Rok 2003 – w firmie zajmującej się procesem obróbki aluminium doszło do wybuchu pyłu w odpylaczu, który w konsekwencji zniszczył całą halę produkcyjną i spowodował śmierć 1 osoby. [Pobierz studium przypadku]
Rok 2007 – na skutek braku odpowiedniego uziemienia, wybuch w układzie przesyłu pneumatycznego mąki z autocysterny do silosu całkowicie zniszczył budynek młyna i przyczynił się do śmierci 5 osób [Pobierz studium przypadku]
Rok 2017 – w zakładzie przetwórstwa kukurydzy dochodzi do niewielkiego wybuchu w młynie szczelinowym, który doprowadził do całkowitego zniszczenia zakładu, śmierci 5 osób i wyroku skazującego obligującego do zapłaty odszkodowania, które w przeliczeniu wyniosło 6,5 mln PLN. [Pobierz studium przypadku]
Różne urządzenia, inne pyły. Wspólny mianownik: brak izolacji wybuchu
„W każdym z tych przypadków dochodziło do zapłonu innego pyłu. Mało tego. Za każdym razem do wybuchu dochodziło w innym aparacie. Mimo to mają one wspólny mianownik, który finalnie był przyczyną potężnych zniszczeń. Co nim było?” – pyta Zbigniew Wolff – ekspert ds. zabezpieczeń przeciwwybuchowych w GRUPIE WOLFF i od razu odpowiada:
„Brak tzw. izolacji (inaczej: odsprzęgania) wybuchu. W efekcie eksplozja, w każdym z tych przypadków bez przeszkód mogła rozprzestrzeniać się na inne urządzenia oraz do innych pomieszczeń, powodując katastrofalne w skutkach wybuchy wtórne.
Można jednak przekornie zadać pytanie – po co jest ta izolacja, skoro te trzy wybuchy zdarzyły się na przestrzeni blisko 20 lat i doszło do nich w różnych częściach świata? Czy to nie jest po prostu ryzyko wpisane w naturę produkcji przemysłowej, które należy zaakceptować?” – kontynuuje Wolff – „Absolutnie nie. Tego typu zdarzeń wcale nie jest tak mało jak powszechnie się sądzi… Nasze zespoły serwisowe są wzywane po aktywacji systemu przeciwwybuchowego nawet kilkadziesiąt razy rocznie. Tego typu informacje nie są jednak medialne. Owszem, incydent związany z zainicjowaniem wybuchu miał miejsce, ale poprawnie dobrane zabezpieczenia (w tym izolacja wybuchu) zadziałały, chroniąc przed poważniejszymi konsekwencjami.
Nie należy także zapominać, że stosowanie zabezpieczeń przeciwwybuchowych w tym izolacji wybuchu jest wymogiem prawnym.”
Fot. 1: Dane z czujnika dynamicznego wzrostu ciśnienia typu MEX3.2HT
Polska: 3 różne poważne eksplozje w ciągu 6 miesięcy. Wspólny mianownik: brak izolacji wybuchu
Gdyby przyjrzeć się jedynie informacjom medialnym, na temat zdarzeń, które ze względu na skalę musiały ujrzeć światło dzienne, to w ciągu ostatniego pół roku w Polsce miały miejsce 3 poważne eksplozje. Instalacje, w których doszło do wybuchu, były niezabezpieczone, lub zabezpieczenia te były niekompletne.
Najczęstszym błędem w takich sytuacjach jest właśnie brak tzw. izolacji wybuchu, czyli systemu, który w chwili wybuchu w urządzeniu odcina go od pozostałej instalacji. Owo odcięcie polega na fizycznym zamknięciu wszystkich kanałów, rurociągów czy przesypów, którymi wybuch mógłby się przenieść do sąsiednich aparatów. Brak izolacji sprawiał, że eksplozje z jednego miejsca przenosiły się do drugiego, trzeciego itd. Prowadziło to nie tylko do zniszczenia urządzeń, ale także rozległych pożarów.
Wybuch i pożar na terenie tarnobrzeskiego Siarkopolu – artykuł wsparty VIDEO
Wybuch pyłu i pożar w Siarkopolu
Przedstawiamy jeszcze inny wybuch z polskiego zakładu przemysłowego, który zdarzył się w 2019 roku. Co istotne, przy okazji relacji z tego wybuchu, omówiliśmy jednocześnie, co zawierała karta charakterystyki produkowanego w zakładzie surowca. Wpis ten przyda się Tobie, niezależnie od tego, z jakim wybuchowym pyłem stykasz się na co dzień w swoim zakładzie przemysłowym. Przybliża on bowiem istotne dane, które powinny się znaleźć w karcie charakterystyki produktu, a których w tym przypadku zabrakło.
Wybuchu pyłu w odpylaczu – pobierz studium przypadku
Filtr po wybuchu pyłu
Wybuch, do jakiego doszło w tym zakładzie produkcyjnym, nie powinien być groźny… nie powinien wyrządzić większych strat… a już na pewno nie powinien w nim nikt zginąć. Tak można było ocenić sytuację na pierwszy rzut oka – mówi Mariusz Balicki odpowiedzialny w GRUPIE WOLFF za obszar bezpieczeństwa wybuchowego. Filtr, w którym doszło do wybuchu, posiadł przecież panel dekompresyjny, który miał go chronić… mało tego – urządzenie stało na zewnątrz, a więc nie zagrażało bezpośrednio pracownikom będącym w hali. Dlaczego więc doszło do tragicznego wybuchu, który nie tylko zniszczył zakład produkcyjny, ale przede wszystkim był przyczyną śmierci jednego z pracowników? Dowiesz się tego z niniejszego studium przypadku.
Choć wspomniane wybuchy, do których doszło w ostatnim czasie w Polsce, powodowały duże straty, to na szczęście nikt w nich nie zginął. Sprawy wyszły jednak na światło dzienne, co z pewnością miało wpływ na wizerunek firm, a także – mówiąc delikatnie – ocenę pracy ludzi odpowiedzialnych za bezpieczeństwo w tych zakładach.
Gdyby instalacje w tych zakładach były zabezpieczone prawidłowo, to o wspomnianych wybuchach nigdy byśmy nie usłyszeli. Całe zdarzenie zakończyłoby się „restartem” systemu. Tymczasem skala zniszczeń w każdym z tych przypadków sięgała milionów złotych.
Składowe prawidłowego systemu zabezpieczenia przed skutkami wybuchu
Co to jednak oznacza prawidłowo? W dużym uproszczeniu chodzi o to, że urządzenie zagrożone wybuchem zawsze musi posiadać dwa elementy:
- system redukujący ciśnienie wybuchu do bezpiecznego dla urządzenia poziomu (odpowietrzanie lub tłumienie wybuchu),
- system izolujący urządzenie, w którym doszło do wybuchu od pozostałej części instalacji.
Taka jest właśnie istota odpowiedniego zabezpieczania urządzeń przed skutkami wybuchu: należy obniżyć ciśnienie wybuchu we wnętrzu urządzenia poniżej jego wytrzymałości konstrukcyjnej – chroniąc urządzenie przed niekontrolowanym rozerwaniem – oraz nie dopuścić do przedostania się resztkowego ciśnienia i płomieni do sąsiednich aparatów – chroniąc pozostałą część instalacji przed wybuchami wtórnymi. O tym, dlaczego wybuchy wtórne są tak bardzo niebezpieczne i skąd bierze się ich wyjątkowa siła, miałem okazję opowiedzieć na potrzeby artykułu porównującego zawór odciążający wybuch z panelem dekompresyjnym.
Poniżej możesz pobrać studium przypadku nt. wybuchu pyłu aluminium w odpylaczu, który przywołaliśmy we wstępie do tego artykułu. Opracowanie będzie wartościowe dla Ciebie jeśli w swoim zakładzie korzystasz z instalacji odpylania (nawet jeśli odpylasz inny pył niż pył aluminium). W poniższej ramce znajdziesz wstęp do opracowania oraz guzik, który umożliwi Ci pobranie studium przypadku.
Pasywne systemy izolacji wybuchu
Aby wyjaśnić, jak działa izolacja wybuchu, należy zacząć od podstawowego podziału na systemy pasywne i aktywne – gdyż od tego zależy, w jaki sposób system izolacji będzie działać i chronić.
Systemy pasywne można powiedzieć, że na pierwszy rzut oka są niewidoczne. One po prostu są zamontowane i pasywnie czekają. Czekają, aż dotrze do nich wybuch, po to, aby jego energia wymusiła zamknięcie się zabezpieczenia.
Systemy pasywne mogą być montowane zarówno w kanałach, którymi transportowany jest materiał (klapy zwrotne, zawory Ventex), jak i mogą nimi być odpowiednio dobrane zawory celkowe, których podstawowym zadaniem jest dozowanie materiału np. z silosu do kanału.
Zawory celkowe
Tu należy zwrócić uwagę na bardzo poważny błąd, jaki często jest popełniany w przypadku zaworów celkowych. Zawór, który pełni funkcję izolacji musi posiadać dokument potocznie nazywany certyfikatem ATEX. Mało tego musi on posiadać dwa takie dokumenty. Pierwszy z nich gwarantuje, że zawór sam w sobie nie stanie się źródłem zapłonu. Drugi natomiast, że w chwili wybuchu konstrukcja zaworu powstrzyma rozprzestrzeniający się wybuchu.
W zależności więc od tego, czy dany dozownik posiada certyfikat ATEX lub w jakim zakresie została przeprowadzona certyfikacja, możemy wymienić trzy typy urządzeń:
- dozowniki w wykonaniu zwykłym, które nie mogą być w żadnym przypadku stosowane w strefach zagrożenia wybuchem, a tym bardziej jako układy odprzęgające,
- dozowniki z certyfikatem ATEX dopuszczającym je do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, które, pod warunkiem właściwego doboru, nie stanowią źródła zapłonu atmosfery potencjalnie wybuchowej. Zaworów celkowych tego typu również nie można stosować jako układów odsprzęgania wybuchu,
- dozowniki posiadające certyfikat ATEX dopuszczający zarówno do pracy w strefie zagrożenia wybuchem, jak również jako autonomiczny układ odsprzęgający wybuchu (wykonanie odporne na przebicie się ciśnienia i / lub płomienia).
Przy doborze dozowników celkowych często mylone są dwa ostatnie z wymienionych typów urządzeń. Przykładowo w zapytaniach ofertowych oraz specyfikacjach technicznych nierzadko pojawiają się zapisy mówiące, iż śluzy celkowe muszą posiadać certyfikat ATEX dla konkretnej strefy zagrożenia wybuchem – np. 20 wewnątrz oraz 22 na zewnątrz urządzenia. Pomija się jednak fakt, iż urządzenie będzie również pracować jako układ odsprzęgania wybuchu. W konsekwencji dokonywany jest zakup nieprawidłowo dobranych śluz. Ich późniejsza wymiana bywa zadaniem trudnym i kosztownym. Dzieje się tak, ponieważ producent zakupionych urządzeń albo nie posiada w ofercie dozowników z wymaganym certyfikatem, albo wydajność prawidłowo certyfikowanej śluzy o tych samych wymiarach jest niższa od wymaganej (wynika to z ograniczeń zawartych w certyfikacie dla odsprzęgania wybuchu).
Wyjściem z tej patowej sytuacji może być zakup urządzenia o większych gabarytach. W takim wypadku należy się jednak liczyć z nierzadko kosztownymi, modyfikacjami instalacji.
W pewnych sytuacjach lepszym rozwiązaniem od wymiany dozownika może okazać się zastosowanie systemu odsprzęgania wybuchu typu HRD. Rozwiązanie to w większości przypadków nie wymaga dodatkowej przestrzeni pod montaż i może być zabudowane bezpośrednio na istniejącym kanale lub przesypie (za dozownikiem).
Tak jak każdy układ przeciwwybuchowy dozowniki celkowe z certyfikatem ATEX również wymagają regularnych przeglądów serwisowych. W tym przypadku jednak producenci w dokumentacji technicznej najczęściej podają maksymalne okresy między kolejnymi przeglądami, zaznaczając równocześnie, iż ich dokładna częstotliwość zależy od warunków pracy urządzenia i powinna zostać określona przez użytkownika instalacji na bazie doświadczeń ruchowych.
W praktyce oznacza to, iż przeglądy te muszą być, w pewnych sytuacjach, realizowane nawet kilka razy w roku pod rygorem utraty ważności certyfikatu ATEX (certyfikat obowiązuje dla maksymalnej dopuszczalnej szczeliny między łopatkami rotora a korpusem zaworu).
Klapa zwrotna
Zasada jej działania jest banalnie prosta i powszechnie stosowana nawet przy najzwyklejszej domowej wentylacji – w wentylatorach są to zawory zwrotne. W przemyśle klapa zwrotna to wytrzymała na wysokie ciśnienie uchylna klapa zamontowana na zawiasach, pozwalających otwierać się jej swobodnie w jedną stronę. W ten sposób klapa może przepuszczać materiał transportowany pneumatycznie w strumieniu powietrza. Jednocześnie w chwili wybuchu, ciśnienie skierowane w przeciwnym kierunku do przepływu materiału zamyka klapę uniemożliwiając rozprzestrzenianie się wybuchu. Istnieją także rozwiązania, w których ruchoma klapa otwierana przez ciśnienie wybuchu jest mechanicznie blokowana w pozycji otwartej. To rozwiązanie ma tę przewagę, że może być montowane nie tylko w pozycji poziomej, ale także pionowej. Klapę tego typu przedstawiliśmy na dwóch poniższych grafikach.
Zawory Ventex
Zawory tego typu montowane są zwykle na kanałach instalacji odpylających, centralnego odkurzania, transportu nad- i podciśnieniowego, suszenia czy też granulacji. Istotną informacją jest to, że można je montować w pozycji poziomej, jak i pionowej. Dodatkowo może zapewniać działanie jedno-, jak i dwukierunkowe. Ich działanie polega na zamknięciu się pod wpływem przemieszczającej się w rurociągu fali ciśnienia wybuchu.
Widoczną różnicą w porównaniu z klapami zwrotnymi jest specjalna konstrukcja zaworu w formie „gruszki”. Dzięki niej zawór generuje małe opory przepływu. Rozwiązanie to jest dopuszczone do stosowania w przypadku palnych i wybuchowych gazów, pyłów oraz mieszanin hybrydowych. Niemniej gdy w strumieniu znajdują się pyły, należy mieć na uwadze, iż ich zawartość nie może przekroczyć wartości granicznych określonych w dokumentacji. Wynika to z konstrukcji zaworu, w którym „gruszka” przy zamknięciu jest dociskana do specjalnej uszczelki. Tolerancje są tu bardzo niewielkie i wynoszą 0,1–0,15 mm. Zbyt wysoka zawartość pyłu grozi obrastaniem lub wycieraniem uszczelnienia zaworu, co może prowadzić do nieprawidłowego działania.
Aktywne systemy izolacji wybuchu
Drugą kategorią zabezpieczeń izolujących wybuch przed przedostaniem się do innych urządzeń i aparatów, są systemy aktywne. One już nie czekają na moment, kiedy dotrze do nich wybuch, aby zadziałać, tylko aktywnie przeciwdziałają rozprzestrzenianiu się wybuchu, zamykając jak najszybciej wszelkie kanały, rury, czy przesypy, na których są zamontowane, natychmiast po wykryciu powstania wybuchu przez specjalne czujniki.
Ich działanie można porównać więc do znanej sceny z wielu filmów, kiedy to system czujek wykrywa złodzieja w muzeum, czy banku i natychmiast aktywuje spadające kraty, zamykając szczelnie złodzieja w potrzasku, nie pozwalając mu uciec. A że wybuch jest zjawiskiem dość prostym jeśli chodzi o jego fizyczną naturę, nie ma obaw, że zabezpieczenia zostaną oszukane przez niego, niczym Tom Cruise w “Mission: Impossible”.
Butle z czynnikiem gaszącym typu HRD
Butle HRD mogą być wykorzystywane nie tylko jako system tłumienia wybuchu, ale również, jako niezwykle skuteczny, aktywny system izolacji wybuchu. Zamontowane w kanałach, rurach, czy przesypach butle HRD, kiedy zostaną aktywowane przez czujniki, natychmiastowo wtłaczają do tych kanałów proszek tłumiący, momentalnie zamykając takie kanały, nie pozwalając się wybuchowi dalej rozprzestrzeniać.
Zasuwy szybkiego działania
Zasuwa szybkiego zadziałania to najbardziej odporny i dostosowany do najtrudniejszych sytuacji system odsprzęgania wybuchu. Działa on podobnie jak typowe zasuwy nożowe z tą różnicą, że ich czas reakcji oraz zamknięcia jest ekstremalnie krótki. Ponadto ich odporność na ciśnienie wybuchu w przypadku małych średnic sięga nawet 50 barów (przy większych średnicach do 30 barów). Są to wartości, które prawdopodobnie mogą być osiągane tylko w przypadku wybuchu mieszanin hybrydowych. W standardowych zastosowaniach, zasuwy szybko zamykające pracują zarówno z pyłami, jak i gazami oraz mieszaninami hybrydowymi. Są one aktywowane poprzez dynamiczne czujniki ciśnienia lub/i czujniki płomienia, a całością systemu zarządza dedykowana centrala sterująca.
Zasuwy szybkiego zadziałania mogą pracować jako certyfikowany system odsprzęgania wybuchu na instalacjach, które zostały zaprojektowane w taki sposób, aby wytrzymać maksymalne ciśnienie wybuchu (tzw. konstrukcje odporne na 10 barów). Oczywiście nie ma żadnych przeciwwskazań, aby stanowiła zabezpieczenie dla niższych ciśnień wybuchu.
Lista urządzeń, w których przypadku można stosować tego typu rozwiązanie, jest praktycznie ograniczona tylko średnicą kanału – nie powinna ona przekraczać DN400. Mówimy tu o jednostkach filtracyjnych, cyklonach, reaktorach, suszarniach, zbiornikach ciśnieniowych, silosach, młynach itp. Jedyną wadą tego rozwiązania jest bardzo wysoka cena, zwłaszcza przy większych średnicach. W zamian otrzymujemy jednak system, który po wybuchu możemy uruchomić samodzielnie, bez ingerencji zewnętrznego serwisu. Ma to zasadnicze znaczenie dla instalacji, gdzie czas przywrócenia sprawności systemu jest kluczowy.
Przy systemach aktywnych, aby izolacja wybuchu zadziałała, kluczowe jest miejsce montażu zabezpieczenia
Kluczową kwestią pozwalającą wykryć wybuch i nie dopuścić do jego rozprzestrzeniania się po instalacji, jest dobranie odpowiedniego miejsca zainstalowania takiego systemu. System musi zdążyć zadziałać, zanim wybuch dosięgnie miejsca zamontowania systemu. Należy pamiętać, że do wybuchu pierwotnego może dojść w różnych miejscach aparatu. Zarówno wybuch może mieć miejsce w pobliżu rurociągu, w środku aparatu, jak i po drugiej stronie. To oznacza, że w zależności od miejsca wybuchu, fale ciśnienia i płomienia pokonają różną drogę w tym samym czasie.
Jak więc chronić aparaty poprzez systemy aktywne?
Wyjaśnijmy to biorąc za przykład butle HRD. Poniżej będziemy się posługiwać określaniami, dotyczącymi tego, w jakiej odległości od siebie znajdują się dwa aparaty połączone kanałem, który chcemy zabezpieczyć. Określenia te nie są precyzyjne, gdyż zdiagnozowanie, z którą z poniższych sytuacji mamy do czynienia wymaga każdorazowo indywidualnych obliczeń, które będą uwzględniać średnicę chronionego kanału oraz parametry wybuchowości pyłu.
Mała odległość (do 6-7 metrów) = jak jeden aparat
Przy małych odległościach rurociągu między aparatami, zasadniczo nie jest możliwe zastosowanie odsprzęgania wybuchu. Obydwa urządzenia należy traktować jako jeden układ pod względem zabezpieczenia i bez względu na to, w którym aparacie dojdzie do wybuchu, zabezpieczenia na obydwu aparatach muszą być aktywowane.
Trochę większa odległość = 2 butle
Dla nieco większych odległości rurociągu między aparatami możliwe jest zastosowanie 2 odcięć. Logika działania jest taka, że przy wybuchu w jednym urządzeniu, uruchamiana jest butla, która znajduje się przy drugim aparacie tak, aby proszek tłumiący zdążył się wtłoczyć do rurociągu, zanim wybuch dotrze do miejsca odcięcia.
Jeszcze większa odległość = 1 butla
Przy większych odległościach, ale poniżej odległości grożącej detonacją w rurociągu stosuje się jedno odsprzęganie między aparatami.
Odległość grożąca detonacją w rurociągu = 2 butle
Przy dużych odległościach, powyżej odległości grożącej detonacji w rurociągu, stosuje się dwa odcięcia na rurociągu. Wówczas uruchamiana jest butla bliżej aparatu, w którym doszło do wybuchu. Dzięki temu zabezpieczane jest nie tylko drugie urządzenie, ale także sam rurociąg.
