Nowatorskie podejście do oceny ryzyka wybuchu AW-OZ aparatów oraz węzłów procesowych stosowanych do przetwarzania materiałów sypkich zawierających palne i wybuchowe pyły.

Category Aktualności, Baza wiedzy, Ocena Ryzyka Wybuchu, Ochrona przed wybuchem, Realizacje, Zabezpieczenia przeciwwybuchowe  

Zaloguj się i zacznij korzystać!

A. Wolff
Grupa Wolff sp. z o.o. sp.k., ul. Spacerowa 5, 32-083 Balice, Poland
[email protected]

W wyniku szeregu lat pracy w obszarze zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego i procesowego oraz przeprowadzonych ocen ryzyka wybuchu dla instalacji procesowych w szeregu gałęziach przemysłu potwierdziła, że istnieje potrzeba opracowania nowego podejścia do oceny ryzyka/zagrożeń, związanego z pracą instalacji, opartego w podstawowym stopniu o dane procesowe. Głównym celem podjętych prac było więc ograniczenie roli subiektywnej oceny zagrożeń, co charakteryzuje powszechnie stosowaną metodę PHA (Preliminary Hazard Analysis).

Opracowana metodyka AW-OZ ilościowego szacowania poziomu zagrożenia ma zastosowanie do oceny typowych aparatów stosowanych w przemyśle do przetwarzania substancji sypkich, które zawierają palne i wybuchowe pyły. Jako procesowe czynniki ryzyka brane są pod uwagę palne własności pyłów przetwarzanych substancji sypkich, podstawowe elementy konstrukcji oraz warunki pracy aparatów. Ocena zagrożeń AW-OZ obejmuje następujące aparaty/węzły procesowe: silosy, pośrednie zbiorniki technologiczne, podajniki kubełkowe, filtry, cyklony, podajniki ślimakowe oraz zgrzebłowe, przesypy, kanały/rurociągi. Wyznaczenie wartości ryzyka związanego z pracą aparatu, prowadzi w kolejnym kroku procedury, do jakościowego opisu prawdopodobieństwa/częstotliwości uaktywnienia się źródeł zapłonu oraz możliwych skutków wybuchu. Zastosowane podejście zapewnia niezależną ilościową ocenę zarówno pracujących jak i nowo projektowanych aparatów.

1.     Odniesienie metodyki szacowania zagrożeń AW-OZ do rekomendacji ATEX USERS (i rozporządzenia Ministra Gospodarki, Dz.U. 2010, nr 138, poz.931) w zakresie oceny ryzyka wybuchu

Ocena zagrożeń AW-OZ jest przeznaczona do analizy procesów przetwarzania substancji sypkich zawierających palne i wybuchowe pyły. Spełnia wymogi zapisów  zawartych w paragrafie  4 dyrektywy ATEX USERS [1], dotyczących metodyki prowadzenia oceny ryzyka wybuchu. Ocena umożliwia ilościowe szacowania poziomu zagrożeń związanych z pracą aparatów w oparciu o dane procesowe i  oparta jest o zapis zawarty w trzecim podpunkcie paragrafu 4 dyrektywy ATEX [1] definiującym zakres informacji branych pod uwagę podczas oceny ryzyka wybuchu:

  • eksploatowane przez pracodawcę instalacje, używane substancje i mieszaniny, zachodzące procesy i ich wzajemne oddziaływania.

Pozostałe podpunkty paragrafu 4 dyrektywy rekomendujące szacowanie:

  • prawdopodobieństwa i częstotliwości występowania atmosfery wybuchowej,
  • prawdopodobieństwa wystąpienia oraz uaktywnienia się źródeł zapłonu, w tym wyładowań elektrostatycznych,
  • rozmiarów przewidywanych skutków wybuchu.

są w ocenie zagrożeń definiowane jakościowo (w kolejnym kroku procedury) po zakwalifikowaniu aparatu do określonego poziomu zagrożenia.

Metodyka AW-OZ oferuje ponadto rekomendacje jakościowe dotyczące systemów ochrony procesowej i wybuchowej dostosowanych do danego aparatu i wyznaczonego poziomu zagrożenia. Podejście to przedstawiono w pracach [2, 3] i jest dostępne na stronie www.g-w.eu.

Metodyka AW-OZ ma zastosowane do oceny typowych aparatów technologicznych przeznaczonych do przetwarzania materiałów sypkich zawierających palne i wybuchowe pyły. Aparaty brane pod uwagę mają szerokie zastosowanie w przemyśle. Oceniana jest konstrukcja i warunki pracy aparatu oraz obecność podstawowych źródeł zapłonu i ochrona przed zagrożeniem zapłonem. Ocena zagrożeń obejmuje następujące aparaty/węzły procesowe: silosy, pośrednie zbiorniki technologiczne, podajniki kubełkowe, filtry, cyklony, podajniki ślimakowe oraz zgrzebłowe, przesypy, kanały/rurociągi. W każdym przypadku zakłada się, że aparat jest poprawnie uziemiony. Opracowane narzędzie obliczeniowe nie ma zastosowania do mieszanin hybrydowych.

2.     Standardowe podejście do oceny ryzyka wybuchu [3]

Stosowane techniki oceny ryzyka wybuchu oparte są o identyfikację zagrożeń, z oszacowaniem ryzyka wybuchu R, the RASE Project, [4]. Oparte są na szacowaniu prawdopodobieństwa i częstotliwości występowania atmosfery wybuchowej, prawdopodobieństwa wystąpienia oraz uaktywnienia się źródeł zapłonu (P), w tym wyładowań elektrostatycznych oraz na możliwe rozmiary przewidywanych skutków wybuchu (S). To, w połączeniu z wiedzą i doświadczeniem osób wykonujących ocenę ryzyka, ma zapewnić oszacowanie poziomu ryzyka wybuchu R.

Ryzyko R wynika z przyjętych wartości P i S i jest wyznaczane z równania:

R = P x S,

gdzie: P – częstotliwość wystąpienia strefy zagrożenia / efektywnego źródła zapłonu, S – skutki, jakie mogą wystąpić gdy dojdzie do wybuchu.

Ponieważ wartości P i S są określane arbitralnie, w oparciu o subiektywną ocenę sytuacji, tym samym ocena może nie zawsze prowadzić do poprawnych wniosków. Subiektywna ocena sytuacji wynika z faktu, że nie ma dostępnych wiarygodnych danych statystycznych, gromadzonych na przestrzeni lat, dotyczących wybuchów pyłów w aparatach. Pierwsze istotne próby ujęcia statystycznego zdarzeń wybuchowych (odniesione do przemysłu i aparatów) są prezentowane w Combustible Dust Incident Report 2024 [5].

3.     Metodyka prowadzenia oceny zagrożeń AW-OZ

Podstawowym celem oceny zagrożeń AW-OZ jest ilościowe oszacowanie poziomu zagrożeń procesowych i wybuchowych wynikających z konstrukcji, obecności palnych pyłów i warunków pracy aparatów (w tym potencjalnie z obecności możliwych źródeł zapłonu). Wielkości te zdefiniowano jako procesowe czynniki ryzyka. Na tej podstawie, w pierwszym kroku, określony zostaje ilościowo poziom zagrożenia aparatu wynikający z branych pod uwagę procesowych czynników ryzyka (w tym warunków pracy) i przypisany do zdefiniowanych obszarów ryzyka.

Ocena zagrożeń procesowych i wybuchowych AW-OZ oparta jest w zasadniczym stopniu o zapis par. 4 dyrektywy ATEX USERS [1] stwierdzający konieczność, podczas prowadzenia oceny ryzyka wybuchu, analizy eksploatowanych przez pracodawcę instalacji i urządzeń, używanych substancji i mieszanin, zachodzących procesów i ich wzajemnych oddziaływań.

W kolejnym kroku postępowania zdefiniowano jakościowo możliwe do zastosowania rozwiązania techniczne ograniczające zagrożenie zapłonem prowadzącym do pożaru/wybuchu oraz systemy ochrony aparatu przed skutkami wybuchu. Proponowane rekomendacje, mające na celu poprawę bezpieczeństwa procesowego i wybuchowego, są dostosowane do wyznaczonego poziomu zagrożenia ocenianego aparatu. W etapie końcowym metodyki określa się strefę zagrożenia wybuchem w przestrzeni aparatu oraz oszacowanie prawdopodobieństwa zapłonu i możliwych skutków wybuchu, zgodnie z VDI 2263, [6].

Ocena ryzyka (zagrożeń) AW-OZ dotyczy typowych urządzeń/węzłów procesowych przeznaczonych do przetwarzania materiałów sypkich zawierających palne i wybuchowe pyły.

Wprowadzone w ocenie pojęcie obszarów zagrożenia związanych z pracą aparatów procesowych umożliwia podejmowanie technicznie uzasadnionych decyzji o konieczności zabezpieczenia (lub nie) analizowanego aparatu/węzła procesowego przed skutkami zagrożeń procesowych i wybuchowych. Metodyka ceny ryzyka AW-OZ nie proponuje szczegółowych rekomendacji dotyczących zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego. Proponowane techniczne rozwiązania w celu zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego wymaga konsultacji ze specjalistami (www.grupa-wolff.eu). Ocena ta ma zastosowanie niezależnie dla nowo projektowanych jak i pracujących aparatów.

3.1 Aparaty i operacje jednostkowe brane pod uwagę podczas oceny zagrożeń

Dane zawarte w zestawieniu poniżej podają w % szacunkowy udział typowej operacji jednostkowej jako miejsca gdzie potencjalnie może dojść do zapłonu i wybuchu/pożaru:

Operacja jednostkowa:                          %         

magazynowanie (silosy, zbiorniki)      20-30                          

odpylanie (filtry)                                  15-20                                   

mielenie (młyny)                                 10-15                                 

transport (podnośniki)                        10-12                                

suszenie (suszarnie)                            8-10                                  

mieszanie (mieszalniki)                        5-8

instalacje dopalania                           ok. 5

Z zestawienia wynika, że zagrożenia wybuchowe są w głównym stopniu związane z procesami magazynowania, odpylania, transportu mechanicznego, mielenia, suszenia i mieszania. Na tej podstawie można szacować, że ponad 50 % wybuchów w przemyśle ma swój początek w operacjach magazynowania, odpylania i transportu mechanicznego. A uwzględniając operacje mielenia, suszenia i mieszania można szacować że udział ten przekracza 70%. Należy mieć na uwadze, że te szacunkowe udziały mogą być w pewnym stopniu inne w zależności od gałęzi przemysłu czy technologii przetwarzania materiałów sypkich.

3.2 Podział aparatów na grupy

Ocena zagrożeń AW-OZ bierze pod uwagę następujące urządzenia i aparaty przeznaczone do przetwarzania materiałów sypkich:

  • silosy magazynowe,
  • pośrednie zbiorniki magazynowe,
  • filtry, cyklony,
  • podnośniki kubełkowe,
  • podajniki ślimakowe, podajniki zgrzebłowe, 
  • rurociągi/kanały,
  • zamknięte przesypy.

Aparaty te zostały podzielone na dwie grupy:

– aparaty grupy R, które cechuje wyższy poziom zagrożenia: silosy magazynowe, pośrednie zbiorniki magazynowe, podajniki kubełkowe, filtry,

– aparaty grupy RR, które cechuje niższy poziom zagrożenia: cyklony, podajniki ślimakowe, podajniki zgrzebłowe, rurociągi i kanały, przesypy pomiędzy aparatami.

Grupa aparatów R ma zastosowanie do procesów magazynowania (silosy magazynowe, zbiorniki magazynowe pośrednie), odpylania (filtry) i pionowego transportu mechanicznego (podajniki kubełkowe).
Grupa aparatów RR ma zastosowanie do procesów transportu mechanicznego (podajniki ślimakowe i zgrzebłowe), odpylania (cyklony) i transportu rurowego pomiędzy aparatami (rurociągi/kanały i przesypy).

Każdemu aparatowi grupy R przypisano 4 obszary zagrożenia oznaczone jako R4 do R1 (odpowiednio bardzo wysokie, wysokie, umiarkowane, niskie), a aparatom grupy RR przypisano 4 obszary zagrożenia RR4 do RR1 (odpowiednio wysokie, umiarkowane, niskie, bardzo niskie).
Ocena zagrożeń przypisuje każdemu obszarowi zagrożenia aparatów grup R i RR techniczne rekomendacje o charakterze jakościowym. Mają one na celu zapewnienie możliwych rozwiązań zapewniających bezpieczeństwo wybuchowe i poprawę bezpieczeństwa procesowego.                

Każdemu z aparatów grup R i RR przypisano indywidualne listy procesowych czynników ryzyka, które charakteryzują jego konstrukcję, obecność palnego pyłu i warunki pracy. Umożliwia to ilościową ocenę wpływu poszczególnych czynników ryzyka, wyznaczenie wartości ryzyka sumarycznego dla każdego z aparatów i przypisaniu go do jednego z przyjętych obszarów zagrożenia. Dobór współczynników ryzyka, dla poszczególnych czynników ryzyka procesowego został oparty o wiedzę procesową, doświadczenie przemysłowe oraz szeroko przeprowadzone testy.

Wprowadzone w ocenie pojęcie obszarów zagrożenia związanych z pracą aparatów procesowych umożliwia podejmowanie technicznie uzasadnionych decyzji o konieczności zabezpieczenia (lub nie) analizowanego aparatu/węzła procesowego przed skutkami zagrożeń procesowych i wybuchowych. Do oceny zagrożeń bierze się pod uwagę własności palnych pyłów, konstrukcje aparatów oraz warunki ich pracy.

W przypadku gdy z analizy wynika, że aparat grupy R należy do grupy bardzo wysokiego ryzyka R4, to Ocena Ryzyka umożliwia zbadanie, czy istnieje możliwość obniżenia poziomu zagrożenia z R4 na R3 (ryzyko wysokie) poprzez zmianę warunków pracy (aparat pracujący) lub zmianę konstrukcji aparatu i warunków jego pracy (aparat projektowany).

Analogicznie, gdy z analizy wynika, że aparat grupy RR należy do grupy wysokiego ryzyka RR4, to Ocena Ryzyka umożliwia zbadanie, czy istnieje możliwość obniżenia poziomu zagrożenia RR4 na RR3 (ryzyko umiarkowane) poprzez zmianę warunków pracy (aparat pracujący) lub zmianę konstrukcji aparatu i warunków (aparat projektowany).

Metodyka ceny ryzyka AW-OZ nie proponuje szczegółowych rekomendacji dotyczących zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego. Uzyskanie technicznych rozwiązań w celu zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego wymaga konsultacji ze specjalistami (www.grupa-wolff.eu).          Ocena ma zastosowanie niezależnie dla nowo projektowanych jak i pracujących aparatów.

Do rozważań nie bierze się pod uwagę wykonania aparatu/instalacji odpornej na maksymalne ciśnienie wybuchu Pmax (tzw. urządzenia „10-barowe”). Aparaty w takim wykonaniu są stosowane w przemyśle rzadko, głównie ze względu na koszty ich wykonania i konieczność uzgodnienia z UDT.

3.3 Zestawienie procesowych czynników ryzyka

Ocena zagrożeń procesowych i wybuchowych AW-OZ bierze pod uwagę indywidualne czynniki ryzyka procesowego związane z normalnymi warunkami pracy aparatów (w tym zatrzymanie i ponowny rozruch). Możliwe nieprzewidziane zakłócenia ruchowe w tym np. usterki nie są brane pod uwagę.     Przy doborze czynników brano pod uwagę ich istotność dla pracy danego aparatu oraz relatywnie łatwą dostępność w praktyce przemysłowej. Zestawienie 22 procesowych czynników ryzyka i ich oznaczeń, dla aparatów grup R i RR, obejmuje:

Palne własności pyłów:

  1. minimalna energia zapłonu MEZ, mJ
  2. dolna granica wybuchowości DGW, g/m3

Konstrukcja aparatów (przyjęte wielkości są zależnie od typu urządzenia):

  • objętość V, m3  
  • długość/wysokość aparatu,  podajnika, rurociągu, przesypu L, m                      
  • smukłość aparatu S
  • średnica podajnika, rurociągu/kanału D, m
  • wysokość komory odpylania filtra WKO, m

Warunki pracy aparatów:

  • ochrona materiału przed zasypem do aparatu (separator magnetyczny) OM      
  • odpylanie / (aspiracja ?) aparatu OA     
  • ruch materiału w aparacie (laminarny, burzliwy) RM       
  • typ pracy aparatu (praca okresowa, praca ciągła)TPA
  • kontrola temperatury łożysk KT
  • prędkość liniowa wstęgi podajnika ślimakowego PLW, m/sek
  • prędkość liniowa transportu materiału w podajniku zgrzebłowym PLM, m/sek
  • antystatyczna listwa poślizgowa w podajniku zgrzebłowym ALP
  • tryb pracy filtra (nadciśnienie, podciśnienie) TPF
  • zasuwa odcinająca na zasypie do aparatu ZO
  • zawór dozujący na wysypie z aparatu ZD
  • aspiracja przesypu ASP
  • odpylanie przesypu, OP
  • rodzaj zasypu do silosu magazynowego (grawitacyjny, podajnik dozujący) RZ
  • kontrola i gaszenie iskier przed zasypem do aparatu KI                                      

Wielkości MEZ i DGW, związane z palnością pyłów obecnych w układzie, oraz objętość aparatu V zostały wykorzystane w opisie zagrożeń dla wszystkich aparatów. Pojęcia związane z konstrukcją aparatu (smukłość S, wysokość/długość L i średnica D) oraz pozostałe czynniki definiujące procesowe warunki pracy aparatów, zostały wykorzystane dla opisu każdego z aparatów indywidualnie.

4.     Wyniki oceny zagrożeń dla aparatów

Obliczenia wykonano, w pierwszym etapie, dla instalacji o wyższej zdolności produkcyjnej, rzędu kilku ton/godzinę (wersja 1). Ma  to swoje odbicie w większych wymiarach konstrukcyjnych aparatów. Zestawienie przyjętych danych procesowych (czynników ryzyka) podano w tabelach 1-A i 1-B.

Schemat 1 obejmuje silos magazynowy S, pośredni zbiornik magazynowy PS, podajnik kubełkowy PK, filtr F, dwa podajniki ślimakowe PS1 i PS2, kanały zapylonego powietrza K1 i K3 oraz kolektor zbiorczy przed filtrem K2.  W celu ograniczenia stopnia komplikacji analizy ocena nie obejmuje zasypu do silosu S, wysypu z filtra F i wysypu z zbiornika pośredniego  PS.

Schemat 1. Instalacja przetwarzania surowców sypkich zawierających palny i wybuchowy pył.

W instalacji przetwarzany jest surowiec sypki zawierający pyły o niskiej wartości minimalnej energii zapłonu MEZ na poziomie 5 mJ i niskiej dolnej granicy wybuchowości DGW na poziomie 30 g/m3. Te wartości parametrów powodują, że magazynowana i transportowana mieszanina surowca sypkiego, pyłu oraz powietrza jest podatna na potencjalnie możliwe źródła zapłonu.

4.1 Aparaty należące do grupy wyższego ryzyka (R4, R3, R2, R1).

Dotyczy to następujących aparatów: S, PS, PK i F. Z przeprowadzonej oceny zagrożeń AW-OZ wynika, że silos  S oraz podajnik kubełkowy PK zostały zaliczone do grupy R4 (bardzo wysokiego ryzyka) a pośredni zbiornik magazynowy PS oraz filtr odpylający F do grupy R3 (ryzyko wysokie). Rekomendacje wstępne wynikające  z oceny zagrożeń i będące elementem oprogramowania AW-OZ zestawiono poniżej.

4.1.1 Silos S (grupa ryzyka R4)

Zabezpieczenie silosu S zależeć będzie od jego lokalizacji: w wewnątrz lub na zewnątrz hali produkcyjnej. W przypadku zabudowy silosu w hali blisko ściany możliwe będzie zabudowa panelu odciążającego z kanałem odprowadzającym skutki wybuchu do otoczenia, po spełnieniu wymogów normy na odciążenie wybuchu, [7].

Wylot kanału dociążającego musi być skierowany w bezpieczny obszar wystarczająco oddalony od sąsiednich instalacji czy innych urządzeń procesowych ale przede wszystkim tam gdzie obsługa czy przejeżdżające pojazdy nie będą zagrożona na skutkami zadziałania odciążenia. Gdy warunek ten nie jest spełniony to właściwym rozwiązaniem jest zastosowanie systemu tłumienia wybuchu HRD, [8]. Rozwiązanie takie uniezależnia bezpieczeństwo pracy i bezpieczeństwo wybuchowe od jego lokalizacji. Alternatywnie należy rozważyć zastosowanie bezpłomieniowego odciążenia wybuchu uwzględniając ograniczenia wynikające z zastosowaniu tego typu rozwiązania, [9].

W przypadku zabudowy silosu poza halą możliwa będzie zabudowa paneli odciążających, zgodnie z wymogami [7, 5]. Wylot z odciążenia wybuchu musi być skierowany w bezpieczny obszar (brak drogi czy chodnika w pobliżu, bliska zabudowa innych aparatów).  Gdy warunek ten nie jest spełniony to właściwym rozwiązaniem będzie system tłumienia wybuchu HRD lub bezpłomieniowe odciążenie wybuchu.

4.1.2 Pośredni zbiornik magazynowy PS (grupa ryzyka R3)

Zabezpieczenie zbiornika pośredniego PS także zależeć będzie od lokalizacji. Generalnie można przyjąć, że w zdecydowanej większości przypadków zostanie on zabudowany w hali i niekoniecznie blisko ściany, gdyż jego lokalizacja będzie raczej wynikać z przebiegu ciągu technologicznego. W takim przypadku nie będzie możliwa zabudowa paneli odciążających. Możliwe będzie natomiast zastosowanie bezpłomieniowego odciążenia wybuchu, [9]. Należy mieć na uwadze, że zabezpieczenie tego typu ograniczy objętość zbiornika. Alternatywnym, i rekomendowanym rozwiązaniem jest zastosowanie systemu tłumienia wybuchu HRD, [8].

4.1.3 Podajnik kubełkowy PK (grupa ryzyka R4)

Zabezpieczenie podajnika PK przed skutkami wybuchu zależeć będzie w zasadniczym stopniu od jego lokalizacji: w hali lub poza halą. W przypadku zabudowy podajnika w hali zasadniczo nie będzie możliwa zabudowa paneli odciążających bez spełnienia warunków wynikających z [10]. W przypadku zabudowy kanałów odciążających wybuch poza obszar hali wyloty muszą być skierowane w bezpieczny obszar (brak drogi czy chodnika w pobliżu, bliska zabudowa innych aparatów). Skutkiem powyższych ograniczeń rekomendowanym rozwiązaniem jest zastosowanie systemu tłumienia wybuchu opartego o butle HRD. System obejmuje ich zabudowę w głowicy, stopie i na wysokości nóg podajnika, [10]. Rozwiązanie takie uniezależnia bezpieczeństwo pracy i bezpieczeństwo wybuchowe aparatu od jego lokalizacji. Alternatywą jest zabudowa bezpłomieniowego odciążenia wybuchu przy spełnieniu ograniczeń wynikających z [9].

4.1.4 Filtr F (grupa ryzyka  R3)

Zabezpieczenie filtra przed skutkami wybuchu zależeć będzie od jego lokalizacji w hali lub poza halą. W przypadku zabudowy filtra w hali zasadniczo nie będzie możliwa zabudowa paneli odciążających z analogicznych powodów jak to określono wyżej. Wyjątkiem jest zabudowa filtra blisko ściany hali po zastosowania kanału odprowadzającego skutki wybuchu do otoczenia. Wylot kanału dociążającego musi być tak jak w innych przypadkach skierowany w bezpieczny obszar. Gdy warunki ten nie są spełnione to właściwym rozwiązaniem będzie zastosowanie systemu tłumienia wybuchu HRD, [8]. Butle HRD i czujnik ciśnienia instalowane są na ścianie komory brudnej odpylania filtra. Rozwiązanie takie uniezależnia bezpieczeństwo pracy i bezpieczeństwo wybuchowe od  lokalizacji filtra.  Na wysypie z silosu rekomendowane jest zastosowanie certyfikowanego podajnika dozującego.

4.2 Możliwości wykorzystania metodyki oceny zagrożeń AW-OZ w celu zaproponowania systemu zabezpieczenia ciągu technologicznego przed skutkami wybuchu 

Z przeprowadzonej oceny AW-OZ wynika, że silos  S oraz podajnik kubełkowy PK zostały zaliczone do grupy R4 (bardzo wysokiego ryzyka) a pośredni zbiornik magazynowy PS oraz filtr F do grupy R3 (ryzyko wysokie). Oznacza to, że te aparaty w każdym przypadku powinny zostać zabezpieczone przed skutkami wybuchu.

Przedstawione wyżej wyniki oceny zagrożeń związanych z pracą aparatów mają charakter rekomendacji. Nie stanowią informacji, które mogą być wprost zastosowane do zaprojektowania nowego aparatu/instalacji czy modernizacji pracującego aparatu/instalacji zabezpieczonej przed skutkami wybuchu. Rekomendacje te powinny być udostępnione specjalistycznej firmie zajmującej się projektowaniem, instalacją i uruchomieniem dedykowanych systemów ochronnych w celu zapewnienia bezpieczeństwa procesowego i wybuchowego zgodnego z przyjętymi standardami i doświadczeniem przemysłowym. Zaproponowanie systemów ochrony procesowej i wybuchowej zgodnych z zapisami dyrektyw ATEX [1, 11] wymaga posiadania zwymiarowanych rzutów przebiegu instalacji (aparaty i orurowanie) oraz rysunków aparatów w przekroju. Istotnym warunkiem zaprojektowania poprawnego systemu ochrony przed wybuchem są ponadto wartości parametrów wybuchowości pyłu (Kst i Pmax) i wytrzymałości konstrukcyjne aparatów na uderzenie zredukowanego ciśnienia wybuchu Pred,max. W przypadku instalacji projektowanej dokumentacja taka powinna być standardowo dostępna na etapie przygotowania projektu technicznego.

Jako systemy zabezpieczenia przed skutkami wybuchu należy brać po uwagę, w warunkach europejskich, normy dotyczące odciążenie wybuchu (panele przeciwwybuchowe, systemy bezpłomieniowego odciążenia wybuchu, tłumienie wybuchu (systemy oparte o butle HRD, czujniki ciśnienia, czujniki IR i centrale sterujące). Jako systemy odcięcia (izolacji) wybuchu: system oparty o butle HRD, klapy zwrotne, podajniki dozujące, zasuwy szybkiego działania, [12].

Jako systemy ochrony procesowej należy brać pod uwagę: separatory magnetyczne, odkamieniacze, uziemienia elektrostatyczne, systemy kontroli i gaszenia iskier, systemy lokalnego lub centralnego odpylania, odkurzanie, dedykowaną kontrolę wyposażenia urządzenia, kontrolę stanu zapylenia, kontrolę temperatury i ciśnienia roboczego, kontrola ruchu i poślizgu taśmy, tryb pracy aparatu (praca ciągła/okresowa, praca w podciśnieniu/nadciśnieniu), elektrotechnikę w wykonaniu EX dostosowanej do wyznaczonych stref zagrożenia, itd.

4.3 Aparaty należące do grupy niższego ryzyka (RR4, RR3, RR2, RR1)

Do grupy niższego ryzyka zaliczono podajniki ślimakowe PS1 i PS2 oraz rurociągi zanieczyszczonego powietrza K1, K3 i kolektor K2 przed filtrem, schemat 1. Podajniki PS1/PS2 oraz rurociągi K1, K3 i kolektor K2 zaliczono do grupy RR3 (ryzyko umiarkowane). Przyjęte dane konstrukcyjne i procesowe aparatów podano w tabeli 1-B. Rekomendacje wstępne wynikające  z oceny zagrożeń i będące elementem oprogramowania AW-OZ zestawiono poniżej.

4.3.1 Podajniki ślimakowe PS1 i PS2 (grupa ryzyka RR3)

Z przeprowadzonej oceny zagrożeń AW-OZ wynika, że podajniki ślimakowe PS1 i PS2 zostały zaliczone do grupy RR3. Oba podajniki mają analogiczną konstrukcję. Kwalifikacja aparatów do grupy RR3 oznacza, że zasadniczo nie wymagają one, jako urządzenia transportujące, zabezpieczenia ich przestrzeni roboczej przed skutkami wybuchu. Natomiast  wskutek zagrożenia przeniesienia się wybuchu z silosu S lub pośredniego zbiornik magazynowego PS, poprzez zabudowane na wysypach podajniki PS1 i PS2, w kierunku do podajnika kubełkowego PK i analogicznie z podajnika kubełkowego PK poprzez zasyp w kierunku do silosu S (PS1) lub poprzez wysyp w kierunku do zbiornika pośredniego PS (PS2) konieczna jest zabudowa odcięcia (izolacji) wybuchu na ich długości. Jest to uzasadnione faktem, że silos S i pośredni zbiornik magazynowy PS oraz podajnik kubełkowy PK zostały zaliczone do grupy bardzo wysokiego R4 lub wysokiego ryzyka R3.

4.3.2 Kanały zapylonego powietrza K1, K2 i kolektor K3 (grupa ryzyka RR3)

Kanały K1, K3 i kolektor K2 zapylonego powietrza z  silosu S i zbiornika PS do filtra F, zostały zaliczone do grupy umiarkowanego ryzyka RR3. Kwalifikacja aparatów do grupy RR3 oznacza, że zasadniczo nie wymagają one, jako urządzenia transportujące, zabezpieczenia ich przestrzeni roboczej przed skutkami wybuchu. Natomiast  wskutek zagrożenia przeniesienia się wybuchu z silosu S lub pośredniego zbiornika magazynowego PS, poprzez rurociągi zapylonego powietrza K1 i K3 i dalej poprzez kolektor zbiorczy K2 do filtra F i analogicznie z filtra F poprzez kolektor K2, kanały K1 i K3 w kierunku do silosu S lub zbiornika pośredniego PS konieczna jest zabudowa dedykowanego systemu odcięcia (izolacji) wybuchu. Jest to uzasadnione faktem, że filtr F został zaliczony do grupy wysokiego poziomu ryzyka R3. Miejsce zabudowy systemu odcięcia wybuchu zależeć będzie, między innymi, od średnicy i długości kanału jak i sposobu zabezpieczenia podstawowych aparatów.

4.4 Zasypy/wysypy do aparatów

Zagadnieniem wymagającym oceny pod katem zastosowania systemu ochrony przed skutkami przeniesienia się wybuchu są także wysypy z silosu S, podajnika kubełkowego PK, pośredniego zbiornika PS i filtra F, schemat 1. W przypadku silosu S, zbiornika po średniego PS i podajnika kubełkowego PK rekomendowane zastosowanie systemu izolacji wybuchu na wysypach podano wyżej. Natomiast na wysypie z filtra F rekomendowane jest, w pierwszym rzędzie, zastosowanie zaworu dozującego przystosowanego do pracy w strefie zagrożenia i z funkcją certyfikowanego systemu izolacji wybuchu. Na zasypie surowca do silosu S możliwości techniczne podawania surowca są różne (np. autocysterna, worki big-bag). Ten element instalacji nie wchodzi w zakres oceny.

5.     Dalsze plany

Dalsze plany obejmują rozbudowanie metodyki oceny zagrożeń AW-OZ, dla potrzeb oceny ryzyka wybuchu dla operacji suszenia (suszarnie), mielenia (młyny, kruszarki) i mieszania (mieszalniki). Jest to stosunkowo skomplikowane zadanie ze względu na dużą różnorodność stosowanych rozwiązań technicznych dla tego typu operacji procesowych. Opracowanie arkuszy obliczeniowych, dla tych operacji, spowoduje, że ocena zagrożeń AW-OZ będzie obejmować 70-80 % typowych aparatów i urządzeń stosowanych w przeróbce materiałów sypkich.

Rozpoczęto również prace związane z rozbudowa metodyki oceny zagrożeń dostosowanej do oceny węzłów procesowych, gdy dostępne są podstawowe wymiary aparatów, już na etapie koncepcji technologicznej. Umożliwia to zaproponowanie ewentualnych zmian w koncepcji i zaproponowanie, między innymi, wstępnych odległości, które będą spełniać wymogi techniczne możliwych do zastosowania systemów ochrony przed wybuchem i przeniesienia się wybuchu w instalacji. Cel jest jasny ale niekoniecznie prosty: projektowanie instalacji bezpiecznych pod względem procesowym i wybuchowym już na etapie projektu technologicznego.

Opracowane narzędzie obliczeniowe AW-OZ jest dostępne, między innymi, na komórkach, [5]. Korzystanie z narzędzia i opracowanej metodyki nie wymaga zaawansowanej wiedzy i doświadczenia. Konieczne dane procesowe są stosunkowo łatwe do uzyskania.  Uzyskane wyniki oparte o obliczenia poziomu zagrożenia są podstawą do kolejnego kroku. Jest nim zaproponowanie rozwiązań technicznych  w celu poprawy bezpieczeństwa procesowego i wybuchowego. To  wymaga konsultacji z specjalistami.  

Literatura:

  1. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010r w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej (Dz. U. Nr 138, poz. 931)

2.  Wolff, A., Wolff, B., Wolff, Z., „A new approach to the assessment of explosion risk of dusts,” Chemical Engineering Transactions, vol. 67, 2018

3.  Wolff, A., Wolff Z., Słaboszewski S., “AW-OZ: a Novel Approach to Explosion Risk Assessment of  Equipment and Process Nodes used for Processing Bulk Materials Containing Combustible and Explosive Dusts”, vol. 116, 529, 2025

4. The RASE Project „Explosive Atmosphere: Risk Assessment of Unit Operations and Equipment”,  EU Project No: SMT4-CT97-2169., March 2000.

5.  Combustible Dust Incident Report 2024, https://dustsafetyscience.com/combustible-dust-incident-report

6.  VDI 2263, part 6 (2017), Hazards – assessment – protective measures. Dust fires and explosion  protection in dust extracting installations

7.   EN 14491:2012, Dust explosion venting protective systems. European Committee for    Standardization (CEN), 2012.

8.  EN 14373:2021, Explosion suppression systems. European Committee for Standardization (CEN), 2021.

9.  EN 16009:2011, Explosion venting devices. European Committee for Standardization (CEN), 2011.

10. CEN/TR 16829:2016, Fire and explosion prevention and protection for bucket elevators. European Committee for Standardization (CEN), 2016.

11. European Parliament and Council, Directive 2014/34/EU on the harmonization of the laws of the Member States relating to equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres. Official Journal of the European Union, 2014.

  1. EN 15089:2010, Explosion isolation systems. European Committee for Standardization (CEN), 2010.

Tabela 1-A Wersja 1: zestawienie danych i wyników oceny zagrożeń dla aparatów z grupy wyższego ryzyka R.

Numer kolumny: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13
 Procesowe czynniki  ryzyka. Kategorie (CzR)j: MEZ mJ DGW g/m3 V m3 S WKO m OM OA RM TPA TPF RZ KI KT Ryzyko
 Silos 5 30 50 6 – brak brak burz okresowa – grawit. brak – R4
 Pośredni zbiornik ‘  magazynowy 5 30 10 6 – brak brak lamin. ciągła – grawit. brak – R3
 Filtr 5 30 6 – 4 – – – ciągła Pod – brak – R3
 Podajnik kubełkowy 5 30 5 35 – brak brak – ciągła – – – brak R4

Tabela 1-B Wersja 1: zestawienie danych i wyników oceny zagrożeń dla aparatów z grupy niższego ryzyka RR.                 Grawit. (RZ) – zasyp grawitacyjny; Pod (TPF) – praca filtra w podciśnieniu

Numer kolumny: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
 Procesowe czynniki  ryzyka. Kategorie (CzR)j: MEZ mJ DGW g/m3 V m3 L m D m OM TPA KT PLW m/sek ZO ZD KI Ryzyko
  PODAJNIK ŚLIMAKOWY  PS1/PS2 5 30 2 5 – – ciągła brak 2 – – – RR3
  RUROCIĄG K2 (zasuwa A) 5 30 – 5,5 0,45 brak ciągła – – brak – brak RR3
  RUROCIĄG K3 (zasuwa A) 5 30 – 10 0,4 brak ciągły – – brak – brak RR3
  RUROCIĄG K1 (zawór B)     5 30 – 8 0,45 brak ciągły – – brak – brak RR3