Wybuchy pyłów w przemyśle – rok 2016 cz.2
Wybuchy pyłów w przemyśle z racji potencjału niszczącego, jaki przedstawiają, oraz ich specyfiki i dotychczasowej historii wymagają szczególnej uwagi kadry inżynierskiej. Jak pisałem już wielokrotnie, u swych początków wiązały się one z branżą spożywczą – pierwsze wybuchy miały miejsce np. w obiektach młynowych, w magazynach surowców sypkich, a nawet w piekarniach. Wraz z rozwojem przemysłu nastąpił zdecydowany wzrost zagrożeń pochodzących od atmosfer pyłowych. Wybuchy pyłu węglowego w kopalniach uruchomiły szereg prac badawczych, które pozwoliły stworzyć rozwiązania techniczne redukujące ryzyko związane z wybuchami pyłów, a gama zagrożeń oraz odpowiadających im regulacji prawnych znacznie się rozrosła.
Ireneusz Rogala
Mechanizm powstawania wybuchu pyłów
Mechanizm ten jest wyraźnie inny od zagrożeń związanych z występowaniem atmosfery gazowej i koniecznie musi być brany pod uwagę przy analizach ryzyka wybuchu i proponowaniu środków redukcji ryzyka, co pokazano schematycznie poniżej::
Szczególną rolę w przypadku wybuchu pyłów odgrywa ich wymieszanie w atmosferze utleniacza. Pyły mają oczywistą tendencję do opadania i osiadania, stąd czas istnienia atmosfery pyłowej uniesionej jest poza miejscami jej generowania ograniczony. Scenariusz wybuchu pyłu osiadłego wymaga zaistnienia wstępnego wymieszania, np. fuknięcie, poderwanie, podmuch czy też uniesienie obłoku pyłu związane z lokalnym tleniem lub spalaniem warstwy pyłu. Spotykane były też mechanizmy wybuchu sekwencyjne, czyli sekwencja wybuchów pyłów o stosunkowo niewielkim zasięgu podrywająca pyły zalegające, a następnie wybuchy pyłu wstępnie uniesionego, coraz mocniejsze i rozszerzające zasoby pyłów uniesionych, które dalej ulegały zapłonowi i wybuchały.
Pierwszy i kluczowy wniosek stąd wypływający to nieustanna dbałość o ograniczenie ilości pyłów zalegających poprzez ograniczenie pylenia i skuteczne sprzątanie. Jednak poprzez swoją prostotę najczęściej jest to sposób niedoceniany lub niewłaściwie stosowany. Sprzątanie często jest wykonywane przez osoby o niskich kwalifikacjach oraz bardzo słabo weryfikowane i sprawdzane. Błędem jest też nieuwzględnienie zagadnienia możliwości zalegania pyłów w fazie projektowania instalacji.
W ostatnich latach w polskiej energetyce i szerzej w przemyśle (również spożywczym) zaproponowano wiele rozwiązań w tym zakresie, wartych polecenia. Dochodzenie do właściwych i efektywnych ekonomicznie harmonogramów i skutecznego sposobu sprzątania pyłów zalegających to zawsze proces iteracyjny, trwający co najmniej kilka miesięcy, a nawet powyżej roku. Tu zdecydowanie nie sprawdzają się typowe mechanizmy zamawiania usługi na zewnątrz w oparciu o najniższą cenę, tak popularne w przetargach.
Polska energetyka wypracowała również szereg mechanizmów ograniczających pylenie i propagację pyłów w instalacjach. Są to redukujące pylenie systemy namgławiania uzupełniane o wydajne systemy separacji oraz odsysania pyłów. Dodatkowo stosowane są systemy sprzątania w oparciu o zastosowanie odkurzaczy przemysłowych w wykonaniu przeciwwybuchowym i centralnych systemów odkurzania. Zmieniły się również standardy utrzymania ruchu obiektów – warstwy pyłów zalegających są odkurzane lub zmywane na bieżąco. Takie podejście obecnie powinno być przejmowane przez zakłady innych branż, np. spożywczej i drzewnej, ponieważ zagrożenia występujące w tych branżach są takie (lub większe), jakie pojawiły się w energetyce w związku z zastosowaniem biomasy.
Systemy nowej generacji – nowe własności eksploatacyjne i korzyści
Warte wspomnienia są zdecydowanie dwa środki redukcji ryzyka, jakie można zastosować w zakładach, gdzie występuje zagrożenie wybuchem pyłów. Są to systemy odciążenia wybuchu i systemy tłumienia wybuchu po jego zainicjowaniu (HRD). Wielokrotnie były one prezentowane na konferencjach realizowanych przez ASE (ATEX ENERGO, STREFY EX) oraz w naszych publikacjach. W związku z istotnym rozwojem techniki mamy do dyspozycji niezwykle skuteczne systemy detekcji wybuchu i możliwość jego stłumienia w określonych miejscach instalacji. Takie systemy tłumienia stosowane są na różnego rodzaju przenośnikach kubełkowych, w zasobnikach pyłów i traktach transportowych. Zbiorniki, w których może dojść do zapłonu i wybuchu pyłowej atmosfery, mogą być skutecznie zabezpieczone, sam wybuch, nawet gdyby wystąpił, ograniczyłby się tylko do części instalacji, a jego skutki i fizyczne, i dla dostępności instalacji zostaną dla produkcji radykalnie ograniczone. Co ważne, nowa generacja systemów HRD (dostarczanych przez ASE) jest o wiele bardziej efektywna w eksploatacji. Poprzez dostrojenie czujników i systemu sterującego do warunków procesowych unikamy fałszywych wyzwoleń, a nowoczesna konstrukcja i podejście organizacyjne zapewniają krótki czas i niskie koszty ponownego uzbrojenia, co w efekcie nie generuje wysokich kosztów eksploatacyjnych (jak to bywało we wcześniejszych generacjach HRD).
W ramach Grupy ASE we współpracy z naszymi partnerami z Niemiec wypracowaliśmy całościowe podejście analityczno-projektowe dla takich zadań, pozwalające na zabezpieczenie zarówno obiektów nowych, jak i już znajdujących się w eksploatacji. Szczególne miejsce w tym zakresie zajmują obliczenia potencjału zagrożeń i wytrzymałościowe obliczenie dla instalacji oraz właściwy dobór odciążeń lub tłumienia.
Drugim sposobem zabezpieczenia zbiorników przed wystąpieniem wybuchu atmosfery pyłowej jest inertyzacja atmosfery z użyciem gazów niepalnych – polegająca na ograniczeniu ilości tlenu w mieszaninie poniżej granicznego stężenia. Ilość tlenu w mieszaninie powinna być przy tym skutecznie monitorowana z uwagi na to, iż jest to parametr bezpośrednio odpowiedzialny za bezpieczeństwo procesu.
Czynniki organizacyjne
Szczególne znaczenie w zapewnieniu bezpieczeństwa przeciwwybuchowego mają czynniki organizacyjne (jak wspomniano skuteczny system sprzątania pozwala ograniczyć możliwość utworzenia i propagacji atmosfery wybuchowej). Ważne jest ograniczenie możliwości zapłonu wieloma systemami detekcji tlenia, liniowymi systemami detekcji podwyższonej temperatury, skanowaniem zarzewi ognia na transporterach lub detekcją gazów tlewnych. Ważną rolę spełniają również wszelkie systemy organizacji eksploatacji oraz monitorowanie właściwego jej prowadzenia. Tu warto przywołać system Inspector Ex [13], sprawdzony m.in. w Elektrowni Dolna Odra, właśnie w warunkach zagrożeń pyłowych.
Pierwszym krokiem wykonanych prac analitycznych (po oznaczeniu własności pożarowo-wybuchowych występujących na obiekcie pyłów) jest sporządzenie dokumentu klasyfikacyjnego stref zagrożonych wybuchem.
I klasyfikujemy odpowiednio strefy 20, 21 i 22 – od najbardziej zagrożonej wybuchem do najmniej zagrożonej.
Strefa 20:
Miejsce, w którym atmosfera wybuchowa w postaci obłoku pyłu palnego w powietrzu występuje stale, w długim czasie lub często (np. wewnątrz pojemników, rurociągów, odpylaczy i zbiorników lub w systemach transportowych, z wyjątkiem niektórych części przenośników taśmowych i łańcuchowych).
Stefa 21
Miejsce, w którym atmosfera wybuchowa w postaci obłoku pyłu palnego w powietrzu może wystąpić w trakcie normalnej pracy (np. miejsca położone w bezpośrednim otoczeniu punktów nasypywania i wysypywania pyłu oraz miejsca, w których podczas normalnej pracy występują warstwy pyłu zdolnego do uniesienia się w powietrze i utworzenia mieszaniny pyłu palnego z powietrzem, o stężeniu wybuchowym).
Strefa22
Miejsce, w którym atmosfera wybuchowa w postaci obłoku pyłu palnego w powietrzu nie występuje w trakcie normalnej pracy, a jeżeli wystąpi, to tylko w krótkim okresie (np. miejsca w sąsiedztwie urządzeń, systemów ochronnych oraz części i podzespołów zawierających pył, w których może dojść do uwolnienia pyłu z względu na nieszczelność i tworzenie się osadów – dzieje się tak m.in. w pomieszczeniach, w których osiada pył wydostający się z młynów).
Co istotne, w analizach ryzyka należy zawsze rozpatrywać układy i instalacje w sposób kompleksowy. Może się bowiem zdarzyć to, co wielokrotnie miało miejsce w światowym przemyśle, że wybuch przeniesie się poprzez różnego rodzaju kanały transportowe czy też odsysające.
Podsumowując, należy stwierdzić, że zjawiska zagrożeń pyłowych mimo dość powszechnego występowania często są lekceważone, ale w ostatnim czasie, zwłaszcza dzięki działaniom w energetyce, daje się zauważyć istotny postęp w tym zakresie. Postęp dotyczy zarówno analiz ryzyka wybuchów pyłowych, jak i możliwości aplikowania środków skutecznie to ryzyko obniżających.
Niniejszy artykuł miał za zadanie wskazanie istotnych elementów w zakresie prewencji zagrożeń wybuchami pyłów oraz podzielenie się doświadczeniami z analiz i wdrożeń środków redukcji ryzyka. Należy jednak zauważyć, że każda instalacja i obiekt są inne i podlegają różnym uwarunkowaniom. Warto, w przypadku jakichkolwiek wątpliwości, zwrócić się do sprawdzonych partnerów w celu oceny i przeciwdziałania zagrożeniom. Zespół ekspertów i projektantów ASE chętnie podejmie taką współpracę.
AUTOR JEST REDAKTOREM NACZELNYM „MAGAZYNU EX” I DYREKTOREM DS. ROZWOJU I KONSULTINGU W FIRMIE AUTOMATIC SYSTEMS ENGINEERING SP. Z O.O. Z GDAŃSKA
Literatura
1. Rolf K. Eckhoff, Dust Explosions in the Process Industries, Oxford 1997, Butterworth-Heinemann.
2. Dyrektywa Unii Europejskiej w sprawie zasadniczych wymagań dla sprzętu i instalacji w strefach zagrożonych wybuchem 94/9/WE – ATEX.
3. Dyrektywa Unii Europejskiej w sprawie minimalnych wymagań bezpieczeństwa i ochrony zdrowia dla pracowników narażonych na ryzyko spowodowane przez atmosfery stwarzające zagrożenie wybuchem 1999/92/WE – ATEX USERS.
4. Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 6 czerwca 2016 r. w sprawie wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej (Dz.U. z dn. 9.06.2016, poz. 817).
5. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010 r. w sprawie minimalnych wymagań, dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej [wraz z załącznikiem] (Dz.U. nr 138, poz. 931).
6. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej z dnia 7 października 1997 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich usytuowanie (Dz.U. z 2014 r., poz. 81, z aktualizacją z dnia 25 marca 2013 r. opublikowaną 18 kwietnia 2013 r., Dz.U., poz. 472).
7. PN-EN 60079-10-2:2015-06 – Atmosfery wybuchowe. Część 10–2: Klasyfikacja przestrzeni – Pyłowe atmosfery wybuchowe (oryg.).
8. PN-EN 61241-17:2005 – Urządzenia elektryczne do stosowania w obecności pyłu palnego. Część 17: Kontrola i konserwacja instalacji elektrycznych w niebezpiecznych obszarach (innych niż kopalnie).
9. PN-EN 14373:2006 – Systemy tłumienia wybuchu.
10. PN-EN 14491:2012 – Systemy ochronne odciążające wybuchy pyłów.
11. PN-EN 14797:2009 – Urządzenia odciążające wybuch.
12. Dyrektywa Unii Europejskiej w sprawie zasadniczych wymagań dla sprzętu i instalacji w strefach zagrożonych wybuchem 2014/34/UE. Nowa dyrektywa ATEX – ATEXn.
13. Czesnowski Grzegorz, System wspomagający eksploatację urządzeń elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem zgodnie z PN-EN 60079-17, „Magazyn Ex” nr 1/2013(29), Gdańsk 2013.
