Jeśli w nagłówku gazety pojawia się słowo „wybuch”, większość z nas odczuwa niepokój. Nie jest to bezpodstawna konotacja, ponieważ doświadczenie pokazuje, że takie wydarzenie przeważnie powoduje znaczące straty ludzkie i materialne.

Zagrożenie wybuchem jest nieodzownym elementem prowadzenia wielu procesów biznesowych – czy to w produkcji, czy w związku z magazynowaniem. Właściwa identyfikacja tego zagrożenia oraz zastosowanie odpowiednich zabezpieczeń to kluczowe warunki, by zachować odpowiedni poziom bezpieczeństwa w zakładzie.

WYBUCHOWA GENEZA

Gwałtowny proces egzotermiczny, któremu towarzyszy nagły wzrost ciśnienia, temperatury oraz emisja promieniowania i fal akustycznych. Oto najprostsza definicja wybuchu. Towarzyszące temu zjawisku ruchy gazów, ciśnienie oraz temperatura powodują zniszczenia mienia i są zagrożeniem zarówno dla życia człowieka, jak i środowiska naturalnego. Podstawową klasyfikację wybuchów można przeprowadzić w oparciu o ich charakter, przebieg oraz czynnik inicjujący. Innym sposobem rozróżnienia wybuchów jest podział na gazowe oraz pyłowe. Klasyfikacja ta znajduje również zastosowanie dla paliw ciekłych, których pary palą się jak gaz, a rozpylone wybuchają podobnie jak pył. Jeżeli w mieszaninie pyłowo-powietrznej znajduje się palny gaz, to mamy do czynienia z wybuchową mieszaniną hybrydową. Dobrym przykładem jest tu mieszanina powietrza z metanem  i pyłem węglowym. Aby doszło do wybuchu paliwa, musi być spełnionych kilka warunków. Jeden z nich to występowanie czynnika obecnego w powietrzu w odpowiednim stężeniu, które jest charakteryzowane przez granice wybuchowości. Dolna granica wybuchowości (DGW) to najniższe stężenie substancji (lub jej par) w powietrzu, zaś górna (GGW) to najwyższe stężenie w powietrzu, w którym mieszanina ma właściwości wybuchowe. Jeżeli paliwo występuje w powietrzu w ilości mniejszej od dolnej lub wyższej od górnej granicy wybuchowości, zagrożenie wybuchem nie występuje.

ŁATWY ZAPŁON

Zapłon mieszaniny wybuchowej może mieć charakter wymuszony lub samorzutny. Ten pierwszy następuje w wyniku dostarczenia odpowiedniej ilości energii do mieszanki. Energię wystarczającą do zainicjowania wybuchu nazywamy minimalną energią zapłonu mieszaniny i jest ona jednym z kluczowych parametrów określających jej właściwości wybuchowe. Jej wartość, wyrażona w milidżulach, zmienia się w zależności od rodzaju paliwa, składu mieszanki oraz warunków zapłonu. I tak np. w przypadku pyłu żywicy epoksydowej minimalna energia zapłonu obłoku wynosi 9 mJ, natomiast w przypadku benzenu minimalna energia zapłonu jego par mieści się w przedziale 0,2-0,68 mJ, a dla wodoru 0,011–0,02 mJ.

Samorzutny charakter inicjacji wybuchu (zapłonu) występuje w przypadku osiągnięcia przez mieszankę temperatury, która spowoduje lawinowy rozwój reakcji z wyłączeniem bodźców z zewnątrz. Tę cechę można wyznaczyć doświadczalnie i określana jest ona mianem temperatury samozapłonu. Kolejnym elementem mającym wpływ na możliwość wystąpienia wybuchu oraz jego przebieg jest ograniczenie przestrzeni. Zdarzenia wybuchowe w zamkniętych pomieszczeniach lub instalacjach są gwałtowne, a straty materialne przez nie spowodowane znaczące. Ograniczenie przestrzeni ułatwia również tworzenie się pyłowo-powietrznej atmosfery wybuchowej. Trudniej zainicjować wybuch pyłowy niż gazowy. Mieszanie się gazu z powietrzem następuje samorzutnie, natomiast wytworzenie się mieszanki pyłowo-powietrznej uwarunkowane jest poprzez wystąpienie czynnika zewnętrznego. Ponadto minimalna energia zapłonu większości wybuchowych mieszanek pyłowo-powietrznych jest wyższa niż wymagana dla powstania wybuchu gazowego. Wybuch może również nastąpić bez udziału tlenu z zewnątrz. Do substancji mogących się rozkładać wybuchowo w ten sposób należą piorunian rtęci, azydek ołowiu, nadtlenki organiczne i szereg innych związków. Powszechnie używana jako nawóz saletra amonowa podgrzana do temperatury powyżej 180o C również ulega gwałtownemu rozkładowi – bez udziału tlenu z zewnątrz.

SPEKTAKULARNA EKSPLOZJA

Pierwszy wybuch pyłu odnotowany w światowej literaturze miał miejsce 14 grudnia 1785 r. we Włoszech. Turyńska Akademia Nauki podała, że był to wybuch pyłu mąki w magazynie w centrum miasta. Od momentu tego zdarzenia odnotowuje się wybuchy w wielu różnych gałęziach przemysłu. Wraz z rozwojem technologii, na przestrzeni lat, zaczęto stosować w przemyśle coraz to nowe materiały, które przy przetwarzaniu i magazynowaniu mogą stworzyć zagrożenie wybuchem. W chwili obecnej zagrożenie wybuchem pyłu jest zjawiskiem rozpoznanym, a prawidłowe zabezpieczenie się przed jego wystąpieniem to jeden z kluczowych aspektów prawidłowej polityki w zakresie bezpieczeństwa w przedsiębiorstwie. Pomimo zebranych doświadczeń wybuchy pyłów nadal się zdarzają. Przykładem może być tragiczny w skutkach wybuch silosów zbożowych w miejscowości Blaye we Francji, do jakiego doszło 20 sierpnia 1997 r. Silosy zbożowe w znacznej części zawaliły się, a pobliski budynek biurowy został całkowicie zniszczony. Elementy silosu były rozrzucone w promieniu stu metrów. W wyniku wybuchu zginęło 11 osób, a jedna została ranna. Przeprowadzone po awarii dochodzenie wykazało, iż w zakładzie nie było odpowiednich zabezpieczeń przeciwwybuchowych i technologicznych. Bezpośredniej przyczyny wybuchu nie udało się ustalić.

TEMAT NIEDOCENIANY

Zebrane na przestrzeni lat doświadczenia szkodowe pozwoliły na stworzenie statystyk dotyczących wybuchów pyłów. Różne zestawienia wskazują, że najwięcej szkód występuje w wyniku wybuchu pyłu drzewnego i pyłu pochodzącego z produkcji spożywczej.  Znacznie mniejszy udział w liczbie wybuchów ma pył węglowy, jednak należy pamiętać, że to właśnie wybuchy pyłu węglowego wiążą się przeważnie ze znacznymi rozmiarami zniszczeń. Skala wybuchów gazowych, jak pokazują dane historyczne, może być znacząco większa od pyłowych. Zagrożenie tego typu funkcjonuje we wszystkich przedsiębiorstwach, w których występują ciecze palne oraz palne gazy. Prawdopodobieństwo zmaterializowania się tego zagrożenia podnoszą bardzo niskie minimalne energie zapłonu substancji tworzących z powietrzem mieszaniny wybuchowe. Zapłon w większości przypadków może powstać nawet w wyniku wyładowania elektrostatycznego pochodzącego z niecertyfikowanych ubrań osoby znajdującej się w zagrożonej strefie zagrożenia wybuchem. Przykładem wybuchu gazowego może być awaria, która wydarzyła się 1 czerwca 1974 r. w zakładzie Nypro Ltd w Flixborough. W wyniku tego zdarzenia fabryka została kompletnie zniszczona i zginęło aż 28 osób. Wybuch nastąpił wskutek wydostania się około 50 ton cykloheksanu, najprawdopodobniej w wyniku rozszczelnienia się tymczasowo zamontowanego rurociągu. Utworzona mieszanina wybuchowa spowodowała eksplozję o sile równoważnej wybuchowi 30 ton TNT. W rozważaniach na temat zagrożenia wybuchem należy również uwzględniać substancje uznawane za słabo wybuchowe. Przykładem może być amoniak używany w instalacjach chłodniczych. Powszechnie uważa się, iż jest to substancja słabo wybuchowa, a główne zagrożenia wynikające z jego użytkowania to zagrożenie toksyczne. Doświadczenia szkodowe wskazują, iż amoniak w określonych warunkach może spowodować eksplozję, więc nie należy ignorować takiego zagrożenia. Najbardziej aktualnym przykładem może być wybuch w zakładzie przetwórstwa drobiowego w Jilin Baoyuanfeng w Chinach w 2013 r. W wyniku rozszczelnienia instalacji chłodniczej doszło do wycieku amoniaku i jego wybuchu, a następnie do pożaru. Następnie doszło do dwóch kolejnych wybuchów amoniaku wydostającego się z instalacji chłodniczej. Innym przykładem jest wypadek, który miał miejsce w Houston w 1983 r. W fabryce lodów Borden’s Ice Cream doszło do wycieku amoniaku z instalacji chłodniczej. Pracownicy zakładu zostali ewakuowani. Chwilę przed wejściem strażaków do budynku nastąpił wybuch w piwnicy.

ATMOSFERA WYBUCHOWA A PRAWO

Przepisami regulującymi bezpieczeństwo wybuchowe są dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady, z których najważniejsze to 1999/92/ WE oraz 94/9/WE. Zostały one wprowadzone na grunt prawa polskiego poprzez Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 8 lipca 2010 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej oraz Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 22 grudnia 2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Zgodnie z obowiązującym prawem, podmioty prowadzące procesy technologiczne z użyciem materiałów mogących wytworzyć mieszaniny wybuchowe, lub w ramach których materiały takie są magazynowane, mają obowiązek dokonania oceny zagrożenia wybuchem. Wytyczne w tej sprawie można znaleźć w Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. Jeżeli w wyniku przeprowadzonej oceny zidentyfikowane zostanie zagrożenie wybuchem, należy opracować dokument zabezpieczenia przed wybuchem oraz zastosować środki techniczne minimalizujące to ryzyko.

OKIEŁZNAĆ ZAGROŻENIE WYBUCHEM

W przypadku, gdy przeprowadzona ocena zagrożenia wybuchem wskaże występowanie obszarów o podwyższonym ryzyku należy, przedsięwziąć środki mające na celu ich minimalizację. Ograniczenie występującego ryzyka wybuchu należy przeprowadzić zgodnie z przedstawionym schematem. Każdy z przedstawionych etapów minimalizacji ryzyka może być realizowany przy zastosowaniu indywidualnych rozwiązań technicznych dostosowanych do zagrożonego obiektu/urządzenia. Nie zawsze należy realizować wszystkie trzy etapy, ponieważ wykonanie pierwszych dwóch etapów może w określonych warunkach zapewnić ograniczenie ryzyka do akceptowalnego poziomu.

POWIETRZE BEZ WYBUCHOWYCH NIESPODZIANEK

Chcąc zabezpieczyć się przed wybuchem, należy zacząć od zapobiegania tworzeniu się atmosfer wybuchowych. Podstawową metodą jest obniżenie do niezbędnego minimum wykorzystywanych substancji mogących stworzyć z powietrzem mieszaninę wybuchową. Obszar wokół instalacji powinien być zabezpieczony przed powstawaniem atmosfer wybuchowych w możliwie najskuteczniejszy sposób. Za przykład takiego rozwiązania można podać zbiornik gazu wykonany jako dwupłaszczowy. Utrzymanie szczelności instalacji wymaga również jej stałej kontroli i konserwacji. Zapobieganie tworzeniu się atmosfer wybuchowych może być również osiągnięte przez kontrolowane spalanie substancji stwarzającej zagrożenie. Przykładem tego są pochodnie gazu resztkowego stosowane w instalacjach odgazowywania składowisk komunalnych. Ich zadaniem jest spalanie gazu, którego w danej chwili nie można zagospodarować czy zmagazynować. W przypadku wyczerpania możliwości zabezpieczeń przed uwolnieniem się substancji palnych, powstanie atmosfery wybuchowej można wyeliminować poprzez zastosowanie wentylacji spełniającej określone wymagania (charakteryzowane przez liczbę wymian powietrza w pomieszczeniu w jednostce czasu). Kolejnym aspektem zapobiegania powstawaniu atmosfer wybuchowych jest utrzymanie odpowiedniego poziomu czystości w zakładzie. Pył emitowany podczas procesów produkcyjnych/ magazynowych może osiadać na różnych powierzchniach. Nagromadzone w ten sposób warstwy pyłu osiadłego mogą wzbić się w powietrze w wyniku podmuchu powietrza, tworząc okresowo atmosferę wybuchową. Aby tego uniknąć, należy regularnie sprzątać miejsca osiadania pyłu w sposób, który nie stwarza dodatkowego zagrożenia. Rekomendowanym rozwiązaniem jest użycie certyfikowanych odkurzaczy przemysłowych. Atmosferę wybuchową można wyeliminować poprzez inertyzację, czyli dodawanie substancji obojętnych do mieszaniny wybuchowej. Najczęściej używane gazy inertyzujące to azot, dwutlenek węgla, gazy szlachetne, gazy spalinowe oraz para wodna. Z kolei najczęściej używane pyły inertyzujące zawierają siarczan wapnia, fosforan amonu, pył kamienny. Wybór substancji inertyzującej powinien być poprzedzony sprawdzeniem, czy nie zareaguje ona z paliwem (np. aluminium może reagować z CO2). Rozwiązania tego typu często stosowane są w przemyśle chemicznym.

Stężenia mieszanin substancji palnych z powietrzem wokół instalacji można monitorować za pomocą czujników gazów/par cieczy. Systemy tego typu są indywidualnie projektowane do instalacji z uwzględnieniem rodzaju substancji, potencjalnych źródeł wypływu, poziomów alarmowych oraz rozmiarów pomieszczenia. Detekcja jest często sprzężona funkcjonalnie z innymi rodzajami zabezpieczeń, np. wentylacją awaryjną. Utrzymanie sprawności czujników wymaga ich regularnego sprawdzania oraz kalibracji zgodnie z wytycznymi zawartymi w dokumentacji techniczno-ruchowej.

ŹRÓDŁA ZAPŁONU DO ELIMINACJI

Kolejnym krokiem zabezpieczenia się przed wybuchem jest eliminacja potencjalnych źródeł zapłonu. Ich klasyfikacja znajduje się w Polskiej Normie PN-EN 1127-1 Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. W przypadku braku takiej możliwości można zastosować jeden z wielu sposobów ich kontroli lub minimalizacji.

JAK ZMNIEJSZYĆ SKUTKI WYBUCHU?

Po wyeliminowaniu źródeł zapłonu (patrz ramka) kolejnym krokiem jest minimalizacja skutków wybuchu. W zależności od rodzaju wybuchu stosuje się różne środki techniczne. Jednym z nich jest odciążanie wybuchów pyłowych polegające na ochronie przez obniżenie ciśnienia wybuchu do bezpiecznego poziomu. Używa się w tym celu paneli odciążających lub klap przeciwwybuchowych, które otwierają się przy zadanym ciśnieniu i wyprowadzają do otoczenia nadmierne ciśnienie, płomień oraz spalony i niespalony produkt. Stosując tego typu rozwiązanie, należy brać pod uwagę fakt, że w przypadku wybuchu płomień wyprowadzany jest na zewnątrz urządzenia. Jeżeli chronione urządzenie musi znajdować się w budynku, należy zastosować bezpłomieniowe odciążanie wybuchu lub jego wyprowadzenie kanałem poza budynek. Inną metodą odciążenia wybuchu jest zaprojektowanie urządzenia tak, aby jedna z jego części była osłabiona i w przypadku wybuchu stanowiła powierzchnię odciążającą. Przykładem tego może być silos zbożowy z osłabionym dachem. Pomieszczenia zagrożone wybuchem mogą być również wykonywane z powierzchniami odciążającymi, np. z lekkim dachem. Do tematu ochrony przed wybuchem można także podejść w sposób bardziej aktywny, np. poprzez zastosowanie systemu tłumienia wybuchu pyłowego. Praca tego urządzenia polega na wczesnej identyfikacji zagrożenia wybuchem przy pomocy czujnika wzrostu ciśnienia i/lub czujnika podczerwieni. Po zidentyfikowaniu zagrożenia uruchamiany jest system tłumiący zarzewie wybuchu, który składa się z butli z mieszanką gaszącą oraz elektroniki sterującej. Jedną z głównych zalet stosowania tego typu systemu jest brak ograniczeń co do położenia zabezpieczanego urządzenia. Ponadto czas przywracania sprawności zabezpieczanego urządzenia po zadziałaniu systemu tłumienia wybuchu jest bardzo krótki. Co więcej, nie ma zagrożenia wypalenia się produktu w urządzeniu. Systemy tego typu są znormalizowane przez normę PN-EN 14373:2006 Systemy tłumienia wybuchu.

ELEMENTY SYSTEMU TŁUMIENIA WYBUCHU

Niezbędnym elementem każdego systemu przeciwwybuchowego jest izolacja wybuchu. Chodzi o odcięcie urządzenia, w którym doszło do wybuchu, od pozostałych elementów instalacji, a co za tym idzie, uniemożliwienie przeniesienia się wybuchu. Do sposobów izolowania wybuchów należą wytwarzanie barier proszkowych w przewodzie, odcięcie za pomocą zaworów, zasuw oraz klap zwrotnych, a także skierowanie płomienia w inną przestrzeń. Skutki wybuchu można także zminimalizować poprzez wykonanie odporne na wybuch. Urządzenie w takim przypadku jest projektowane i wykonane tak, aby było w stanie wytrzymać skutki wybuchu. Jest to metoda skuteczna, jednak znacząco podnosi koszty. Wymagania stawiane tego rodzaju urządzeniom znajdują się w normie PN-EN 14460:2008 Urządzenia odporne na wybuch. Minimalizacji skutków wybuchu gazowego służy ponadto różnego rodzaju armatura montowana na rurociągach oraz zbiornikach. Warto wymienić najczęściej stosowane zabezpieczenia: zawory bezpieczeństwa – otwierają się samoczynnie w momencie przekroczenia dopuszczalnego ciśnienia. W prostszych aplikacjach mogą być wykonane jako płytka, która ulega rozerwaniu w przypadku przekroczenia ciśnienia. W praktyce najczęściej zabezpieczenie tego typu występuje przy sprężaniu, ogrzewaniu lub transporcie medium w wyniku różnicy ciśnień.

BEZ RECEPTY PRZECIW WYBUCHOWI

Ryzyko wybuchu jest ważnym aspektem polityki bezpieczeństwa wielu przedsiębiorstw. Rozpoznanie tego zagrożenia wymaga przeprowadzenia odpowiedniej analizy. Prawidłowo przeprowadzona ocena zagrożenia wybuchem powinna uwzględniać wszystkie substancje mogące stworzyć atmosferę wybuchową. Doświadczenia szkodowe wskazują, że nawet substancje uznawane za słabo wybuchowe stanowią realne zagrożenie. Wskazane w artykule sposoby zabezpieczeń to jedynie wycinek dostępnych rozwiązań. Różnorodność procesów produkcyjnych i magazynowych wraz z zastosowaniem nowych materiałów powodują, iż nie można stworzyć gotowej recepty na zabezpieczenie się przed wybuchem. Minimalizacja tego ryzyka każdorazowo wymaga indywidualnego podejścia.

About the author

Tagi: , , , , ,

POLECANE DLA CIEBIE

TAGI