego występuje mieszanka pyłu zbożowego i powietrza. W tym wypadku założono, że atmosfera wybuchowa jest ciągle obecna wewnątrz zbiornika z ziarnem. Jest to zatem strefa 20.

Na zewnątrz tego zasobnika oraz wewnątrz kanału, którym przenoszone jest zboże, takie warunki wystąpić mogą natomiast tylko sporadycznie, na przykład w czasie napełniania transportera. Te miejsca należy w związku z tym objąć zakresem strefy 21. Ta ostatnia jest z kolei otoczona przez strefę 22. Tam wybuchowa mieszanina pyłu zbożowego z powietrzem może się bowiem pojawić tylko w wyjątkowych sytuacjach, na przykład gdy osady z tego pyłu zostaną uniesione.

W zależności od typu strefy zalecane jest, aby źródeł zapłonu unikać w konkretnych sytuacjach. W rejonach zakwalifikowanych jako 2 oraz 22 zadbać należy o to, aby mieszanka wybuchowa nie zapaliła się w warunkach normalnego funkcjonowania. W strefach 1 oraz 21 z kolei oprócz tego zapobiec trzeba zapłonowi w razie przewidywalnego nieprawidłowego działania instalacji, sprzętu, itp. Tam, gdzie atmosfera wybuchowa utrzymuje się cały czas, długo albo często, uwzględnić trzeba również sytuacje nieprawidłowego funkcjonowania, które mogą wystąpić rzadko.

UNIKAJ TYCH ŹRÓDEŁ ZAPŁONU

Źródłem zapłonu są m.in. powierzchnie nagrzane do temperatury powyżej temperatury zapalenia się atmosfery wybuchowej. Jeżeli nie można zapobiec ich zetknięciu się z niebezpieczną substancją, trzeba zapewnić odpowiedni margines tych dwóch wielkości. Gorące powierzchnie mogą być wynikiem zarówno prawidłowego działania - dotyczy to na przykład rur, którymi transportowane są media o wysokich temperaturach i wymienników ciepła, jak i niewłaściwego funkcjonowania instalacji, urządzeń i komponentów. Przykładem są przeciążone lub niedostatecznie nasmarowane łożyska.

Andrzej Dereń

Turck Sp. z o.o.

  • Jak zmieniały się technologie automatyki i pomiarów wykorzystywane w strefach zagrożonych wybuchem? Jaki jest powód ich stosowania?

Sterowanie i pomiary w strefach Ex oparte są dziś zwykle na technice iskrobezpiecznej. Impulsem do jej rozwoju był tragiczny w skutkach wybuch w Synghenydd Colliery w południowej Walii, w którym zginęło 439 górników. Wypadek miał miejsce w 1913 roku, jednak dopiero w 1945 roku powstała formalnie pierwsza norma. Ważnym okresem jest początek lat 60. zeszłego wieku, kiedy to wynaleziono diodę Zenera będącą przez lata podstawowym elementem barier, nieodzownej części obwodu iskrobezpiecznego .

Lata 90. to początki implementacji cyfrowych rozwiązań. Dziś, po raptem 20 latach, standardem w dużych i średnich aplikacjach jest już stosowanie iskrobezpiecznych stacji rozproszonych I/O redukujących okablowanie i koszty instalacji przy jednoczesnej większej od tradycyjnych układów funkcjonalności. Coraz chętniej i częściej stosowane są także koncepcje oparte na Foundation Fieldbus czy Profibus-PA. Tradycyjna architektura jest zatem nieubłaganie zastępowana przez nowocześniejsze i tańsze rozwiązania cyfrowe.

Istota iskrobezpieczeństwa pozostaje niezmieniona, ale wraz z postępem w układach standardowych nowoczesne rozwiązania są niemal natychmiast implementowane w systemach do pracy w strefach Ex. Zaawansowana diagnostyka, redundancja, hot configuration in run czy hot-swapping zwiększają dostępność instalacji, produktywność a w konsekwencji konkurencyjność zakładu na rynku.

Uważać powinno się także na płomienie, gorące gazy oraz iskry, m.in. gazy wylotowe silników spalinowych, iskry towarzyszące spawaniu i tarciu podczas mielenia, cięcia, szlifowania, wiercenia i przemieszczania się ruchomych elementów maszyn. Środkiem zapobiegawczym jest zapewnienie osłony dla źródeł ognia i sprawdzenie pod kątem prawdopodobieństwa wystąpienia iskrzenia kombinacji oddziałujących na siebie materiałów (niezalecane połączenie to m.in. stal-metale lekkie).

Źródło zapłonu stanowią również chemiczne reakcje egzotermiczne, tzn. takie, których jednym z produktów jest ciepło. Do niebezpiecznych sytuacji może dojść, jeśli energia termiczna jest szybciej wydzielana, niż rozpraszana, zwłaszcza gdy temperatura otoczenia jest wysoka. Przykładem są reakcje metali alkalicznych z wodą, reakcja polimeryzacji oraz dekompozycji nadtlenków organicznych.

WYBIERZ BEZPIECZNY SPRZĘT

Jako potencjalne źródło ognia traktowane są również urządzenia elektryczne i wyładowania elektryczne - na przykład koronowe oraz elektrostatyczne. Aby uniknąć tych ostatnich, warto zainwestować w odzież i obuwie ochronne. Trzeba pamiętać ponadto o termicznym oddziaływaniu ultradźwięków.

Zaniedbania skutkujące śmiercią - przykład 1

W pewnym zakładzie chemicznym w czasie prac modernizacyjnych na dachu dwóch zbiorników doszło do wybuchu. W jego wyniku jeden z pracowników, który przycinał rury domontowywane do tych zasobników, odniósł poważne obrażenia, a drugi, który je spawał, zginął na miejscu.

Pozornie wydawało się, że zadanie, jakie wykonywali, nie niosło ze sobą zagrożenia. Zbiorniki były puste i wyłączone z eksploatacji. Jak się jednak okazało - zaraz po ich opróżnieniu z substancji zwykle w nich przechowywanej napełniono je środkiem czyszczącym. Po jego wypompowaniu na kilka dni pozostawiono włazy otwarte, aby zbiorniki naturalnie przewietrzyć.

Po zamknięciu zasobników tych już nie używano, ale nie zastosowano też żadnych mechanicznych metod ich wentylacji. W rezultacie wewnątrz nagromadziły się opary środka czyszczącego, który okazał się łatwopalny. To właśnie one zapaliły się od iskry podczas spawania rur.

Tam, gdzie wyeliminowanie atmosfery wybuchowej czy źródeł zapłonu nie jest możliwe, należy uczynić wszystko, aby ewentualna eksplozja wyrządziła jak najmniejszą szkodę ludziom i mieniu znajdującemu się w jej najbliższym otoczeniu. Podstawowym zabezpieczeniem jest odpowiednie wyposażenie, czyli urządzenia elektryczne, mechaniczne, instalacje, itp., których konstrukcja przystosowana jest do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Wymagania, jakie powinno ono spełniać, opisane są w dyrektywie ATEX 94/9/WE oraz w normach, które są z nią zharmonizowane. Przykłady to: PN-EN 60079 oraz PN-EN 13463 (patrz ramka).

Przy zakupie trzeba się sugerować oznakowaniem sprzętu. Najważniejsze informacje to: grupa, kategoria, rodzaj ochrony przeciwwybuchowej, grupa wybuchowości, klasa temperaturowa i maksymalna temperatura powierzchni. W podziale na grupy kryterium jest miejsce użycia. Wyróżnia się dwie grupy: I i II. Do pierwszej zaliczane są urządzenia, które można wykorzystywać w górnictwie, tam gdzie występuje zagrożenie wybuchem metanu lub pyłu węglowego. Te należące do grupy II mogą być natomiast używane w atmosferach wybuchowych, ale poza górnictwem.

ROZSZYFRUJ OZNAKOWANIE

W obrębie grupy I wydzielono dwie kategorie: M1 oraz M2. Urządzenia kategorii M1 zapewniają bardzo wysoki stopień zabezpieczenia, tzn. wciąż pracują w atmosferze wybuchowej nawet w momencie wystąpienia rzadkiej awarii, a w razie niezadziałania jednego z zabezpieczeń drugie, niezależne, spełni swoją funkcję. Poziom bezpieczeństwa jest zapewniony również wtedy, gdy dojdzie do dwóch, osobnych uszkodzeń. Sprzęty kategorii M2 gwarantują natomiast wysoki poziom bezpieczeństwa, a w razie wystąpienia atmosfery wybuchowej są wyłączane.

Tomasz Puczyłowski

Tranz-Tel

  • Czy obsługiwani przez Was klienci są świadomi zagrożeń związanych z niebezpieczeństwami występującymi w strefach zagrożonych wybuchem?

Z własnego doświadczenia zawodowego uważam, że branża wydobywcza, a w szczególności górnictwo głębinowe, to odbiorcy bardzo świadomi tego, jakie zagrożenia niesie praca w warunkach zagrożenia wybuchem. Każdemu, kto obejrzy film prezentujący wybuch pyłu węglowego lub pożar metanu, głęboko zapada w pamięć niszczycielska siła żywiołu i praktyczny brak możliwości ucieczki lub schronienia się przed nim w warunkach dołowych. Przestrzeganie właściwych procedur bezpieczeństwa pracy oraz stosowanie maszyn i urządzeń spełniających wymagania dyrektywy ATEX kontrolowane jest przez zewnętrzne instytucje nadzoru, takie jak Wyższy Urząd Górniczy.

  • Co jest ważne, jeżeli chodzi o kwestie technologiczne, w tworzeniu systemów komunikacyjnych w omawianych strefach?

Urządzenia przeznaczone dla branży górniczej dyrektywa ATEX określa jako grupę I M1 lub I M2. W zakresie związanym z automatyką, telekomunikacją i informatyką najczęściej stosowane są produkty spełniające wymagania I M1, czyli takie, które mogą stale pracować w atmosferze o dowolnej koncentracji metanu oraz pyłu węglowego (urządzenia spełniające wymagania I M2 mogą pracować tylko w pewnym, ściśle określonych zakresie stężenia atmosfery wybuchowej, po jego przekroczeniu muszą być wyłączone). Wymaganie to realizuje się przez zastosowanie urządzeń iskrobezpiecznych o rodzaju ochrony według ATEX "i" lub urządzeń w obudowach przeciwwybuchowych o stopniu ochrony "d".

Wymiana pakietów akumulatorów w większości przenośnych urządzeń stosowanych w górnictwie odbywa się poza strefą zagrożenia, jest to sporym utrudnieniem dla użytkownika, przy zastosowaniu specjalnych rozwiązań technicznych jest możliwość wymiany pakietów zasilających w atmosferze niebezpiecznej.

W grupie II wyróżnia się trzy kategorie: 1, 2 oraz 3. Pierwsza z nich jest odpowiednikiem kategorii M1. Rozwiązania zastosowane w urządzeniach kategorii 2 zapewniają bezpieczeństwo również w razie częstych zakłóceń albo uszkodzeń, natomiast te kategorii 3 tylko podczas normalnego działania. W związku z tym sprzęty kategorii 1 można użytkować w strefach 0 i 20, 2 - w strefach 1 i 21, a 3 - tam, gdzie małe jest prawdopodobieństwo wystąpienia atmosfery wybuchowej, a jeżeli już, to tylko przez krótki czas. Urządzenia grupy II przeznaczone do pracy w obecności wybuchowej mieszaniny gazów, par i mgieł z powietrzem oznaczane są dodatkowo literą G (1G, 2G, 3G), natomiast te, których można używać w obecności wybuchowych mieszanin powietrza z pyłem, literą D (1D, 2D, 3D).

Cecha przeciwwybuchowa

Urządzenia elektroniczne i elektryczne pracujące w przestrzeniach zagrożonych wybuchem muszą być bezwzględnie właściwie dobrane do sklasyfikowanych stref zagrożonych wybuchem, prawidłowo zainstalowane, zabezpieczone przed przeciążeniami i zgodnie z przepisami eksploatowane. Dla prawidłowej identyfikacji urządzeń stosuje się ściśle określony system oznaczeń zwany często cechą przeciwwybuchową.

  1. Oznaczenie CE
  2. Numer identyfikujący jednostkę certyfikującą
  3. Symbol wykonania przeciwwybuchowego
  4. Grupa wybuchowości
  5. Kategoria urządzenia
  6. Oznaczenie zgodne z IEC
  7. Rodzaj ochrony przeciwwybuchowej
  8. Podgrupa wybuchowości
  9. Klasa temperaturowa
  10. Poziom zabezpieczenia urządzenia EPL

Przykłady oznaczeń:

II 3G Ex nA IIC T6 Gc oraz II 3D Ex tc IIIC T85°C Dc IP67
Urządzenie elektryczne, grupy II, dla atmosfer gazowych strefy 2, obudowa typu "nA", podgrupa wybuchowości IIC, klasy temperaturowej T4, EPL Gc.

Urządzenie elektryczne, grupy II, dla atmosfer pyłowych strefy 22, poziom zabezpieczenia "tc", do stosowania w obecności pyłu przewodzącego, maksymalna temperatura powierzchni 85°C, EPL Dc, stopień ochrony IP67.

Przykład: czujnik indukcyjny produkcji firmy ifm electronic - II502A

Przykład: czujnik optyczny produkcji firmy ifm electronic - O5S51A

II 3D Ex tc IIIC T105°C Dc
Urządzenie elektryczne, grupy II, dla atmosfer pyłowych strefy 22, poziom zabezpieczenia "tc", do stosowania w obecności pyłu przewodzącego, maksymalna temperatura powierzchni 105°C, EPL Dc.

W oznakowaniu urządzenia zawarta jest również informacja o zastosowanym w nim typie ochrony. Przykładowe symbole to: e, który oznacza budowę wzmocnioną, d - obudowę ognioszczelną, p - obudowę z osłoną gazową z nadciśnieniem, o - osłonę olejową, q - osłonę piaskową, m - hermetyzację oraz i - iskrobezpieczną. Dalej wyjaśniamy, jakie rozwiązania konstrukcyjne w rzeczywistości kryją się za wybranymi oznaczeniami, a w ramce przedstawiamy przykładowe produkty.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

2016-12-09   | Endress+Hauser Polska Sp. z o.o.
Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

Endress+Hauser informuje o wprowadzeniu do oferty nowego typu czujnika przewodności o oznaczeniu Memosens CLS82D, zaprojektowanego do aplikacji o wysokich standardach higienicznych, m.in. biotechnologii, farmacji i produkcji żywności. Jest to czujnik 4-elektrodowy charakteryzujący się zakresem pomiarowym od 1 µS/cm do 500 mS/cm i zakresem dopuszczalnych temperatur pracy od -5 do +120°C.
czytaj więcej

Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

2016-12-09   | RS Components Sp. z o.o.
Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

RS Components został wyłącznym dostawcą bramy IoT firmy Siemens - Simatic IOT2020. Została ona zaprojektowana do ciągłej pracy w środowisku przemysłowym i może być używana do pobierania, przetwarzania, analizowania oraz przesyłania danych do urządzeń i sieci praktycznie każdego typu.
czytaj więcej

Nowy numer APA