wybuch, zapylenie.pdf

Promotor 10/05

Ochrona przed wybuchami

w środowisku pracy

w zasięgu wzroku) nawet przy

dużych odległościach energia lub

natężenie nawet niezogniskowa-

nego promienia mogą być wystar-

czające do spowodowania zapłonu.

Również w tym przypadku proces

ogrzewania zachodzi głównie wte-

dy, gdy wiązka laserowa traﬁa na

powierzchnię ciała stałego lub gdy

jest absorbowana przez cząstki

pyłu w atmosferze lub przez zanie-

czyszczone części przezroczyste.

Należy brać pod uwagę, że ja-

kiekolwiek urządzenie, system

ochronny, część i podzespół gene-

rujący promieniowanie (np. lampy,

łuki elektryczne, lasery itd.) mogą

stanowić źródło zapłonu mieszanin

wybuchowych.

Ocena i redukcja ryzyka wybuchu gazów,

par i pyłów w środowisku pracy – cz. II

Niniejsza publikacja jest kontynuacją artykułu z po-

przedniego numeru „Promotora”. W następnych

wydaniach poruszymy takie zagadnienia, jak: ocena

ryzyka występowania wybuchu, opis programu oraz

klasyﬁkacja pomieszczeń.

Kazimierz T. Lebecki

Uderzenie pioruna

Jeżeli uderzenie pioruna nastą-

pi w atmosferze wybuchowej, to

zawsze dojdzie do jej zapłonu. Co

więcej, istnieje również możliwość

zapłonu ze względu na wysokie

temperatury osiągane przez ele-

menty przewodzące wyładowanie.

W miejscu uderzenia pioruna płyną

silne prądy, które mogą tworzyć

iskry w jego sąsiedztwie.

jest wystarczająco duża, to części

przewodzące mogą powodować za-

płon w atmosferach wybuchowych.

Odbierana energia o częstotliwości

radiowej może na przykład rozżarzyć

cienkie przewody lub generować iskry

podczas łączenia lub rozłączania czę-

ści przewodzących. Energia dopro-

wadzana przez antenę odbiorczą,

która może prowadzić do zapłonu,

zależy głównie od odległości między

nadajnikiem a anteną odbiorczą

oraz od rozmiarów anteny odbior-

czej przy wszystkich długościach

i energii fal RF.

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie jonizujące, ge-

nerowane na przykład przez lampy

rentgenowskie i substancje radio-

aktywne, może zapalać atmosfery

wybuchowe (zwłaszcza atmosfery

wybuchowe z cząstkami pyłu) w wy-

niku absorpcji energii. Ponadto

źródło radioaktywne samo może się

podgrzewać z powodu wewnętrznej

absorpcji energii promieniowania

do temperatury przekraczającej mi-

nimalną temperaturę samozapłonu

otaczającej atmosfery wybuchowe.

Promieniowanie jonizujące może

powodować chemiczny rozkład lub

inne reakcje, które mogą prowadzić

do tworzenia bardzo reaktywnych

rodników lub niestabilnych che-

micznie związków. Może to powodo-

wać zapłon. Takie promieniowanie

może również tworzyć atmosferę

wybuchową w wyniku rozkładu

(np. mieszanina tlenu i wodoru

w wyniku radiolizy wody).

Rodzaj wyłado-

wania

Maksymalna

energia efek-

tywna

snopiaste

< 3 mJ

iskrowe

< 1 J

stożkowe

< 1 J

Fale elektromagnetyczne

o częstotliwości

od 3 x 10 11 Hz do 3 x 10 15 Hz

Promieniowanie w tym zakresie

widma może, zwłaszcza w przypad-

ku skupienia wiązki, stanowić źró-

dło zapłonu poprzez pochłanianie

przez atmosfery wybuchowe lub

powierzchnie ciał stałych. Światło

słoneczne na przykład może powo-

dować zapłon w obecności przed-

miotów zdolnych do skupienia jego

promieni (np. butelki działające jak

soczewki, reﬂektory skupiające).

W określonych warunkach pro-

mieniowanie intensywnych źródeł

światła (ciągłego albo błyskowego)

jest tak intensywnie pochłaniane

przez cząstki pyłu, że stają się one

źródłem zapłonu atmosfer wybucho-

wych lub nagromadzonego pyłu.

W przypadku promieniowania

laserowego (np. stosowanego

w łączności, pomiarach zdalnych,

pomiarach geodezyjnych, urzą-

dzeniach do pomiaru odległości

snopiaste

ślizgowe

< 10 J

Tab. 1.

Nawet bez uderzenia pioruna bu-

rze mogą powodować indukowane

wysokie napięcia w urządzeniach,

systemach ochronnych, częściach

i podzespołach.

Fale elektromagnetyczne

o częstotliwości radiowej (RF)

od 10 4 Hz do 3 x 10 12 Hz

Fale elektromagnetyczne są emito-

wane przez wszystkie systemy gene-

rujące i stosujące energię elektryczną

o częstotliwości radiowej (systemy

częstotliwości radiowej), np. nadajniki

radiowe lub przemysłowe albo me-

dyczne generatory RF stosowane do

ogrzewania, suszenia, utwardzania,

spawania, cięcia itd. Wszystkie prze-

wodzące części znajdujące się w polu

promieniowania działają jak anteny

odbiorcze. Jeżeli pole jest wystarcza-

jąco silne i jeżeli antena odbiorcza

Ultradźwięki

Podczas stosowania fal ultradź-

więkowych znaczna część energii

wytwarzanej przez przetwornik

elektroakustyczny jest absorbo-

wana przez substancje stałe lub

ciekłe. W wyniku tego substancja

wystawiana na działanie ultradź-

więków ogrzewa się tak, że w skraj-

nych przypadkach może nastąpić

jej zapłon.

Sprężanie adiabatyczne

i fale uderzeniowe

W przypadku sprężania adia-

batycznego lub prawie adiaba-

26 www.elamed.com.pl/promotor

Promotor 10/05

tycznego w falach uderzeniowych

mogą występować tak wysokie

temperatury, że atmosfery wybu-

chowe (i osady pyłu) mogą zostać

zapalone. Przyrost temperatury za-

leży głównie od stosunku wartości

ciśnień, a nie od ich różnicy.

W przewodach ciśnieniowych

kompresorów do sprężania po-

wietrza i w zbiornikach podłączo-

nych do tych przewodów wybuchy

mogą występować jako wynik

zapłonu sprężonych mgieł olejów

smarnych.

Fale uderzeniowe są na przykład

generowane podczas nagłego roz-

prężania gazów utrzymywanych pod

wysokim ciśnieniem do rurociągów.

W tym procesie fale uderzeniowe

rozprzestrzeniają się do miejsc

o niskim ciśnieniu szybciej niż

prędkość dźwięku. Kiedy biegnące

fale są uginane lub odbijane przez

powyginany rurociąg, przewężenia,

połączenia kołnierzowe, zamknięte

zawory itp., to mogą występować

bardzo wysokie temperatury.

Urządzenia, systemy ochronne,

części i podzespoły zawierające

wysoce utleniające gazy, np. czysty

tlen lub atmosfery gazowe o wyso-

kim stężeniu tlenu, mogą stawać

się efektywnym źródłem zapłonu

przy sprężaniu adiabatycznym fali

uderzeniowej lub nawet przy zwy-

kłym przepływie, ponieważ zapa-

leniu mogą ulec smary, szczeliwa,

a nawet materiały konstrukcyjne.

Te z kolei mogą stać się źródłem

zapłonu atmosfery wybuchowej

otaczającej instalację.

Do reakcji tych włącza się rów-

nież reakcje substancji piroforycz-

nych z tlenem, metali alkalicznych

z wodą, samozapalenie palnych

pyłów, samonagrzewanie się pasz

zapoczątkowane przez procesy

biologiczne, rozkład organicznych

nadtlenków lub reakcje polimery-

zacji. Również katalizatory mogą

wzbudzać reakcje egzotermiczne

(np. atmosfery wodór/powietrze

w obecności platyny).

Niektóre reakcje chemiczne

(np. rozkład termiczny i procesy

biologiczne) mogą również pro-

wadzić do powstania substancji

palnych, które z kolei mogą tworzyć

atmosfery wybuchowe z otaczają-

cym powietrzem.

Gwałtowne reakcje kończące

się zapłonem mogą występować

w pewnych połączeniach materia-

łów konstrukcyjnych z substancja-

mi chemicznymi (np. miedź z ace-

tylenem, metale ciężkie z nadtlen-

kiem wodoru).

Przy połączeniu niektórych sub-

stancji, zwłaszcza gdy są one

dobrze rozdrobnione (np. alumi-

nium/rdza albo cukier/chlorany),

dochodzi w razie uderzenia lub

tarcia do wysoce egzotermicznych

reakcji.

właściwości wykazało, że w mie-

szaninach z powietrzem nie są

zdolne do samopodtrzymującego

się rozprzestrzenienia wybuchu.

To potencjalne zagrożenie zwią-

zane z atmosferą wybuchową staje

się realne w przypadku zapłonu

przez efektywne źródło zapłonu.

Właściwości palne

Ponieważ w tym kontekście

potencjalne zagrożenie stwarza

nie sam materiał, ale jego kontakt

lub zmieszanie z powietrzem,

powinny zostać oznaczone wła-

ściwości mieszaniny substancji

palnej z powietrzem. Te właściwo-

ści dają informację o zachowaniu

się substancji w trakcie spalania

i możliwości zapoczątkowania po-

żaru lub wybuchu. Odpowiednimi

danymi są np.

– temperatura zapłonu,

– granice wybuchowości (DGW,

GGW),

– graniczne stężenie tlenu (GST).

Wymagania dotyczące zapłonu

Powinny zostać oznaczone wła-

ściwości atmosfery wybuchowej

związane z zapłonem. Odnośnymi

danymi są np.:

– minimalna energia zapłonu,

– minimalna temperatura samoza-

płonu atmosfery wybuchowej,

– minimalna temperatura samo-

zapłonu warstwy pyłu.

Informacje o identyﬁkacji

atmosfer wybuchowych

i ocena ryzyka wystąpienia

wybuchu

Zagrożenie wybuchem jest zwią-

zane z materiałami i substancjami

przetwarzanymi, stosowanymi lub

uwalnianymi przez urządzenia, sys-

temy ochronne, części i podzespoły

oraz materiałami stosowanymi

do budowy urządzeń, systemów

ochronnych, części i podzespołów.

Niektóre z tych materiałów i sub-

stancji mogą ulegać procesom

spalania w powietrzu. Procesom

tym często towarzyszy wytwarzanie

znaczących ilości ciepła i mogą

one być związane ze wzrostem

ciśnienia i uwolnieniem materiałów

niebezpiecznych. W odróżnieniu od

pożaru wybuch jest samopodtrzy-

mującym się rozprzestrzenianiem

się strefy reakcji (płomienia) w at-

mosferze wybuchowej.

Substancje palne powinny być

rozważane jako materiały, które

mogą utworzyć atmosferę wy-

buchową, chyba że badanie ich

Właściwości charakteryzujące

przebieg wybuchu

Zachowanie atmosfery wybu-

chowej po wystąpieniu zapłonu

powinno być charakteryzowane

przez dane takie, jak:

– maksymalne ciśnienie wybuchu

( p max ),

– maksymalna szybkość narastania

ciśnienia wybuchu ( (dp/dt) max ),

– maksymalna eksperymentalna

bezpieczna szczelina (MEBS).

Występowanie niebezpiecznej

atmosfery wybuchowej zależy od:

– obecności substancji palnej,

– stopnia rozproszenia substancji

palnej (np. gazy, pary, mgły i pyły),

– stężenia substancji palnej w po-

wietrzu, w granicach zakresu

wybuchowości,

– objętości atmosfery wybuchowej

wystarczającej do spowodowania

obrażeń lub zniszczeń w wyniku

zapłonu.

Reakcje egzotermiczne,

włącznie z samozapaleniem

pyłów

Reakcje egzotermiczne mogą

stanowić źródło zapłonu, gdy szyb-

kość wytwarzania ciepła będzie

większa od szybkości odprowa-

dzania ciepła do otoczenia. Wiele

reakcji chemicznych jest reakcjami

egzotermicznymi.

Możliwość osiągnięcia podczas

reakcji wysokiej temperatury za-

leży między innymi od stosunku

objętość/powierzchnia układu

reagującego, temperatury oto-

czenia i czasu reakcji. Te wysokie

temperatury mogą prowadzić do

zapłonu wybuchowych atmosfer, jak

również zapoczątkowania tlenia się

i/lub palenia.

28 www.elamed.com.pl/promotor

Promotor 10/05

Powaga konsekwencji zdarzenia

niebezpiecznego

Krótki opis konsekwencji

wietrzu. Zawsze należy liczyć się

z możliwością tworzenia atmosfer

wybuchowych w obecności osadów

palnego pyłu.

Katastroﬁczne

Wiele oﬁar śmiertelnych lub całkowite zniszczenie zakładu, instalacji

Ciężkie

Niewiele oﬁar śmiertelnych, poważne obrażenia, poważne choroby

zawodowe lub znaczne zniszczenie zakładu, instalacji

Poważne

Poważne obrażenia lub choroby zawodowe, znaczne zniszczenia

zakładu, instalacji

Objętość atmosfery

wybuchowej

Ocena, czy atmosfera wybu-

chowa występuje w objętości nie-

bezpiecznej, zależy od możliwych

skutków wybuchu.

Lekkie

Minimalne obrażenia, lekkie choroby zawodowe lub niewielkie uszko-

dzenia instalacji

Tab. 2. Poziomy ryzyka – powaga konsekwencji.

Określenie

częstotliwości

zdarzenia

Częstość wskazana

(na rok)

Częstotliwość w odniesieniu

do konkretnego urządzenia

Ogólna częstotliwość

występowania

Piśmiennictwo

1. Michalik J.S.: Ochrona przed

wybuchem w środowisku pra-

cy. Implementacja przepisów

Dyrektyw ATEX do polskiego

prawodawstwa . „Promotor”,

7-8/2005.

2. Rozporządzenie Ministra Gospo-

darki Pracy i Polityki Społecznej

z dnia 29 maja 2003 r. w spra-

wie minimalnych wymagań

dotyczących bezpieczeństwa

i higieny pracy pracowników

zatrudnionych na stanowiskach

pracy, na których może wystąpić

atmosfera wybuchowa. Dziennik

Ustaw nr 107, poz. 1004.

3.Rozporządzenie Ministra Go-

spodarki Pracy i Polityki Spo-

łecznej z dnia 28 lipca 2003 r.

w sprawie zasadniczych wyma-

gań dla urządzeń i systemów

ochronnych w przestrzeniach

zagrożonych wybuchem. Dzien-

nik Ustaw nr 143, poz. 1393.

4. PN-EN 1127-1 Atmosfery wybu-

chowe. Zapobieganie wybuchom

i ochrona przed wybuchem. Poję-

cia podstawowe i metodologia.

5. PN-EN 50281-1-2:2003 Urzą-

dzenia elektryczne do stosowa-

nia w obecności pyłów palnych,

część 2-1: Metody badania

– Metody oznaczania minimalnej

temperatury zapłonu pyłu.

Częste

> 10 -1

Może występować często

Występuje ciągle

Prawdopodobne

10 -1 -10 -2

Wystąpi kilkakrotnie w okre-

sie użytkowania

Będzie często

występować

Sporadyczne

10 -2 -10 -4

Może czasem występować

w okresie użytkowania

Wystąpi kilkakrotnie

Rzadkie

10 -4 -10 -6

Mało prawdopodobne, ale

możliwe wystąpienie w okre-

sie użytkowania

Mało prawdopodobne,

ale można oczekiwać,

że wystąpi

Wyjątkowe

< 10 -6

Tak mało prawdopodobne, że

można założyć jego niewystą-

pienie w okresie użytkowania

Nieprawdopodobne,

aby wystąpiło, jednak

możliwe

Tab. 3. Przedziały częstotliwości występowania ryzyka.

Częstotliwość

zdarzenia

Powaga konsekwencji

Katastroﬁczne

Ciężkie

Poważne

Lekkie

Częste

Prawdopodobne

Sporadyczne

Rzadkie

Wyjątkowe

Tab. 4. Klasyﬁkacja poziomów ryzyka.

Przy ocenie prawdopodobień-

stwa występowania niebezpiecznej

atmosfery wybuchowej powinno się

uwzględniać możliwość tworzenia

atmosfery wybuchowej w wyniku

reakcji chemicznych, pirolizy i pro-

cesów biologicznych z udziałem

obecnych materiałów.

Jeżeli nie jest możliwe osza-

cowanie prawdopodobieństwa

występowania niebezpiecznej

atmosfery wybuchowej, to na-

leży przyjąć założenie, że taka

atmosfera występuje zawsze,

z wyjątkiem sytuacji, kiedy stoso-

wane jest wiarygodne urządzenie

kontroli stężenia substancji palnej

w atmosferze.

lub cząstki będzie wynosił poni-

żej 1 mm.

Granice wybuchowości zmienia-

ją się ze zmianą ciśnienia i tem-

peratury. Z reguły zakres stężenia

pomiędzy granicami wybuchowości

wzrasta ze wzrostem ciśnienia

i temperatury. W przypadku mie-

szanin z tlenem górne granice

wybuchowości są dużo wyższe niż

dla mieszanin z powietrzem.

Jeżeli temperatura powierzch-

ni cieczy palnej jest wyższa niż

dolna temperaturowa granica

wybuchowości, to może się wy-

tworzyć atmosfera wybuchowa.

Aerozole i mgły cieczy palnych

mogą tworzyć atmosferę wybu-

chową w temperaturze poniżej

dolnej temperaturowej granicy

wybuchowości.

Granice wybuchowości dla py-

łów nie mają takiego samego

znaczenia jak w przypadku gazów

i par. Obłoki pyłów są zazwyczaj

niejednorodne. Stężenie pyłu może

zmieniać się w dużym stopniu

w zależności od sposobu jego

osadzania się i rozproszenia w po-

Autor wyraża podziękowanie

dyrekcji Centralnego Instytutu

Ochrony Pracy-Państwowego

Instytutu Badawczego

za możliwość włączenia się

do Programu Wieloletniego

„Dostosowywanie warunków

pracy w Polsce do standardów

Unii Europejskiej”.

Podziękowania należą się

również zespołowi

współpracowników, a zwłaszcza

dr. P. Rosmusowi

i dr. Z. Dyduchowi.

Stopień rozproszenia

substancji palnych

Ze względu na swą postać gazy

i pary mają stopień rozproszenia

wystarczający do wytworzenia

atmosfery wybuchowej. Dla mgieł

i pyłów stopień rozproszenia wy-

starczający do wytworzenia at-

mosfery wybuchowej może zostać

osiągnięty, jeżeli rozmiar kropelki

30 www.elamed.com.pl/promotor

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: