Dwa podstawowe parametry stosowane przy szacowaniu skutków wybuchu

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 **** ***

2 podstawowe parametry wybuchowości

Potencjalne skutki wybuchu pyłu, gazu lub pary cieczy możemy szacować przede wszystkim na bazie maksymalnego ciśnienia wybuchu Pmax, jakie jest w stanie wygenerować konkretna substancja. Często jednak mamy problem z określeniem czy dana wartość ciśnienia wybuchu jest już niebezpieczna, czy też nie. Podobna sytuacja dotyczy stałej wybuchowości K, która mówi nam, jak szybko będzie narastać ciśnienie wybuchu. W niniejszym artykule postaramy się rozwiać wątpliwości w kontekście tych dwóch parametrów.

Parametry opisujące skutki wybuchu

Wybuchy różnych pyłów mają odmienny przebieg. Aby móc oszacować skutki potencjalnego wybuchu, a także dobrać skuteczne zabezpieczenia przeciwwybuchowe musimy określić następujące parametry pyłu, gazu, czy pary:

  • maksymalne ciśnienie wybuchu,
  • współczynnik wybuchowości Kst dla pyłów oraz Kg dla gazów i par cieczy.

Tu należy dodać, że w procesie doboru zabezpieczeń należy uwzględnić także szereg innych aspektów, jak choćby kształt i objętość chronionego aparatu, jego wytrzymałość konstrukcyjną i lokalizację względem pozostałej infrastruktury, a także aspekt finansowy — to jednak wątek na oddzielny artykuł.

Wróćmy zatem do clue głównego tematu.

Maksymalne ciśnienie wybuchu

Maksymalne ciśnienie wybuchu to podstawowy parametr, który należy wziąć pod uwagę przy zabezpieczeniu instalacji. Jeśli dochodzi do wybuchu wewnątrz aparatu, to ciśnienie zaczyna przyrastać, aż osiągnie swój maksymalny poziom lub rozerwie urządzenie. Doświadczenie pokazuje, że wartość ta dla zdecydowanej większości palnych substancji mieści się w zakresie od 2 do 10 bar. Istnieje jednak wąska grupa pyłów, w przypadku których maksymalne ciśnienie wybuchu może znacznie przekroczyć 10 bar – są to głównie pyły metali.

Tab.: maksymalne ciśnienie wybuchu dla gazów i pyłów.

UWAGA: w przypadku gazów maksymalne ciśnienie wybuchu jest wartością stałą. Sytuacja wygląda zupełnie inaczej w przypadku pyłów. Tu jego wartość zależy głównie od uziarnienia (im drobniejszy pył, tym wyższe ciśnienie wybuchu) oraz wilgotności (im wyższa wilgotność, tym niższe ciśnienie wybuchu). Z tego względu w przypadku pyłów należy bardzo ostrożnie posługiwać się danymi literaturowymi. A w przypadku szacowania ryzyka wybuchu czy doboru zabezpieczeń zaleca się wykonanie testów parametrów wybuchowości dla konkretnego pyłu pochodzącego z przedmiotowej instalacji procesowej.

Jaka wartość maksymalnego ciśnienia wybuchu jest niebezpieczna?

O odpowiedź na to pytanie poprosiliśmy Zbigniewa Wolffa — osobę, która z ramienia GRUPY WOLFF brała udział w zabezpieczeniu przed wybuchem setek urządzeń. Jak tłumaczy Wolff praktyka pokazuje, że typowa odporność konstrukcyjna większości urządzeń mieści się w granicach 0,2 – 0,4 bar. Natomiast ciśnienie wybuchu zdecydowanej większości pyłów mieści się w granicach 2 – 10 bar, czyli co najmniej 5 razy więcej.

Zatem aby oszacować potencjalne skutki wybuchu w niezabezpieczonym aparacie, musimy odnieść maksymalne ciśnienie wybuchu, jakie może w nim wystąpić do jego odporności konstrukcyjnej.

Co gdy ciśnienie wybuchu jest poniżej wytrzymałości urządzenia

Jeśli znajdujemy się poniżej odporności konstrukcyjnej, to urządzenie nie zostanie rozerwane. Możemy się jednak liczyć, że na jego obudowie pojawiają się odkształcenia, a w skrajnym przypadku zostanie on rozdęty podobnie jak balon. Innymi słowy — w takiej sytuacji może dojść do uszkodzenia urządzenia, ale ryzyko, że ktoś ucierpi w wypadku, jest bardzo małe.

Co gdy ciśnienie wybuchu jest powyżej wytrzymałości urządzenia

Jeśli natomiast maksymalne ciśnienie wybuchu przekracza wytrzymałość konstrukcyjną urządzenia, to z bardzo dużą dozą prawdopodobieństwa dojedzie do jego rozerwania. W efekcie do otoczenia zostaną uwolnione skutki wybuchu w postaci wysokiego ciśnienia, płomieni oraz gorących gazów. Musimy się także liczyć z możliwością oderwania elementów urządzenia i wyrzuceniem ich z dużą siłą.

Wybuch w niezabezpieczonym urządzeniu może skutkować:

  • pożarem,
  • zranieniem znajdujących się w pobliżu ludzi (poparzenia oraz obrażenia od odłamków),
  • zniszczeniem przez ciśnienie pobliskiej infrastruktury,
  • wzbiciem w powietrze zalegającego pyłu, który również ulegnie zapłonowi (wybuch wtórny).
skutki wybuchów

Maksymalna szybkość narastania ciśnienia

Każda substancja nie tylko charakteryzuje się tym, jakie maksymalne ciśnienie wybuchu osiąga, ale również jak szybko to ciśnienie przyrasta. Są bowiem substancje, dla których przyrost ciśnienia jest bardzo gwałtowny, ale występują też takie, dla których przyrost ciśnienia patrząc na poniższy wykres, wydaje się być łagodny. Część osób wyciąga na tej podstawie błędny wniosek, że pyły o niskim Kst są mniej groźne.

Szybkość narastania ciśnienia w czasie wyraża się poprzez stałą wybuchowości K [m*bar/s]. Dla gazów stała K przyjmuje postać Kg, natomiast dla pyłów Kst. Przykładowe wartości stałej Kst dla pyłów możemy zobaczyć w tabeli poniżej. Jak widać jej wartość dla różnych pyłów może się znacząco różnić.

Dla ułatwienia doboru zabezpieczeń przeciwwybuchowych, pyły na podstawie parametru Kst zostały podzielone na trzy klasy wybuchowości. W ten sposób możliwy jest dobór zabezpieczenia przeciwwybuchowego nie dla konkretnego Kst, a dla jednej z trzech klas wybuchowości. To znacznie uprościło proces doborowy, niemniej z czasem pojawił się jeden znaczący problem. Opisaliśmy go w żółtej ramce poniżej.

Klasa wybuchowości pyłuKst [bar*m/s]
St1Poniżej 200
St2200 - 300
St3Powyżej 300

UWAGA: w materiałach nt. bezpieczeństwa wybuchowego często przy klasie St1 stawia się zwrot “słabo wybuchowy” lub “mało wybuchowy”. Sugeruje to, że pyły te są niewybuchowe, czy też bezpieczne. Usypia to czujność użytkowników instalacji, co może mieć tragiczne skutki.

Z taką sytuacją mieliśmy do czynienia w jednej z oczyszczalni ścieków, w której doszło do wybuchu. W raporcie z badań wybuchowości pyłu, jaki przeprowadziła jednostka notyfikowana, zostało wskazane, że badany pył należy do klasy St1 i jest mało wybuchowy. Był to jeden z czynników, który spowodował, że finalnie zaniechano w tym zakładzie działań. W innych zakładach spotykaliśmy się z sytuacją, w której do ochrony urządzeń zagrożonych wybuchem stosowano systemy przeciwpożarowe, czyli rozwiązania, które z zasady są kilka tysięcy raz wolniejsze, niż wymaga tego wybuch.

Ze względu na powyższe podkreślamy bardzo mocno — współczynnik Kst czy też klasa wybuchowości St mówi nam, jak szybko będzie przyrastać ciśnienie wybuchu. Czas ten jest jednak mierzony w milisekundach. Jakie więc ma znaczenie, czy aparat zostanie rozerwany w czasie jednego, czy dwóch mrugnięć okiem?

Parametr Kst jest istotny tylko i wyłącznie z punktu widzenia doboru zabezpieczeń przeciwwybuchowych. Ma on wpływ na wymaganą szybkość ich zadziałania oraz rozmieszczenie.

Aby porównać prędkość rozwoju wybuchu dla różnych klas wybuchowości pyłów, warto obejrzeć poniższy film. Jak można zauważyć, nawet pyły należące do klasy St1, które błędnie są określane mianem mało wybuchowych, prowadzą do powstania silnej i gwałtownej eksplozji.

Na filmie przedstawiliśmy wybuchy przestrzenne. Gdyby doszło do nich w zamkniętym urządzeniu ciśnienie w jego wnętrzu rosłoby do osiągnięcia maksymalnej wartości lub do rozerwania jego obudowy. Co więcej, nie ma żadnej korelacji między szybkością narastania wybuchu z maksymalnym ciśnieniem wybuchu. Oznacza to, że pył o niskim lub bardzo niskim Kst może osiągać wysokie maksymalne ciśnienie wybuchu. Przykładem może tu być kakao, którego klasa wybuchowości, to St1. Mimo to jego maksymalne ciśnienie wybuchu może wynieść nawet 9 bar nadciśnienia.

UWAGA: powyższy film stanowi fragment darmowego warsztatu online pt. Ochrona urządzeń i aparatów przed skutkami wybuchu pyłu – ograniczenia rożnych typów zabezpieczeń oraz błędy w stosowaniu i ich konsekwencje – warsztat wsparty blisko 30 unikalnymi firmami. Jeśli chcesz w nim wziąć udział kliknij w poniższy link:

https://www.hazex.eu/2warsztaty-online-ochrona-urzadzen-i-aparatow-przed-skutkami-wybuchu-pylow/

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