Podcast ATEX

Sebastian Gruszka: Dzień dobry państwu. Witam serdecznie Ciebie Zbyszku. Jest mi niezmiernie miło, że przyjąłeś moje zaproszenie i że chcesz dzielić się swoją wiedzą i doświadczeniem z zakresu bezpieczeństwa wybuchowego. Dziś jednak skupimy się na wąskim wycinku tejże wiedzy, a mianowicie na 4 rodzajach zabezpieczeń przeciwwybuchowych.

Powiem jednak w tym momencie, o czym nie chciałbym rozmawiać w czasie dzisiejszego programu, a mianowicie nie chcę poruszać tematu konkretnych rozwiązań, konkretnych zabezpieczeń, konkretnych marek. W zamian chcę się skupić na technikach przeciwwybuchowych, jakie stosujemy w dziedzinie bezpieczeństwa wybuchowego. Mam tu na myśli tłumienie wybuchu, odciążanie wybuchu oraz izolację wybuchu. Powiemy o zaletach, ale przede wszystkim o ograniczeniach tych poszczególnych rodzajów zabezpieczeń przeciwwybuchowych i myślę, że ta wiedza jest niezbędna dla kilku grup odbiorców. Będą to przede wszystkim

• pracownicy zakładów przemysłowych, gdzie występują strefy zagrożenia wybuchem,
• będą to pracownicy firm ubezpieczeniowych i brokerskich, które ubezpieczają zakłady przemysłowe, gdzie występuje ryzyko wybuchu,
• projektanci, którzy projektują instalacje, w których obrębie występuje zagrożenie wybuchem,
• rzeczoznawcy do spraw zabezpieczeń pożarowych, którzy nierzadko biorą udział właśnie w procesie oceny ryzyka,
• szacowania ryzyka czy też zabezpieczenia instalacji przeciwwybuchowych.

Zanim przejdziemy do sedna tej rozmowy, czyli właśnie do tych ograniczeń, zrobimy taki krótki wstęp teoretyczny. W czasie tego występu poruszymy dwa aspekty:

1. podstawy prawne – mam tu na myśli rozporządzenia i normy, które są wymagane w czasie doboru zabezpieczeń przeciwwybuchowych,
2. parametry wybuchowości, które są kluczowe dla prawidłowego doboru zabezpieczeń przeciwwybuchowych. Powiemy które parametry są ważne, powiemy, jak one wpływają na dobór, co one oznaczają oraz jak je rozumieć.

Dziś moim gościem będzie Zbigniew – człowiek, który można powiedzieć, zjadł zęby na zabezpieczeniach przeciwwybuchowych, człowiek, który brał udział w zabezpieczaniu setek instalacji przemysłowych przed skutkami wybuchu. Czyli jednym słowem człowiek, który ma mandat do tego, aby wypowiadać się w temacie ograniczeń i ryzyk związanych z zastosowaniem zabezpieczeń przeciwwybuchowych. Zbigniew jest współwłaścicielem firmy GRUPA WOLFF, która działa w obszarze bezpieczeństwa wybuchowego, dostarcza zarówno zabezpieczenia, jak i know-how, ale także wykonuje dokumenty wymagane dyrektywą ATEX, czyli reasumując, kompleksowo realizuje projekty w dziedzinie bezpieczeństwa wybuchowego.

Przejdźmy do pierwszego pytania. Czy możesz przybliżyć, jakie normy i rozporządzenia są kluczowe przy doborze zabezpieczeń przeciwwybuchowych?

Zbignie Wolff: Witam cię Sebastianie, witam wszystkich państwa słuchaczy. Jak najbardziej mamy kilka podstaw prawnych wynikających z dyrektyw Unii Europejskiej – mówimy tu o dyrektywach ATEX, jak i ich przełożeniu na prawo polskie wynikające z rozporządzeń ministra. Rozporządzenia te dotyczących producentów różnego typu urządzeń, które pracują w atmosferach wybuchowych, a także samych użytkowników, czyli właścicieli firm. To drugie rozporządzenie definiuje, jak należy zabezpieczyć stanowiska pracy, żeby one były bezpieczne dla personelu, otoczenia i środowiska. Te dyrektywy odnoszą się również, co nie jest oczywiste, w większości przypadków do norm. Czyli można uznać, a wręcz należy uznać, że jeżeli jakieś prawo odnosi się bezpośrednio do konieczności stosowania norm, to te normy są obowiązkowe, a nie, jak w przypadku większości norm, są zaleceniem, czy sugestią. Czyli trzeba przyjąć, że aktualne normy są obowiązującym prawem. I takie podstawowe normy dotyczące bezpieczeństwa wybuchowego, które w tym przypadku będą nas interesowały to:

• PN-EN 14373:2006 – Systemy tłumienia wybuchu
• PN-EN 15089:2010 – Systemy izolowania wybuchu
• PN-EN 14797:2009 – Urządzenia odciążające wybuch
• PN-EN 14491:2012 – Systemy ochronne odciążające wybuchy pyłów
• PN-EN 14994:2009 – Systemy zabezpieczające przez odciążenie wybuchu gazu
• PN-EN 16009:2011 – Bezpłomieniowe urządzenia odciążające wybuch
• PN-EN 14460:2018-02 – Urządzenia odporne na wybuch

To są podstawy prawne, które nas w tej chwili obowiązują, czyli oba rozporządzenia ministra, jak i normy, do których się one odnoszą. Oczywiście nie można w tym przypadku również zapomnieć o dyrektywie maszynowej, która również ma pewne implikacje na normy i urządzenia pracujące w strefach zagrożonych wybuchem czy to pyłu, czy to gazów, oparów, czy mieszanin hybrydowych. Ale żebyśmy mogli posługiwać się dalej tymi normami i rozporządzeniami, musimy znać szereg parametrów, które pozwolą nam w prawidłowy sposób dobrać rodzaj zabezpieczenia przeciwwybuchowego dla konkretnego urządzenia. Musimy znać parametry wybuchowości danego produktu, z którym mamy do czynienia.

Kluczowe do doboru zabezpieczeń przeciwwybuchowych są dwie wartości:

Kst (maksymalna wartość przyrostu ciśnienia w czasie dla danej objętości) – mówi nam wprost o tym, jak szybko i z jaką dynamiką osiągniemy nasze maksymalne ciśnienie wybuchu dla danego produktu. Wartość Kst określa się poprzez wykonanie stosownych badań, które też są znormalizowane.

Drugim ważnym parametrem jest Pmax. Jest to maksymalne ciśnienie, jakie dany produkt może w sytuacji nagłego spalania (czyli wybuchu) osiągnąć w zamkniętej kubaturze.

Średnio mówimy tutaj o ciśnieniu pomiędzy 5 a 10 bar nadciśnienia, co w porównaniu z wytrzymałością konstrukcją urządzeń na poziomie 0,2 – 0,6 bar, jest wartością co najmniej o rząd wielkości wyższą . Dlatego musimy się poważnie zastanowić, nad poprawnym doborem zabezpieczeń.

Wrócę jeszcze na chwilę do wartości Kst – jak mówiłem, ona odkreśla, jak szybko to maksymalne ciśnienie wybuchu osiągniemy i z jaką dynamiką. I teraz chciałbym zwrócić uwagę na jeden często popełniany błąd. Mianowicie sporo osób ocenia na bazie Kst czy dany pył jest mało, średnio, lub bardzo wybuchowe. Ewentualnie takiej oceny dokonują na podstawie klasy wybuchowości St1, St2, St3, która jest pochodna Kst. To bardzo błędne podejście, ponieważ ta wartość jest ważna, ale tak naprawdę dla firmy, która dobiera zabezpieczenia przeciwwybuchowe – dla obliczeń – ale dla użytkownika tak naprawdę nie ma znaczenia. W praktyce nie ma znaczenia czy my to nasze ciśnienie osiągniemy w ciągu jednego mrugnięcia oka, pół mrugnięcia oka, czy 1/4 mrugnięciu. Bo właśnie o takich prędkościach mówimy w przypadku wybuchów. Dlatego nie możemy dokonywać oceny, czy dana instalacja powinna zostać zabezpieczona, czy też nie na bazie Kst, czy klasy wybuchowości. Jest to duży błąd i niezrozumienie tematu. Pamiętajmy – gdy mamy Kst 50, a Pmax 5 albo 10 bar, to wybuch i tak będziemy mieli, i tak dojdzie do rozerwania niezabezpieczonych instalacji, bo przekroczymy znacząco jej wytrzymałość konstrukcji. A czy to się odbędzie w ciągu 10, 12, 200, czy 500 milisekund, to z punktu widzenia użytkownika i aparatury nie ma żadnego znaczenia.

SG: Czyli Kst jest ważne tylko z punktu widzenia zabezpieczeń przeciwwybuchowych i ich doboru. Im wyższe Kst, tym szybciej wybuch się rozprzestrzenia w aparacie, i tym samym musi mieć bardziej wyrafinowane zabezpieczenie. Natomiast to nie oznacza, że taki wybuch nie osiągnie swojego maksymalnego ciśnienia i nie rozerwie aparatu. Czyli posługiwanie się Kst, aby ocenić potencjalne szkody, jest błędem, bo tak naprawdę jeśli mamy dwa pyły, z których każdy jest w stanie wygenerować maksymalne ciśnienie wybuchu na poziomie 9 bar, to to ciśnienie zostanie osiągnięte niezależnie czy ich Kast wynosi 10, czy 300 bar x m / s.

ZW: W najgorszym możliwym przypadku tak dokładnie będzie. A chciałbym jeszcze w tym przypadku zwrócić uwagę na jedną, ważną rzecz – Dyrektywa ATEX wymusza na użytkowniku, na projektancie, na producencie instalacji zagrożonej wybuchem, rozpatrzenia najgorszego możliwego przypadku, jaki się pojawi. Czyli jeżeli w urządzeniu mamy wyznaczoną strefę 20, bądź 21, my musimy zabezpieczyć się na każdą ewentualność, nawet tą, która może skrajnie rzadko wystąpić. Czyli nie możemy sobie przyjąć, że zakładamy jakąś średnią wartość i do tego się zabezpieczamy, my musimy przyjąć najgorsze parametry i warunki, jakie mogą powstać, i przed nimi mamy obowiązek się zabezpieczyć.

SG: Czyli jeśli dostajemy wyniki z badań danego pyłu, gdzie było przeprowadzonych kilka testów i jeden pokazał, że maksymalne ciśnienie wybuchu, to jest 2 bary, drugi 2,5 bara a trzeci 3 bary, to my musimy zabezpieczyć się na te 3 bary.

ZW: Tak jest.

SG: Myślę, że Kst mamy dość dobrze opisane. Chciałbym teraz przejść do Pmax, czyli maksymalnego ciśnienia wybuchu. Jakie konsekwencje rodzi wartość tego parametru z punktu widzenia doboru zabezpieczeń?

ZW: Znaczące, ponieważ im większa wartość Pmax, w korelacji częściowo do wartości Kst, tym mamy większe trudności z zabezpieczeniem urządzenia czy instalacji. Przykładowo może to oznaczać, że nasze zabezpieczenia przeciwwybuchowe albo będą droższe, albo nie będzie się w ogóle dało aparatu zabezpieczyć, a wynika to jeszcze z jednej bardzo ważnej wartości, czyli wytrzymałości konstrukcyjnej samego aparatu i kanałów, które łączą go z innymi urządzeniami.

I tu pojawia się główny problem. Ponieważ większość urządzeń technologicznych jest produkowanych na niewielkie ciśnienia rzędu 0,2 bara nadciśnienia. Radziej 0,4 – 0,6 bara, a to już jest całkiem spora wartość. Niektóre silosy produkowane są celowo już dla pyłów wybuchowych. Ich wytrzymałość wtedy wynosi 1 lub maksymalnie 2 bary wytrzymałości konstrukcyjnej. Jeśli jednak skupiliśmy się na 80% najpopularniejszych urządzeń, to możemy przyjąć średnią wartość w okolicach 0,4 bara nadciśnienia. Kiedy porównamy ją z Pmax na poziomie 5 barów, to mówimy o wartości dziesięciokrotnie większej, niż wytrzymałość naszego urządzenia. A to w każdym przypadku oznacza jego rozerwanie, czego Dyrektywa ATEX w żaden sposób nie dopuszcza.

Wszystkie rodzaje zabezpieczeń przeciwwybuchowych mają za zadanie w bezpieczny sposób odprowadzić skutki wybuchów, bądź zgasić wybuch w aparacie do wartości bezpiecznej. A wartość bezpieczna to jest taka, gdzie nasze zredukowane ciśnienie wybuchu w urządzeniu, będzie miało niższą wartość, niż ciśnienie, jakie ten aparat może wytrzymać. Można przyjąć takie założenie, że nasze Pmax musi być zredukowane do wartości mniejszej od Pstat, czyli od wytrzymałości konstrukcyjnej urządzenia, które zabezpieczamy.

SG: W takich żołnierskich i prostych słowach, zadaniem zabezpieczeń przeciwwybuchowych jest obniżenie ciśnienia wybuchu wewnątrz aparatu poniżej odporności konstrukcyjnych tego aparatu, aby on nie został zniszczony.

ZW: Dokładnie tak.

SG: Czyli mamy tak naprawdę kilka kluczowych wartości: jest to Kst, czyli szybkość rozwoju tego wybuchu w aparacie, Pmax, czyli maksymalne ciśnienie, jakie wybuch może osiągnąć w aparacie, Pred, czyli ciśnienie zredukowane osiągane w aparacie po zadziałaniu zabezpieczeń przeciwwybuchowych.

Do tego dochodzi jeszcze wytrzymałość konstrukcyjna aparatu, która musi być wyższa, niż zredukowane ciśnienie wybuchu po zadziałaniu zabezpieczeń. Myślę, że mamy fajnie to omówione i każdy rozumie te podstawowe parametry. Teraz zatem przejdźmy do samych zabezpieczeń. Jakie mamy rodzaje zabezpieczeń przeciwwybuchowych? Jakimi one się cechują wadami i zaletami, czy też ograniczeniami?

ZW: Najbardziej znanym na rynku zabezpieczeniem przeciwwybuchowym są tak zwane panele dekompresyjne, niektórzy nazywają je membrany przeciwwybuchowe – to rozwiązanie ma wiele różnych nazw, jednak zasada działania jest jedna – ich celem jest wyprowadzenie poprzez otwór w aparacie skutków wybuchu do atmosfery. Kiedy wyprowadzamy ciśnienie i płomień, to równolegle z wprowadzamy również spalone cząstki, gazy, jak i produkt, który jeszcze nie uległ spaleniu i spali się dopiero na zewnątrz zabezpieczonego aparatu.

Takie otwory zaślepiane są, podczas normalnej pracy procesowej, panelami dekompresyjnymi. Są to specjalne płyty stalowe, które są w odpowiedni sposób ponacinane tak, żeby otworzyć się przy zadanym ciśnieniu. Takim standardowym ciśnieniem otwarcia jest 100 mbar nadciśnienia, czyli 0,1 bar nadciśnienia +/- margines błędów, którego wartość jest zależna od producenta. Dla tanich paneli może on sięgać 50%, a dla dobrych producentów około 10%.

Drugim sposobem zabezpieczenia są układy tłumienia wybuchu typu HRD. Są to układy, które działają trochę w inny sposób – nie mają za zadanie odprowadzić skutków wybuchu do atmosfery. W ich przypadku tłumimy wybuch w środku aparatu. Odbywa się to poprzez detekcję ciśnienia w aparacie. W tym celu stosuje się z reguły dynamicznie czujniki ciśnienia z bardzo dużym próbkowaniem. Najlepsze czujniki są w stanie próbkować nawet 1000 razy na sekundę. Czujniki te szukają tzw. krzywej wybuchu charakterystycznej dla danego produktu, który mamy w środku aparatu. I gdy go wykryją, centrala sterująca uruchamia system, który wtłacza do aparatu proszek gaszący. W ten sposób gasimy zarzewie wybuchu.

Czyli można powiedzieć, że systemy HRD, to są takie bardzo szybko działające gaśnice, gdzie czas od momentu wykrycia początku wybuchu, do jego pełnego zgaszenia wynosi zaledwie od kilku do kilkudziesięciu milisekund. Tutaj, w przeciwieństwie do odpowietrzenia wybuchu, nie mamy rozwoju płomienia, tylko zgaszenie go… stłumienie go w środku aparatu. I to są nasze dwa podstawowe systemy zabezpieczenia urządzeń.

Jest jeszcze trzeci, bardzo rzadko stosowany, a mianowicie urządzenia w wykonaniu odpornym na maksymalne ciśnienie wybuchu, czyli tzw. urządzenia 10-barowe. Oznacza to, że filtr, silos, zbiornik, reaktor, młyn itd. projektowane są, aby wytrzymać siłę maksymalnego ciśnienia wybuchu. W tym przypadku pozwalamy, aby wybuch w pełni się rozwinął w aparacie.

Idea może fajna z punktu widzenia teoretycznego. Jednak w praktyce jest bardzo trudna w wielu przypadkach do wykonania. Dzieje się tak, gdyż takiej średniej wielkości silos albo filtr musiałby być wykonany ze ścianki grubości nawet kilku centymetrów. Tym samym ważyłby naście ton, co wpłynęłoby na jego cenę i na wiele innych aspektów jako choćby konieczność wykonania specjalnych fundamentów pod tą instalację.

Dodatkowym problemem tu będą tak zwane układy izolacji wybuchu, które w tym przypadku będą równie drogie, jak zbudowanie silosu ze stali grubości kilku centymetrów. Te rozwiązania są bardzo rzadko stosowane ze względu na ich nieopłacalność finansową, problematykę z transportem, zabudowaniem, a co najgorsze serwisowaniem i dopuszczeniem do użytkowania, ponieważ urządzenia, które mogą pracować przy ciśnieniach większych niż 2 bary, są urządzeniami ciśnieniowymi i podlegają pod kolejną dyrektywę – dyrektywę ciśnieniową. Więc na tym temacie nie będziemy się skupiać. Przejdziemy do tego, co jest standardowo w 99% przypadków stosowane.

SG: Pozwolę sobie wejść Ci Zbyszku w słowo. Mamy więc:

• panele dekompresyjne – zabudowujemy je na aparacie, w którym może dojść do wybuchu; te panele w chwili wybuchu otwierają się – tak możemy powiedzieć – nie ulegając przy tym defragmentacji, to jesteś ważny aspekt, czyli nie może nic odlecieć i nie może stanowić zagrożenia dla instalacji czy też innych ludzi – i poprzez te panele wypuszczamy ciśnienie, spalony produkt, palący się produkt na zewnątrz do otoczenia,
• mamy też HRD – czyli tłumienie wybuchu, które działa zupełnie inaczej. Tutaj jest system aktywny, czyli wymaga czujników (Ty powiedziałeś o czujnikach ciśnienia, ale czasem stosuje się też czujniki podczerwieni). Ten system wykrywa zarzewie wybuchu w bardzo wczesnej fazie, wprowadza proszek tłumiący wybuch i tak naprawdę po takim wybuchu czyścimy aparat i oddajemy ponownie do użytku,
• mamy też urządzenia na maksymalne ciśnienie wybuchu – te na tę chwilę skreślamy z naszej dyskusji i nie będziemy o nich rozmawiać.

Jest jeszcze coś pośredniego między panelami a systemem HRD, czyli bezpłomieniowe odciążanie wybuchu – czy mógłbyś też powiedzieć troszkę o tym systemie?

ZW: Jak najbardziej. Bezpłomieniowe odpowietrzanie wybuchu jest to kombinacja panelu dekompresyjnego i tak zwanego wymiennika ciepła. Różnica polega na tym, że w przypadku zabudowy bezpłomieniowego odpowietrzania wybuchu, dopuszczamy do pełnego wybuchu w urządzenia (tak jak przy zwykłym odpowietrzaniu), ale ograniczamy pewne skutki wybuchu, które wychodzą na zewnątrz. Czyli na zewnątrz wydostają nam się gazy spalinowe i ciśnienie. To, co zostaje w środku aparatu, to płomień, jak i te palące się cząstki. Pozwala nam to w pewnych przypadkach zabudować układy odpowietrzania wybuchu w budynkach, w pomieszczeniach, na hali, bądź też w ciągach pieszych, gdzie standardowo nie możemy zabudować paneli dekompresyjnych, ponieważ ogranicza nas w tym norma i stosowne zapisy dotyczące bezpiecznego uwalniania skutków wybuchu. Rozwiązanie ciekawe, stosowane, ale ekonomicznie uzasadnione tak naprawdę dla małych i aparatów ze względu na duże ograniczenia w zastosowaniu

SG: Okej, skupmy się zatem na tych standardowych rodzajach zabezpieczeń przeciwwybuchowych, czyli panelach dekompresyjny oraz tłumieniu wybuchu, a na koniec przejdziemy do jeszcze jednej kwestii, jaką jest izolacja wybuchu. To jest też bardzo ważny element tej całej układanki pod tytułem bezpieczeństwo wybuchowe. Czy mógłbyś powiedzieć jakie ograniczenia, albo może jakie zalety też posiadają panele w stosunku do systemu HRD?

ZW: Zacznijmy od takich podstawowych zalet paneli dekompresyjnych. Są one dość proste w montażu, są relatywnie tanie w zakupie i tak naprawdę to są ich dwie zalety. Reszta aspektów to tak naprawdę wady tego typu rozwiązania. Pierwszą wadą jest to, że wyprowadzamy skutki wybuchu do atmosfery, co zgodnie z normą może się odbywać tylko w kontrolowany i bezpieczny sposób. Co oznacza, że nie możemy odpowietrzać wybuchu w budynkach, halach, czy na przykład w stronę działki sąsiada, albo w stronę ciągów pieszych, drogowych, punktów zbornych, punktów magazynowych. Czyli wszędzie tam, gdzie fala wybuchu, czyli ten płomień, ciśnienie, palące się i niespalone cząstki, mogą mieć jakikolwiek negatywny wpływ na otoczenie – stosowanie paneli jest ograniczone lub zabronione. Tu należy podkreślić, że fala wybuchu, czyli płomień i ciśnienie może być dość sporych rozmiarów – możecie sięgnąć nawet 60-70 metrów. Problemem są też pewne zapisy normatywne, ponieważ norma określa nam zasięg tylko i wyłącznie tak zwanego “jet-u”, czyli pierwotnego strumieniami ciśnienia i płomienia, który wydostaje się z urządzenia i on ma zakres 10 stopni.

SG: Czyli po wyprowadzeniu skutków wybuchu z aparatu do otoczenia poprzez panel dekompresyjny tworzy się taki stożek o kącie rozwarcie rzędu 10 stopni.

ZW: Tak dokładnie. Tworzy się taki stożek i wygląda to trochę jak przy starcie rakiety. Ale założenie, że tak to wygląda, w rzeczywistości jest niestety bardzo błędne, ponieważ w przypadku odpowietrzania wybuchu mamy także do czynienia z wybuchem na zewnątrz aparatu. Dzieje się tak, ponieważ razem z tym płomieniem i ciśnieniem wyrzucany jest także niespalony pył, który wtórnie zapala się na zewnątrz aparatu – i zasięg tego wybuchu jest już liczony w pionie i poziomie. Aby “złapać” proporcje, to powiem, że jeśli średnica wspomnianego jet-u ma 1-3 metrów, to w przypadku opisanego wybuchu wtórnego na zewnątrz aparatu możemy mówić o średnicy 10-30 metrów.

SG: A co to oznacza dla nas? Jakie są konsekwencje tego, że rzeczywistość wygląda inaczej niż w normie?

ZW: Obie wartości są wyliczalne. Jet jest pierwszym wyrzutem ciśnienia. Są firmy, które potrafią obliczyć również zasięg tej drugiej fali – tej realnej – i chcąc być zgodnym z wymogami tzw. ATEXu, to tak naprawdę powinniśmy policzyć skutki całego wybuchu, a nie tylko tego głównego “jet-u”.

W przeciwnym przypadku możemy mieć taką sytuację, że mamy silos, który ma panele na wysokości 15 m. zamontowane z boku, a pod spodem przyjeżdża cysterna, która jest rozładowywana – jakbyśmy policzyli tylko “jet”, to można by powiedzieć, że jesteśmy po bezpiecznej stronie. Ale prawda jest taka, że w momencie wybuchu w tym silosie i uwolnieniu produktu i skutków wybuchu na zewnątrz – to ta kula… ten palący się produkt spadnie nam na cysternę i operatora i może spowodować wtórne pożary, wybuchy, poparzenia.

I teraz gdybyśmy wzięli np. mąkę, to relatywnie jest to dość bezpieczny produkt, gdyż on się spali i tyle – nie ma tendencji do tlenia się, czy zlepienia – ale jeśli weźmiemy cukier, a nie daj Boże, będziemy mieli serwatkę, to ona spadając na dół, będzie oblepiała tym palącym się produktem i człowieka i samochód itd. Jest to bardzo niebezpieczny produkt, ponieważ może on spowodować bardzo duże oparzenia. Zachowuje się on podobnie jak kapiący, palący się plastik.

Tak jak opisałem przed chwilą, zachowuje serwatka. Jednak cukier też się potrafi topić – chyba każdy, kto coś kiedyś gotował, wie, jak się zachowuje cukier na patelni. Co więcej, wiele innych produktów zachowuje się podobnie, dlatego tak istotne jest określenie bezpiecznego zasięgu fali wybuchu. Co w konsekwencji może to sprawić, że nie będziemy mogli zastosować odpowietrzania wybuchu, albo będziemy musieli przenieść instalację z miejsca A, do miejsca B. W skrajnych przypadkach wyznaczona strefa niebezpieczna, czyli strefa rażenia może być tak duża, że odpowietrzanie wybuchu będzie niewykonalne ze względu na pozostałą zabudowę, drogi, drogi piesze itd., których fizycznie przenieść się nie da.

Wówczas alternatywą na to rozwiązanie są m.in. systemy tłumienia wybuchu. Ich główną zaletą dla użytkownika końcowego jest to, że wokół takiego aparatu nie wyznaczamy żadnej strefy niebezpiecznej. Użytkownika nie interesuje wtedy, czy ten mieszalnik, układ transportu, silos, filtr itp. jest na hali, czy jest na zewnątrz, czy jest bardzo blisko dróg pieszych, kołowych, czy “stoi u prezesa przed biurkiem”. Nie ma to z punktu widzenia bezpieczeństwa wybuchowego znaczenia, gdyż wybuch jest w takim urządzeniu zamknięty i tłumiony.

Przy tłumieniu wybuchu nie dochodzi do uwolnienia wybuchu na zewnątrz, dlatego, że nie dopuszczamy w ogóle do rozwoju tego wybuchu, a gasimy go w jego początkowej fazie w środku aparatu. Takie bezpiecznie gaszenie trwa od kilkudziesięciu do kilkuset milisekund. Następnie, po wymianie butli HRD na nową, możemy przystąpić do wznowienia procesów produkcyjnych. Przy panelach dekompresyjnych nie trwa to tak szybko i nie jest to takie proste. Panele dopuszczają do pełnego rozwinięcia się wybuchu i uwolnienia jego skutków na zewnątrz aparatu. To oznacza, że również pożar w aparacie rozwinął się w pełnym wymiarze. Wybuch i pożar mogą spowodować wiele szkód – mogło więc dojść np. do uszkodzenia szeregu czujników, wkładów filtracyjnych, czy innych elementów takiego urządzenia. Po drugie, od wysokiej temperatury mogła zmienić się struktura stali. Reasumując, ze względu na zmiany w strukturze stali, co oznacza zmianę w wytrzymałości konstrukcyjnej aparatu, w wielu przypadkach po odpowietrzaniu, tego typu aparaty należy wyłączyć z użytkowania, a następnie wymienić je na nowe.

SG: Czyli jeszcze raz podsumowując: paneli nie możemy stosować w halach, budynkach, przestrzeniach zamkniętych. Alternatywą mogłoby być odpowietrzanie z wymiennikiem ciepła, czyli tak zwane bezpłomieniowe odpowietrzanie, ale często jest to rozwiązanie nieuzasadnione ekonomicznie. Stosuje się je zwykle tylko dla małych aparatów. Alternatywnym rozwiązaniem jest HRD, o którym będziemy mówić za chwilę. Kolejną wadą paneli jest to, że po wybuchu uwalniamy do atmosfery, czyli także do najbliższego otoczenia skutki wybuchu. Stanowią one zagrożenie dla ludzi, innych aparatów, oraz dla pozostałej sąsiedniej części instalacji. Musimy także pamiętać o tym, że nie możemy uwalniać do atmosfery produktów, które są toksyczne. Takimi produktami przykładowo są to np. osady ściekowe.

ZW: Masz rację – norma na odpowietrzanie wybuchu zabrania stosowania odpowietrzania wybuchu, a także bezpłomieniowego odpowietrzania wybuchu w sytuacji, kiedy nasz produkt, albo skutki spalania produktów, mogą być toksyczne. Tak jak wspomniałeś, mogą być to na przykład odpady komunalne. Mogą być to też produkty pochodzenia spożywczego, jak na przykład mączka kostna. Jest ona w niektórych branżach przemysłowych stosowana jako paliwo, czy jako dodatek do innych instalacji. Należy pamiętać, że jej skutki spalania są toksyczne. Z podobną sytuacją mamy do czynienia przy wielu produktach pochodzenia chemicznego, z tworzyw sztucznych, w przemyśle farmaceutycznym. W tych gałęziach stosowanych jest bardzo dużo produktów, których skutki spalania są toksyczne. Niektórzy niestety najczęściej z uwagi na brak rzetelnej wiedzy na rynku, pomijają ten fakt i stosują odpowietrzanie przy produktach toksycznych.

SG: A co z montażem paneli – czy tu mamy jakieś obostrzenia? Czy możemy je dowolnie montować? Czy też musimy się posługiwać jakąś wiedzą, jakimiś normami w tym aspekcie?

ZW: Panel musi zostać tak zamontowany, aby nie mógł zostać przysypany produktem, gdyż w takiej sytuacji zmieniają się parametry jego zadziałania, a w skrajnych przypadkach panel może się sam otworzyć pod naciskiem produktu. Czyli na przykładzie filtra, zawsze musimy mieć na uwadze, że nie może być zamontowany na części stożkowej filtra.

Jeśli chodzi o właściwy montaż panelu, to pewne wytyczne powinny się znajdować w dokumentacji, jaką dostarcza z panelami producent. Niemniej najważniejszą regulacją pozwalającą odpowiednio dobrać panel dekompresyjny i miejsce jego montażu, jest norma na odpowietrzanie wybuchu, czyli PN-EN 14797 bądź dla gazów PN-EN 14994. Według zawartych w nich wzorów matematycznych możemy wykonać stosowne obliczenia, które wskażą nam – indywidualnie dla każdego przypadku – wymaganą minimalną powierzchnię dekompresyjną. Ona przełoży się na wielkość i ilość miejsc montażu na aparacie.

SG: Załóżmy taką sytuację: że mamy silos i z obliczeń wyszło nam, że mamy zamontować tam cztery panele o powierzchni metra kwadratowego każdy. Gdybym zamontował te cztery panele z jednej strony tego silosu, to w chwili wybuchu siły działające tam, mogłyby spowodować wywrócenie – mam rację? Czy ten parametr też trzeba wziąć pod uwagę?

ZW: Jak najbardziej ten parametr jest konieczny do obliczenia. Istnieją dla niego kolejne wzory matematyczne. Pokazują one nam siłę odrzutu i siły ścinające, działające w momencie zadziałania paneli dekompresyjnych zarówno w przypadku zamontowania ich, z boku, czy to od góry. Tę ważną wyliczona wartość, powinien uwzględnić projektant silosu, projektant fundamentów, bądź konstrukcji nośnej. Przyjęcie błędnych założeń, albo pominięcie w ogóle tych założeń, może spowodować to, że silos się przewróci, gdyż jego konstrukcja nośna nie uwzględniała wytrzymałości na te siły, które pojawiają się w trakcie wybuchu.

Porównując miejsce montażu, dużo większe problemy, związane z tymi siłami, stwarzają panele dekompresyjne, które montowane są z boku. Mniejsze problemy stwarza sytuacja, kiedy panele dekompresyjne są montowane na dachu. Jednak i w tym przypadku spotykamy się z wieloma ograniczeniami, ze względu na powierzchnię dachu i inne aparaty, które tam są montowane.

SG: Przypomnijmy więc najważniejsze ograniczenia paneli:

• musimy obliczyć siły ścinające, żeby wiedzieć, w jaki sposób bezpiecznie rozmieścić panele, aby aparat podczas zadziałania odpowietrzania się nie przewrócił. Najczęściej rozkładamy je symetrycznie po obwodzie całego silosu lub innego aparatu.
  musimy pamiętać, że nie montujemy paneli dekompresyjnych wewnątrz hal, pomieszczeń, czy też mówiąc bardzo ogólnie wewnątrz zamkniętych przestrzeni.
• należy pamiętać także o tym, że po zadziałaniu paneli, do otoczenia wypuszczamy spalony i palący się produkt oraz ciśnienie. W związku z tym należy w okolicach aparatu wygrodzić strefy bezpieczeństwa.
  nie możemy ten sposób zabezpieczać urządzeń, w których mamy toksyczne produkty, lub których produkty spalania są toksyczne
• montowanie paneli dekompresyjnych na boku urządzeń, najczęściej na silosach, powoduje ograniczenie ich objętości użytkowej, ponieważ panele nie mogą być zasypywane.
• specyficznym urządzeniem jest filtr odpylający. W jego przypadku musimy pamiętać, że worki filtracyjne mogą spowodować to, że ten panel będzie nieskutecznie działał.

ZW: Tematyka zabudowy odpowietrzania wybuchu na jednostkach filtracyjnych, to temat na wielogodzinne rozmowy i dyskusje. Istnieje wiele rodzajów różnych układów odpylających, centralnego odkurzania, aspiracyjnych. Podobną problematykę mamy w przypadku silosów, których zabezpieczaliśmy mnóstwo w ciągu ostatnich lat. Wykonywaliśmy obliczenia jednakowo dla typowych silosów magazynowych, które np. mają za zadanie przyjąć jedną autocysternę, jak i dla dużych i średnich koncernów międzynarodowych, posiadających cały kompleks mniejszych i większych silosów.

SG: Czyli warto w tym momencie podkreślić, że ta problematyka występuje i należy zwrócić uwagę na to, jak są montowane panele dekompresyjne. Nie można tego zrobić tak po prostu, jak nam się wydaje, tylko do tego potrzebna jest spora dawka wiedzy. Podsumowując, panele dekompresyjne to bardzo dobre i skuteczne zabezpieczenie. Jest ono stosunkowo tanie, ma wiele zalet, ale i też wiele ograniczeń. Dlatego w przypadku stosowania tych zabezpieczeń, należy podejść do nich bardzo ostrożnie, gdyż źle zamontowane panele mogą wprowadzić więcej zagrożenia niż pożytku. Jeśli przykładowo zamkniemy panele wewnątrz hali, to możemy mówić o zagrożeniu w postaci wybuchów wtórnych, czy też śmierci pracowników, bądź też ich zranienia.

ZW: Tak – musimy bardzo uważać, ale nie wolno bać się tego zabezpieczenia. Panele dekompresyjne są powszechnie stosowane w przemyśle. Należy tylko wdrażać te zabezpieczenia zgodnie z normami i sztuką, w sposób bezpieczny, i kompleksowy. To znaczy, że powinna zająć się tym firma, która zajmuje się tą tematyką pod klucz: od analizy instalacji, analizy okolic samej instalacji, produktu, przez dobór zabezpieczenia, do jego poprawnego montażu. Wówczas to zabezpieczenie będzie jak najbardziej skuteczne.

SG: To wróćmy jeszcze na chwileczkę do tłumienia wybuchu, bo tak naprawdę to moglibyśmy powiedzieć, że stoi ono w opozycji do paneli, czyli niweluje wszystkie te ryzyka, wszystkie te problemy, które wymieniliśmy. HRD tych wad nie ma, ale na pewno ma inne – jakie?

ZW: W porównaniu do paneli dekompresyjnych, cena zakupu poszczególnych komponentów systemu HRD z pewnością jest większa. Jest to tzw. “najwyższa półka”. Ale przy porównywaniu systemów należy patrzeć globalnie, a nie tylko porównywać cenę jednego komponentu do drugiego. Bardzo często może się bowiem okazać, że jako całe zabezpieczenie dla średnich i dużych urządzeń, system tłumienia wybuchu butlami HRD, będzie tym bardziej ekonomicznym rozwiązaniem, niż np. układu bezpłomieniowego odpowietrzania wybuchu. Przykładowo, już przy średniej wielkości silosie, przyjmijmy o objętości 40 m sześciennych, tańszym rozwiązaniem jest zabudowa systemu HRD, niż bezpłomieniowego odprowadzania.

Przy kwestii opłacalności ekonomicznej, często kluczowym aspektem staje się dodatkowo izolacja wybuchu. Jeśli chroniony aparat łączy się z drugim, a urządzeniem – a tak jest przecież najczęściej – to te dwie kwestie należy rozpatrywać wspólnie. Zanim więc przejdziemy do szczegółowego omówienia tłumienia butlami HRD, należy powiedzieć kilka słów o izolacji. Izolacja wybuchu (czy inaczej odsprzęganie wybuchu) to również wymagany obowiązkowy element zabezpieczenia instalacji przed skutkami wybuchu. Względem obowiązujących aktów prawnych, nie możemy dopuścić, żeby wybuch z jednego aparatu przeniósł się na inne części instalacji, bądź na zewnątrz urządzeń – np. na halę produkcyjną.

A to oznacza, że wszystkie układy podawania i odbioru produktu, układy aspiracji, odpylania, muszą być technicznie od siebie odizolowane. Przykładowo, kiedy mamy układ transportu ze zbiornika A do zbiornika B, to oprócz tego, że każdy z tych zbiorników musi być indywidualnie zabezpieczony, to również należy zabezpieczyć układ transportu pomiędzy nimi. Do wykonania takiej izolacji możliwe jest wykorzystanie szeregu różnych rozwiązań technicznych. Mogą być układy aktywne, czyli butle HRD, lub zasuwy szybkiego działania, jak i układy pasywne, czyli np. klapy zwrotne, czy dozowniki celkowe.
Podczas analizy instalacji, może się okazać, że jedyną skuteczną formą izolacji wybuchu pomiędzy dwoma urządzeniami, będzie montaż butli HRD w odpowiednich miejscach układu transportowego. Wówczas zakup czujników wykrywających wybuch oraz centrali sterującej dla układu HRD będzie wymagany bez względu na to, czy pozostałe urządzenia będziemy zabezpieczać systemami odpowietrzania wybuchu, czy tłumienia wybuchu. A w takiej sytuacji, analizując koszty zabezpieczeń przeciwwybuchowych całościowo, może się okazać, że taniej i bezpieczniej będzie zabezpieczyć urządzenia również butlami HRD, a nie panelami dekompresyjnymi. Wystarczy wtedy podpiąć butle pod układ sterowania i detekcji, który i tak jest konieczny do zastosowania izolacji wybuchu.

Podsumowując kwestie kosztów związanych z zabezpieczeniem instalacji przemysłowej przed skutkami wybuchu, koszty te należy rozpatrywać zawsze w ujęciu całości instalacji i wówczas oceniać, które rodzaje zabezpieczeń przeciwwybuchowych będą optymalne kosztowo.

Za każdym razem powinniśmy więc zacząć od analizy potrzeb związanych z konkretną instalacją i konkretnym zagrożeniem wybuchem, a dopiero na sam koniec zdecydować się na jakieś rozwiązanie. Niestety często zdarza się odwrotna praktyka. W zakładach przemysłowych widzimy czasem, jak do kwestii zabezpieczeń przeciwwybuchowych podchodzono jak do układanki z klocków. Kupowano z różnych źródeł poszczególne elementy z rynku i próbowano je razem poskładać. Nawet jeśli z technologicznego punktu widzenia tak poskładane zabezpieczenia by zadziałały, to z punktu widzenia obowiązującej wszystkich prawnie Dyrektywy ATEX, cała instalacja może nie mieć sensu, tym samym może być kwestionowana przez ubezpieczycieli, rzeczoznawców, czy straż pożarną. Co więcej, ponowne jej dostosowanie do minimalnych wymogów ATEX, może się okazać zdecydowanie droższe. Niejednokrotnie to są dwu- trzykrotnie większe wydatki, niż gdyby działać prawidłowo od samego początku.

Zawsze więc zalecam, aby podejmować u siebie temat bezpieczeństwa wybuchowego, już na etapie projektowania instalacji. Tak, aby projektant uwzględnił projektową ocenę ryzyka. W takiej sytuacji już przy konstruowaniu koncepcji zabezpieczeń dla takiej instalacji będzie można uwzględnić tę projektową ocenę ryzyka i tym samym ustrzec się przed błędami, które później mogą być bardzo kosztowne.

SG: Czyli w przypadku projektowania instalacji warto zadbać o bezpieczeństwo już na etapie projektu i warto podejść do tego kompleksowo. To znaczy, nie opłaca się kompletować różnych rodzajów zabezpieczeń przeciwwybuchowych z różnych źródeł, ponieważ one mogą wchodzić we wzajemne konflikty. Co więcej, nie do końca musi to być najtańsze rozwiązanie. Może się okazać, że później wymagane będą kosztowne zmiany, dlatego warto zawsze te tematy konsultować z osobami, które posiadają wiedzę i praktykę w tym zakresie.

ZW: Tak. Wracając do systemów tłumienia butlami HRD, bardzo często okazuje się, że w przypadku tego typu “składanych” zabezpieczeń, to ostatecznie zastosowanie systemu tłumienia wybuchu jest jedynym kompleksowym rozwiązaniem, które pozwoli na otrzymanie dopuszczenia do użytkowania instalacji zagrożonej wybuchem.

Jeszcze raz to podkreślę – porównując system HRD do odpowietrzania wybuchu, nie ma znaczenia, czy chronione urządzenie stoi na hali produkcyjnej, na hali magazynowej, na zewnątrz, koło budynku, koło drogi, w ciągu pieszym. Przy zabudowie HRD nie trzeba wyznaczać strefy niebezpiecznej na zewnątrz aparatu.

Drugą, równie istotną zaletą jest to, że przy systemie HRD chronimy również same urządzenia od zniszczenia. Dzieje się tak, gdyż nie dopuszczamy do pełnego rozprzestrzenienia się wybuchu w aparacie i nie pozwalamy powstać ciśnieniu i płomieniu w całej kubaturze. Tłumimy bowiem to ciśnienie i płomień na samym początku.

Z punktu widzenia kosztów całego zakładu produkcyjnego, dzięki butlom HRD, chronimy oprócz ludzi, także naszą technologię i urządzenia, czyli ograniczamy przestoje do minimum. Jak weźmiemy pod uwagę potencjalne koszty związane z przestojem, ewentualna konieczną zmianą lokalizacji urządzeń przy odciążaniu wybuchu, to może się okazać, że tak naprawdę w pełnym aspekcie ekonomicznym, system HRD jest najtańszym rozwiązaniem.

SG: Czyli reasumując, zabezpieczenia przeciwwybuchowe powinno się rozpatrywać z perspektywy funkcjonowania całego zakładu przemysłowego, a nie tylko z perspektywy zabezpieczenia konkretnego urządzenia. Warto sprawdzić możliwość zastosowania każdego z systemów zarówno pod kątem technicznym, ale też pod kątem ekonomicznym. Czasem bowiem pozornie tańsze rozwiązanie, okazuje się finalnie znacznie droższym.

Jednocześnie absolutnie nie negujemy stosowania paneli dekompresyjnych tam, gdzie oczywiście można je stosować. Jest to sprawdzone od wielu lat zabezpieczenie. Jednak jego koszty, choć z pozoru niewielkie, nie zawsze w warunkach produkcyjnych okażą się najtańsze, a samo rozwiązanie nie zawsze okaże się najłatwiejsze do zastosowania.

Całość zastosowanych zabezpieczeń należy także rozpatrywać, biorąc pod uwagę konieczną izolację wybuchu. Bez izolacji wybuchu, tak naprawdę żaden rodzaj zabezpieczeń przeciwwybuchowych, który zastosowaliśmy na jednym, drugim, trzecim aparacie, może być nieskuteczny. Z jakimi konsekwencjami możemy się mierzyć, w przypadku braku izolacji wybuchu na instalacji?

ZW: Wszystkie zabezpieczenia przeciwwybuchowe projektowane są pod znane parametry procesowe. A więc projektując je, wiemy, jaka jest temperatura procesu, jaki to jest produkt, jakie mamy ciśnienie robocze i zakładamy pojawianie się punktowego źródła zapłonu. Znając te dane, możemy z wykorzystaniem odpowiednich wzorów, obliczyć jak będzie wyglądał wybuch, a to pozwala dopasować odpowiednie zabezpieczenia przeciwwybuchowe.

Ale w sytuacji, kiedy nasze skutki wybuchu będą przemieszczać się pomiędzy urządzeniami (np. rurociągiem, podnośnikiem kubełkowym, transportem pneumatycznym, przenośnikiem ślimakowym, czy innym układem transportu), to do drugiego urządzenia wprowadzimy pewne parametry początkowe wybuchu, które są nieznane i niemożliwe do przewidzenia. Nasze parametry procesowe, dla których projektowane są zabezpieczenia, zostaną więc bardzo zaburzone. Po pierwsze, nie jesteśmy w stanie w żaden sposób przewidzieć, czy obliczyć, jakie ciśnienie X dotrze do drugiego aparatu. Po drugie, w przypadku kiedy wybuch wejdzie do drugiego aparatu, zupełnie inaczej wygląda kwestia źródła zapłonu atmosfery wybuchowej. W przypadku zabezpieczania urządzeń bierze się zawsze możliwość wystąpienia pojedynczego źródła zapłonu. Często jest to przegrzane łożysko, uszkodzenie mechaniczne, budowlane, wyładowanie elektrostatyczne. Jednak, kiedy wybuch podąża po instalacji od jednego urządzenia do drugiego, źródeł zapłonu w drugim aparacie, staje się cała pędząca kula ognia. Mamy wtedy do czynienia z całkiem inną energią zapłonu. Atmosfera wybuchowa jest zapalana nie punktowo, a praktycznie w całej kubaturze urządzenia jednocześnie.

W związku z tym, parametry ciśnienia wybuchu mogą być zgoła większe niż te, które określone zostały w badaniach jednostki notyfikowanej. A wówczas wszystkie rodzaje zabezpieczeń przeciwwybuchowych, niezależnie, czy to będzie odpowietrzanie wybuchły, bezpłomieniowe odpowietrzanie wybuchu, tłumienie wybuchu, mogą nie zadziałać prawidłowo. Jeśli dodatkowo ten drugi aparat, połączony jest z kolejnym, a tamten z jeszcze następnym, to kolejne skutki przybicia się tego wybuchu będą jeszcze większe. Przy długich kanałach transportowych, może dojść do detonacji. A to by wyglądało w ten sposób, jakbyśmy zastosowali w kanale dynamit, czy C4. Czyli po prostu dojdzie do rozerwania kanału w miejscu niemożliwym do przewidzenia. Może do tego dość np. na hali, lub w innym miejscu, gdzie przebywają ludzie (np. w miejscu rozładunku ręcznego worków bigbagów). Konsekwencje takiego zdarzenia mogą być katastrofalne i nie do określenia. Historia zna tego typu przypadki, kiedy jeden wybuch, w pozornie zabezpieczonym urządzeniu spowodował wybuchy wtórne, które zniszczyły cały zakład przemysłowy. Dlatego też izolacja wybuchu jest kluczowym i wymaganym przez prawo elementem całości systemu zabezpieczeń.

SG: Zbyszku dziękuje ci za rozmowę. Niesamowite jest to, jak, tak naprawdę dość wąski temat, związany z bezpieczeństwem wybuchowym, generuje tak dużą ilość tematów, które wymagają niezwykle rozbudowanej wiedzy i doświadczenia praktycznego.

ZW: Ja bym tylko tak na koniec chciał powiedzieć, że jeżeli mają państwo jakiekolwiek wątpliwości co do poprawności swojego działania, działania swoich pracowników, bądź firm zewnętrznych, to poszukajcie fachowców na rynku i zadajcie pytania, które was nurtują. Ja służę zawsze pomocą, żeby zawsze ukierunkować, czy to w rozmowie telefonicznej, czy mailowej, jak poprawnie wypełnić minimalne wymagania bezpieczeństwa wybuchowego, a jednocześnie, żeby zapewnić dla zakładu produkcyjnego ciągłość pracy. Do usłyszenia.