[Case study] Zapłon obłoku pyłu spowodowany elektrycznością statyczną

Szkolenia ATEX
Szkolenia ATEX
Nazywam się Mariusz Balicki i jestem tu, by Ci pomóc.

Jeśli borykasz się z problemem w zakresie bezpieczeństwa
wybuchowego, pożarowego lub procesowego, to zachęcam Cię do kontaktu.

Kliknij w gwiazdki, aby wyświetlić dane +48 50* *** *** | m.bal***@***** | +48 12 **** ***

  • Zapłon obłoku łatwopalnego pyłu, do którego doszło podczas operacji manualnego przesypywania proszku
  • Analiza przyczyny wypadku spowodowanego elektrycznością statyczną

W przypadku, który został poddany analizie, zadaniem operatora procesu produkcyjnego było ręczne przesypanie około 18 kg proszku z beczki z tworzywa sztucznego (polietylenu) do metalowego zbiornika technologicznego. W beczce znajdował się palny proszek o minimalnej energii zapłonu MEZ wynoszącej 12 mJ. Na obwodzie górnej części beczki umieszczony był metalowy pierścień, który miał zabezpieczać beczkę przed uderzeniami podczas codziennego użytkowania w zakładzie.

Operator wsypywał proszek do zbiornika technologicznego, opierając przy tym beczkę na krawędzi zbiornika. Podczas zsuwania beczki z metalowego zbiornika, gdy proszek był już w całości przesypany, nastąpił zapłon obłoku pyłu, który utworzył się w górnej części zbiornika.

Postawiono tezę, że nagromadzenie ładunków elektrostatycznych na pierścieniu spowodowało uwolnienie z niego iskry elektrostatycznej, w momencie gdy znalazł się on w bezpośredniej bliskości zbiornika podczas zsuwania beczki. Należy zaznaczyć, że metalowy zbiornik był uziemiony poprzez stałe podłączenie do instalacji zakładu.

Aby sprawdzić, czy postawiona teza jest właściwa, przeprowadzono eksperyment w celu ustalenia, jak duży ładunek elektrostatyczny mógł zostać wytworzony przez ruch proszku. Taki sam produkt i w takiej samej ilości tj. 18 kg, przesypano z podobnej beczki do klatki Faradaya, w której dokonano pomiaru ładunku elektrostatycznego.

Na klatce Faradaya, do której wsypano proszek, zmierzono ładunek elektryczny o wartości 3,6 µC. W tym przypadku doszło do tzw. elektryzacji kontaktowo-tarciowej poprzez styk materiału sypkiego i beczki z tworzywa sztucznego podczas przesuwania się proszku wewnątrz jej powierzchni. Wynik pomiaru natężenia pola elektrycznego, wykonanego za pomocą miernika, wyniósł 500 KV/m. Został on zarejestrowany na odizolowanej części beczki, która mogła mieć wpływ na elektryzację metalowego pierścienia poprzez indukcję.

Biorąc pod uwagę wysoki stopień wytwarzania się ładunku kontaktowego, powstałego wskutek tarcia, ilość ładunków elektrostatycznych na pierścieniu (które mogłyby powstać w wyniku elektryzacji przez indukcję) byłaby ograniczona przez jego powierzchnię. W tym przypadku powierzchnia pierścienia w przybliżeniu wynosiła 0,0641 m2.

Jeśli łączna ilość ładunków elektrostatycznych (3,6 µC) wytworzona przez ruch proszku zostałaby wywołana indukcyjnie na pierścieniu, spowodowałaby ona przekroczenie maksymalnej gęstości powierzchniowej ładunku, jaką dowolna powierzchnia może utrzymać w powietrzu. Maksymalna gęstość powierzchniowa ładunku w powietrzu jest odpowiednikiem 27 µC/m2. Całkowita gęstość powierzchniowa ładunku pierścienia w tym przypadku teoretycznie wyniosłaby 56 µC/m2 (1).

Można przyjąć, że maksymalna gęstość ładunku, czyli łączny możliwy ładunek przypadający na powierzchnię pierścienia, została osiągnięta dzięki prostej i szybkiej czynności przesypania proszku z beczki do zbiornika. W tym badaniu pojemność elektryczną pierścienia oszacowano na 71 pF. Znając te wartości, możliwe było oszacowanie wartości potencjalnej energii wyładowania iskry. Przekształcając wzór 1, obliczono maksymalny ładunek na pierścieniu, który wyniósł prawie 1,7 µC (2). Z dalszych obliczeń wynika, że napięcie elektrostatyczne pierścienia wyniosłoby w granicach 24 000 V (3).

Wytrzymałość dielektryczna powietrza przy ciśnieniu 1 atmosfery, w temperaturze 0°C, pomiędzy płaskimi elektrodami wynosi około 3000 V/mm. W związku z tym napięcie elektrostatyczne pierścienia byłoby w stanie rozładować iskrę elektrostatyczną z odległości co najmniej 8 mm od uziemionego zbiornika technologicznego.

Na podstawie obliczeń ustalono, że energia potencjalna pierścienia wyniesie 20 mJ (4), tym samym przekraczając wartość minimalnej energii zapłonu proszku, która wynosiła 12 mJ.

Zważywszy na to, iż MEZ materiału sypkiego rozproszonego w powietrzu wynosiła 12 mJ i że okoliczności procesu sprawiły, że urządzenia były w stanie znacznego naładowania elektrostatycznego, przy czym inne źródła zapłonu zostały wyeliminowane, zapłon obłoku pyłu spowodowała iskra, która powstała wokół uziemionego zbiornika technologicznego.

Jakie działania można było podjąć, aby zapobiec wybuchowi?

Jest bardzo prawdopodobne, że proces przesypywania materiału sypkiego przeprowadzono wcześniej wielokrotnie bez wypadku spowodowanego iskrą elektrostatyczną, ponieważ podczas wyładowań pył węglowy nie pojawiał się w przerwie iskrowej. Jest to wspólną cechą operacji technologicznych, w których nastąpiły niepożądane skutki w postaci pożaru lub wybuchu wywołanego elektrycznością statyczną.

W przytoczonym przypadku należałoby rozpocząć od ustalenia, dlaczego na pierścieniu nagromadził się ładunek elektrostatyczny. Otóż, stało się tak, ponieważ pierścień był odizolowany od sprawdzonego systemu uziemienia. Gdyby został on podłączony do uziemionego już zbiornika technologicznego, ładunki nie nagromadziłyby się na nim – ich nadmiar zostałby odprowadzony do ziemi. Zgodnie z wytycznymi dla przemysłu odizolowany element metalowy powinien mieć połączenie ze sprawdzonym uziemieniem (w tym przypadku zbiornik technologiczny) o oporności 10 omów lub niższej.

Do połączenia beczki z pierścieniem z uziemionym zbiornikiem technologicznym mogą posłużyć zaciski uziemiające z diodą LED, która wskaże operatorowi poprawność uziemienia. Ewentualnie należy rozważyć zaprzestanie stosowania beczek z tworzywa sztucznego. Niemożliwe jest bowiem wyeliminowanie ładowania elektrostatycznego proszków, o ile nie wprowadzi się określonych zmian w proszku, celem zwiększenia jego przewodności elektrycznej. Bardzo często jest to trudne do wykonania i niemożliwe do osiągnięcia.

Używanie pojemnika wykonanego z tworzywa sztucznego o niskiej przewodności, jakim jest polietylen, nie jest zalecane w normach branżowych, ponieważ ładunki wytwarzane podczas procesu przesypywania pozostają na powierzchni beczki, nawet jeśli podejmuje się starania w celu jej uziemienia. Używanie przedmiotów z tworzywa sztucznego, które są złymi przewodnikami, niesie ze sobą znaczne ryzyko ładowania indukcyjnego innych przedmiotów w strefie zagrożenia wybuchem. Wyposażenie technologiczne i operatorzy, jeśli mają styczność z naładowanymi przedmiotami z tworzyw sztucznych lub znajdują się w bezpośredniej ich bliskości, mogą gromadzić ładunki elektrostatyczne. Najlepszym rozwiązaniem byłoby używanie beczek metalowych podłączonych do uziemionego zbiornika technologicznego tak, aby uniemożliwić gromadzenie się na nich ładunków.

Na koniec należy wspomnieć również o tak ważnej sprawie jak uziemienie wszystkich operatorów, którzy uczestniczą w procesie technologicznym, przez używanie obuwia rozpraszającego ładunki elektrostatyczne, które skutecznie umożliwi odprowadzenie ładunków powstałych na ich ciele podczas obsługi procesu do ziemi. Wyeliminuje to ryzyko powstawania iskier elektrostatycznych między ich ciałem a uziemionymi przedmiotami.

Normy branżowe określają, jakie środki należy podjąć, aby ograniczyć ryzyko pożaru lub wybuchu wywołanego wyładowaniem elektrostatycznym. Większości zagrożeń można uniknąć dzięki zastosowaniu odpowiednich systemów uziemiających.

Autorem opracowania jest Mike O’Brien, Newson Gale Ltd.

Sprawdź darmowy pakiet edukacyjny

Weź udział w darmowym warsztacie online lub/i dołącz do naszego programu edukacyjnego całkowicie za darmo. Ty zdobywasz wiedzę, my ustanawiamy dobre standardy bezpieczeństwa.

Przewiń do końca
sprawdź darmowe warsztaty online, pobierz przewodnik ATEX, dołącz do programu edukacyjnego.

Darmowe warsztaty online

Ochrona urządzeń i aparatów przed skutkami wybuchu pyłów

Zaczniemy od podstaw prawnych, które będą stanowiły dla nas bazę dla dalszej, bardzo praktycznej części. Warsztat wesprzemy aż 28 unikalnymi filmami, których nie znajdziesz w sieci. Dzięki nim nie tylko zrozumiesz zasadę działania poszczególnych typów zabezpieczeń, ale także zobaczysz skutki ich błędnego zastosowania. Nie ukrywajmy, ta część nie tylko edukuje, ale także daje mocno do myślenia.

Poprawny dobór zabezpieczeń przeciwwybuchowych dla jednostek odpylających

Jeśli w Twoim zakładzie pracują filtry bądź cyklony, to ten warsztat jest dla Ciebie. Dowiesz się z niego jakie błędy najczęściej są popełniane przy zabezpieczaniu instalacji odpylających. Zobaczysz także studium przypadku w formie filmu, który pokazuje konsekwencje tych błędów – zdradzę tylko, że film pobudza wyobraźnię. Co ważne całość zaczniemy, krótkim wstępem nt. podstaw prawnych.

Wyładowania elektrostatyczne jako przyczyna wybuchu – jak się chronić

W czasie warsztatu zaprezentujemy szereg niezwykle ciekawych materiałów wideo, a także sporo wiedzy opartej o przepisy, normy i nasze doświadczenie. Poznasz również, a może przede wszystkim, sposoby ochrony przed elektrycznością statyczną. W warsztacie powinien wziąć udział każdy, kto pracuje w zakładzie gdzie wykonuje się operacje z palnymi cieczami, a także gazami oraz pyłami.

Oświetlenie podstawowe i awaryjne w strefach zagrożenia wybuchem

Jak dobrać oświetlenie podstawowe i awaryjne, tak by było zgodne z obowiązującymi przepisami? Na jakie rozwiązania konstrukcyjne zwrócić uwagę, aby inwestycja szybko nie okazała się workiem bez dna? Czy producenci opraw zawsze są uczciwi? To tylko kilka z kilkunastu tematów jakie zostaną poruszone w tym niezwykle merytorycznym warsztacie.

Awaryjne oświetlenie ewakuacyjne i zapasowe a aktualne wymogi prawne i normatywne

Przekrojowy warsztat dla osób mających do czynienia z oświetleniem ewakuacyjnym i zapasowym pracujących także w strefach zagrożenia wybuchem. Prowadzący skupia się na praktycznym podejściu do norm i aktów prawnych z zakresu odnoszących się do oświetlenia oraz jego zasilania jako jednej ze składowych bezpieczeństwa pożarowego w obiektach.

Poprawny dobór zabezpieczeń przeciwwybuchowych dla jednostek odpylających on demand

Jeśli w Twoim zakładzie pracują filtry bądź cyklony, to ten warsztat jest dla Ciebie. Dowiesz się z niego jakie błędy najczęściej są popełniane przy zabezpieczaniu instalacji odpylających. Zobaczysz także studium przypadku w formie filmu, który pokazuje konsekwencje tych błędów – zdradzę tylko, że film pobudza wyobraźnię. Co ważne całość zaczniemy, krótkim wstępem nt. podstaw prawnych.

To nie wszystko, przewiń niżej.

Pobierz przewodnik ATEX
Jak dostosować aparat lub instalację procesową do wymogów dyrektywy ATEX.

Co otrzymasz

  • studia przypadków pokazujące przyczyny wybuchów i pożarów
  • dostęp do filmów wideo pokazujących skutki oraz przebieg zdarzeń
  • praktyczne wskazówki jakie podjąć działania
  • statystyki odnośnie źródeł zapłonu oraz palnych pyłów
  • wiedzę nt. parametrów wybuchowości, oceny ryzyka wybuchu i DZPW, prewencji i ograniczania skutków i wiele więcej

Darmowy program
edukacyjny ATEX

Program wspiera już 3474 specjalistów odpowiedzialnych m.in. za BHP, utrzymanie ruchu, a także projektantów, rzeczoznawców ds. ppoż. i ubezpieczycieli. Dołącz do ich grona.

Co zyskujesz

  • darmową wiedzę dzięki, której się rozwijasz
  • studia przypadku pokazujące przyczyny i skutki wybuchów
  • filmy przedstawiające realne zdarzenia + komentarz
  • artykuły i poradniki
  • możliwość darmowego udziału w warsztatach
  • duże zniżki na szkolenia i konferencje

WAŻNA INFORMACJA
W związku z koronawirusem wprowadzamy szkolenia online z gwarancją zwrotu kosztów w przypadku nie spełnienia Twoich oczekiwań. Jednocześnie odwołujemy tradycyjne szkolenia do końca kwietnia.

Pobierz przewodnik ATEX

Jak dostosować urządzenie, instalację lub zakład produkcyjny do dyrektywy ATEX
  • Praktyczna wiedza poparta przykładami
  • Studia przypadków rzeczywistych wybuchów w przemyśle
  • Unikalne materiały wideo
  • Wskazówki i rady ekespertów
DARMOWE WARSZTATY ONLINE
Zapisz się zanim braknie miejsc
W czasie warsztatu Zbigniew Wolff przedstawi:
  • wymogi prawne i normatywne
  • najczęstsze błędy i ich konsekwencje
  • unikalne filmy pokazujące wybuchy w urządzeniach
W czasie warsztatu Mariusz Blicki przedstawi:
  • 28 unikalnych filmów pokazujących błędy
  • ograniczenia zabezpieczeń przeciwwybuchowych
  • najważniejsze aspekty teoretyczne i prawne
W czasie warsztatu Maciej Freza przedstawi:
  • sposoby zasilania i sterowania oświetleniem
  • sposoby testowania opraw i zasilania
  • rodzaje zasilania w oparciu o normę PN-EN 50172