Strefy zagrożenia wybuchem i określanie przyrostu ciśnienia, jaki mógłby zostać spowodowany przez wybuch Warszawa styczeń 2017

Zagadnienia Regulacje prawne Wprowadzenie Podstawowe pojęcia Ocena zagrożenia wybuchem, postępowanie klasyfikacyjne Przykłady stref zagrożenia wybuchem

Regulacje prawne Dyrektywa 1999/92/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 1999 roku w sprawie minimalnych wymagań mających na celu poprawę stanu bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników potencjalnie narażonych na ryzyko spowodowane atmosferami wybuchowymi. (dyrektywa Atex 137) Rozporządzenie ministra gospodarki z 8 lipca 2010 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa (Dz. U. nr 138, poz. 931)

Regulacje prawne Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 94/9/WE z dnia 23 marca 1994 r. w sprawie zbliżenia ustawodawstwa Państw Członkowskich dotyczących urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, Dz. U. L 100, z 19/4/1994, Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 22 grudnia 2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (Dz.U. Nr 263 poz. 2203) WPROWADZA DYREKTYWĘ 94/9/EC, Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. Nr 109 poz. 719), Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, poz. 690),

Regulacje prawne PN-EN 1127-1:2001 „Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. Pojęcia podstawowe i metodologia, PN-EN 60079-10-2:2009E Atmosfery wybuchowe - Część 10-2: Klasyfikacja przestrzeni - Atmosfery zawierające pył palny,

Wprowadzenie Dla gazów Do wybuchu dochodzi, jeżeli paliwo jest obecne w mieszaninie z powietrzem (tzn. wystarczającą ilością tlenu) w granicach wybuchowości, wraz ze źródłem zapłonu Dla gazów

Wprowadzenie W przypadku wybuchu osoby znajdujące się w strefie zagrożenia, narażone są na ryzyko: niekontrolowanego działania ognia, ciśnienia, promieniowania termicznego, płomieni, fal uderzeniowych, latających szczątków, szkodliwych produktów pochodzących z reakcji i zubożenia niezbędnego do oddychania tlenu w powietrzu.

Podstawowe pojęcia gazowa atmosfera wybuchowa: Mieszanina substancji palnych w postaci gazu lub pary z powietrzem, w warunkach atmosferycznych, w której po zapaleniu, spalanie rozprzestrzenia się na całą nie spaloną mieszaninę. przestrzeń zagrożona wybuchem: Przestrzeń, w której występuje gazowa atmosfera wybuchowa lub można spodziewać się jej wystąpienia w takich ilościach, że wymaga to specjalnych środków zapobiegawczych dotyczących konstrukcji, instalowania i stosowania urządzeń. przestrzeń niezagrożona wybuchem: Przestrzeń, w której nie przewiduje się występowania gazowej atmosfery wybuchowej w ilościach wymagających specjalnych środków zapobiegawczych dotyczących konstrukcji, instalowania i stosowania urządzeń.

Podstawowe pojęcia Pomieszczenie zagrożone wybuchem (w całej swojej objętości), to pomieszczenie, w którym może wytworzyć się mieszanina wybuchowa, powstała z wydzielającej się takiej ilości palnych par lub mgieł, których wybuch mógłby spowodować przyrost ciśnienia przekraczający wartość 5 kPa. *) stąd wynika przyjęcie wartości nadciśnienia P=5 kPa jako wskaźnika zagrożenia wybuchem dla pomieszczeń

Podstawowe pojęcia Przestrzenie zagrożone wybuchem klasyfikuje się na strefy według częstotliwości i czasu występowania gazowej atmosfery wybuchowej, w następujący sposób: strefa 0: Przestrzeń, w której gazowa atmosfera wybuchowa występuje ciągle lub w długich okresach. strefa 1: Przestrzeń, w której pojawienie się gazowej atmosfery wybuchowej jest prawdopodobne w warunkach normalnej pracy. strefa 2: Przestrzeń, w której w warunkach normalnej pracy nie jest prawdopodobne pojawienie się gazowej atmosfery wybuchowej, a jeżeli pojawi się ona, to tylko rzadko i tylko na krótki okres.

Podstawowe pojęcia strefa 20: Przestrzeń, w której atmosfera wybuchowa w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu występuje stale, często lub przez długie okresy. strefa 21: Przestrzeń, w której atmosfera wybuchowa w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu może czasami wystąpić w trakcie normalnego działania. strefa 22: Przestrzeń, w której atmosfera wybuchowa w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu nie występuje w trakcie normalnego działania, a w przypadku wystąpienia, utrzymuje się przez krótki okres.

Podstawowe pojęcia granice wybuchowości: dolna granica wybuchowości (LEL): Stężenie gazu palnego lub pary palnej w powietrzu, poniżej którego atmosfera gazowa nie jest wybuchowa. górna granica wybuchowości (UEL): Stężenie gazu palnego lub pary palnej w powietrzu, powyżej którego atmosfera gazowa nie jest wybuchowa. LEL jest skrótem angielskiego terminu „lower explosive limit”, natomiast w literaturze krajowej używa się skrótu DGW (dolna granica wybuchowości) UEL jest skrótem angielskiego terminu „upper explosive limit”, natomiast w literaturze krajowej używa się skrótu GGW (górna granica wybuchowości)

Podstawowe pojęcia materiał palny – materiał, który jest palny sam w sobie lub jest zdolny do wytwarzania gazu palnego, pary palnej lub mgły palnej, gaz palny lub para palna – gaz lub para, które po wymieszaniu w pewnych proporcjach z powietrzem, tworzą gazową atmosferę wybuchową, temperatura zapłonu – najniższa temperatura cieczy, w której, w pewnych znormalizowanych warunkach, ciecz wydziela parę w takich ilościach, że jest zdolna do utworzenia palnej mieszaniny pary z powietrzem, temperatura samozapłonu gazowej atmosfery wybuchowej – najniższa temperatura ogrzanej powierzchni, przy której, w określonych warunkach, może wystąpić zapalenie substancji palnej w postaci mieszaniny gazu lub pary z powietrzem.

Podstawowe pojęcia materiały niebezpieczne pożarowo - rozumie się przez to następujące materiały niebezpieczne: gazy palne, ciecze palne o temperaturze zapłonu poniżej 328,15 K (55°C), materiały wytwarzające w zetknięciu z wodą gazy palne, materiały zapalające się samorzutnie na powietrzu, materiały wybuchowe i pirotechniczne, materiały ulegające samorzutnemu rozkładowi lub polimeryzacji, materiały mające skłonności do samozapalenia;

Podstawowe pojęcia Zagrożenie wybuchem (pożarem) jest tym większe im szerszy jest zakres wybuchowości mieszaniny palnej, czyli im większa jest różnica pomiędzy GGW i DGW substancji palnej. Minimalna energia zapłonu, Emin to najmniejsza energia kondensatora w obwodzie elektrycznym, którego wyładowanie powoduje zapłon mieszaniny palnej w kreślonych warunkach badania. Zagrożenie wybuchem (pożarem) jest tym większe im mniejszą wartością Emin charakteryzuje się mieszanina palna.

Wartości minimalnej energii zapłonu, Emin mieszanin gazów, par cieczy i pyłów z powietrzem (przykłady)

OCENA ZAGROŻENIA WYBUCHEM POSTĘPOWANIE KLASYFIKACYJNE Ocena zagrożenia wybuchem pomieszczeń oraz przestrzeni zewnętrznych obejmuje wskazanie pomieszczeń zagrożonych wybuchem (w całej swojej objętości), a także wyznaczenie w pomieszczeniach i przestrzeniach zewnętrznych odpowiednich stref zagrożenia wybuchem. Celem klasyfikacji obszarów zagrożonych wybuchem jest optymalny do stopnia zagrożenia dobór urządzeń i warunków ich eksploatacji. Celem oceny zagrożenia wybuchem jest obliczenie maksymalnej masy substancji palnej, która może występować jednorazowo w przestrzeni powietrznej danego pomieszczenia.

OCENA ZAGROŻENIA WYBUCHEM POSTĘPOWANIE KLASYFIKACYJNE W postępowaniu klasyfikacyjnym bierzemy pod uwagę następujące parametry: parametry substancji palnych, opis procesów technologicznych, określenie atmosfery wybuchowej i wyznaczeniu przestrzeni zagrożonych wybuchem (pomieszczeń lub stref), określenie obecności efektywnych źródeł zapłonu, określenie źródeł emisji, ocenie stopnia wentylacji i jej wpływu na przestrzeń zagrożoną wybuchem.

Określenie przyrostu ciśnienia ΔP Przyrost ciśnienia w pomieszczeniu DP (w Pa), spowodowany przez wybuch z udziałem substancji palnych jest określany za pomocą równania: mmax maksymalna masa substancji palnych, tworzących mieszaninę wybuchową, jaka może wydzielić się w rozpatrywanym pomieszczeniu, [Kg] Δ Pmax Maksymalny przyrost ciśnienia przy wybuchu stechiometrycznej mieszaniny gazowo- lub parowo- powietrznej w zamkniętej komorze, [Pa] W Współczynnik przebiegu reakcji wybuchu, uwzględniający niehermetyczność pomieszczenia, nieadiabatyczność reakcji wybuchu – równy 0,17 dla palnych gazów i 0,1 dla palnych par, V Objętość przestrzeni powietrznej pomieszczenia, stanowiąca różnicę między objętością pomieszczenia i objętością znajdujących się w nim instalacji, sprzętu, zamkniętych opakowań itp., m3 Cst Objętościowe stężenie stechiometryczne palnych gazów lub par, ρ Gęstość palnych gazów lub par w temperaturze pomieszczenia w normalnych warunkach pracy kg/ m3

Określenie przyrostu ciśnienia ΔP Objętościowe stężenie stechiometryczne palnych gazów lub par Cst wyrażone jest równaniem: β Stechiometryczny współczynnik tlenu w reakcji wybuchu, nC Ilość atomów węgla w cząsteczce gazu lub pary, nH Ilość atomów wodoru w cząsteczce gazu lub pary, nCl Ilość atomów chlorowców w cząsteczce gazu lub pary, nO Ilość atomów tlenu w cząsteczce gazu lub pary

Określenie przyrostu ciśnienia ΔP Masa palnych par m (w kg), wydzielających się w pomieszczeniu wskutek parowania cieczy z otwartej powierzchni, jest określana za pomocą równania: F Powierzchnia parowania cieczy [m2], Ƭ Przewidywany maksymalny czas wydzielania się par [S], K Współczynnik parowania określony w tabeli (Dz.U.Nr 109, poz. 719), Ps Prężność pary nasyconej w temperaturze pomieszczenia t w °C (Dz.U.Nr 109, poz. 719) [Pa], M Masa cząsteczkowa cieczy [kg x kmol-1]

Określenie przyrostu ciśnienia ΔP Ps – prężność pary nasyconej w temperaturze pomieszczenia t w oC (Pa),   t t – temp w pomieszczeniu A, B, CA– współczynniki równania Antoine'a dla danej cieczy,  

Określenie przyrostu ciśnienia - PRZYKŁAD Zgodnie z „Zasadami wyznaczania stref zagrożenia wybuchem”, w pomieszczeniach w których przechowuje się ciecze o zawartości masowej alkoholu powyżej 82 % wyznacza się strefę 1 w całym pomieszczeniu. Biorąc jednak pod uwagę fakt, iż w hurtowni przechowuje się max 275 dm3 spirytusu w butelkach hermetycznie zamkniętych /alkohole o stężeniu poniżej 70 % nie mają wpływu na strefy zagrożenia wybuchem/ należy zgodnie z § 37 ust.1 rozporządzenia MSWiA z 7 czerwca 2010 r. dokładnie określić ocenę zagrożenia wybuchem poprzez obliczenie przyrostu ciśnienia w pomieszczeniu, jaki mógłby zostać spowodowany przez wybuch mieszanin par alkoholu etylowego z powietrzem.

Określenie przyrostu ciśnienia - PRZYKŁAD Obliczenie przyrostu ciśnienia: Poniższe obliczenia dokonano w oparciu o załącznik nr 1 do rozporządzenia MSW z dnia 7.06.2010 r. ponieważ alkohol etylowy przechowywany jest w hermetycznie zamkniętych butelkach, czyli w bezawaryjnym cyklu magazynowania opary alkoholu się nie wydzielają. W związku z tym, że transport alkoholu odbywa się na ręcznych wózkach, przewiduje się jedynie możliwość stworzenia mieszaniny wybuchowej par alkoholu z powietrzem w czasie przewożenia i wywrócenia skrzynek. Zakłada się, że przewrócą się cztery skrzynki ze spirytusem z których 50 % butelek się pobije, czyli 20 dm3 alkoholu etylowego rozleje się na posadzkę i będzie parowało z powierzchni 20 m2 przez czas ok. 300 sekund, czas 300 [s] jest wystarczający do rozcieńczenia rozlewiska wodą i jego zmycia.

Określenie przyrostu ciśnienia - PRZYKŁAD Lp. Nazwa substancji Wzór chemiczny Masa cząsteczkowa kg × kmol-1 Temperatura wrzenia pod ciśnieniem normalnym oC Temperatura topnienia oC Temperatura zapłonu oC Temperatura samo zapłonu oC Klasa temperaturowa Granice wybuchowości Grupa wybuchowości Maksymalny przyrost ciśnienia przy wybuchu w mieszaninie z powietrzem kPa Współczynniki równania Antoine'a Temperaturowy zakres stosowania współczynników równania Antoine'a oC % obj. g × m-3 w temperaturze 20 oC pod ciśnieniem normalnym d g A B CA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Aceton CH3COCH3 58,1 56 –95 –19 540 T1 2,1 50 315 IIA 772 7,25 1281,7 237,1 –15 ÷ +93 Acetylen C2 H2 26 –84 –81,8 — 305 T2 2,3 82 25 889 IIC 909 Akroleina CH2 = CHCHO 56,1 52,7 –87,7 –26 278 T3 2,8 31 65 730 IIB   6,908 1132 227,9 –38 ÷ +87 Aldehyd benzoesowy C6 H5CHO 106,1 179 –56 64 190 T4 1,4 7,101 1628 207 +27 ÷ +187 Aldehyd krotonowy CH3CH = CHCHO 70,1 102 –74 230 15,5 60 450 Aldehyd octowy CH3CHO 44,1 21 –123 –27 ÷ –38 140 57 73 104 615 7,192 1093,5 233,4 –80 ÷ +20 Alkohol allilowy CH2 = CHCH2OH 97 –136 380 2,5 436 7,342 1271,7 187,9 +13 ÷ +127 Alkohol n-amylowy I-rzęd C5H11OH 88,15 138 –78,5 33 330 1,2 7,6 44 280 7,182 1287,6 161,3 +74 ÷ +157 Alkohol izobutylowy (CH3)2CHCH2OH 74,12 107,9 –108 28 430 1,75 13,5 54 417 644 8,705 2058,4 245,6 –9 ÷ +116 Alkohol n-butylowy C4H9OH 74,1 117,7 –90 29 340 11,3 43 350 634 Alkohol etylowy C2H5OH 46,1 78 –114,5 11 ÷ 13 425 3,1 20 384 8,687 1918,5 252,1 –31 ÷ +78

Określenie przyrostu ciśnienia - PRZYKŁAD Obliczenie masy palnych par m [kg] wydzielających się w pomieszczeniu na skutek parowania cieczy z otwartej powierzchni: m= F x T x K x Ps x √ M / 109 [kg] gdzie: F- powierzchnia parowania cieczy F=20 m2 T- przewidywany max czas wydzielania się par T=300 [s] K- współczynnik parowania z tabeli 1 przy prędkości przepływu 0,1 m/s i temp. pomieszczenia 15 o C K=2,6 Ps- prężność pary nasyconej w temp. pomieszczenia 15oC [Pa] Ps=133 x 10[A – B/t +Ca]= 133 x 101,5 = 4205 [Pa] gdzie: A, B i CA – współczynniki Antoinea dla alkoholu etylowego A = 8,687; B= 1918.51; CA =251,1 M- masa cząsteczkowa alkoholu etylowego M=46,1 kg/kmol.   m=20 x 300 x 2,6 x 4205 x √ 46,1 / 109 = 0,4453 [kg]

Określenie przyrostu ciśnienia - PRZYKŁAD Obliczenie przyrostu ciśnienia w pomieszczeniu Δ P [Pa]   Δ P= m x Δ Pmax x W/ V x Cst x g [Pa] gdzie: m – masa palnych par tworzących mieszaninę wybuchową m=0,4453 [kg] Δ Pmax – max przyrost ciśnienia przy wybuchu par alkoholu etylowego w mieszaninie z powietrzem Pmax – 634000 [Pa] W – współczynnik przebiegu reakcji dla palnych par W=0,1 V – objętość przestrzeni powietrznej w pomieszczeniu po odjęciu objętości sprzętu i opakowań V= 1350 [m3], Cst – objętościowe stężenie stechiometryczne par alkoholu C2H5OH Cst = 1/ 1+4,84 x β gdzie β – stechiometryczny współczynnik tlenu w reakcji wybuchu

Określenie przyrostu ciśnienia - PRZYKŁAD β = nC + ( nH - nCI) / 4 – nO / 2 gdzie : nC, nH , nCI, nO – odpowiednio ilości atomów węgla, wodoru, chlorowców i tlenu w cząsteczce pary C2H5OH   Cst =1/15,52 = 0,0644 g - gęstość palnych par w temp. pomieszczenia g=2,06 kg/m3 stąd: Δ P=157,721 [Pa] =0,158 [kPa] 0,158 [kPa] < 5 [ kPa] Pomieszczenie hurtowni alkoholu etylowego przy założonej awarii i usunięciu jej w określonym czasie nie zalicza się do zagrożonych wybuchem.

Określenie przyrostu ciśnienia - PRZYKŁAD

Przykłady stref zagrożenia wybuchem

Przykłady stref zagrożenia wybuchem

Przykłady stref zagrożenia wybuchem

Przykłady stref zagrożenia wybuchem

Przykłady stref zagrożenia wybuchem

Dziękuję za uwagę Wiesław Jaroszyński tel. + 48 600 084 049 + 48 22 47 338 21 wieslaw.jaroszynski@plk-sa.pl