WPŁYW WENTYLACJI NA ZAGROŻENIE WYBUCHEM AKUMULATOROWNI MAREK POLAK ZCh Police S.A.
WSTEP W prezentacji chciałbym przybliżyć nieco zapomniane zasady związane z bezpieczeństwem eksploatacji akumulatorowni z bateriami kwasowo ołowianymi. Przedstawiłem w prezentacji poprzedniej ilustracje zagrożeń powodowane przez emitowany podczas ładowania i pracy awaryjnej akumulatorów - wodór. Uzupełnieniem tekstu są praktyczne wyniki analiz zagrożeń wykonanych w akumulatorowniach na terenie jednego z zakładów przemysłowych, w którym sprawy bezpieczeństwa przeciwwybuchowego są realizowane zgodnie z dobrą praktyką inżynierską oraz wymaganiami przepisów prawnych i norm technicznych.
PODSTAWY PRAWNE Podstawę opracowania stanowią poniższe rozporządzenia i normy techniczne: Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. Ustawa Prawo energetyczne. Ustawa Kodeks Pracy. Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie rodzajów prac wymagających szczególnej sprawności psychofizycznej. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie rodzajów prac, które powinny być wykonywane przez co najmniej dwie osoby. Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej w sprawie szczegółowych zasad stwierdzania posiadanych kwalifikacji przez osoby zajmujące się eksploatacją urządzeń instalacji i sieci.
8. Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. 9. Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. 10. PN-EN 1127-1:2007 Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. Pojęcia podstawowe i metodologia (oryg). 11. PN-EN 60079-10:2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Część 10: Klasyfikacja obszarów niebezpiecznych (oryg). 12. PN-EN 50272-2:2007 Wymagania dotyczące bezpieczeństwa baterii wtórnych i instalacja baterii. Część 2: Baterie stacjonarne. 13. PN-EN 60896-11:2003 Baterie ołowiowe stacjonarne. Ogólne wymagania i metody badań. Typy otwarte.
14. PN-EN 61056-1:2003 Akumulatory ołowiowe - Ogniwa i baterie akumulatorowe (typy wyposażone w zawory). Wymagania ogólne, charakterystyki funkcjonalne. Metody badań. 15. PN-EN 14986:2007 Projektowanie wentylatorów stosowanych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (oryg). 16. Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa. 17. PN-EN- 1127-1:2001 Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. Pojęcia podstawowe i metodologia:
WYBRANE DEFINICJE I TERMINY W celu przybliżenia czytelnikowi zagadnienia związanego z akumulatorowniami podajemy następujące definicje i określenia zgodne z EN 50272-2 Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i instalowania baterii wtórnych. Część 2: Baterie stacjonarne Podział wstępny /wyjaśnienie/ Bateria to jedno lub więcej ogniw galwanicznych (elektrochemicznych) połączonych elektrycznie umożliwiających przyłączenie do nich innych urządzeń elektronicznych. Wnętrze baterii to dwa różne metale w elektrolicie, który transportuje energię elektryczną. W baterii mogą się jeszcze znaleźć inne składniki, które pomagają zapanować nad reakcjami chemicznymi w niej zachodzącymi. Wyróżniamy dwie główne grupy baterii: Baterie pierwotne Baterie odnawialne (wtórne, ładowalne i akumulatorowe)
Baterie pierwotne - zbudowane z materiałów używanych w produkcji baterii wtórnych. Konstrukcja i proces produkcji jest zupełnie inny, dlatego też nie należy ładować baterii pierwotnych: Litowe Srebrowe Cynkowo-węglowe Cynkowo-powietrzne Rtęciowe Alkaliczno-manganowe Alkaliczne
Prawie 90% sprzedawanych w Polsce baterii to baterie jednorazowe. Baterie alkaliczne i alkaliczno-manganowe nie powinny w Polsce zawierać rtęci, ale dużo baterii trafia do kraju z zagranicy, np. z podróży. Dlatego też zanieczyszczenie rtęcią z baterii to jeszcze ciągle duży problem w Polsce.
Baterie odnawialne (wtórne, ładowalne i akumulatorowe) Baterie niklowo-kadmowe Ładowalne baterie alkaliczno-manganowe Baterie niklowo-wodorkowe Baterie litowo-jonowe Baterie ołowiowo-kwasowe
Pozostałe definicje pojęć są zamieszczone w materiałach konferencyjnych (wtórne) ogniwo; (akumulatorowe) ogniwo; pojedyncze ogniwo Otwarte (wtórne) ogniwo (wtórne) ogniwo regulowane zaworem (wtórne) ogniwo szczelnie zamknięte bateria wtórna bateria kwasowo-ołowiowa bateria niklowo-kadmowa bateria stacjonarna bateria monoblokowa elektrolit
gazowanie; emisja gazu ładowanie; ładowanie (baterii) ładowanie konserwacyjne napięcie ładowania konserwacyjnego prąd ładowania konserwacyjnego ładowanie przyspieszone napięcie ładowania przyspieszonego prąd ładowania przyspieszonego wyładowanie; wyładowanie (baterii) przeładowanie; przeładowywanie (baterii)
Definicje i terminy związane z oceną zagrożenia wybuchem akumulatorni. 1. Baterie akumulatorów klasyczne 2. Baterie akumulatorów z ograniczoną obsługą 3. Baterie akumulatorów VRLA 4. Ładowanie wyrównawcze
Prostowniki - prostowniki, często zwane zasilaczami, są przeznaczone do ładowania baterii akumulatorów, bądź zasilania odbiorników prądu stałego przy buforowej współpracy z baterią akumulatorów. Znamionowe napięcie wyjściowe prostowników jest dostosowane do znamionowych napięć baterii. W nowszych typach prostowników, jako człony prostownikowe, stosowane są elementy półprzewodnikowe: diody, tranzystory i tyrystory, w starszych - stosy selenowe. Prostowniki oprócz podstawowego układu prostującego posiadają w zależności od typu następujące układy: regulator i stabilizator napięcia wejściowego, regulator i stabilizator prądu stałego, ogranicznik prądu,
kompensacji temperatury, separacji galwanicznej obwodów prądu stałego i przemiennego, automatycznej kontroli ciągłości obwodu baterii, wyboru rodzaju pracy: ładowanie buforowe, formujące, szybkie ładowanie, pomiary: -napięcia wyjściowego, -prądów baterii i odbiorów, - temperatury baterii, - doziemienia biegunów, - ładunku dostarczonego i odprowadzonego z baterii, sygnalizacji pracy normalnej i stanów awaryjnych, rejestrator pracy baterii, współpracy z systemem zdalnego sterowania i nadzoru.
Rozdzielnica potrzeb własnych prądu stałego -układ zasilającyinstalacje i urządzenia prądu stałego będące na wyposażeniu obiektu elektroenergetycznego, składający się z zasilaczy (prostowników), baterii akumulatorów, szyn zbiorczych, zabezpieczeń obwodów zasilających i odpływowych, pomiarów napięć i prądów, układów kontroli i sygnalizacji stanu pracy.
PODSTAWY PRAWNE OBLIGUJĄCE WYKONANIE OCENY ZAGROŻENIA WYBUCHEM Rozporządzenia obligatoryjnie podające wymiary stref zagrożenia wybuchem: Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać bazy i stacje paliw płynnych, rurociągi dalekosiężne do transportu ropy naftowej i produktów naftowych i ich usytuowanie. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Gospodarki żywnościowej w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki rolnicze i ich usytuowanie.
Podstawy prawne, obligujące do klasyfikowania stref zagrożenia wybuchem określa rozporządzenie [1] oraz [16]. tj. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. Nr 80, poz. 563). Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa (Dz. U. nr 107, poz. 1004).
Zgodnie z rozporządzeniem w obiektach i na terenach przyległych, gdzie prowadzone są procesy technologiczne z użyciem substancji palnych mogących wytworzyć mieszaniny wybuchowe lub w których substancje takie są magazynowane, powinna być dokonana ocena zagrożenia wybuchem; obejmuje ona wskazanie pomieszczeń zagrożonych wybuchem, wyznaczenie w pomieszczeniach i przestrzeniach zewnętrznych odpowiednich stref zagrożenia wybuchem oraz wskazanie czynników mogących w nich zainicjować zapłon; oceny tej dokonują inwestor, projektant lub użytkownik decydujący o procesie technologicznym;
Klasyfikację stref zagrożenia wybuchem określa - PN-EN- 1127-1:2001 Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. Pojęcia podstawowe i metodologia: wyznaczanie stref zagrożenia wybuchem zaleca się wykonywać zgodnie z normą [10] dotycząca zapobiegania wybuchowi i ochronie przed wybuchem; pomieszczenie w którym może wytworzyć się mieszanina wybuchowa powstała z wydzielającej się takiej ilości palnych gazów, par, mgieł lub pyłów, której wybuch mógłby spowodować przyrost ciśnienia w tym pomieszczeniu przekraczający 5 kpa, określa się jako pomieszczenie zagrożone wybuchem; w pomieszczeniu należy wyznaczać strefę zagrożenia wybuchem, jeżeli może w nim występować mieszanina wybuchowa o objętości co najmniej 0,01m3 w zwartej przestrzeni; strefy zagrożenia wybuchem wyznaczone w pomieszczeniach i przestrzeniach zewnętrznych, klasyfikuje się odpowiednio.
Wymagania budowlane dla pomieszczeń zagrożonych wybuchem zgodnie z: Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i usytuowanie. Rozporządzenie wydane na podstawie ustawy Prawo budowlane określa, między innymi, warunki, które przy zachowaniu przepisów Prawa budowlanego oraz odrębnych ustaw i przepisów szczególnych jak również ustaleń Polskich Norm zapewniają: -bezpieczeństwo konstrukcji, -bezpieczeństwo pożarowe i -bezpieczeństwo użytkowania budynków i związanych z nimi urządzeń.
-rozporządzenie precyzuje, że pomieszczenie zagrożone wybuchem należy sytuować na najwyższej kondygnacji budynku, chyba że. właściwy organ -komendant wojewódzki Państwowej Straży Pożarnej wyraża na to zgodę. -ponadto nad pomieszczeniem zagrożonym wybuchem należy stosować lekki dach wykonany z materiałów co najmniej trudno zapalnych, o masie nie przekraczającej 75 kg/m2 rzutu (liczonej bez obciążeń od elementów konstrukcji nośnej dachu, takich jak podciągi, wiązary, belki) -jeśli w pomieszczeniu może się wydzielać (lub przenikać doń z zewnątrz) substancja palna w ilościach stwarzających zagrożenie wybuchem, należy w nim zastosować dodatkową, awaryjną wentylację wywiewną, uruchamianą od wewnątrz i z zewnątrz pomieszczenia zapewniającą wymianę powietrza stosownie do przeznaczenia pomieszczenia.
Wykonując taką instalację, należy zwrócić uwagę na następujące wymagania: -przewody instalacji i klimatyzacji z pomieszczeń zagrożonych wybuchem nie mogą łączyć się z przewodami z innych pomieszczeń, - w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem należy stosować oddzielną dla każdego pomieszczenia instalację wyciągową, - w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem należy stosować urządzenia wstrzymujące automatycznie pracę wentylatorów w razie powstania pożaru i sygnalizujące ich wyłączenie, jeżeli działanie wentylatorów mogłoby przyczynić się do jego rozprzestrzenienia, - usytuowanie wentylacyjnych otworów wyciągowych powinno uwzględniać gęstość względną par cieczy i gazów występujących w pomieszczeniu w stosunku do powietrza oraz przewidywany kierunek ruchu zanieczyszczonego powietrza,
- w pomieszczeniach w których mogą występować pyły, tworzące z powietrzem mieszaniny wybuchowe, otwory wentylacji nawiewnej powinny być usytuowane oraz wykonane tak, aby nie powodowały unoszenia pyłów osiadłych. Ponadto, w obiektach w których znajdują się pomieszczenia zagrożone wybuchem należy: -budynki wyposażyć w instalację chroniącą od wyładowań atmosferycznych zgodnie z PN, - instalację elektryczną wykonać zgodnie z PN odnoszącymi się do instalacji i urządzeń znajdujących się w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.
Występowanie w obiekcie lub strefie pożarowej zagrożenia wybuchem znacząco wpływa na dopuszczalną wielkość strefy pożarowej. W budynkach jednokondygnacyjnych strefy pożarowe bez pomieszczeń zagrożonych wybuchem mogą mieć 2-2,5 razy większą powierzchnię niż strefy pożarowe z pomieszczeniami zagrożonymi wybuchem. -Ponadto, odległość między budynkiem produkcyjnym lub magazynowym z pomieszczeniem zagrożonym wybuchem a innym budynkiem nie może być mniejsza niż 20 m. -Występowanie w obiekcie zagrożenia wybuchem ma istotny wpływ na wymagania dotyczące dróg ewakuacyjnych.
Jeśli powierzchnia pomieszczenia zagrożonego wybuchem przekracza 100 m2, należy zapewnić co najmniej dwa wyjścia ewakuacyjne ( 238), a drzwi stanowiące wyjścia ewakuacyjne powinny się w takim wypadku otwierać na zewnątrz pomieszczenia. Jeśli w niskim budynku produkcyjno-magazynowym znajduje się pomieszczenie zagrożone wybuchem, należy w takim budynku zastosować obudowaną i zamykaną drzwiami klatkę schodową, z urządzeniami zapobiegającymi zadymieniu lub służącymi do usuwania dymu.
Zgodnie z rozporządzeniem [16] na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa, pracodawca, nie naruszając innych przepisów z zakresu oceny stopnia zagrożeń dla zdrowia i bezpieczeństwa w miejscu pracy oraz stosowania odpowiednich środków ochronnych, powinien dokonywać, nie rzadziej niż raz w roku, oceny ryzyka, w tym w szczególności dotyczącej: prawdopodobieństwa wystąpienia i trwałości atmosfery wybuchowej; dokumentu zabezpieczenia stanowiska pracy przed wybuchem, który powinien zawierać informacje o identyfikacji atmosfer wybuchowych i ocenę ryzyka wystąpienia wybuchu; miejsca pracy, w których mogą wystąpić atmosfery wybuchowe, powinny być sklasyfikowane z uwzględnieniem podziału na strefy zagrożenia wybuchem, zgodnie z normą [10].
WPŁYW WENTYLACJI NA OCENĘ ZAGROZENIA WYBUCHEM Wpływowi wentylacji na ocenę zagrożenia wybuchem poświęcony jest załącznik B (informacyjny) WENTYLACJA PN-EN 60079-10:2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Część 10: Klasyfikacja obszarów niebezpiecznych (oryg). Wprowadzenie Celem tego rozważania jest: oszacowanie stopnia wentylacji i rozszerzenie rozdziału 5 normy PN-EN 60079-10:2003 przez zdefiniowanie warunków wentylacji, oraz podanie wskazówek do projektowania systemów wentylacji mechanicznej przez wyjaśnienia, przykłady i obliczenia, ponieważ mają one największy wpływ na rozpraszanie wyemitowanych gazów palnych i par palnych.
Opracowane metody pozwalają określić rodzaj strefy przez: oszacowanie minimalnej wydajności wentylacji wymaganej do zapobieżenia istotnemu rozprzestrzenianiu się atmosfery wybuchowej i zastosowanie jej do obliczenia hipotetycznej objętości Vz, która wraz z oszacowanym czasem rozpraszania t, pozwala na określenie stopnia wentylacji. Obliczenia te nie są przeznaczone do określania wymiarów przestrzeni zagrożonych; określenie rodzaju strefy na podstawie stopnia i dyspozycyjności wentylacji oraz stopnia emisji. Pomimo, że szacunki te przede wszystkim dotyczą wentylacji wewnątrz obiektów, wyjaśnione rozwiązania mogą pomagać w przypadku lokalizacji w terenie otwartym np. przez zastosowanie ustaleń zestawionych w tablicy B.1. w/w normy.
Zalecenia praktyczne Tabela 1. /tablicy B.1./ Wpływ wentylacji na rodzaj strefy. Wentylacja Stopień Stopień Wysoki Średni Niski emisji Dyspozycyjność Dobra Dostate czna Słaba Dobra Dostate czna Słaba Dobra, dostateczn a lub słaba Ciągła (Strefa 0 NE) Niezagr ożona 1) (Strefa 0 NE) Strefa 2 1) (Strefa 0 NE) Strefa 1 1) Strefa 0 Strefa 0 + Strefa 2 Strefa 0 + Strefa 1 Strefa 0 Pierwsz y (Strefa 1 NE) Niezagr ożona 1) (Strefa 1 NE) Strefa 2 1) (Strefa 1 NE) Strefa 2 1) Strefa 1 Strefa 1 + Strefa 2 Strefa 1 + Strefa 2 Strefa 1 lub Strefa 0 3) Drugi 2) (Strefa 2 NE) Niezagr ożona 1) (Strefa 2 NE) Niezagr ożona 1) Strefa 2 Strefa 2 Strefa 2 Strefa 2 Strefa 1 a nawet strefa 0 3) Dla zainteresowanych zalecam zapoznanie się z pełną zawartością załącznika B (informacyjny) WENTYLACJA normy [11]
ANALIZA ZAGROŻENIA WYBUCHEM AKUMULATOROWNI Zgodnie z Załącznikiem B (informacyjny) do EN 50272-2 Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i instalowania baterii wtórnych. Część 2: Baterie stacjonarne. Obliczanie bezpiecznej odległości d dla ochrony przed niebezpieczeństwem wybuchu W bliskim sąsiedztwie od źródła emisji z ogniwa lub baterii, rozpraszanie wybuchowych gazów nie zawsze jest zapewnione. Dlatego należy przestrzegać bezpiecznej odległości d, mierzonej w powietrzu, w której zabroniona jest obecność otwartego ognia, iskrzenia, łuku elektrycznego lub żarzących narzędzi (maksymalna temperatura powierzchni 300oC).
Rozpraszanie wybuchowych gazów zależy od szybkości emisji gazy oraz charakterystyki wentylacji w pobliżu źródła emisji. Minimalną bezpieczną odległość d można oszacować: - obliczając rozmiary hipotetycznej objętości Vz potencjalnie wybuchowego gazu dookoła źródła emisji, gdzie koncentracja wodoru znajduje się poniżej bezpiecznej koncentracji dolnej granicy wybuchowości (LEL) Obliczanie bezpiecznej odległości d. Oszacowanie objętości Vz - hipotetyczna objętość atmosfery potencjalnie wybuchowej wokół źródła emisji
ANALIZA ŹRODEŁ ZAPŁONU Zgodnie z normą [10] podczas analizy zagrożenia wybuchem należy rozpatrzyć wymienione w tabeli potencjalne źródła zapłonu. 1. Gorące powierzchnie. 8. Uderzenie pioruna. 2. Płomienie i gazy gorące. 9. Fale elektromagnetyczne. 3. Iskry wytwarzane mechanicznie. 10. Promieniowanie jonizujące. 4. Urządzenia elektryczne. 11. Ultradźwięki. 5. Prądy błądzące. 12. Sprężenie adiabatyczne i fale uderzeniowe. 6. Ochrona katodowa przed korozją. 13. Reakcje egzotermiczne włącznie z samozapaleniem gazów. 7. Elektryczność statyczna. 14 Dodatkowo promieniowanie optyczne W akumulatorowniach ewentualnymi źródłami zapłonu mogą być źródła wymienione w Tabeli2 w pozycjach 1, 3, 4, 7,8.
Parametry wodoru związane z oceną zagrożenia wybuchem: Wzór chemiczny H2; Masa cząsteczkowa 2,016; Ciężar względem powietrza 0,068; Temperatura samozapłonu 580oC; Klasa temperaturowa T1; DGW 4%; / 3,4g/m3; GGW 75%;/ 63g/m3; Grupa wybuchowości IIC; MIE 0,011mJ; Maksymalny przyrost ciśnienia przy wybuchu w mieszaninie z powietrzem Pmax = 625 kpa.
OPIS TECHNICZNY ANALIZOWANYCH AKUMULATOROWNI Tabela 3. Informacje o akumulatorniach i bateriach. L.p. Rodzaj wentyl acji Kubatura pomieszc zenia [m 3 ] Ilość ogniw w baterii Pojem ność ogniw [Ah] Wydajność wentylacji [m 3 /h] Krotność wymiany powietrza 1. W 174,7 104 + 12 507 217 1,24 2. W 201,2 104 + 12 452 219 1,09 3. W 139,8 104 + 12 572 1080 7,72 4. W 143 104 + 12 572 1089 7,62 5. NW 174 104 + 12 572 2220 12,7 6. NW 89 104 286 1484 16,6
Koncentracja wodoru w pomieszczeniach akumulatorowi jest ograniczona poprzez zastosowanie wentylacji. Pomieszczenia akumulatorni zostały wybudowane i wyposażone w latach 80-tych. W związku z powyższym nie zachowała się dokumentacja techniczna dotycząca wentylacji poszczególnych akumulatorni tj. -krotności wymian powietrza; -wydajności wentylatorów; -przekrojów przewodów wentylacyjnych. Konieczne więc było wykonanie inwentaryzacji pomieszczeń oraz pomiarów wentylacji wzorowanym anemometrem i ocena na tej podstawie wydajności wentylacji.
W akumulatorniach zastosowano następujące zabezpieczenia przed gromadzeniem się wodoru: - mechaniczna wentylacja wyciągowa. - wentylacja nawiewno-wywiewna - zawory regulacyjne systemu zewnętrznej rekombinacji gazów
Sprawdzenia i pomiarów obecności wodoru w akumulatorniach podczas pracy układów wentylacji dokonano dwukrotnie. Otrzymano następujące wyniki: 1) Pomiar obecności wodoru za pomocą wzorcowanego miernika MX2100 produkcji OLDHAM o zakresie od 0 do 100% dolnej granicy wybuchowości (DGW) nie stwierdzono obecności wodoru. 2) Pomiar obecności wodoru za pomocą wzorcowanego miernika MX21 produkcji OLDHAM o zakresie od 0 do 2200 ppm - nie stwierdzono obecności wodoru. W akumulatorniach w czasie ładowania baterii wydziela się wodór, który dzięki zastosowaniu skutecznej wentylacji (w tym przypadku) nie jest w stanie utworzyć 0,01m3 mieszaniny wybuchowej w zwartej przestrzeni. W związku z powyższym, biorąc pod uwagę zapisy w 33.7 rozporządzenia [1] nie ma potrzeby wyznaczania stref zagrożenia wybuchem w akumulatorniach.
obliczeń teoretycznych sprawdzających maksymalną objętość V wydzielającego się wodoru w trakcie ładowania baterii: Objętość V wydzielającego się wodoru w trakcie ładowania baterii obliczamy ze wzoru: V= 0,000105 x E x n [m3/h] E pojemność baterii [Ah] N ilość ogniw w baterii szt. Obliczenie sprawdzające przyrost ciśnienia ΔP w poszczególnych pomieszczeniach akumulatorowi. Przyrost ciśnienia w pomieszczeniu ΔP (w Pa), spowodowany przez wybuch z udziałem jednorodnych palnych gazów lub par o cząsteczkach zbudowanych z atomów węgla, wodoru, tlenu, azotu i chlorowców, jest określany za pomocą równania: ΔP = m max ΔP V C st max ρ W
Tabela podsumowująca L.p. Pojemn ość ogniwa [Ah] Objętość wydzielającego się wodoru w trakcie ładowania baterii V [m 3 /h] ΔP [kpa] ΔP [kpa] po uwzględnien iu wentylacji Maksymaln y prąd ładowania [A] 1. 507 6,17 13,6 6,07 200 2. 452 5,50 10,02 4,79 200 3. 572 6,97 18,27 2,1 200 4. 572 6,97 17,86 2,1 200 5. 572 6,97 14,72 1,07 200 6. 286 3,12 12,86 0,73 125 Współczynnik zmniejszający k: k = 1+n x t n ilość wymian powietrza w pomieszczeniu przy działaniu wentylacji. [h-1] t przewidywany czas wydzielania gazów. [h]
ZAGROŻENIA PODCZAS WYKONYWANIA PRAC PRZY BATERIACH AKUMULATORÓW Personel obsługi w trakcie wykonywania prac przy bateriach akumulatorów jest narażony na niebezpieczeństwa: porażenia prądem elektrycznym, zatrucia oparami kwasu siarkowego, zatrucia ołowiem, poparzenia kwasem lub jego roztworami.
UWAGI i ZALECENIA W celu podniesienia bezpieczeństwa i higieny pracy należy zachować szczególne środki ostrożności i wykonać zaproponowane poniżej modyfikacje techniczne. Wymienić oprawy oświetleniowe w akumulatorniach na wykonanie przeciwwybuchowe Ex. Rozważyć zakup zaworów regulujących systemu zewnętrznej rekombinacji gazów (30 zł/szt.), co pozwoli ograniczyć emisję wodoru o połowę i ułatwi eksploatację baterii Rozważyć zastosowanie czujników stężenia wodoru z sygnalizacją przekroczenia np. 20 % dolnej granicy wybuchowości wodoru w akumulatorniach do pomieszczeń nadzorowanych np.głównego Inżyniera Ruchu. Wymienić wentylatory wyciągowe na w wykonaniu przeciwwybuchowym Ex odpowiednie dla: klasy temperaturowej T1; grupy wybuchowości IIC;
Zapewnić niezawodność zasilania układów wentylacji wraz z sygnalizacją braku ich pracy. Zwiększyć intensywność wentylacji w wybranych akumulatorowniach. Zapewnienie rozmieszczenia otworów wentylacji wyciągowej i nawiewnej zgodnie z następującymi zasadami: - otwory nawiewne nisko, jak najbliżej posadzki; - otwory wywiewne w najwyższym punkcie pomieszczenia jak najbliżej stropu; - rozmieszczenie otworów wywiewnych i nawiewnych w przeciwległych punktach pomieszczenia.
PODSUMOWANIE Z uwagi na złożoność zagadnienia prosta zdawałoby się ocena zagrożenia wybuchem w akumulatorowi wymaga znajomości szeregu zapisów normatywnych i prawnych. Istnieje cały zestaw norm i przepisów których wymagania w tym szczególnym wypadku powinny być spełnione dla poprawnej / bezpiecznej/ pracy obiektu. Dlatego powierzenie zadania analiz bezpieczeństwa osobom nie posiadającym odpowiednio szerokiego doświadczenia w ocenie ryzyka i określenia zagrożeń oraz stosowania właściwych środków ochrony nie jest wskazane. Analiza pracy akumulatorowni pod względem zagrożenia wybuchowego wskazuje na to, że może wystąpić taka sytuacja, w której zastosowanie jednego z czynników technicznych pozwala np. ograniczyć ogólne zagrożenie wybuchem, a co za tym idzie również zmniejszyć koszty jakie należałoby ponieść na zabezpieczenie danego obiektu. W tym przypadku istotnym i oczywistym czynnikiem jest właściwie zrealizowany system wentylacji.
Lp Norma Wymagana wentylacja w akumulatorowni Uwagi 1 NFPA 76 Wydajność wentylacji wywiewnej mierzona w stopach sześciennych na minutę powinna być nie mniejsza niż powierzchnia pomieszczenia w stopach kwadratowych. 2 Tamil Nadu Faktory Rulet, 2002 Powinna być zapewniona sześciokrotna wymiana powietrza w ciągu godziny. Jest to zalecenie z dot. zdrowia. 3 ASHRAR E 62 1 CFM na ładujący amper lecz nie mniej niż 6 wymian powietrza na godzinę. 4 IS :12332-12 wymian powietrza na godzinę dla akumulatorni; - wymuszony napływ powietrza i sprawny system wywiewny; - urzywanie ognioszczelnego wyposażenia; - wlot powietrza zlokalizowany przy podłodze; - wylot powietrza w najwyższym punkcie pomieszczenia Ta norma jest do stosowania w przemyśle a zalecenia mogą być rozszerzone na akumulatornie.
Lp Norma Wymagana wentylacja w akumulatorowni Uwagi 5 DIN VDE 0510 cz.2 par.7. Minimalny strumień powietrza Q musi wynosić: Q(m 3 /h)=0,05 x n x I(A) x f1 x f2 gdzie: Q - strumień powietrza w m3 na godzinę n - liczba cel w baterii (108 dla 220V) I - prąd ładowania w A (1A na 100Ah) f1 i f2 - współczynnik redukcyjny 0,5 6 Załącznikiem B (informacyjny) do EN 50272-2 Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i instalowania baterii wtórnych. Część 2: Baterie stacjonarne Ilość wymian powietrza na godzinę. Kalkulacja według następującej formuly: Q = O,O5xnxI Q - Ilość wymian powietrza na godzinę [m 3 /h]. n ilość cel baterii I - prąd ładowania w A (1A na 100Ah) zgodnie z tabelą z EN 50272-2 Minimalne powierzchnie wlotu i wylotu powietrza dla wentylacji naturalnej A powinna być większa lub równa A = 28 x Q gdzie: Q - Ilość wymian powietrza na godzinę [m 3 /h].