W nowoczesnym przemyśle mamy do czynienia z różnymi zagrożeniami wynikającymi najczęściej z prowadzonych procesów produkcyjnych. Jednym z istotniejszych ryzyk, jeżeli weźmiemy pod uwagę potencjał szkodowy, jest zagrożenie wybuchem. Jak się chronić?

 

Co zrobić, kiedy dojdzie do wybuchu?

Jeżeli nie rozpatrywaliśmy wcześniej, sami lub z pomocą specjalistycznej firmy, możliwości wystąpienia zdarzenia wybuchowego i związanych z tym szkód, to w większości przypadków można powiedzieć, że prawdopodobnie już jest za późno. W razie wystąpienia wybuchu, w znakomitej większości przypadków, działanie sprowadza się do opanowania pożaru, który z reguły występuje bezpośrednio po nim. Niszczycielska siła fali ciśnienia spowoduje, znacznie wcześniej niż pożar, straty materialne, które są nieodwracalne. Można jedynie podjąć próbę ratowania przed spaleniem pozostałego mienia. Środki obrotowe będą już zapewne zniszczone przez dym do tego stopnia, że nie będzie można ich zyskownie sprzedać. Do wysokości szkody prawdopodobnie będzie trzeba doliczyć znaczne koszty utylizacji towarów, dlatego najważniejszym działaniem w celu ochrony przed skutkami wybuchu jest montaż certyfikowanych zgodnie z ATEX systemów ochronnych (Dyrektywa 2014/34/UE – Atex 114).

 

Systemy ochronne aktywne i pasywne
Systemy ochrony przed skutkami wybuchu (prościej nazywane systemami przeciwwybuchowymi) ze względu na zasadę działania możemy podzielić na aktywne i pasywne. Pasywne zabezpieczenia przeciwwybuchowe nie wymagają działania systemów elektrycznych czy elektronicznych, wykorzystują bowiem do funkcjonowania same zjawiska fizyczne, takie jak odpowietrzanie (odciążanie) wybuchu i bezpłomieniowe odciążanie wybuchu. Zabezpieczenia aktywne posiadają precyzyjne czujniki analizujące sytuację w sposób ciągły, wysyłające sygnał do centrali systemu, która podejmuje decyzję zadziałania i podaje sygnał do elementów wykonawczych systemu (tłumienie wybuchu).
Zasada działania systemów
Podstawową zasadą każdego systemu ochronnego, aktywnego i pasywnego, jest obniżenie (maksymalnie szybko) ciśnienia wybuchu Pmax do poziomu ciśnienia zredukowanego Pred. Ciśnienie zredukowane Pred powinno być określone na poziomie bezpiecznym dla chronionego aparatu tak, aby nie powstały w nim uszkodzenia. W zależności od wybranego systemu ochrony, jego zadziałanie powinno być zawsze
na określonym poziomie: ciśnienie Pstat – statyczne ciśnienie otwarcia (odciążanie, odpowietrzanie wybuchu) lub Pa – ciśnienie aktywacji (tłumienie wybuchu).
Istnieje również sposób ochrony przed skutkami wybuchu oparty na zasadzie projektowania urządzeń odpornych na ciśnienie wybuchu (potocznie nazywanych urządzeniami „na 10 bar”, lecz wartość ta nie jest przywołana w żadnej normie) lub odpornych na uderzenie ciśnienia wybuchu. Wbrew pozorom określenia te nie są tożsame. W produkcji urządzeń odpornych na ciśnienie wybuchu nie dopuszcza się pojawienia w nich trwałych odkształceń po wystąpieniu wybuchu, natomiast w drugim rozwiązaniu dopuszcza się natomiast odkształcenia trwałe bez możliwości rozerwania aparatu. Urządzenia te opisuje norma PN-EN 14460:2008. Instalacje takie, ze względu na grubość ścianek, są z reguły ciężkie i kosztowne, niemniej często występują głównie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, przy produkcji z wykorzystaniem surowców sypkich (proszków organicznych), gdzie podstawowymi operacjami jednostkowymi są: mielenie (na sucho), mieszanie i konfekcjonowanie.

Odciążanie wybuchu
Technika odciążania wybuchu jest regulowana normą PN-EN 14491:2012 dla pyłów oraz normą PN-EN 14994:2009 dla gazów. Najbardziej popularne jest odciążanie wybuchu przez montaż tzw. paneli dekompresyjnych, klap rozrywnych, klap samozamykających, membran itp. To rozwiązanie stosowane jest ze względu na relatywnie niskie koszty zakupu tych urządzeń, ich instalacji oraz szerokiego zastosowania. Istotnymi wadami takiego systemu jest konieczność wyprowadzania na zewnątrz, do bezpiecznej strefy, pozostałości po wybuchu. Są nimi niejednokrotnie palące się, spalone i niespalone cząstki, co często może stanowić zagrożenie pożarowe. Aplikacja systemu odciążania może przysparzać kłopotów w wydzieleniu bezpiecznej przestrzeni, tzw. strefy bezpieczeństwa, której zasięg może wynosić do kilkudziesięciu metrów. Następnym istotnym ograniczeniem jest brak możliwości odciążania substancji toksycznych oraz wyprowadzania toksycznych produktów spalania na zewnątrz, do atmosfery. Dobra praktyka inżynierska stanowi również, że nie odciąża się urządzeń
i aparatów procesowych wewnątrz budynków i pomieszczeń zamkniętych.
Chociaż nie ma uregulowań prawnych normalizujących tę kwestię, jest to racjonalnie uzasadnione, np. ze względów pożarowych. W przypadku systemów odciążania istnieje również ryzyko źle wyliczonej powierzchni odciążenia, nieuwzględnienia siły odrzutu (posadowienie aparatu), konieczność montażu deflektorów, zagrożenia dotyczące zjawiska, np. implozji zbiorników. Kanały dekompresyjne wyprowadzające skutki wybuchu na zewnątrz budynku powinny być ściśle zaprojektowane zgodnie z normą PN-EN 14491:2012. Nieodpowiednio zaprojektowany kanał dekompresyjny (średnica, długość, kąty załamania) może być przyczyną zwiększenia zredukowanego ciśnienia wybuchu Pred w chronionym aparacie i w konsekwencji jego zniszczenia, pomimo zastosowania systemu ochronnego. Kolejną wadą systemu jest konieczność jego demontażu po zadziałaniu i wymiany elementów na nowe. Istnieją również rozwiązania, które nie posiadają konieczności rozbiórki – są to np. samozamykające klapy odciążające wybuch (głównie dla pyłu węglowego), które po – eksplozji domykane są własnym ciężarem, sprężynowo lub z użyciem poduszki powietrznej i uniemożliwiają dopływ tlenu, co zapobiega wystąpieniu pożaru. Metody te zostały opisane w normie PN-EN 14797:2009.

Podstawową zasadą każdego systemu ochronnego, aktywnego i pasywnego, jest obniżenie (maksymalnie szybko) ciśnienia wybuchu Pmax do poziomu ciśnienia zredukowanego Pred.

W przypadku systemów odciążania istnieje również ryzyko źle wyliczonej powierzchni odciążenia, nieuwzględnienia siły odrzutu (posadowienie aparatu), konieczność montażu deflektorów, zagrożenia dotyczące zjawiska, np. implozji zbiorników.

Bezpłomieniowe odciążanie wybuchu
Inną formą odciążania wybuchu jest bezpłomieniowe odciążanie wybuchu. Technika ta opisana jest w normie PN-EN 16009:2011. Podstawową różnicą pomiędzy systemem odciążania a bezpłomieniowym systemem odciążania wybuchu jest to, że skutki – eksplozji, opuszczające chroniony aparat, pozbawione są płomienia, a temperatura gazów wylotowych zostaje obniżona. Urządzenie, najprościej mówiąc, składa się z mechanizmu odciążającego z zamontowanym przerywaczem płomienia i wymiennikiem ciepła. Przerywacz płomienia nie dopuszcza do przeniesienia się ognia z wnętrza chronionego aparatu, a wymiennik ciepła odbiera wysoką temperaturę gazów wylotowych. Urządzenia są stosowane głównie wewnątrz budynków, w sytuacjach, kiedy nie ma możliwości wyprowadzenia skutków wybuchu poza budynek. Niestety posiadają szereg ograniczeń, takich jak np. ściśle określone wymogi w odniesieniu do kubatury pomieszczenia, w którym są zainstalowane, oraz brak możliwość instalowania dla toksycznych produktów spalania. Dodatkowo w przypadku urządzeń bezpłomieniowego odciążania wybuchu, zamontowanych wewnątrz pomieszczenia, należy również wyznaczyć tzw. przestrzeń bezpieczną, sięgającą kilku metrów wokół urządzenia. Po zadziałaniu – mechanizmu, jak w przypadku zwykłego panelu dekompresyjnego, należy zdemontować system i przywrócić go do pełnej sprawności, montując panele pod urządzeniem bezpłomieniowym. Na rynku dostępny jest również tzw. zawór odciążający wybuch, który rozszerza się w momencie eksplozji, a po – niej następuje samozamknięcie. Zawór taki – często można spotkać na filtrach w układach odpylania.
Tłumienie wybuchu
Kolejnym dostępnym na rynku rozwiązaniem systemu ochronnego jest aktywny system zabezpieczenia przed skutkami wybuchu, tzw. tłumienie wybuchu HRD (High Rate Discharge Bottles). Wymagania co do tego typu systemów zawarte zostały w normie PN-EN 14373:2006. System ten polega na rozproszeniu środka tłumiącego (proszku tłumiącego) wewnątrz chronionej objętości, w możliwie najkrótszym czasie po detekcji początkowej fazy wybuchu, przez zamontowane czujniki ciśnienia i płomienia. Następuje wówczas natychmiastowe (ok. 20 milisekund) sprowadzenie ciśnienia wybuchu do poziomu zredukowanego i niedopuszczenie do wzrostu ciśnienia powyżej odporności konstrukcyjnej aparatu. Detekcja wczesnej fazy wybuchu odbywa się za pomocą czujników płomienia lub/i ciśnienia. Systemy tłumienia wybuchu są kosztowne, jednak posiadają sporo zalet – do najważniejszych można zaliczyć brak uszkodzeń chronionego aparatu i brak pożaru po wybuchu. Systemy tego typu mogą być instalowane dla pyłów, gazów oraz mieszanin hybrydowych, a także substancji toksycznych. Mogą być stosowane zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz pomieszczeń oraz współpracować z innymi systemami, np. odciążaniem.

W dużym uproszczeniu, zjawisko przeniesienia się wybuchu jest o tyle niebezpiecznym zjawiskiem, że w aparacie, do którego wybuch dotrze z pierwszego urządzenia, zmieniają się całkowicie warunki początkowe, zakładane przy projektowaniu i doborze systemów zabezpieczających.

Co z przeniesieniem się wybuchu? Odsprzęganie wybuchu
Obniżenie ciśnienia wybuchu poniżej wartości odporności konstrukcyjnej aparatów, realizowane przy pomocy systemów odciążania i tłumienia wybuchu, wymaga
w większości przypadków uzupełnienia w postaci systemu izolacji (odsprzęgania) wybuchu (wymagania dla systemu opisane są w normie PN-EN 15089:2010). Odsprzęganie wybuchu jest niestety nierzadko pomijanym systemem ochrony przeciwwybuchowej. W ciągu instalacji procesowych może dojść do zjawiska propagacji wybuchu (fali ciśnienia i płomienia) z jednego aparatu procesowego do kolejnego (pomijając mogące wcześniej wystąpić zjawisko detonacji wewnątrz rurociągu lub kanału).
W dużym uproszczeniu, zjawisko przeniesienia się wybuchu jest o tyle niebezpiecznym zjawiskiem, że w aparacie, do którego wybuch dotrze z pierwszego urządzenia, zmieniają się całkowicie warunki początkowe, zakładane przy projektowaniu i doborze systemów zabezpieczających. Założenia ochrony przeciwwybuchowej dla drugiego aparatu, traktujące go jako oddzielne urządzenie, w przypadku braku systemu odciążenia wybuchu między aparatami będą więc błędne, a cały system ochrony – nieskuteczny. Można zatem powiedzieć, że system odsprzęgania wybuchu jest niezbędnym ogniwem/ składnikiem każdego systemu przeciwwybuchowego, chroniącego dany aparat. Mechanizmy te są również niezbędnym elementem dla urządzeń w wykonaniu odpornym na ciśnienie wybuchu lub tych odpornych na uderzenie ciśnienia wybuchu jako elementy łączące z aparatami w wykonaniu zwykłym. Na rynku dostępne są różne urządzenia: począwszy od systemu HRD (który może również pełnić funkcję izolacji wybuchu), poprzez zasuwy, których zamknięcie wyzwalane jest ładunkiem pirotechnicznym, aż do klap zwrotnych, diverterów, dozowników celkowych, pasywnychzaworów dwustronnego działania, zaworów odcinających i śluz ciśnieniowych. Wszystkie te mechanizmy powinny posiadać certyfikat Atex dotyczący możliwości wykorzystania urządzenia jako systemu ochronnego. Należy zaznaczyć, że odpowiedni dobór urządzenia odsprzęgającego (izolującego) wybuch powinien być podparty wnikliwą analizą, począwszy od parametrów zapalności i wybuchowości danego surowca, a skończywszy na wymiarach i geometrii chronionych urządzeń. Dodatkowo dobór urządzeń należy odnieść do warunków i parametrów panujących w instalacji, pamiętając, że każde urządzenie ochronne ma szereg ograniczeń w zastosowaniu, a ich parametry, w zależności od producenta, mogą się różnić.

Serwis – kto i kiedy?

Należy pamiętać, że urządzenia chroniące przed skutkami wybuchu, w myśl polskich przepisów państwowych, zaszeregowane zostały jako urządzenia przeciwpożarowe (§ 2. 1. Punkt 9). Z racji wyżej wymienionego zapisu, urządzenia takie trzeba przeglądać minimum raz w roku. Przepisy państwowe nakładają tylko obowiązek minimalnej częstotliwości przeglądów. Dla każdego z systemów ochronnych – i dla zapewnienia poprawności i utrzymania certyfikatu ATEX dla systemu ochronnego, o częstotliwości wykonywania przeglądów decydują instrukcja obsługi i DTR. W przypadku systemów aktywnych (HRD) i wymagań SIL, przeglądów dokonują akredytowane przez producentów wyspecjalizowane firmy. W przypadku systemów pasywnych, dozowników celkowych, klap zwrotnych, zaworów itp.,o sposobie i uprawnionych do przeglądu osobach decyduje dokumentacja producenta.

Podsumowanie
W artykule starano się przybliżyć dostępne na rynku rodzaje systemów zabezpieczenia samych aparatów przed skutkami wybuchu, jak również zasygnalizować niejednokrotnie niedoceniany problem odsprzęgania(odcięcia) wybuchu pomiędzy chronionymi aparatami. Z uwagi na różnice w parametrach substancji stwarzających zagrożenie wybuchowe (Kst i Pmax) oraz w parametrach procesowych, a także dodatkowo biorąc pod uwagę wytrzymałość aparatów i zestawiając z tym ograniczenia w stosowaniu systemów, poprawny dobór systemów ochronnych wymaga indywidualnego podejścia oraz wiedzy i doświadczenia projektanta systemu.

About the author

POLECANE DLA CIEBIE

TAGI