Zagrozenia wybuchem.pdf

inż. Michał Świerżewski

Stowarzyszenie Elektryków Polskich

Sekcja Instalacji i Urządzeń Elektrycznych

Wybrane zagadnienia dotyczące urządzeń elektrycznych

w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

Wprowadzenie

W przestrzeniach, w których produkuje się, użytkuje lub przechowuje ciecze łatwo

zapalne, np. benzynę alkohole, eter, toluen, ksylen, rozcieńczalniki organiczne, gazy palne,

np. propan-butan, wodór, acetylen jest zupełnie oczywiste, że istnieje możliwość przenikania

par tych cieczy do otaczającej przestrzeni i tworzenia z powietrzem (z tlenem z powietrza)

mieszanin. Podobnie w czasie obróbki ciał stałych lub produkcji i transportu materiałów

sypkich mogą do otaczającego powietrza przedostawać się ich pyły i tworzyć z nim

mieszaniny.

Gdy w mieszaninie z powietrzem zawarta jest dostateczna ilość czynnika palnego

(pary cieczy palnej, gazu palnego lub pyłu) o stężeniu powyżej dolnej granicy wybuchowości,

powstaje tzw. mieszanina wybuchowa. Mieszanina wybuchowa pod wpływem dostarczonej

energii cieplnej zapala się. Proces spalania tej mieszaniny przebiega bardzo szybko i

towarzyszy mu gwałtowny wzrost ciśnienia.

Tego rodzaju szybki proces spalania nazywa się wybuchem.

Mieszanina wybuchowa może być zapalona – pobudzona do wybuchu,

najrozmaitszymi czynnikami zewnętrznymi, które dostarczą dostateczną ilość energii do

zapoczątkowania reakcji. Czynników tych może być wiele działających pojedynczo lub

współdziałających, można do nich zaliczyć:

* nagrzane powierzchnie,

* iskry w obwodach elektrycznych,

* wyładowania atmosferyczne,

* wyładowania elektryczności statycznej,

* otwarty płomień,

* iskry mechaniczne.

* różnego rodzaju promieniowanie

Każda iskra wywołana zarówno czynnikami elektrycznymi, jak i mechanicznymi jest

nośnikiem energii cieplnej. Największą zdolność zapalenia mieszanin wybuchowych mają

jednak iskry elektryczne bowiem towarzyszy im szereg dodatkowych zjawisk ułatwiających

zapalenie mieszaniny, np. jonizacja.

Wiele substancji chemicznych w mieszaninie z powietrzem zapalanych przez iskry

elektryczne w ogóle nie reaguje na iskry mechaniczne.

Również nie każda iskra elektryczna jest zdolna do zapalenia mieszaniny

wybuchowej. Aby mogło nastąpić zapalenie mieszaniny wybuchowej, iskra elektryczna musi

mieć pewną minimalną energię, poniżej której zapalenie mieszaniny nie jest możliwe.

Energia wydzielona w iskrze elektrycznej zależy od szeregu parametrów obwodu

elektrycznego, w którym powstaje – od napięcia, natężenia prądu, indukcyjności, pojemności,

szybkości przerywania obwodu, materiału elektrod. Znajomość minimalnej energii iskier

elektrycznych potrzebnej do zapalenia określonej mieszaniny wybuchowej oraz czynników

zwiększających i zmniejszających jej zdolność zapalającą pozwala na konstruowanie

urządzeń i obwodów z bezpieczną iskrą (iskrobezpiecznych). W tablicy 1. Podano

przykładowo energię zapalającą iskier elektrycznych kilku wybranych mieszanin

wybuchowych

Tablica 1. Przykłady minimalnej wartości energii iskier elektrycznych niezbędnej do

zapalenia mieszanin niektórych gazów i par z powietrzem

Nazwa substancji Minimalna energia

iskier mJ

Wodór

0,019

Acetylen

0,19

Benzen

0,20

Propan

0,26

Metan

0,28

Aceton

0,6

Alkohol etylowy

0,65

Zapalenie mieszaniny wybuchowej może również nastąpić pod wpływem

podwyższonej temperatury powierzchni bez udziału płomienia lub iskry, jeżeli ta temperatura

przekroczy tzw. temperaturę samozapalenia (samozapłonu) charakterystyczną dla każdej

substancji.

Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem

Podstawowymi warunkami bezpieczeństwa w przestrzeniach potencjalnie

zagrożonych wybuchem jest zastosowanie środków przeciwdziałających powstawaniu

mieszanin wybuchowych. Może to być osiągnięte przez zastosowanie podstawowych

środków ochrony:

• eliminację substancji palnych – zmianę technologii,

• zobojętnienie – dodanie gazu niepalnego – azotu, tlenku węgla,

• ograniczenie stężenia substancji palnej,

• wentylację naturalną lub sztuczną.

Jeżeli tych środków nie można zastosować lub użyte nie dają oczekiwanych

rezultatów i zagrożenie wybuchem może nadal wystąpić trzeba zastosować środki wtórne

polegające na użyciu urządzeń, które mogą bezpiecznie pracować w obecności mieszanin

wybuchowych.

Byłoby nieekonomiczne, a czasami wręcz niemożliwe instalowanie we wszystkich

przestrzeniach zagrożonych wybuchem urządzeń o najwyższym stopniu zabezpieczenia. Dlatego,

w celu umożliwienia doboru urządzeń elektrycznych o konstrukcji – stopniu zabezpieczenia,

adekwatnej do stopnia zagrożenia wybuchem wszystkie pomieszczenia i przestrzenie zewnętrzne

potencjalnie zagrożone wybuchem dzieli się na strefy zagrożenia, w zależności od warunków

występowania i czasu utrzymywania się mieszanin wybuchowych.

Dotychczas klasyfikację przestrzeni zagrożonych wybuchem przeprowadzało się

w oparciu o postanowienia rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych z dnia 3 listopada

1992r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych

i terenów. W ostatnim czasie, w ramach przystosowywania naszego prawa do przepisów Unii

Europejskiej, nastąpiła zmiana podstawy prawnej klasyfikacji przestrzeni zagrożonych

wybuchem. W nowym rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia

16 czerwca 2003 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów

budowlanych i terenów stwierdza się, że „klasyfikację stref zagrożenia wybuchem określa

Polska Norma dotycząca zapobiegania wybuchowi i ochrony przed wybuchem”. Normą tą

jest ustanowiona w roku 2002 norma PN-EN 60079-10:2002 Urządzenia elektryczne

w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Część 10: Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych

wybuchem.

Norma ta jest tłumaczeniem normy europejskiej EN 60079-10 i jest zharmonizowana

z dyrektywą Unii Europejskiej 94/9/EC, nazywaną dyrektywą ATEX 100. Dyrektywa ta nie

jest jeszcze wprowadzona do polskiego prawa odpowiednim rozporządzeniem ministra.

Należy się spodziewać tego w najbliższym czasie.

Odnośnie do urządzeń elektrycznych norma stanowi podstawę właściwego doboru

i instalowania urządzeń przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

Podstawą uznania przestrzeni za potencjalnie zagrożoną wybuchem jest stopień emisji

czynników tworzących z powietrzem mieszaniny wybuchowe i wentylacja.

Przestrzenie zagrożone wybuchem mieszanin gazów palnych i par cieczy palnych z

powietrzem klasyfikuje się na strefy według częstości i czasu występowania gazowej

atmosfery wybuchowej w następujący sposób:

- strefa 0 – jest to przestrzeń, w której gazowa atmosfera wybuchowa

występuje ciągle lub w dłuższych okresach czasu,

- strefa 1 – jest to przestrzeń, w której pojawienie się gazowej atmosfery wybuchowej

jest prawdopodobne w warunkach normalnej pracy (urządzeń technologicznych),

- strefa 2 – jest to przestrzeń, w której w warunkach normalnej pracy

pojawienie się gazowej atmosfery wybuchowej jest bardzo mało prawdopodobne.

Jeżeli jednak gazowa atmosfera wybuchowa pojawi się rzeczywiście, to tylko na

krótki okres czasu.

Nowe oznakowanie stref zagrożonych wybuchem w stosunku do oznakowania

dotychczasowego przedstawia się następująco:

strefa Z0 strefa 0

strefa Z1 strefa 1

strefa Z2 strefa 2

Nie są jeszcze opublikowane zasady klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem

mieszanin pyłów z powietrzem. Muszą one jednak odpowiadać ściśle zasadom wynikającym

z dyrektywy Unii Europejskiej 94/9/EC. Według tej dyrektywy dotychczasowe strefy

zagrożenia wybuchem mieszanin pyłów z powietrzem oraz wg rozporządzenia Ministra

Infrastruktury (porównanie dotychczasowego i nowego oznakowania stref zagrożonych

wybuchem) powinny być oznaczone: strefa 20, strefa 21 i strefa 22, co w porównaniu

z oznaczeniami dotychczasowymi przedstawia się następująco:

strefa Z10 strefa 20

strefa Z11 strefa 21

- strefa 22

Definicje stopnia zagrożenia poszczególnych stref są identyczne, jak w

przypadku zagrożenia wybuchem mieszanin gazów i par z powietrzem.

Przeniesienie zasad klasyfikacji zagrożenia wybuchem z rozporządzenia Ministra

Spraw Wewnętrznych i Administracji do Polskiej Normy w zasadzie nie zmienia procedur

określania i definicji poszczególnych stref zagrożenia wybuchem.

Zasady doboru urządzeń elektrycznych oraz zasady projektowania i wykonania

instalacji elektrycznych wynikają z norm:

- PN-EN 50014U Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych

wybuchem. Wymagania ogólne i metody badań,

- PN-EN 60079 – 14U Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych

wybuchem. Elektryczne instalacje w przestrzeniach zagrożonych wybuchem

innych niż w kopalniach.

Normy te zostały przyjęte przez Polski Komitet Normalizacyjny w drodze uznania

(oznacza to, że uznano daną normę EN za normę polską) i są, do czasu przetłumaczenia,

dostępne tylko w języku angielskim.

Przy klasyfikacji przestrzeni do odpowiedniej strefy zagrożenia wybuchem oraz przy

doborze urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym trzeba brać pod uwagę:

*właściwości fizyko-chemiczne czynników palnych występujących w danej

przestrzeni;

*charakter procesu technologicznego;

*możliwości przedostawania się czynników palnych do otaczającej przestrzeni;

*wentylację danej przestrzeni;

*przewidywany czas utrzymywania się mieszaniny wybuchowej.

Pomieszczenia i przestrzenie zewnętrzne określa się jako zagrożone wybuchem, jeżeli

może się w nich utworzyć mieszanina wybuchowa powstała z wydzielającej się takiej ilości:

gazów palnych, par, mgieł, aerozoli lub pyłów, której wybuch mógłby spowodować przyrost

ciśnienia przekraczający 5 kPa.

W pomieszczeniach o dużych powierzchniach i na zewnątrz budynków należy

wyznaczać strefy zagrożenia wybuchem, jeżeli mogą wystąpić mieszaniny wybuchowe o

objętości co najmniej 0,01 m 3 w wolnej przestrzeni.

Istnieje szereg prac, przy których a priori zakłada się wystąpienie zagrożenia

wybuchem, np. przy malowaniu, lakierowaniu, klejeniu, myciu, suszeniu przy użyciu

materiałów, których pary mogą tworzyć z powietrzem mieszaniny wybuchowe.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: