Spis treści
Pył węglowy
Wybuch pyłu węglowego odbywa się w warunkach laboratoryjnych i prowadzony jest przez wykwalifikowanych ekspertów. Testy realizowane są zawsze na konkretnej próbce pyłu pobieranej ze wskazanego obszaru procesowego instalacji przemysłowej. Poniżej przedstawiamy, jak wygląda proces badania pyłów na przykładzie pyłu węglowego.
Wybuch pyłu węglowego w kopalni doświadczalnej Barbara
Warto zaznaczyć, że przedstawione parametry mają charakter wyłącznie poglądowy a opisane badanie ma jedynie przybliżyć zasady jego przeprowadzania. Tylko badanie pyłu rzeczywiście występującego w zakładzie jest pomocne i jest jedną z ważniejszych wytycznych przy sporządzaniu oceny zagrożenia wybuchem. To finalnie pozwala na odpowiednie dobranie najskuteczniejszych systemów bezpieczeństwa.
Jeśli chcesz sprawdzić, jakie parametry zapalności i wybuchowości mają pyły występujące w Twoim zakładzie, sprawdź naszą ofertę badania wybuchowości pyłów lub skontaktuj się z naszymi ekspertami. Dodatkowo zachęcamy również do sprawdzenia jak przebiega u nas badanie laboratoryjne parametrów wybuchowości pyłów.
Zapalność i wybuchowość pyłu węglowego
Na początku zaznaczyć należy, że przeprowadzane badania zawsze opierają się na aktualnych europejskich normach i spełniają wymagania systemu jakości ISO 9001.
Zakres prac w omawianym przykładzie obejmował oznaczenie:
- charakterystyki wybuchowości wraz z maksymalnym ciśnieniem wybuchu pmax i wskaźnikiem wybuchowości Kst max
- dolnej granicy wybuchowości DGW
- minimalnej temperatury zapłonu obłoku pyłu Tcl
- minimalnej temperatury zapłonu warstwy pyłu T5mm
- minimalnej energii zapłonu obłoku pyłu MIE
- granicznego dla wybuchu stężenia tlenu GST
Charakterystyka próby pyłu przeznaczonego do badań
Wybuchowość i zapalność pyłów zależy od ich rozdrobnienia i wilgoci. Zgodnie z normami pomiarowymi badana konkretna próbka pyłu powinna mieć rozdrobnienie poniżej 63 µm. Jednak w różnych warunkach technologicznych występuje różne rozdrobnienie pyłu (wpływając tym samym na realne zagrożenie) dlatego w badaniach, dla celów praktycznych, dopuszcza się inne rozdrobnienie. Warunkiem jest jednak konieczność efektywnego rozpylenia pyłu w urządzeniach badawczych.
W procedurach badawczych rozróżnia się dwa rodzaje prób:
- próby pyłów charakterystyczne dla materiału (o rozdrobnieniu poniżej 63 µm)
- próby pyłów charakterystyczne dla technologii
W opisywanym przykładzie przed przystąpieniem do zasadniczych badań określono stopień rozdrobnienia próbki. Rezultaty przedstawia poniższa tabela.
| Pył węglowy | ||
| Procentowy udział masy o ziarnach mniejszych niż µm: | ||
| 500 | 100,0 | |
| 200 | 100,0 | |
| 100 | 91,2 | |
| 75 | 75,3 | |
| 63 | 64,4 | |
| Zawartość wilgoci, Wc, % | 2,4 | |
Badanie jasno pokazało, że rozdrobnienie pyłu jest wystarczające do efektywnego badania wybuchowości w komorze sferycznej.
Badania wybuchowości pyłu
Oznaczenie wskaźników wybuchowości pyłu polegało na sporządzeniu charakterystyki wybuchowości, czyli określeniu:
- zależność przyrostu ciśnienia podczas wybuchu badanego pyłu w zamkniętej objętości od jego koncentracji
- zależność szybkości narastania ciśnienia podczas wybuchu badanego pyłu w zamkniętej objętości od koncentracji pyłu
Dzięki wyznaczeniu charakterystyki wybuchowości możliwe było oznaczenia dwóch podstawowych parametrów opisujących przebieg wybuchu pyłu to jest: maksymalnego ciśnienia wybuchu pₘₐₓ oraz maksymalnej szybkości narastania ciśnienia (dp/dt)max.
Poniższa tabela zawiera zestawienie wartości oznaczonych parametrów.
| Parametr | Jednostki | Pył węglowy |
| Maksymalne ciśnienie wybuchu pmax | [bar] | 7,6 ± 0,4 |
| Maksymalna szybkość narastania ciśnienia (dp/dt)max, (komora 20 l) | [bar/s] | 604 ± 72 |
| Wskaźnik wybuchowości Kst max | [m∙bar/s] | 164 ± 20 |
| Dolna granica wybuchowości DGW | g/m³ | 30 ± 3,0 |
| Temperatura zapłonu obłoku pyłu Tcl | ºC | 580 ± 7 |
| Temperatura zapłonu warstwy pyłu T5mm | ºC | 220 ± 3,0 |
| Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu MIE (obwód z indukcyjnością) | mJ | 30 < MIE < 100 |
| Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu MIE (obwód bez indukcyjności) | mJ | 100 < MIE < 100 |
| Graniczne dla wybuchu stężenie tlenu GST | % | 11 ± 1 |
Z przedstawionych badań wynika, że testowany pył charakteryzuje się średnią wartością maksymalnego ciśnienia i bardzo dużą (w porównaniu z typowymi pyłami węgli kamiennych) dynamiką wybuchu. Jasno wydać, że wartość wskaźnika wybuchowości Kₛₜ ₘₐₓ określa , że pył ten należy zaliczyć do klasy zagrożenia wybuchowego St1.
| Klasa zagrożenia | Kₛₜ ₘₐₓ [m∙bar/s] |
| St 1 | < 200 |
| St 2 | 200 – 300 |
| St 3 | > 300 |
Badania wykazały również, że wartość minimalnej energii zapłonu obłoku pyłu jest niska, co oznacza, że testowany pył wykazuje właściwości palne także przez źródła zapłonu o małej energii, np. przez niektóre typy wyładowań elektrostatycznych. Warto zaznaczyć, że typowe pyły węgli kamiennych rzadko charakteryzują się tak małymi wartościami MIE.
Gorące powierzchnie urządzeń i ich części są niebezpiecznym źródłem zapłonu pyłowych atmosfer wybuchowych. Dlatego też oznaczenie wartości minimalnej temperatury zapłonu obłoku pyłu określają maksymalną dopuszczalną temperaturę powierzchni mających kontakt z takim obłokiem. Temperatura pionowych (nachylonych pod kątem większym niż 60º w stosunku do poziomu) nagrzanych powierzchni nie może przekraczać 2/3 oznaczonej wartości minimalnej temperatury zapłonu obłoku pyłu. W związku z tym maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni pionowych mogących mieć kontakt z obłokiem pyłu węglowego wynosi 386ºC.
Oznaczona wartość minimalnej temperatury zapłonu warstwy pyłu jest wyjątkowo niska. Maksymalną dopuszczalną temperaturę poziomych powierzchni urządzeń, na których może się tworzyć warstwa pyłu określa się uwzględniając grubość tej warstwy. Temperatura ta dla urządzeń pokrytych warstwą pyłu o grubości nie większej niż 5 mm nie powinna przekraczać zatem wartości o 75 K niższej od minimalnej temperatury zapłonu warstwy tego pyłu. Zgodnie z tym wymaganiem maksymalna dopuszczalna temperatura powierzchni pokrytych warstwą pyłu węglowego o grubości nie większej niż 5 mm wynosi 145ºC.
Wartość granicznego stężenia tlenu dla badanego pyłu została oznaczona poprzez procedurę opisaną w normie. Na wartość granicznego stężenia tlenu obłoków pyłu wpływa zarówno rodzaj gazu obojętnego stosowanego podczas oznaczeń jak i temperatura, w której prowadzi się badania. Podczas oznaczania tego parametru jako gaz interny stosowano azot. Badania wykonano w temperaturze otoczenia.
Należy podkreślić, iż oznaczenie parametrów zapalności i wybuchowości pyłu za każdym razem wiąże się przedstawienie obszernego raportu z wykonanych badań. Raport ten jest indywidulanie przesyłany dla wskazanej, testowanej próbki pyłu.
Normy prawne
Do przeprowadzenia powyższego badania wykorzystano poniższe przepisy i normy prawne:
- PN-EN 14034-1+A1:2011 Oznaczanie charakterystyk wybuchowości obłoków pyłów – Część 1: Oznaczanie maksymalnego ciśnienia wybuchu pmax obłoku pyłu
- PN-EN 14034-2+A1:2011 Oznaczanie charakterystyk wybuchowości obłoków pyłów – Część 2: Oznaczanie maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt)max obłoku pyłu
- PN-EN 14034-3+A1:2011 Oznaczanie charakterystyk wybuchowości obłoków pyłów – Część 3: Oznaczanie dolnej granicy wybuchowości DGW obłoków pyłu
- PN-EN 14034-4: +A1:2011: Oznaczanie charakterystyk wybuchowości obłoków pyłów – Część 4: Oznaczenie granicznego stężenia tlenu GST obłoków pyłu
- PN-EN ISO/IEC 80079-20-2:2016-05: Atmosfery wybuchowe – Część 20-2: Właściwości materiałowe – Metody badań pyłów palnych
- PN-EN 60079-14:2014-06 Atmosfery wybuchowe – Część 14: Projektowanie, dobór i montaż instalacji elektrycznych
- PN-EN 50281-2-1:2002 Urządzenia elektryczne do stosowania w obecności pyłów palnych. Część 2-1 Metody badania – Metody oznaczania minimalnej temperatury zapłonu