Wyznaczanie stref zagrożenia wybuchem pyłów – wprowadzenie

Atmosfera wybuchowa

Aby można było mówić o zagrożeniu wybuchem, należy najpierw wyjaśnić, czym jest atmosfera wybuchowa. Ze względu na fakt, że ryzyko wybuchu pyłów jest zdecydowanie mniej znane wśród zarządzających zakładami przemysłowymi niż ryzyko wybuchu gazów, skupimy się w tym artykule na atmosferach pyłowych.

Warunkiem koniecznym do wystąpienia zagrożenia wybuchowego jest powstanie atmosfery wybuchowej. Jest to mieszanina pyłowo-powietrzna, którą możemy też szerzej określić jako mieszaninę pyłu z utleniaczem. Jej stężenie musi znaleźć się w zakresie dolnej i górnej granicy wybuchowości. Granice te wyznaczane są dla każdego z pyłów z osobna. Oznacza to, że jeśli stężenie mieszaniny znajdzie się pomiędzy dolną a górną granicą wybuchowości, to mieszanina ta, przy zetknięciu się ze źródłem zapłonu, stwarza ryzyko wybuchu.

W tym miejscu warto wspomnieć o wymaganiach Dyrektywy ATEX. Według norm zharmonizowanych z dyrektywą, pierwszym krokiem dla zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego powinna być eliminacja źródeł powstawania atmosfery wybuchowej. W przypadku pyłów nie jest to takie łatwe do osiągnięcia. Zwykle wręcz niemożliwe jest spowodowanie braku pylenia i mieszania się pyłu z powietrzem. Wynika to wprost z procesów technologicznych, przez które przechodzą produkty sypkie. Magazynowanie, przesypywanie, transport, mielenie, kruszenie – to są wszystko procesy, których nie da się wyeliminować. Co więcej, przestrzenie i instalacje, w których te procesy zachodzą, zwykle nie są szczelne. W takich warunkach ciężko więc zastosować systemy inertyzacji procesów gazami obojętnymi. W założeniu gazy te miałyby spowodować, że stężenie mieszaniny nie przekroczy dolnej granicy wybuchowości. Niewiele jest jednak urządzeń i aparatów na tyle szczelnych, aby ten proces był skuteczny.

Czym jest strefa zagrożenia wybuchem?

Kolejnym krokiem w procesie oceny ryzyka wybuchowego jest określenie zasięgu poszczególnych atmosfer wybuchowych. Zasięg ten wyznacza się jako objętość konkretnej przestrzeni, jaka może zostać wypełniona przez mieszaninę pyłowo-powietrzną w chwili jej wystąpienia. Istotne jest też określenie częstotliwości jej występowania. W efekcie taką atmosferę wybuchową, dla której wyznaczyliśmy zasięg i określiliśmy częstotliwość występowania, określa się mianem strefy zagrożenia wybuchem.

Klasyfikacja stref zagrożenia wybuchem ze względu na miejsce występowania

Powyżej wymieniliśmy przykładowe procesy technologiczne, przy których nie da się uniknąć pylenia. Jak widać, są to procesy toczące się wewnątrz urządzeń i instalacji, jak i takie, gdzie zasięg pylenia może być szerszy, obejmujący otwarte przestrzenie lub stanowiska pracy. W związku z tym możemy wyróżnić klasyfikację stref zagrożonych ze względu na miejsce występowania:

• wewnętrzne strefy zagrożenia wybuchem – są to strefy zlokalizowane wewnątrz obudów urządzeń i instalacji (np. w silosach, filtrach powietrza, zabudowanych przesypach itp.),
• zzewnętrzne strefy zagrożenia wybuchem – są to strefy zlokalizowane na zewnątrz obudów urządzeń i instalacji (np. otwarte składowiska materiałów sypkich, otwarte przesypy, zapylenie przestrzeni roboczej wynikające z nieszczelności instalacji i/lub obecności pyłów osiadłych).

Wyznaczanie stref zagrożenia wybuchem

Dla zapewnienia właściwej ochrony przeciwwybuchowej instalacji, urządzeń, czy szerzej obiektów i przestrzeni w zakładach przemysłowych, najważniejsza jest klasyfikacja i wyznaczenie stref zagrożenia wybuchem na podstawie częstotliwości występowania atmosfery wybuchowej. Z innego rodzaju zagrożeniem będziemy mieć bowiem do czynienia, jeśli atmosfera wybuchowa będzie występować stale, lub jedynie przez krótki czas w ściśle określonych sytuacjach.

Podział wyznaczonych stref ex – dla atmosfer pyłowych:

• strefa 20 – atmosfera wybuchowa w postaci mieszaniny pyłowo-powietrznej, która występuje stale, często lub przez długie okresy,
• strefa 21 – atmosfera wybuchowa w postaci mieszaniny pyłowo-powietrznej, która może wystąpić podczas normalnej pracy,
• strefa 22 – atmosfera wybuchowa w postaci mieszaniny pyłowo-powietrznej, która nie występuje w trakcie normalnej pracy, a w przypadku wystąpienia utrzymuje się przez krótki czas.

Kategorie wyznaczonych stref ex – dla atmosfer gazowych:

Choć niniejszy artykuł omawia przede wszystkim kwestie wyznaczania stref ex dla pyłowych atmosfer wybuchowych, w analogiczny sposób klasyfikuje się strefy gazowe:

• strefa 0 – atmosfera wybuchowa zawierająca mieszaninę z powietrzem substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł występuje stale, często lub przez długie okresy,
• strefa 1 – atmosfera wybuchowa zawierająca mieszaninę z powietrzem substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł może wystąpić podczas normalnej pracy,
• strefa 2 – atmosfera wybuchowa zawierająca mieszaninę z powietrzem substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł nie występuje w trakcie normalnej pracy, a w przypadku wystąpienia utrzymuje się przez krótki czas.

Wyznaczanie stref ex musi uwzględniać ich miejsce występowania

Zapewnienie bezpieczeństwa wybuchowego w warunkach przemysłowych musi uwzględniać miejsce występowania stref zagrożonych wybuchem. Jak zostało zaznaczone wcześniej, atmosfera wybuchowa może występować zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz urządzeń czy aparatów. W takich przypadkach ich zasięg oraz częstotliwość występowania powinny zostać określone oddzielnie dla każdej z tych przestrzeni. W konsekwencji można się często spotkać z sytuacją, kiedy wewnątrz urządzenia wyznaczona została strefa 20, a na zewnątrz strefa 22. Dla przykładu w takich warunkach może funkcjonować kanał brudnego powietrza instalacji odpylającej, która została zamontowana na otwartej przestrzeni, a nie wewnątrz hali, czy innego rodzaju obiektów przemysłowych.

Urządzenia pracujące w strefach zagrożenia wybuchem

Urządzenia pracujące w danych strefach zagrożonych wybuchem muszą zapewniać odpowiedni poziom bezpieczeństwa. Oznacza to, że muszą one być wykonane w taki sposób, aby one same nie stanowiły potencjalnego źródła zapłonu atmosfery wybuchowej. Za dobór właściwych zabezpieczeń do poszczególnych stref zagrożonych wybuchem odpowiada producent urządzeń.

W przypadku urządzeń elektrycznych przeznaczonych do pracy w 20 i 21, oraz nieelektrycznych przeznaczonych do pracy w 20 strefie zagrożenia wybuchem pyłów, wybór ten, oraz zgodność urządzenia z odpowiednimi normami są dodatkowo weryfikowane przez jednostkę notyfikowaną.

Zdarza się, że dane urządzenie pracuje w dwóch strefach zagrożenia wybuchem jednocześnie. Kontynuując przykład kanały z brudnym powietrzem dla instalacji odpylania, rozważmy strefy, w których będzie pracować czujnik zapylenia. Jego sonda pracuje wewnątrz kanału (najczęściej w strefie 20), natomiast układ elektroniczny po jego zewnętrznej stronie (najczęściej w strefie 22). W takich przypadkach poszczególne elementy urządzenia powinny posiadać zabezpieczenia adekwatne do wyznaczonej strefy zagrożenia wybuchem.

Innym przykładem może być zawór celkowy zamontowany na wylocie z silosu. Wówczas we wnętrzu obudowy zaworu celkowego (w większości przypadków) wyznacza się 20, a na zewnątrz 22 strefę zagrożenia wybuchem. W związku z powyższym poszczególne elementy zaworu (wewnętrzne oraz zewnętrzne) mogą mieć zabezpieczenia adekwatne do wyznaczonych stref zagrożenia wybuchem.

Kto odpowiada za wyznaczanie stref zagrożenia wybuchem, a kto je najczęściej wyznacza?

Zgodnie z zapisami dyrektywy ATEX, za określenie na obiekcie stref zagrożenia wybuchem, zapewnienie odpowiedniego poziomu ochrony oraz dobór urządzeń wyposażonych we właściwe zabezpieczenia, oraz certyfikaty odpowiada użytkownik/właściciel obiektu. W warunkach przemysłowych realia są jednak takie, że zapewnienie bezpieczeństwa wybuchowego zgodnie z Dyrektywą ATEX jest bardzo skomplikowanym procesem. Dlatego też przy zapewnieniu odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa i wdrożeniu systemów ochrony przeciwwybuchowej, użytkownicy/właściciele obiektów często współpracują z firmami zewnętrznymi specjalizującymi się w tym obszarze. O ile stosunkowo łatwo jest zdiagnozować potencjalne źródła emisji gazów, pyłów, par cieczy w przestrzeniach przemysłowych, o tyle wyznaczenie stref zagrożonych wybuchem – szczególnie w przypadku pyłów – nie jest już takie proste.

Różnice pomiędzy gazowymi a pyłowymi atmosferami wybuchowymi

Gazy są stosunkowo proste, bowiem ich parametry wybuchowości są niezmienne. Tak więc ocena, czy określony gaz jest wybuchowy, jest zawsze taka sama: jest wybuchowy, lub nie jest. Dlatego wyznaczanie stref ex sprowadza się głównie do sprawdzenia wzorów w normie zharmonizowanej z Dyrektywą ATEX, wykonaniu stosownych obliczeń i na ich podstawie dokonaniu klasyfikacji.

Niestety dla instalacji i obiektów, w których powstaje pyłowa atmosfera wybuchowa, tak prosto już nie jest. Klasyfikacja stref nie opiera się na gotowych wzorach, które można poszukać w odpowiedniej normie. Dzieje się tak dlatego, że właściwości wybuchowe pyłów są zmienne. Po jednej stronie instalacji pyły mogą nie być wybuchowe, a po przejściu przez proces, w warunkach, gdzie dochodzi do kruszenia, rozdrabniania, przysypywania, przesiewania itp. pyły nabiorą właściwości wybuchowych. Kluczowa staje się ocena zmian w zakresie ziarnistości i wilgotności pyłów. Ocena ta musi więc być dokonana przez specjalistę, który brał udział w dziesiątkach projektów z zakresu zapewnienia bezpieczeństwa wybuchowego, wyznaczania stref zagrożonych wybuchem, wdrażania systemów ochrony przeciwwybuchowej. W skrócie mówiąc, miarą jakości staje się doświadczenie praktyczne, a nie teoretyczne, polegające tylko na znalezieniu wzoru w normie i wykonaniu obliczeń.