Spis treści
Pożar i wybuch w środowisku przemysłowym to bardzo często dwa zależne od siebie zjawiska. Choć każde z nich może powstawać oddzielnie, stwarzając poważne zagrożenie bezpieczeństwa, to w kombinacji sprawiają, że skutki ich wystąpienia w zakładzie przemysłowym mogą być katastrofalne. Dlatego świadomość potencjalnych zagrożeń to podstawa do wdrażania profilaktyki przeciwpożarowej i przeciwwybuchowej.
Zarówno pożar, jak i wybuch to zdarzenia, których wystąpienie może powodować nie tylko zniszczenie drogiego sprzętu czy całych obiektów, ale stwarzać przede wszystkim realne zagrożenia dla zdrowia i życia pracowników. W branży przemysłowej przy produkcji czy przetwarzaniu różnego rodzaju surowców, bardzo często dochodzi do gromadzenia się różnych ilości materiałów niebezpiecznych, w tym pyłów, wykazujących właściwości i wybuchowe, i palne.
Pożar a wybuch – czym się różnią?
Mówiąc najprościej, pożar powstaje, gdy substancja gwałtownie zużywa tlen, wytwarzając ciepło i światło. Wybuch natomiast to zdarzenie, w którym energia gwałtownie rozprzestrzenia się na zewnątrz od źródła, często tworząc szkodliwą falę uderzeniową. Co ważne, choć zjawiska pożaru i wybuchu często występują razem, zwłaszcza w przemyśle, warto podkreślić, że pożar nie musi powodować wybuchu, a eksplozje mogą występować bez ognia. Na przykład polana w kominku mogą powoli palić się przez długi czas, wytwarzając jedynie płomienie i ciepło. Z kolei zbiornik z gazem pod ciśnieniem może eksplodować, jeśli znajdujący się w nim materiał rozszerzy się pod wpływem temperatury.
Pożar to chemiczna, niekontrolowana reakcja spalania. Zachodzące w czasie pożaru reakcje zazwyczaj przebiegają wolno, bez gwałtownych wzrostów ciśnienia. W czasie pożaru źródłem zniszczeń jest przede wszystkim generowane ciepło. Ponadto pożar oddziałuje dodatkowo na człowieka i środowisko poprzez toksyczne produkty spalania, promieniowanie podczerwone i sam płomień.
Wybuch to z kolei reakcja, w efekcie której następuje gwałtowne wydzielenie dużych ilości energii. Jest to wynik zachodzących szybkich egzotermicznych reakcji chemicznych.
Wybuchy ze względu na prędkość rozprzestrzeniania dzielą się na detonacje i deflagracje. W przemyśle znaczna większość wybuchów pyłów zachodzi w wyniku deflagracji. To oznacza, że prędkość rozprzestrzeniana się płomienia jest mniejsza niż prędkość dźwięku. Jednakże fala ciśnienia, która powstaje w wyniku rozprzestrzeniania się płomienia osiąga prędkość dźwięku. Na skutek tych dwóch zależności, w czasie wybuchu pyłu fala ciśnienia wyprzedza płomień.
W pewnych warunkach deflagracja może przerodzić się w detonację, w której płomień rozchodzi się z prędkością naddźwiękową. Powstałe ciśnienie również rozprzestrzenia się z prędkością naddźwiękową, a jego wartości są dużo większe niż w przypadku deflagracji.
Trójkąt spalania i pięciokąt wybuchowości
Aby można mówić o pożarze, konieczne jest zaistnienie jednocześnie w tym samym miejscu, czasie i w odpowiednich proporcjach trzech czynników: paliwa, źródła zapłonu oraz utleniacza (tlenu). Wtedy mówimy o tzw. trójkącie spalania.
Z kolei w przypadku wybuchu, oprócz wymienionych wyżej czynników, paliwo musi występować pod postacią chmury. Ponadto, proces ten musi zachodzić w ograniczonej przestrzeni. To tzw. pięciokąt wybuchowości.
Paliwo
Pod terminem paliwo możemy rozumieć tutaj na przykład palne pyły. Do takich zaliczyć możemy np. cukier, celulozę, mąkę, tworzywa sztuczne, węgiel, metale i inne. Ciepło związków chemicznych poddanych procesowi spalania bezpośrednio wpływa na możliwy efekt wybuchu.
Źródła zapłonu
Wg normy PN-EN1127-1 efektywnymi źródłami zapłonu atmosfery wybuchowej mogą być: gorące powierzchnie, płomienie i gorące gazy, uderzenia mechaniczne. Dodatkowo w normie za takie źródła uznano też tarcie i ścieranie, urządzenia elektryczne, elektryczność statyczną, wyładowania atmosferyczne czy promieniowanie jonizujące. Ale to nie wszystko. Do listy zaliczane są także fale elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej, fale elektromagnetyczne, fale ultradźwiękowe, sprężanie adiabatyczne i fale uderzeniowe czy reakcje egzotermiczne. Identyfikację potencjalnych źródeł zapłonu przeprowadza się podczas Oceny Ryzyka Wybuchu (ORW).
Utleniacze
W przypadku wybuchów pyłu, utleniaczem zwykle jest tlen występujący w powietrzu. Jest on obecny praktycznie wszędzie, dlatego uznaje się go za czynnik najtrudniejszy do wyeliminowania. Należy tutaj nadmienić, że w wielu zakładach używa się sprężonego powietrza do prac czyszczenia, co stwarza dodatkowe zagrożenie.
Ograniczona przestrzeń
Potrzebna do wybuchu ograniczona przestrzeń oznacza chmurę pyłu zamkniętą w częściowo lub całkowicie ograniczonej przestrzeni. Taką przestrzenią są np. silosy, zbiorniki, suszarki, młyny, filtry. Ograniczony obszar powoduje, że łatwiej można doprowadzić do uzyskania stężenia pyłu, które przekracza wartość DGW. A dodatkowo im bardziej zamknięta przestrzeń tym intensywniejszy wzrost ciśnienia w trakcie wybuchu.
Dyspersja
Dyspersja to z kolei nic innego jak wzbicie w powietrze zalegających warstw pyłu, które tworzą skoncentrowaną chmurę. Przyjmuje się, że pyły, które są palne mogą tworzyć atmosferę wybuchową. Im mniejsza cząsteczka (rozdrobniony materiał) tym większe zagrożenie.
W przemyśle chmury pyłów zwykle obecne są w aparaturze procesowej. Taką aparaturę są m.in. zbiorniki, młyny, suszarki, cyklony, filtry, przenośniki kubełkowe, instalacje transportu pneumatycznego i inne. Dużym zagrożeniem są również warstwy pyłu osiadłego na zewnętrznej części urządzeń zarówno w obszarze samej technologii procesu, jak również w obszarach magazynowych.
Czy pyły łatwopalne są też wybuchowe?
Wiele pyłów, zarówno tych, które wykorzystywane są jako surowce oraz tych, które powstają w wyniku produkcji jako produkt główny lub uboczny – to pyły palne. W zależności od warunków mogą wykazywać także właściwości wysoce wybuchowe.
Jeżeli pył występujący w procesie jest odpowiednio rozdrobiony, zakłada się, że wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia atmosfery wybuchowej. Atmosfera wybuchowa to nic innego jak mieszanina substancji palnych (gazów, pyłów, par, mgieł) z powietrzem, w której nawet najmniejsze źródło zapłonu może prowadzić do eksplozji.
Aby w prosty sposób wyjaśnić, jak stopień rozdrobnienia wpływa na przebieg spalania, na poniższej grafice przedstawiono tę zależność na przykładzie jednego z bardziej palnych materiałów – drewna. W pierwszej grafice widzimy duży kawałek drewna, który pali się stosunkowo powoli. Kolejna grafika pokazuje ten element podzielony na mniejsze części. Spalanie rozprzestrzenia się w tym przypadku szybciej, ze względu na większą powierzchnię kontaktu między materiałem palnym a tlenem.
Natomiast w przypadku ostatniej grafiki, drewno zostało rozdrobione i rozproszone w powietrzu, tworząc chmurę. Dodatkowo, jeżeli założymy, że chmura została utworzona w zamkniętym pomieszczeniu/przestrzeni, oprócz wytwarzania energii cieplnej, dojdzie również do uwolnienia ciśnienia, które może stanowić pierwszy krok do wystąpienia zagrożeń wybuchowych.
Pożar i wybuch – jak skutecznie zabezpieczyć zakład?
Aby skutecznie zabezpieczyć zakład przed skutkami pożarów czy wybuchów należy w pierwszej kolejności poznać wszelkie potencjalne źródła zagrożenia. Dopiero wtedy możliwe jest dobranie skutecznych zabezpieczeń.
„Zapoznanie się z parametrami zapalności i wybuchowości pyłów pozwala na ocenę zagrożenia związanego z wybuchem oraz późniejsze określenie odpowiednich środków bezpieczeństwa. Dodatkowo niezbędna będzie odpowiednia, wymagana zarówno przepisami krajowymi, jak i unijnymi, dokumentacja techniczna„
— Wiesław Jobczyk, prezes zarządu w CORONA Serwis
Mowa tutaj m.in. o ocenie zagrożenia wybuchem, ocenie ryzyka wybuchu, dokumentacji zabezpieczenia przed wybuchem czy wyznaczeniu stref zagrożonych wybuchem. To, który z dokumentów jest w danym zakładzie wymagany określają przepisy. Aby wspomniana dokumentacja spełniała wszystkie formalne wymogi warto jej sporządzenie zlecić wykwalifikowanym ekspertom. Jedną z firm zajmujących się tego typu projektami jest działająca od ponad 30 lat na rynku CORONA Serwis. Inżynierowie CORONA oprócz sporządzenia dokładnych operatów technicznych pomagają również dobrać zabezpieczenia, które skutecznie chronią zakład przed skutkami wybuchów.