Znaczenie systemu wentylacji dla klasyfikacji stref zagrożonych wybuchem Ryszard Dziwisiński

Transkrypt

1 Znaczenie systemu wentylacji dla klasyfikacji stref zagrożonych wybuchem Ryszard Dziwisiński Jeżeli ocena możliwości uwalniania się substancji niebezpiecznych wykazała, że w danym miejscu może pojawiad się niebezpieczna atmosfera wybuchowa, należy w pierwszym rzędzie przeanalizowad możliwośd likwidacji, a przynajmniej ograniczenia objętości mieszaniny wybuchowej. Środkiem, który służy do tego celu w pomieszczeniach pracy, jest wentylacja. Par. 33 rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów nakazuje wyznaczyd strefy zagrożenia wybuchem w pomieszczeniu, jeżeli może w nim występowad mieszanina wybuchowa o objętości co najmniej 0,01 m 3 w zwartej przestrzeni, co odpowiada kuli średnicy niespełna 27 cm. Klasyfikacja stref zagrożenia wybuchem powinna byd wykonana zgodnie z Polską Normą dotycząca zapobiegania wybuchowi i ochronie przed wybuchem, ale rozporządzenie nie wskazuje tu żadnej normy. W chwili obecnej klasyfikacja stref i wytyczne ich wymiarowania są ujęte w normach dla par i gazów: PN-EN :2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. - Częśd 10: Klasyfikacja obszarów zagrożonych wybuchem dla pyłów: PN-EN :2005 Urządzenia elektryczne do stosowania w obecności pyłów palnego. - Częśd 10: Klasyfikacja obszarów w których mogą byd obecne pyły palne. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów, pomieszczenie, w którym może wytworzyd się mieszanina wybuchowa, powstała z wydzielającej się takiej ilości palnych gazów, par, mgieł lub pyłów, której wybuch mógłby spowodowad przyrost ciśnienia w tym pomieszczeniu przekraczający 5 kpa, określa się jako pomieszczenie zagrożone wybuchem. Wytyczne w zakresie określania przyrostu ciśnienia w pomieszczeniu, jaki mógłby zostad spowodowany przez wybuch, zawiera załącznik do rozporządzenia. Należy odróżniad pomieszczenie określane jako pomieszczenie zagrożone wybuchem od pomieszczenia lub innych miejsc, gdzie występuje strefa zagrożenia wybuchem. W wyniku obliczeo może bowiem się okazad, że przyrost ciśnienia w pomieszczeniu nie przekracza 5 kpa, ale z powodu możliwości wystąpienia emisji substancji niebezpiecznej i powstaniu atmosfery wybuchowej, należy wyznaczyd lokalne strefy zagrożenia wybuchem. Klasyfikacja stref Klasyfikacja stref i wytyczne ich wymiarowania są ujęte w normach PN-EN :2003 i PN-EN :2005. Ponieważ atmosfera wybuchowa może istnied tylko wtedy, gdy w powietrzu występuje palny gaz opary lub mgła palnej cieczy, a także zawieszony pył w postaci ziaren lub włókien, konieczne jest rozstrzygnięcie, czy jakikolwiek z tych materiałów może wystąpid w klasyfikowanej przestrzeni. Konieczna jest identyfikacja, gdzie atmosfera palna może istnied wewnątrz instalacji lub gdzie emisja materiałów palnych może spowodowad atmosferę palną na zewnątrz instalacji. Każdą częśd składową wyposażenia technologicznego (np. zbiornik, pompa, połączenia rozłączne na rurociągu itp.) należy uważad za potencjalne źródło emisji materiału palnego. Podczas klasyfikacji należy wziąd pod uwagę: rodzaj materiału palnego, stopieo emisji, charakterystykę emisji, charakterystykę wentylacji.

2 Do przeprowadzenia obliczeo niezbędna jest znajomośd materiału palnego, który będzie powodował emisję oraz jego parametrów fizykochemicznych. Należą do nich: temp. zapłonu, temp. samozapłonu, dolną granicę wybuchowości (DGW) wyrażona w % obj. lub kg/m³, gęstośd oparów względem powietrza. W przypadku mieszanin, nie zawsze jest możliwośd jednoznacznego opisu materiału, wymaga to indywidualnego podejścia. Przepisy pozawalają na wykonanie obliczeo dala substancji stwarzającej największe niebezpieczeostwo. W przypadku, gdy stopieo i charakterystyk emisji są podobne, czynnikiem wyróżniającym substancje najbardziej niebezpieczną pod względem wybuchowym będzie lotnośd cieczy palnej. Lotnośd cieczy palnej jest głównie funkcją prężności pary i ciepła parowania. Jeżeli prężnośd par nie jest znana, można posłużyd się temperaturą wrzenia i temperaturą zapłonu. Jeśli ustalono, że częśd składowa wyposażenia technologicznego może emitowad materiał palny do atmosfery, należy przede wszystkim określid stopieo emisji, zgodnie z definicjami, przez ustalenie prawdopodobnej częstotliwości i czasu trwania emisji. Rozróżnia się trzy stopnie emisji: emisja ciągła występuje stale lub której występowania można spodziewad się w długich okresach, emisja podstawowa (pierwotna) której występowania podczas normalnej pracy można spodziewad się okresowo lub okazjonalnie, emisja drugorzędna (wtórna) której występowania w warunkach normalnej pracy nie można spodziewad się, a jeżeli pojawi się ona rzeczywiście, to tylko rzadko i tylko na krótkie okresy. ciągła zwykle prowadzi do strefy 0, podstawowa do strefy 1, wtórna stopnia do strefy 2. Przykłady klasyfikacja źródeł dla cieczy i gazów palnych: 1. stopieo emisji ciągłej: otwarte powierzchnie cieczy w zbiorniku otwartym lub zamkniętym; 2. stopieo emisji podstawowej (pierwotnej): kominki wentylacyjne, zawory odpowietrzające, zawory pobierania próbek, miejsca przelewania cieczy palnych; 3. stopieo emisji drugorzędowej (wtórnej): zawory bezpieczeostwa, uszczelnia pomp, połączenia kołnierzowe rur, zawory na rurociągach. Przykłady klasyfikacja źródeł dla pyłów: 1. emisja / tworzenie chmur ciągłe: wnętrza silosów, kanałów transportowych i aparatów; niekontrolowane przestrzenie zewnętrze, gdzie kumuluje się warstwa pyłu; 2. stopieo emisji podstawowej (pierwotnej): przestrzenie na zewnętrzne aparatów wokół często otwieranych włazów, punkty wyładowcze z transporterów itp. przestrzenie, gdzie kumuluje się pył podczas procesu,

3 wyloty z cyklonów lub filtrów workowych, gdzie jest mała emisja ciągła, ale może dojśd do kumulacji warstwy pyłu; 3. stopieo emisji drugorzędowej (wtórnej): wyloty filtrów workowych, gdzie w wyniku awarii może dojśd do emisji mieszaniny wybuchowej, przestrzenie na zewnętrzne aparatów wokół włazów lub połączeo, które mogą zostad otwarte lub rozszczelnione w sytuacji awaryjnej, strefy emisji pierwotnej po zastosowaniu środków zapobiegawczych, np. wentylacji wyciągowej. Wpływ na charakterystykę emisji mają: geometria emisji charakteryzuje cechy fizyczne źródła emisji, np. otwarta przestrzeo, nieszczelny kołnierz itp., prędkośd emisji wydajnośd emisji rośnie z jej prędkością. Prędkośd zależy od ciśnienia procesu i geometrii źródła. Z prędkością jest także związana objętośd chmury palnej, która zajmuje określoną objętośd, stężenie wraz ze wzrostem stężenia wzrasta wydajnośd emisji, lotnośd cieczy palnej funkcja prężności pary i ciepła parowania. Atmosfera wybuchowa nie może wystąpid, jeżeli temperatura zapłonu jest wyższa niż maksymalna temperatura rzeczywista cieczy palnej. Jeśli ciecz tworzy parę, atmosfera wybuchowa może wystąpid poniżej temperatury zapłonu materiału. temperatura cieczy prężnośd pary wzrasta z temperaturą, zwiększając wydajnośd emisji zależną od parowania. Wentylacja ma istotny wpływ na klasyfikowanie przestrzeni zagrożonych wybuchem. Należy zwrócid uwagę na następujące elementy charakteryzujące wentylację: rodzaj wentylacji, stopieo wentylacji, dyspozycyjnośd wentylacji. Wentylacja dzieli się na wentylację naturalną i mechaniczną. Wentylacja naturalna jest powodowana przez przemieszczanie powietrza (wiatr) lub różnicę gęstości powietrza wewnątrz i na zewnątrz budynku, będącej skutkiem różnicy temperatur. W terenie otwartym zwykle wentylacja naturalna będzie wystarczająca do zapewnienia rozproszenia każdej atmosfery wybuchowej, nie mniej należy brad pod uwagę ukształtowanie terenu i występujące na danym terenie zjawiska atmosferyczna. Wentylacja mechaniczna realizowana jest za pomocą urządzeo mechanicznych, np. wentylatorów lub odciągów. Z wentylacją pomieszczeo w budynkach związane jest pojęcie ilości wymian powietrza, które jest definiowane, jako ilośd objętości powietrza równej kubaturze pomieszczenia całkowicie wymienionej w czasie 1 godziny (1/h) przez urządzenia wentylacyjne. Wartośd ilości wymian powietrza nie uwzględnia efektów mieszania powietrza w pomieszczeniu. Skutecznośd wentylacji w procesie rozpraszania i zalegania atmosfery wybuchowej, będzie zależała od stopnia i dyspozycyjności wentylacji oraz od konfiguracji systemu. Na przykład, wentylacja może nie byd wystarczająca do zapobieżenia tworzeniu się atmosfery wybuchowej, ale może byd wystarczająca do uniknięcia zalegania atmosfery wybuchowej. Wyróżnia się trzy stopnie wentylacji: wysoki (VH) jest w stanie zredukowad stężenie przy źródle emisji niemal natychmiast, dając w wyniku stężenie poniżej dolnej granicy wybuchowości. W rezultacie otrzymuje się strefę o małym (nawet pomijalnym) zasięgu,

4 średni (VM) jest w stanie wpływad na stężenie, czego rezultatem jest sytuacja stabilna, w której stężenie poza granicami strefy, w czasie trwania emisji, jest poniżej dolnej granicy wybuchowości i atmosfera wybuchowa nie zalega w nadmiarze po zakooczeniu emisji; zasięg i rodzaj strefy są ograniczone parametrami konstrukcyjnymi, niski (VL) nie jest w stanie wpływad na stężenie, w czasie trwania emisji i/lub nie może zabezpieczyd przed zbytnim zaleganiem atmosfery palnej po zakooczeniu emisji. ciągła prowadzi zwykle do strefy 0, pierwszego stopnia do strefy 1, a drugiego stopnia do strefy 2. Nie zawsze będzie to słuszne, jeżeli uwzględni się skutki wentylacji. W pewnych przypadkach stopieo wentylacji i poziom jej dyspozycyjności mogą byd tak wysokie, że w praktyce nie będzie tam przestrzeni zagrożonej. Przeciwnie, stopieo wentylacji może byd tak niski, że w efekcie strefa będzie miała niższą cyfrę znaczącą (tj. strefa 1 przestrzeni zagrożonej przy drugim stopniu emisji). Występuje to, np. kiedy poziom wentylacji jest taki, że atmosfera wybuchowa zalega i jest rozpraszana tylko powoli po zatrzymaniu emisji gazu lub pary. Wtedy atmosfera wybuchowa zalega dłużej, niż należałoby oczekiwad na podstawie emisji. Objętośd Vz (hipotetyczna objętośd atmosfery potencjalnie wybuchowej wokół źródła emisji, którą obliczona wg załącznika do rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów) może byd stosowana w celu zaszeregowania wentylacji do stopnia wysokiego, średniego albo niskiego. Czas zalegania t może byd stosowany przy podejmowaniu decyzji, jaki stopieo wentylacji jest wymagany w odniesieniu do pewnej przestrzeni, w celu zapewnienia zgodności z definicjami stref 0, 1 lub 2. Wentylacja może byd uważana za wentylację o stopniu wysokim (VH), kiedy objętośd Vz jest bardzo mała lub nawet pomijalna. Przy działającej wentylacji źródło emisji może byd uważane za nie wytwarzające atmosfery wybuchowej, tj. otaczająca przestrzeo jest niezagrożona. Jednak blisko źródła emisji będzie atmosfera wybuchowa, aczkolwiek o pomijalnie małym zasięgu. W praktyce, wentylacja o stopniu wysokim może byd stosowana tylko jako miejscowa wentylacja mechaniczna wokół źródła, w zamkniętych małych pomieszczeniach lub tam, gdzie emisja ma bardzo małą wydajnośd. Wentylacja o stopniu średnim (VM) wpływa na rozpraszanie emitowanego gazu palnego lub pary palnej. Czas potrzebny do rozproszenia atmosfery wybuchowej po zatrzymaniu emisji powinien byd taki, że będą spełnione kryteria strefy 1 lub strefy 2, zależnie od tego czy emisja jest pierwszego czy drugiego stopnia. Objętośd Vz często będzie mniejsza niż objętośd danej przestrzeni zamkniętej. W pewnych przypadkach, zależnie od rozmiarów przestrzeni zamkniętej, objętośd Vz może byd zbliżona do tej objętości zamkniętej. Wówczas całośd przestrzeni zamkniętej powinna byd sklasyfikowana jako zagrożona. Jeżeli koncepcja klasyfikowania wydzielonych stref nie ma zastosowania, wówczas należy uważad, że wentylację należy uważad za wentylację o stopniu niskim (VL). Przy wentylacji mającej niski stopieo, objętośd Vz często będzie zbliżona do objętości przestrzeni zamkniętej lub większa. Dyspozycyjnośd wentylacji ma wpływ na obecnośd lub występowanie atmosfery wybuchowej. Dlatego podczas określania rodzaju strefy dyspozycyjnośd (tak samo jak stopieo) wentylacji należy brad pod uwagę. Wyróżnia się trzy poziomy dyspozycyjności wentylacji: dobra: wentylacja w praktyce zawsze lub prawie zawsze; dostateczna: wentylacja w czasie normalnej pracy. Przerwy są dopuszczalne pod warunkiem ich rzadkiego występowania i w krótkich okresach. słaba: wentylacja, która nie spełnia wymagao dotyczących wentylacji dostatecznej lub dobrej, lecz nie dopuszcza się występowania przerw o długich okresach. Wentylacja, która nie spełnia wymagao nawet dyspozycyjności słabej nie należy brad pod uwagę jako przyczyniającej się do wentylacji przestrzeni.

5 Wpływ wentylacji na rodzaj strefy opisuje poniższa tabela. Stopieo wentylacji Rodzaj źródła emisji Wysoki Średni Mały Dyspozycyjnośd Dobra Dostateczna Słaba Dobra Dostateczna Słaba - ciągła 1 (0 NE) NW 1 (0 NE) 2 0, 1, NW pierwotna 1 (0 NE) NW 1 (1 NE) , 2 3 wtórna 2 (2 NE) NW 1 (2 NE) NW , (Z NE) nawiasy oznaczają strefy teoretyczne, które mogą byd pomijane w rzeczywistych warunkach pracy 2 Źródła wtórne tworzą strefę 2 (dopasowad strefę do faktycznej emisji dla każdego przypadku) 3 Strefa 0 może występowad, gdy wentylacja będzie tak słaba, że atmosfera wybuchowa będzie występowad zawsze + oznacza otoczony przez NW oznacza nie zagrożony wybuchem (brak strefy zagrożenia) Bibliografia 1. Ocena zagrożenia wybuchem Marek Wolioski, Grzegorz Ogrodnik, Jan Tomczuk, Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Warszawa Design safer solids processing plants Shrikant Dhodapkar, Konanur Manjunath, Pradeep Jain, The Dow Chemical Company, Chemical Engineering January, Fale elektromagnetyczne, czyli czym naprawdę jest światło? prof. Ryszard Naskręcki, ( 4. Niewiążące wskazówki właściwego postępowania dotyczące wykonania dyrektywy 1999/92/WE ATEX (atmosfery wybuchowe) Urząd Oficjalnych Publikacji Wspólnot Europejskich, Norma PN-EN :2001 Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. 6. Norma PN-EN :2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. - Częśd 10: Klasyfikacja obszarów zagrożonych wybuchem. 7. Norma PN-EN :2005 Urządzenia elektryczne do stosowania w obecności pyłów palnego. - Częśd 10: Klasyfikacja obszarów w których mogą byd obecne pyły palne.