Problem
- wybuch w jednym z zakładów inwestora zniszczył znaczną część hali produkcyjnej
- konieczne było określenie przyczyn, wdrożenie procedur oraz zabezpieczeń, które ochronią ten i pozostałe zakłady firmy przed podobnymi zdarzeniami
- wprowadzone zmiany były kluczowe dla uzyskania polisy ubezpieczeniowej
Rozwiązanie
- wykonaliśmy Dokument Zabezpieczenia Przed Wybuchem (DZPW)
- uzgodniliśmy z inwestorem i ubezpieczycielem, a następnie wdrożyliśmy zalecenia DZPW
- zabezpieczyliśmy instalację mielenia i odpylania przed wybuchem
- zabezpieczyliśmy 11 kanałów odciągających pył systemem wykrywania i gaszenia iskier
- wdrożyliśmy system centralnego odkurzania, który pozwolił wyeliminować pyły osiadłe
Wybuch, który zmienił wszystko
W tym konkretnym przypadku nasze prace rozpoczęły się, a właściwie nabrały tempa, po wybuchu jaki miał miejsce w jednym z zakładów firmy, dla której zrealizowaliśmy niniejsze zadanie. Jego początek miał miejsce w młynie celulozy stosowanej jako błonnik pokarmowy. Niestety, brak prawidłowego zabezpieczenia instalacji sprawił, że wybuch, którego skutki mogły zostać szybko opanowane, eskalował do ogromnych rozmiarów.
Bogdan Nowak – człowiek, który brał udział w zabezpieczaniu odbudowanego zakładu – tak opisuje to zdarzenie: do pierwotnego wybuchu doszło w młynie celulozy. Ciśnienie i płomienie wędrowały wewnątrz instalacji, uszkadzając kolejne urządzenia linii technologicznej. Choć już to spowodowało duże straty, to najgorsze miało dopiero nastąpić. Skutki wybuchu szybko wydostały się z wnętrza instalacji do hali. Zalegający na posadzce i urządzeniach błonnik został uniesiony w powietrz. Chmura pyłu uległa zapłonowi, co doprowadziło do wybuchów wtórnych. Hala i część urządzeń zostało poważnie zniszczonych. To czego nie uszkodził wybuch w dużej mierze zniszczył późniejszy pożar.
Po tych zdarzeniach zarząd firmy podjął decyzję o wdrożeniu zmian, które uchronią wszystkie zakłady firmy oraz ich pracowników przed podobnymi zdarzeniami w przyszłości. Naszym zadaniem było przeprowadzenie oceny stanu aktualnego, wdrożenie procedur oraz zaprojektowanie i wdrożenie zabezpieczeń.
Ogólnie rzecz biorąc zakres naszych prac obejmował:
- opracowanie Dokumentu Zabezpieczenia Przed Wybuchem wraz z zaleceniami
- wskazanie niezbędnych procedur poprawiających poziom bezpieczeństwa
- zabezpieczenie 11 linii odpylania poprzez system detekcji i gaszenia iskier
- zabezpieczenie młynów oraz odpylaczy przed skutkami wybuchu poprzez tłumienie i izolację wybuchu
- wdrożenie instalacji centralnego odkurzania
Zakres prac został uzgodniony z inwestorem oraz zaakceptowany przez ubezpieczyciela, co było konieczne do uzyskania polisy ubezpieczeniowej.
Ze względu na umowę o poufności między naszym klientem, a GRUPĄ WOLFF w niniejszym studium przypadku prezentujemy ogólnie dostępne zdjęcia. Materiały te reprezentują skutki wybuchu, do którego doszło w innym zakładzie z branży spożywczej, gdzie przyczyny, przebieg i skutki zdarzenia były analogiczne do opisanych w niniejszym studium przypadku. Zdjęcia mają charakter poglądowy, a ich celem jest ukazanie potencjalnej skali zniszczeń wywołanych wybuchem pyłów. Szczegółowy opis zdarzenia ze zdjęć znajdziesz pod tym linkiem: https://www.hazex.eu/wybuch-pylu-kukurydzy/
DZPW na początek
Prace rozpoczęliśmy od opracowania Dokumentu Zabezpieczenia Przed Wybuchem. Na tym etapie oszacowaliśmy ryzyko jakie generują poszczególne węzły instalacji. Następnie w porozumieniu z inwestorem i ubezpieczycielem opracowaliśmy zalecenia, które systematycznie wdrażaliśmy. Zmiany w zakładzie polegały na wprowadzeniu procedur, które stanowią najtańszą a zarazem skuteczną formę prewencji, jak również zastosowaniu konkretnych zabezpieczeń przeciwwybuchowych.
Młyn jako źródło zapłonu
Kontynuując, Nowak wskazuje na prawdopodobną przyczynę wybuchu w młynie: mało jest w przemyśle urządzeń tak mocno obarczonych ryzykiem zapłonu jak młyny udarowe. Duży problem stanowią tu ciała obce, które wraz z nadawą trafiają do komory mielenia. Śruba, nakrętka czy gwóźdź może być przyczyną iskrzenia lub tarcia generującego temperaturę sięgającą kilkuset stopni Celsjusza. To właśnie ciało obce było prawdopodobną przyczyna zapłonu i wybuchu w młynie błonnika.
Nie trzeba jednak ciał obcych, aby młyn rozgrzał się do niebezpiecznej temperatury. Wystarczy, że dojdzie do zapchania komory mielenia lub zaklinowania większych niezmielonych cząstek między rotorem a statorem, aby w efekcie doszło do drastycznego wzrostu temperatury.
To fakt, że opisane zjawiska mogą być przyczyną zapłonu pyłu i wybuchu w samym młynie – jak choćby miało to miejsce w opisywany przypadku – ale nie jest to jedyny możliwy scenariusz. Bardzo prawdopodobne jest także, że żarzące się cząstki zostaną zaciągnięte z młyna do instalacji odpylania, co także może zakończyć się wybuchem. Ten wątek rozwiniemy jednak w dalszej części artykułu. Teraz skupimy się na ryzyku wybuchu w młynach.
Ochrona młynów przed wybuchem
Powiedzieć, że młyny udarowe mogą mieć różną konstrukcję to jak nic nie powiedzieć. Z tych względów tylko w przedmiotowej fabryce mieliśmy do czynienia z trzema typami młynów, z których część posiadała także indywidualne zmiany wykonane w czasie ostatnich lat ich użytkowania. To wymagało, abyśmy do zabezpieczenia każdego z urządzeń podeszli indywidualnie – kontynuuje Nowak.
Nie wchodząc w detale naszym celem było zminimalizowanie ciśnienia wybuchu wewnątrz młyna oraz odcięcie go od pozostałej części instalacji, aby wybuch nie przeniósł się na sąsiednie urządzenia.
Kluczowe było także, aby otwory zapewniające dolot powietrza do młynów zostały wyprowadzone kanałami poza halę. Było to niezwykle ważne, ponieważ w opisywanym przypadku to właśnie takim niezabezpieczonym otworem wybuch wydostał się z młyna do hali, co drastycznie zwiększyło strat.
Opisane podejście wynikało z wymogów prawa, analizy opisywanego zdarzenia, a także naszego doświadczenia na podobnych obiektach. Wnioski z przeprowadzonej analiz wraz z podjętymi krokami zapobiegawczymi zostały przedstawione w tabeli poniżej.
| Zagrożenie w młynach | Podjęte działania | Komentarz |
|---|---|---|
| Płomienie i ciśnienie wybuchu pierwotnego, do którego doszło w młynie wydostały się do hali. Odbyło się to poprzez otwór zasilający młyn w powietrze. W rezultacie w hali doszło do wybuchów wtórnych i pożaru, które zniszczyły dużą część zakładu. | Komory podmłynowe zabezpieczyliśmy poprzez system tłumienia wybuchu oraz przebudowaliśmy doloty powietrza do młynów, wyprowadzając je kanałami poza halę. | Zabezpieczenie urządzeń zagrożonych wybuchem poprzez systemy minimalizujące jego skutki jest obligatoryjne i wynika z dyrektywy ATEX. Ponieważ istniało ryzyko, że resztkowe skutki wybuchu mogą wydostać się z młyna do hali poprzez dolot powietrza wyprowadziliśmy je kanałami poza halę. |
| Pierwotny wybuch w młynie cofną się poprzez instalację do młyna wstępnego powodując jego zniszczenie. | Wdrożyliśmy system izolacji wybuchu oparty o butle HRD, który w chwili wybuchu odetnie młyn od pozostałej instalacji. | Zastosowanie izolacji wybuchu wynika nie tylko z praktycznego podejścia, ale także z wymogów dyrektywy ATEX |
| Wybuch, który został uwolniony do hali wzbił w powietrze zalegający w hali pył co doprowadziło do wybuchów wtórnych o ogromnej sile, które przerodziły się w pożar. | Wdrożyliśmy system centralnego odkurzania oraz zaleciliśmy procedury, które pozwolą utrzymać właściwy poziom czystości w hali. | Zgodnie z dyrektywą ATEX, aby zapewnić minimalny poziom bezpieczeństwa należy ograniczyć ryzyko powstawania atmosfer wybuchowych. W halach jest to możliwe głównie poprzez utrzymanie czystości. |
Ochrona instalacji odpylania przed wybuchem
Przeprowadzona Ocena Ryzyka Wybuchu wykazała wysokie zagrożenie wybuchem w odpylaczach. W ich wnętrzu w sposób ciągły występuje atmosfera wybuchowa oraz burzliwy ruch powietrza i pyłu. Istotna była także bardzo niska minimalna energia zapłonu celulozy co dodatkowo zwiększało ryzyko wybuchu. To w połączeniu ze zidentyfikowanymi źródłami zapłonu spowodowało konieczność podjęcia konkretnych działań minimalizujących ryzyko wybuchu oraz jego skutków, które opisaliśmy w poniższej tabeli.
2 typy zabezpieczeń zastosowane do ochrony odpylaczy
Odpylacz zabezpieczony panelem dekompresyjnym
W chwili wybuchu panel ulega kontrolowanemu rozerwaniu wyprowadzając nadmierne ciśnienie oraz płomienie z wnętrza chronionego urządzenia do otoczenia. UWAGA: panele dekompresyjne są bardzo skutecznym rozwiązaniem, które jednak posiada szereg ograniczeń. Ich niewłaściwe stosowanie może być niebezpieczne.
Odpylacz zabezpieczony tłumieniem wybuchu
Wybuch jest wykrywany w ciągu kilkudziesięciu milisekund a następnie tłumiony poprzez uwolnienie do wnętrza chronionego aparatu specjalnego proszku. Tłumienie wybuchu w przeciwieństwie do paneli dekompresyjnych nie dopuszcza do pożaru w urządzeniu po wybuchu, może być stosowane w pomieszczeniach zamkniętych oraz dla substancji szkodliwych.
| Zagrożenie w odpylaczach | Podjęte działania | Komentarz |
|---|---|---|
| Zmielony błonnik posiadał niską minimalną energię zapłonu na poziomie 70 mJ, co oznacza, że do jego zapłon może dojść w nawet wyniku wyładowania elektrostatycznego. Dodatkowo w odpylaczach w sposób ciągły występuje atmosfera wybuchowa oraz burzliwy ruch powietrza i pyłu co w chwili pojawienia się źródła zapłonu stanowi idealne warunki do wybuchu. W przedmiotowej sytuacji prawdopodobne jest wystąpienie kilku źródeł zapłonu: 1. iskry oraz gorące cząstki wygenerowane w młynie mogą zostać zaciągnięte do odpylacza, 2. iskry krzesane powstałe np. w wyniku przedostania się do filtra ciała obcego, 3. wyładowania elektrostatyczne w wyniku elektryzowania się pyłu, 4. gorące powierzchnie np. w wyniku zablokowania się dozownika celkowego na wylocie z filtra, 5. uderzenie pioruna w odpylacz posadowiony na zewnątrz. | W zależności od warunków technicznych na poszczególnych nitkach mielenia i odpylania zastosowaliśmy dwa odmienne systemy przeciwwybuchowe: 1. filtry wewnątrz hali: system tłumienia wybuchu w filtrach oraz izolację wybuchu opartą o butle HRD zamontowane na kanałach łączących odpylacz z pozostałą częścią instalacji, 2. filtry na zewnątrz hali: panele dekompresyjne wyprowadzające skutki wybuchu z filtrów do bezpiecznej przestrzeni oraz izolacja wybuchu oparta o klapy zwrotne. | Zastosowanie zabezpieczeń przeciwwybuchowych mających na celu zminimalizowanie skutków wybuchu w chronionym urządzeniu do bezpiecznego poziomu oraz odizolowanie go od pozostałej części instalacji jest obligatoryjne i wynika wprost z dyrektywy ATEX. Co do zasady najtańszą formą ochrony przed skutkami wybuchu są tzw. panele dekompresyjne. Choć rozwiązanie to jest skuteczne to niestety ze względu na szereg ograniczeń nie zawsze może być zastosowane. Tak było tym razem, dlatego w przypadku części odpylaczy zastosowano system tłumienia wybuchu. Najczęstszymi ograniczeniami eliminującymi możliwość zastosowania paneli dekompresyjnych są: 1. zlokalizowanie odpylacza wewnątrz hali bez możliwości wyprowadzenia skutków wybuchu (ognia i ciśnienia) w bezpieczny sposób poprzez kanał dekompresyjny poza halę, 2. zlokalizowanie odpylacza na zewnątrz w bezpośrednim sąsiedztwie innych obiektów oraz miejsc gdzie mogą znajdować się ludzie (drogi, trakty pieszych, parkingi itp.) co uniemożliwia wyrzut ognia i ciśnienia poprzez panele dekompresyjne w bezpieczny sposób. |
| Iskry oraz gorące cząstki, które powstają w młynach mogą zostać zaciągnięte do odpylaczy stwarzając realne zagrożenie wybuchu. | Aby ograniczyć ryzyko związane z najczęściej występującym źródłem zapłonu na kanałach łączących odpylacze z młynami zastosowaliśmy system wykrywania i gaszenia iskier. | System wykrywania i gaszenia iskier stanowi rozwiązanie prewencyjne. Stosujemy je w przypadku wysokiego ryzyka przedostania się do chronionego urządzenia iskier lub gorących cząstek. Najczęściej ma to miejsce, gdy w procesie stosowane są urządzenia mielące, rozdrabniające, suszące lub zgrzewające. UWAGA: system wykrywania i gaszenia iskier chroni tylko przed jednym z 13 potencjalnych źródeł zapłonu. W tym konkretnym przypadku Ocena Ryzyka Wybuchu wykazała, że możliwe jest wystąpienie innych źródeł zapłonu, a tym samym koniecznie było zastosowanie na filtrach zabezpieczeń przeciwwybuchowych (patrz powyżej). |
Co łatwiej zapalić – pył czy konar?
Produkty w postaci pyłu wykazują znacznie wyższą tendencję do zapłonu i wybuchu niż te same substancje przed rozdrobnieniem. Drewno, bambus czy owies, z których produkowany jest błonnik spożywczy są stosunkowo trudno zapalne. Ich zapalenie od gorącej powierzchni czy iskier byłoby niezmiernie trudne. W chwili jednak, gdy mielimy je do postaci drobnego proszku ich tendencja do zapłonu drastycznie rośnie. Jest to dość intuicyjne – spójrz na rozpalenie ogniska, które rozpoczynamy od drobnych gałązek, bo te znacznie łatwiej zapalić niż grube konary. To dokładnie ta sama zasada- im materiał bardziej rozdrobniony tym łatwiej go zapalić.
Młyn, który działa jak suszarka
Uważa się, że skoro na wejściu do procesu mieliśmy wilgotny produkt to ryzyko wybuchu jest niewielkie. Czy na pewno?
Fakt ten wyjaśnia Bogdan Nowak z GRUPY WOLFF: wspomniałem już, że młyny udarowe w czasie normalnej pracy generują ciepło. Dodajmy do tego także fakt, że ich prawidłowe działanie wymaga ciągłego dolotu powietrza. Rezultat? Młyn pracuje podobnie jak suszarka pozbawiając pył wilgoci. To z kolei drastycznie zwiększa jego tendencję do zapłonu. Zawsze należy o tym pamiętać.
Czy u mnie także występuje ryzyko wybuchu?
Jeśli zastanawiasz się czy w Twoim zakładzie istnienie ryzyko wybuchu pyłów, to prawdopodobnie warto niezobowiązująco porozmawiać z naszymi ekspertami. W wielu przypadkach w czasie krótkiej rozmowy telefonicznej jesteśmy w stanie wskazać, że w danym zakładzie ryzyko nie występuje. W pozostałych przypadkach zalecam wykonanie Audytu ATEX – najtańszej i najszybszej metody oceny czy w Twoim miejscu pracy występuje ryzyko wybuchu pyłów.
