W każdym zakładzie produkcyjnym realizuje się procesy napełniania i opróżniania zbiorników, kegów i beczek, a także przelewania, dozowania i mieszania różnego typu cieczy i proszków. W przypadku gdy substancje te mają charakter palny, a ich minimalna energia zapłonu wynosi nie więcej niż 500 mJ możemy mówić o ryzyku pożaru/wybuchu w wyniku wyładowania elektrostatycznego. Jak się zatem chronić przed tym zjawiskiem?
Historia zna wiele przypadków, w których źródłem pożaru lub wybuchu w warunkach przemysłowych było wyładowanie elektrostatyczne. Często w literaturze przytaczany jest np. wybuch w londyńskim młynie, do którego doszło w 1965 roku. W wyniku eksplozji kompletnemu zniszczeniu uległ solidny, murowany budynek, zginęły 4 osoby, a 31 zostało rannych. Nie oznacza to jednak, że od tamtej pory nie było innych poważnych incydentów.
Do najgłośniejszych katastrof wywołanych elektrycznością statyczną należy wybuch w zbiorniku magazynowym firmy Barton Solvents (octan etylu). W efekcie rannych zostało 12 osób, w tym jeden strażak. Ponadto całkowitemu zniszczeniu uległa farma zbiorników magazynowych, a 6 tys. mieszkańców pobliskiej wioski musiało zostać ewakuowanych.
Z kolei w samej Japonii, gdzie technologia jest na bardzo wysokim poziomie, tylko w ostatnich 50 latach odnotowano co najmniej 153 wybuchy i/lub pożary spowodowane elektrycznością statyczną – tj. ponad trzy wypadki tego typu rocznie.
Również w Polsce dochodzi do takich zdarzeń. Przykładowo w grudniu 2014 roku głośno było o pożarze w jednej z fabryk produkującej wyroby z tworzyw sztucznych. Według straży pożarnej przyczyną było wyładowanie elektrostatyczne. Straty oszacowano na ponad 100 mln złotych.
Pobierz PDF: Jak przekonać zarząd do poprawy bezpieczeństwa wybuchowego?
Zdobądź argumenty, poznaj przykłady, wykorzystaj nasze dane do Twojej prezentacji.
- Poznaj przyczyny i skutki wybuchów w różnych branżach.
- Dowiedz się, jak do bezpieczeństwa podchodzą inne firmy oraz jak wygląda proces zabezpieczania instalacji krok po kroku.
- Sprawdź, dlaczego 80% zakładów przemysłowych w Polsce nie spełnia wymagań Dyrektywy ATEX
- Poznaj, dlaczego najdroższe nie zawsze znaczy najlepsze
- A na koniec zdobądź argumenty dla wciąż nieprzekonanych, w zależności od stanowiska, jakie zajmują.
Kontrolowanie elektryczności statycznej
Kontrolowanie zagrożeń elektrostatycznych w przypadku statycznych elementów instalacji, które są z nią powiązane w sposób trwały, jest stosunkowo proste i dobrze rozpoznane. Zagadnienie komplikuje się jednak w przypadku urządzeń przenośnych, jak np. przejezdne zbiorniki ze stali, kadzie mieszalników, pojemniki typu IBC i wiele innych. W ich przypadku należy stosować specjalnie zaprojektowane urządzenia do tymczasowego łączenia i uziemiania, które zapewnią odprowadzenie ładunków elektrostatycznych do ziemi. W ten sposób wszystkie ładunki elektryczne, jakie powstają w czasie danego procesu, są natychmiastowo odprowadzane do ziemi, co skutecznie usuwa źródło potencjalnego zapłonu.
W sytuacjach kiedy mamy do czynienia ze szczególnie dużym zagrożeniem (np. minimalna energia zapłonu danej substancji jest bardzo niska, a częstotliwość procesów z wykorzystaniem mobilnych elementów instalacji jest wysoka) lub gdy wymaga tego prawo (np. w przypadku cystern przewożących substancje palne), należy stosować uziemienia z tzw. systemem monitorującym.
Systemy tego typu w zależności od tego, jak bardzo są zaawansowane technicznie, mogą weryfikować:
- czy klamra uziemiająca skutecznie przebiła się przez zanieczyszczenia i warstwy izolujące na danym elemencie,
- czy klamra oraz przewód odprowadzający ładunki elektrostatyczne do bednarki i dalej do ziemi zapewniają rezystancję poniżej 10 omów, co jest równoznaczne z weryfikacją, czy system nie został uszkodzony,
- czy system został podpięty do cysterny drogowej w sposób zapewniający odprowadzenie ładunków z jej konstrukcji.
Zagrożenia elektrostatyczne a pojemniki IBC
Płyn wprowadzany do pojemnika IBC np. z rurociągu posiada niezrównoważony ładunek elektryczny, wytwarza tym samym pole elektryczne, które z kolei indukuje ładunek przeciwnego znaku na ścianach pojemnika. W sytuacji, gdy pojemnik nie jest należycie uziemiony, zachowa się jak okładka kondensatora w obwodzie elektrycznym, to znaczy zgromadzi ładunek elektryczny na zewnętrznej powierzchni ściany. Niezrównoważony ładunek elektrostatyczny staje się wtedy źródłem potencjalnego zagrożenia zapłonem, ponieważ między powierzchnią, na której się zgromadził, a znajdującymi się w pobliżu uziemionymi przewodnikami, np. urządzeniami w zakładzie, wózkami widłowymi czy – najczęściej – pracownikami mającymi kontakt z pojemnikiem – może dojść do niekontrolowanego wyładowania.
W takich sytuacjach, chcąc uziemić dany pojemnik IBC, należy zwrócić uwagę, czy został on wykonany z materiałów przewodzących. Tylko w ten sposób układ uziemiający będzie w stanie odprowadzić nadmiarowe ładunki elektryczne do ziemi w sposób natychmiastowy i kontrolowany. Normy, w tym wytyczne wydane przez SIA, stwierdzają kategorycznie, że rezystancja układu nie może przekraczać wartości 10 omów i musi być regularnie kontrolowana, aby pojemnik był w każdej chwili zdolny odprowadzać ładunek elektrostatyczny.
Rezystancja o wartości nieprzekraczającej 10 omów gwarantuje, że prędkość odprowadzania ładunku będzie w każdej chwili wyższa od prędkości generowania i tempa gromadzenia ładunku na pojemniku, dzięki czemu proces będzie przebiegał w sposób bezpieczny.
Ważne, aby pracownik przed przystąpieniem do napełniania lub opróżniania pojemnika upewnił się, że jest on uziemiony we właściwy sposób. W czasie pracy ze zbiornikami należy również pamiętać o szeregu innych czynników wpływających na bezpieczeństwo procesu. Szczególnie istotne są tu tempo przepływu i konduktancja płynu. Do przeskoku iskry może bowiem dojść już w początkowej fazie napełniania – rolę iskrownika odgrywa tu układ rura napełniająca–powierzchnia płynu. Z tego względu SIA zaleca, aby zachować tempo wypływu płynu z rurociągu na poziomie 1 m/s, dopóki końcówka rury nie zanurzy się w cieczy, i 2 m/s w dalszej części procesu. Należy bezwzględnie unikać napełniania w sposób, który będzie powodował pryskanie płynu, ponieważ przyśpiesza to proces generowania ładunków elektrycznych.
Tab.1. Rezystywność materiałów o różnych właściwościach.
Materiał | Typowa rezystywność objętościowa | Rezystancja przy odprowadzaniu ładunków |
|---|---|---|
Miedź | 1,7 x 10-8 Ωm | niska |
Stal | 4,52 x 10-7 Ωm | niska |
Węgiel | 10 x 10-8 Ωm | niska |
Szkło | 1 x 1010 Ωm | wysoka |
Polimery | 10 x 1022 Ωm | wysoka |
Metody uziemiania zbiorników: zaciski / kable / szpule
W zakładach produkcyjnych, gdzie przeprowadza się całe serie operacji wymagających podłączania i odłączania uziemienia setki, a nawet tysiące razy, niezwykle istotne jest, aby w każdym przypadku uzyskiwany był dobry styk uziemiający. W tym celu stosuje się klamry uziemiające, a dokładniej mówiąc, komplety zacisków połączonych ze sobą spiralnym przewodem. Są one podłączane do wyznaczonych punktów uziemiających i stanowią sprawdzoną i szeroko przyjętą metodę zapobiegania gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych na ruchomych obiektach znajdujących się w zakładach przemysłowych.
Osoby obsługujące procesy w obszarach zagrożenia powinny korzystać z certyfikowanych klamer uziemiających. Stanowi to dodatkowe zabezpieczenie i gwarantuje, że klamra zadziała zgodnie z jej przeznaczeniem, tj. skutecznie i bezpiecznie odprowadzi ładunek elektrostatyczny.
Certyfikat ATEX gwarantuje, że klamry są wykonane z materiałów, które nie powodują iskrzenia mechanicznego, oraz że nie odepną się one od pojemnika pod wpływem szarpnięcia czy w wyniku drgań generowanych przez pracujący sprzęt. Certyfikowane klamry zapewniają najbardziej kompleksową i najwygodniejszą ochronę przed zagrożeniem zapłonem – ich konduktancja nie przekracza wartości 1 oma.
Alternatywą dla zacisków z przewodami są szpule do odprowadzania ładunku elektrostatycznego wykonane z metalu lub stali nierdzewnej, z samozwijalnym przewodem różnej długości. Rozwiązanie to zapewnia wygodę oraz niezawodne połączenie między szyną uziemiającą a pojemnikiem.
Ponieważ obie metody są tak samo skuteczne, wybór pomiędzy kablami spiralnymi a samozwijającymi się szpulami jest indywidualnym wyborem danego użytkownika.
Zaciski samotestujące
W sytuacjach, gdy chcemy uzyskać całkowitą pewność, że nasze uziemienie jest poprawne, zalecane jest stosowanie zacisków samotestujących zasilanych z wewnętrznej baterii 9 V lub z sieci. Zaciski te wyposażone są w diodę LED oraz układ elektroniczny, który informuje operatora o poprawności uziemienia. Klamry tego rodzaju doskonale sprawdzają się tam, gdzie wymagany jest wyższy poziom bezpieczeństwa. Dodatkowo wyposażone są w ostre zęby zapewniające przebicie się zacisku przez warstwę rdzy, farby, kleju, żywic czy smarów.
Zaciski samotestujące występują w dwóch wariantach:
- jako system montowany na ścianie lub innej powierzchni,
- jako przenośny zestaw dwóch zacisków, z których jeden zapinany jest na uziemianym urządzeniu, a drugi do elementu odprowadzającego ładunki do ziemi (bednarka, uziemione urządzenie lub konstrukcja stalowa). Ten typ zacisków samotestujących może służyć również do mostkowania kilku urządzeń.
System kontroli uziemienia
Innym rozwiązaniem, dzięki któremu możemy upewnić się, że uziemienie zostało wykonane prawidłowo, jest zaawansowany system kontroli uziemienia. W jego skład wchodzą: zacisk uziemiający, dwużyłowy przewód spiralny w osłonce hytrelowej oraz moduł monitorujący do montażu na ścianie, który dostępny jest w dwóch rodzajach obudowy – z tworzywa GRP lub stali nierdzewnej.
Moduł monitorujący wyposażony jest w zaawansowaną elektronikę oraz diody sygnalizujące operatorowi stan uziemienia. Ponadto rozwiązanie to posiada wbudowane styki bezpotencjałowe, które można zastosować np. do włączenia sygnału dźwiękowego lub do blokowania pompy w przypadku, gdy zostanie utracone skuteczne uziemienie (np. gdy dojdzie do zerwania klamry lub uszkodzenia przewodu).
Systemy kontroli uziemienia weryfikują również, czy zostały połączone z punktem uziemiającym (np. bednarką), który zapewnia odprowadzenie ładunków do ziemi.
Wyróżnić można system zasilany z sieci oraz zasilany bateryjnie. Pierwszy posiada uniwersalny zasilacz ER w obudowie GRP oraz opcjonalnie skrzynkę rozdzielczą, dzięki której możliwe jest rozdzielenie zasilania do maksymalnie dziesięciu jednostek. Drugi – zasilany bateryjnie – wyposażony jest w baterię litowo-magnezową 9 V. Jest on przydatny wtedy, gdy nie przewiduje się podłączenia zacisków do elementów instalacji na dłuższy czas. Jeżeli jednak wymagany jest ciągły monitoring, jak w przypadku magazynu beczek, gdzie produkt jest regularnie z nich pobierany, zaleca się stosowanie systemu zasilanego z sieci.
Istnieją również systemy kontroli uziemienia dedykowane dla cystern drogowych. Rozwiązania tego typu, poza wymienionymi wyżej funkcjami, weryfikują dodatkowo, czy klamra systemu została podpięta do cysterny w taki sposób, aby skutecznie usunąć ładunki elektryczne z jej konstrukcji.
W ostatnim czasie na rynek zostały wprowadzone systemy do montażu bezpośrednio na pojeździe (dotychczasowe rozwiązania były przeznaczone na stałe w obszarze instalacji).
Wnioski
Wskazanie źródeł zagrożeń elektrostatycznych oraz ich kontrolowanie to ważne zadania spoczywające na barkach tych, którzy są odpowiedzialni za zapewnienie bezpieczeństwa pracownikom oraz za prawidłowy przebieg procesów technologicznych w zakładzie. Istnieje wiele przedsiębiorstw, w których wyładowania elektrostatyczne stanowią poważne zagrożenie, ale nawet w nich można kontrolować większość ryzykownych procesów. Konieczne jest jednak stosowanie się do powszechnie przyjętych zasad i norm w zakresie uziemiania i używania połączeń wyrównawczych.
