– W wielu gałęziach przemysłu przetwarzane bądź magazynowane gazy, pary, pyły czy też włókna stanowią duże zagrożenie wybuchowe, a w konsekwencji także pożarowe. Eksperci na szkoleniach oraz konferencjach poświęconych tematyce związanej z bezpieczeństwem produkcji często przytaczają zdarzenia, jakie miały miejsce w cukrowni Imperial Sugar Refinery, w zakładach chemicznych PEPCON, czy Elektrowni Turów oraz Dolna Odra. Wiedza teoretyczna w zakresie bezpieczeństwa wybuchowego jest konieczna, ale aby pozostała ona w świadomości użytkowników instalacji potrzeba czegoś więcej niż tylko suche fakty – tym czymś jest praktyka – potwierdza Zbigniew Wolff, ekspert w obszarze bezpieczeństwa wybuchowego w GRUPIE WOLFF.
W pierwszej części artykułu przedstawimy nieco wiedzy merytorycznej z zakresu bezpieczeństwa wybuchowego na przykładzie branży cukrowniczej. Niemniej przywołane przykłady można rozszerzyć także na zakłady z innych branż, które borykają się z problemem zagrożenia wybuchowego wynikającego z obecności w procesie produkcyjnym palnych pyłów. Następnie opiszemy anatomię katastrofy w cukrowni Imperial Sugar Refinery. Ostatnia część artykułu pokaże, w jaki sposób Pfeifer & Langen – jeden z wiodących producentów cukru w Polsce – oraz GRUPA WOLFF – ekspert w dziedzinie bezpieczeństwa wybuchowego – podeszli do zagadnienia praktycznego przekazania wiedzy pracownikom cukrowni.
Podstawy, czyli trochę teorii
Służby BHP zakładów, w których użytkownicy mają do czynienia z palnymi gazami czy pyłami, powinny skupić swą uwagę na zapewnieniu odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa realizowanych procesów. Zgodnie z dyrektywą ATEX w pierwszej kolejności należy ograniczać ryzyko wystąpienia wybuchu (zapobiegać powstawaniu atmosfer wybuchowych, eliminować źródła zapłonu, zwiększać świadomość użytkowników instalacji itd.). Kolejnym krokiem jest minimalizowanie skutków wybuchu poprzez zastosowanie odpowiednich systemów przeciwwybuchowych (tłumienie, odciążanie i odsprzęganie wybuchu).
Zagrożenie wybuchem pyłu
Przykładowo w przemyśle spożywczym stosuje się pozornie niegroźne substancje, jak mąka, cukier czy kakao, które w postaci pyłu stanowią poważne zagrożenie (patrz tab. 1). Przykładem branży szczególnie narażonej na wybuch pyłu jest przemysł cukrowniczy, realizowane w jego ramach procesy technologiczne generują znaczne ilości pyłu cukru.
Ponieważ w większości przypadków dane zaczerpnięte z literatury nie pozwalają jednoznacznie określić paremetrów wybuchowości danej substancji, niezbędne jest wykonanie odpowiednich badań przez jednostkę notyfikowaną. Badania te w szczególności powinny wyznaczyć takie parametry jak:
- stała wybuchowości (Kst),
- maksymalne ciśnienie wybuchu (Pmax),
- minimalna energia zapłonu (MIE),
- minimalna temperatura zapłonu obłoku pyłu TCL,
- minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu T5 mm,
- dolna granica wybuchowości (LEL).
Są one podstawą do prawidłowego określenia skali zagrożenia i doboru niezbędnych zabezpieczeń przeciwwybuchowych.
Jak pokazują dane w tabeli 1., pył cukru należy do grupy pyłów bardzo łatwo zapalnych (stosunkowo niska temperatura zapłonu obłoku pyłu oraz bardzo niska minimalna energia zapłonu) i bez zastosowania należytych zabezpieczeń stwarza potencjalne ryzyko wystąpienia wybuchu i pożaru, których skutki mogą być katastrofalne (w dalszej części artykułu przedstawimy skutki wybuchu pyłu cukrowego w Imperial Sugar Refinery).
Pył | Temperatura samozapłonu warstwy [°C] | Temperatura samozapłonu obłoku [°C] | Minimalna energia zapłonu w obłoku [mJ] |
|---|---|---|---|
Cukier | 420-450 | 310-360 | < 5-100 |
Mąka | 330-500 | 380-460 | > 100 |
Kakao | 250-460 | 480-590 | >105 |
Tabela 1. Wybrane parametry wybuchowości dla pyłów – substancji powszechnie stosowanych w przemyśle spożywczym
W przypadku wielu katastrof wywołanych wybuchem pyłów scenariusz jest dość zbliżony: źródło wybuchu występuje we wnętrzu stosunkowo niewielkiej kubatury (np. w filtrze powietrza, silosie czy obudowie przenośnika taśmowego – jak to miało miejsce w Imperial Sugar Refinery). Następnie fala wybuchu poprzez kanały, przesypy i rurociągi rozprzestrzenia się na sąsiednie elementy instalacji, gdzie dochodzi do wybuchów wtórnych. W pewnym momencie następuje rozerwanie urządzeń i rozprzestrzenienie się wybuchu z wnętrza instalacji do przestrzeni budynku. Drgania wywołane eksplozjami oraz podmuch fali wybuchu powodują wzbicie się pyłu zalegającego na powierzchniach urządzeń oraz konstrukcjach wsporczych – dochodzi do kolejnych wybuchów wtórnych, tym razem na zewnątrz instalacji.
Zgodnie z prawem
Wedle rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2012 r. w sprawie minimalnych wymagań, dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej (Dz. U. 2010 Nr 138, poz. 931), każdy pracodawca zobowiązany jest do wykonania oceny ryzyka, której fundamentem jest poznanie parametrów wybuchowości pyłów palnych, jakie występują w miejscu pracy.
Pyły palne – wedle definicji stanowią go małe cząstki ciała stałego, o rozmiarze nominalnym 500 µm lub mniejszym, które mogą przez pewien czas pozostać zawieszone w powietrzu, osiadać pod wpływem swojego ciężaru oraz mogą palić się lub żarzyć w powietrzu i tworzyć mieszaniny wybuchowe z powietrzem w warunkach atmosferycznych. Należy w tym miejscu wspomnieć, że Norma PN-EN 60079 określa termin combustible fyings, do którego definicji, oprócz cząstek ciała stałego, dodaje także włókna.
Wybuch w cukrowni Imperial Sugar Refinery
Przykładem, który należy w tym miejscu przytoczyć, jest tragiczne zdarzenie z 2008 roku. Kompleks Imperial Sugar w Port Wentworth rozpoczął działalność w 1917 roku. Stał się jednym z największych zakładów rafinacji i pakowania cukru w USA. Cukier granulowany po rafinacji składowano w trzech silosach o wysokości 30 metrów. Produkt odbierano z silosów i transportowano za pomocą złożonego systemu podajników kubełkowych, ślimakowych, a także przenośników taśmowych, co generowało duże ilości drobnego pyłu. Do kruszenia zgranulowanego cukru używano młynów młotkowych, które z natury rzeczy również wytwarzały pył.
Tylko część urządzeń pracujących w zakładzie podłączona była do systemu odpylania, który i tak nie miał odpowiedniej wydajności i był w złym stanie technicznym.
Pracownicy cukrowni do czyszczenia maszyn do pakowania stosowali sprężone powietrze, co prowadziło do dyspersji pyłów cukru w budynku. Powierzchnie, na których mógł odkładać się pył, nie były czyszczone odpowiednio często, spowodowało to powstawanie na nich warstw pyłu osiadłego.
Cukier wysypywany był z silosów poprzez metalowe zsypy na długi podajnik taśmowy, który zlokalizowany był w betonowym tunelu tuż pod zbiornikami. Co pewien czas zbrylenia zakleszczały się pomiędzy wylotem zsypów a taśmą podajnika, powodując rozsypywanie się cukru na ziemię oraz tworzenie obłoków pyłu. Ponieważ tunel był duży i wentylowany, pył zawieszony w powietrzu nie osiągał niebezpiecznych stężeń wybuchowych.
Rok przed tragicznym zdarzeniem zdecydowano o szczelnym obudowaniu jednego z przenośników taśmowych. Zastosowane w tym celu stalowe panele miały chronić produkt przed potencjalnymi zanieczyszczeniami. Obudowa nie została jednak wyposażona w system odpylania, przez co stężenie zawieszonego w powietrzu pyłu mogło przekroczyć dolną granicę wybuchowości. Jak się później okazało, było to poważnym błędem.
Dnia 7 lutego 2008 roku zbrylenia cukru zablokowały jeden z zsypów, powodując rozsypywanie się cukru oraz znaczne pylenie. Około godziny 19:15, prawdopodobnie w wyniku kontaktu cukru z przegrzanym elementem przenośnika, doszło do zapłonu i wybuchu pyłu. W pierwszej fazie rozerwaniu uległa obudowa tunelu. Nagromadzony w tunelu pył został uniesiony i zapalony przez przyspieszające kule ognia. Obłoki pyłu stanowiły paliwo dla reakcji łańcuchowej wtórnego wybuchu, który rozprzestrzeniał się w budynku fabryki.
Fala uderzeniowa działała destrukcyjnie na wszystkie napotkane przeszkody. Betonowe stropy zawaliły się, uwalniając tony cukru w płomienie. Kolejne wybuchy odcięły zasilanie większości oświetlenia. W zakładzie nie przeprowadzano ćwiczeń z ewakuacji. Pracownicy desperacko próbowali wydostać się z piekła poprzez labirynt ciemnych, uszkodzonych klatek schodowych i korytarzy.
W wyniku katastrofy śmierć poniosło 14 osób, a 40 zostało rannych. Zakład Imperial Sugar został doszczętnie zniszczony (fot. 1).
Fot. 1. Imperial Sugar Refinery – do wybuchu doszło w budynku na pierwszym planie oraz w dwóch z trzech silosów za nim
