Inżynierowie GRUPY WOLFF realizują prace polegające na wyznaczeniu odpowiedniego rodzaju stref zagrożenia wybuchem oraz ich zasięgu dla istniejących, jak również nowo-budowanych instalacji i obiektów. W przypadku nowo-budowanych obiektów / instalacji Inżynierowie oceniają bezpieczeństwo instalacji w fazie projektowej. Pozwala to w odpowiednim momencie określić specyfikacje techniczne dla urządzeń elektrycznych lub nieelektrycznych, które mogą być zainstalowane w strefach zagrożenia wybuchem. Rozwiązanie to umożliwia właściwy dobór kategorii urządzeń przed procesem zakupowym.

Ta procedura eliminuje możliwość błędnego doboru kategorii urządzeń oraz konieczności ich wymiany w późniejszym czasie.

Strefa zagrożenia wybuchem – oferta GRUPY WOLFF

Wyznaczanie stref zagrożenia wybuchem pyłów (Ex) – wprowadzenie

Atmosfery wybuchowe

Warunkiem koniecznym do wystąpienia zagrożenia wybuchowego jest powstanie atmosfery wybuchowej, tj. mieszaniny pyłowo-powietrznej (lub szerzej – mieszaniny pyłu z utleniaczem) o stężeniu mieszczącym się w zakresie dolnej i górnej granicy wybuchowości. W procesie oceny ryzyka wybuchowego określony zostaje zasięg poszczególnych atmosfer wybuchowych, to jest kubatura, jaka może zostać wypełniona przez mieszaninę pyłowo-powietrzną w chwili jej wystąpienia. Atmosfera wybuchowa, dla której został określony zasięg, nosi nazwę strefy zagrożenia wybuchem.

Ze względu na miejsce występowania stref zagrożonych wybuchem można wyróżnić:

• wewnętrzne strefy zagrożenia wybuchem – są to strefy zlokalizowane wewnątrz obudów urządzeń i instalacji (np. w silosach, filtrach powietrza, zabudowanych przesypach itp.),
• zewnętrzne strefy zagrożenia wybuchem – są to strefy zlokalizowane na zewnątrz obudów urządzeń i instalacji (np. otwarte składowiska materiałów sypkich, otwarte przesypy, zapylenie przestrzeni roboczej wynikające z nieszczelności instalacji i/lub obecności pyłów osiadłych).

Strefy zagrożenia wybuchem (wyznaczanie stref ex)

W celu doprecyzowania poziomu zagrożenia wybuchowego oraz umożliwienia doboru urządzeń o właściwym stopniu zabezpieczenia każdej strefie zagrożenia wybuchowego przypisuje się parametr informujący użytkownika instalacji o częstotliwości występowania danej atmosfery wybuchowej. W przypadku pyłów parametry te zostały oznaczone następująco:

• 20 – atmosfera wybuchowa w postaci mieszaniny pyłowo-powietrznej, która występuje stale, często lub przez długie okresy,
• 21 – atmosfera wybuchowa w postaci mieszaniny pyłowo-powietrznej, która może wystąpić podczas normalnej pracy,
• 22 – atmosfera wybuchowa w postaci mieszaniny pyłowo-powietrznej, która nie występuje w trakcie normalnej pracy, a w przypadku wystąpienia utrzymuje się przez krótki czas.

Jak zostało zaznaczone wcześniej, atmosfera wybuchowa może występować zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz obudów. W takich przypadkach ich zasięg oraz częstotliwość występowania powinny zostać określone oddzielnie dla każdej z tych przestrzeni.

Analogicznie urządzenia pracujące w danej strefie zagrożenia wybuchem muszą mieć odpowiednie zabezpieczenia przed zapłonem atmosfery wybuchowej. Za dobór tych zabezpieczeń odpowiada producent urządzenia.

W przypadku urządzeń elektrycznych przeznaczonych do pracy w 20, 21 oraz nieelektrycznych przeznaczonych do pracy w 20 strefie zagrożenia wybuchem pyłów wybór ten, oraz zgodność urządzenia z odpowiednimi normami są dodatkowo weryfikowane przez jednostkę notyfikowaną.

Za wyznaczenie stref zagrożenia wybuchem (ex) na obiekcie oraz dobór urządzeń wyposażonych we właściwe zabezpieczenia, oraz certyfikaty odpowiada użytkownik/właściciel obiektu. Przy realizacji obu czynności użytkownicy/właściciele obiektów często współpracują z firmami zewnętrznymi specjalizującymi się w obszarze bezpieczeństwa wybuchowego.

Urządzenia pracujące w dwóch strefach zagrożenia wybuchem

Zdarza się, że dane urządzenie pracuje w dwóch strefach zagrożenia wybuchem jednocześnie. Przykładem może tu być czujnik zapylenia, którego sonda pracuje wewnątrz zbiornika na pył (najczęściej w strefie 20), natomiast układ elektroniczny po jego zewnętrznej stronie (najczęściej w strefie 22). W takich przypadkach poszczególne elementy urządzenia mogą mieć odmienne zabezpieczenia, które będą właściwe dla zidentyfikowanego zagrożenia.

Innym przykładem może być zawór celkowy zamontowany na wylocie z silosu. Wówczas we wnętrzu obudowy zaworu celkowego (w większości przypadków) wyznacza się 20, a na zewnątrz 22 strefę zagrożenia wybuchem. W związku z powyższym poszczególne elementy zaworu (wewnętrzne oraz zewnętrzne) mogą mieć zabezpieczenia adekwatne do wyznaczonych stref zagrożenia wybuchem.

Generowanie pyłowych atmosfer wybuchowych

Rys.1. Skrajny przypadek zalegania tzw. pyłów osiadłych.

Generowanie atmosfer wybuchowych wewnątrz obudów związane jest bezpośrednio z charakterem procesów technologicznych (kruszenie, mieszanie, przesypywanie itp.). Dlatego też ich eliminacja z procesu produkcyjnego jest trudna i kosztowna lub praktycznie niemożliwa.

Do urządzeń i aparatów, w których wnętrzu najczęściej dochodzi do wybuchu atmosfer pyłowo-powietrznych należą:

• silosy (20%)
• instalacje odpylające (17%)
• instalacje mielące (13%)
• instalacje transportujące (10%)
• instalacje suszące (8%)
• instalacje dopalające (5%)
• instalacje mieszające (5%)
• instalacje polerujące i szlifujące (5%)
• instalacje przesiewające (3%)
• inne (14%)

Zewnętrzne atmosfery wybuchowe najczęściej powstają w wyniku nieszczelności w instalacji oraz wzbudzenia tzw. pyłów osiadłych, tj. pyłów zalegających na posadzkach, obudowach urządzeń oraz konstrukcjach stalowych. Ograniczenie ich powstawania może zostać osiągnięte poprzez hermetyzację instalacji, okresowe sprzątanie z użyciem urządzeń podciśnieniowych (np. systemu centralnego odkurzania), stosowanie instalacji odpylających.

Wzbudzenie pyłów osiadłych może nastąpić w wyniku: drgań konstrukcji stalowych, używania nadciśnieniowych układów czyszczących, niekontrolowanego uwolnienia ciśnienia z instalacji, wybuchu (np. w urządzeniu niezabezpieczonym lub nieprawidłowo zabezpieczonym przed wybuchem), przeciągów, nieprawidłowego działania wentylacji.

Dla przykładu wzbudzenie 1 mm warstwy pyłu osiadłego o gęstości usypowej 500 kg/m³ może stworzyć atmosferę wybuchową o wysokości 5 metrów oraz koncentracji 100 g/m3.

Rzadziej występującym mechanizmem powstawania pyłowych atmosfer wybuchowych jest skraplanie i zestalanie się par różnych substancji chemicznych, np. sadzy czy dymu spawalniczego (pył kondensacyjny).

Ochrona przed skutkami wybuchu w strefach zagrożenia wybuchem

Zgodnie z rozporządzeniem w sprawie minimalnych wymagań dla stanowisk pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa, pracodawca powinien w pierwszej kolejności ograniczać tworzenie się atmosfer wybuchowych oraz dążyć do wyeliminowania źródeł zapłonu atmosfer wybuchowych. Powyższe rozporządzenie wskazuje również, iż „w przypadku zaistnienia wybuchu zasięg jego oddziaływania powinien ograniczyć się tylko do stanowiska pracy i znajdujących się tam urządzeń na skutek zastosowania przez pracodawcę sposobów uniemożliwiających jego przejście w detonację i rozprzestrzenianie się fali detonacyjnej”.

W praktyce oznacza to konieczność budowy instalacji odpornych na maksymalne ciśnienie wybuchu lub stosowanie zabezpieczeń chroniących przed skutkami wybuchu w postaci:

• układów odciążających wybuch – panele dekompresyjne, układy bezpłomieniowego odciążania wybuchu, klapy samozamykające się,
• systemu tłumienia wybuchu – układu wykorzystującego butle z materiałem tłumiącym, czujniki oraz centralę sterującą,
• układów odsprzęgania (izolacji) wybuchu – bariery proszkowe HRD, zasuwy szybkiego działania, zawory celkowe w wykonaniu odpornym na falę i ciśnienie wybuchu, zawory odcinające typu Ex-Kop oraz Ventex.

Prawidłowo zabezpieczona instalacja (urządzenie) każdorazowo musi zostać wyposażona w system odsprzęgania wybuchu, który blokuje jego propagację na pozostałą część instalacji, oraz jeden z pozostałych systemów ochrony (odciążanie lub tłumienie wybuchu).

Wybór konkretnych rozwiązań uzależniony jest od parametrów procesowych (w tym temperatury, ciśnienia), konstrukcji chronionych urządzeń (w tym wytrzymałości konstrukcyjnej, kształtu) oraz parametrów wybuchowości pyłu (w tym p_max, K_st).

Rys. 2. Cukrownia po wybuchu pyłu cukrowego. Źródłem zapłonu był przegrzany element podajnika taśmowego.

Wtórne wybuchy mogą rozprzestrzenić się poza wyznaczone strefy zagrożenia wybuchem

Do wybuchów wtórnych dochodzi w wyniku propagacji, czyli rozprzestrzeniania się wybuchu pierwotnego. W zależności od zastosowanych (lub też braku zastosowania) zabezpieczeń przeciwwybuchowych mamy do czynienia z trzema typowymi przypadkami:

• brak propagacji po wybuchu pierwotnym, który został zainicjowany we wnętrzu instalacji – jest to modelowa sytuacja, która ma miejsce w przypadku prawidłowo zabezpieczonej instalacji procesowej poprzez system tłumienia lub odciążania wybuchu oraz system odsprzęgania (izolacji) wybuchu. W sytuacji tej skutki wybuchu zainicjowanego w danym urządzeniu zostają ograniczone do jego kubatury, a w przypadku paneli odciążających do jego kubatury oraz strefy bezpieczeństwa, która musi zostać wyznaczona w obszarze otworów dekompresyjnych,
• propagacja po wybuchu pierwotnym, który został zainicjowany we wnętrzu instalacji, a następnie rozprzestrzenił się na sąsiednie urządzenia oraz poza wnętrze instalacji – sytuacja ta ma miejsce w przypadku niezabezpieczonych lub nieprawidłowo zabezpieczonych instalacji procesowych:
• instalacje niezabezpieczone: wybuch powstały w danym urządzeniu rozprzestrzenia się poprzez system przesypów i kanałów na sąsiednie urządzenia, w których dochodzi do wybuchów wtórnych (propagacja wewnątrz instalacji). W konsekwencji narastającego w instalacji ciśnienia następuje jej rozerwanie. Uwolnione ciśnienie wzbudza warstwy pyłu osiadłego, co prowadzi do wybuchów wtórnych (propagacja na zewnątrz instalacji),
• instalacja zabezpieczona nieprawidłowo: do typowych błędów popełnianych podczas zabezpieczania instalacji procesowych przed wybuchem należy stosowanie paneli odciążających wybuch w halach i budynkach oraz brak stosowania odsprzęgania wybuchu. W pierwszym przypadku wybuch uwolniony do wnętrza hali wzbudza pyły osiadłe, doprowadzając do wybuchów wtórnych. W drugim przypadku brak odsprzęgania (pomimo prawidłowego zastosowania tłumienia lub odciążania wybuchu) powoduje propagację fali ciśnienia oraz płomienia na sąsiednie urządzenia. W konsekwencji zjawisko to może prowadzić do ich rozerwania, co skutkuje przeniesieniem się wybuchu na zewnątrz instalacji procesowej,
• propagacja po wybuchu pierwotnym, który został zainicjowany na zewnątrz instalacji – zjawisko to najczęściej jest spowodowane obecnością pyłów osiadłych, które w wyniku podmuchu lub drgań zostają wzbite, tworząc atmosferę wybuchową. W przypadku gdy w obszarze powstałej chmury znajduje się źródło zapłonu (np. gorąca powierzchnia, niedopałek, iskry pochodzące od prac spawalniczych), może dojść do wybuchu. Drgania oraz podmuch wywołany wybuchem pierwotnym powodują wzbicie kolejnych porcji pyłu, który stanowi paliwo dla wybuchów wtórnych.