Způsoby ochrany před výbuchem – část 2: Sekundární protivýbuchová ochrana 1
Tato druhá část se zabývá metodami tzv. sekundární protivýbuchové ochrany. Úvodní část článku je zaměřena na metodiku zařazování prostorů s nebezpečím výbuchu. Další důležitou součástí článku je bližší specifikace nejčastějších zdrojů iniciace výbušné atmosféry a způsoby ochrany proti jejich působení.
Úvod
Ochrana před výbuchem, jež je označována jako sekundární, zahrnuje opatření, která mají zabránit iniciaci, resp. omezit možnost iniciace nebezpečné výbušné atmosféry. Iniciačními zdroji jsou předměty nebo látky, jež jsou schopny odevzdat takové množství energie, a působí po takovou dobu, že se tím vyvolá zapálení dané směsi hořlavé látky a oxidačního prostředku. Iniciační zdroj je tedy vztažen k určité látce (výbušnému souboru), s výjimkou iniciačních zdrojů, které mohou iniciovat prakticky všechny výbušné soubory (směsi), jako jsou např. plamen nebo žhnoucí povrch. Iniciační zdroj můžeme také označit jako samotnou energii nebo proces jejího transportu (např. kompresní teplo, sálání, elektrické jiskry). Základem sekundární prevence, tj. opatření nezbytných k vyloučení zdrojů iniciace, je klasifikace nebezpečných prostor do zón s nebezpečím výbuchu, které jsou založeny na četnosti a trvání nebezpečné výbušné atmosféry.
Jednotlivé zóny jsou definovány:
- pro prostory s hořlavými prachy
Zóna 20 – je prostor, ve kterém je výbušná atmosféra vytvořena oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu, který je přítomen trvale nebo dlouhou dobu nebo často [2]
Zóna 21 – je prostor, ve kterém je výbušná atmosféra vytvořena oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu, vznikající při běžném provozu příležitostně [2]
Zóna 22 – je prostor, ve kterém je pravděpodobný vznik výbušné atmosféry vytvořené oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu při běžném provozu, a pokud se tato atmosféra vyskytne, pak pouze po velmi krátkou dobu [2]
- pro prostory s hořlavými plyny a parami
Zóna 0 – je prostor, ve kterém je výbušná atmosféra tvořená směsí vzduchu s hořlavými látkami ve formě plynu, páry nebo mlhy přítomna trvale nebo po dlouhou dobu nebo často [1]
Zóna 1 – je prostor, ve kterém je občasný vznik výbušné atmosféry tvořené směsí vzduchu s hořlavými látkami ve formě plynu, páry nebo mlhy pravděpodobný [1]
Zóna 2 – je prostor, ve kterém vznik výbušné atmosféry tvořené směsí vzduchu s hořlavými látkami ve formě plynu, páry nebo mlhy není pravděpodobný, a pokud výbušná atmosféra vznikne, bude přítomna pouze výjimečně a pouze po krátký časový úsek [1]
Překlasifikaci prostorů do zón s nižší pravděpodobností vzniku výbušné atmosféry lze dosáhnout např. instalací odsávání a následným výpočtem koncentrací nebo měřením.
Obrázek 1: Zařazení prostorů do zón – rozvody zemního plynu
Na obrázku 1 je typický příklad výskytu výbušné atmosféry, a to uvnitř rozvodů zemního plynu, kolem přírubových spojů, uvnitř odvzušňovacího potrubí a kolem jeho vyústění do ozvduší.
Není-li možné spolehlivě zabránit vytváření nebezpečné výbušné atmosféry (metody byly popsány v prvním díle tohoto seriálu), je nutno zabránit její iniciaci. Toho lze dosáhnout preventivními opatřeními snižujícími pravděpodobnost výskytu iniciačních zdrojů.
Pro stanovení účinných opatření je nutno znát různé typy iniciačních zdrojů a způsob jejich funkce. Zdroje iniciace lze z hlediska četnosti rozdělit do tří základních skupin:
- Trvale nebo často vyskytující se zdroje iniciace (jsou přítomny za normálního provozu),
- Zdroje vyskytující se zřídka (jsou přítomny v případě běžných poruch),
- Zdroje vyskytující se výjimečně (vyskytují se z důvodu ojedinělého selhání zařízení).
Iniciační zdroje
V této kapitole je uveden bližší rozbor jednotlivých iniciačních zdrojů, jež jsou definovány v normě ČSN EN 1127-1 ed. 2. V následující části jsou uvedeny jednotlivé zdroje iniciace dle této normy a v další části článku jsou uvedeny příklady událostí, jež se mohou v praxi vyskytovat.
Horké povrchy
Výbušná atmosféra může být vznícena prostřednictvím horkých povrchů topných těles nebo horkých povrchů elektrických či mechanických zařízení. K vývinu značných teplot může docházet u strojních součástí (např. mechanické brzdy nebo třecí spojky), ale také u ložisek, průchozích hřídelí v důsledku nedostatečného mazání, či vniknutí cizích částic. Schopnost horkého povrchu iniciovat výbušnou atmosféru závisí mimo jiné na koncentraci hořlavé látky, na tvaru a velikosti horkého povrchu a na době kontaktu horkého povrchu s výbušnou atmosférou. Například v případě potrubí může být teplota potřebná pro vznícení výbušné atmosféry vyšší vzhledem ke krátké době kontaktu výbušné atmosféry s horkým povrchem. Při dlouhodobém styku vrstev usazeného prachu s horkým povrchem může vlivem tepelného rozkladu docházet k tvorbě snadněji zápalných rozkladných produktů [10]. Vrstvy usazeného prachu mají také izolační vlastnosti, které vedou k hromadění tepla a zvyšování teploty až k teplotě vznícení usazené vrstvy prachu.
Plameny a horké plyny (včetně horkých částic)
| Zdroj zapálení | Teplota [°C] |
|---|---|
| hořící zápalka | 740–800 |
| hořící svíčka | 650–950 |
| tlející cigareta | 228–750 |
| hořící papír | 800–850 |
| rozžhavená elektrická spirála | 980–1000 |
| plamen zapalovače | 650–860 |
| žárovka | 70–250 |
Spalovací procesy jsou doprovázeny vysokými teplotami a v některých případech vývinem žhavých částic. Nebezpečí hrozí zejména při svařování, řezání a porušování zákazu kouření v nebezpečných prostorách. Plameny patří k nejúčinnějším zdrojům iniciace, proto musí být dle požadavků ČSN EN 1127-1 ed. 2 spolehlivě vyloučeny v prostorách zařazených do zón 0 a 20. V prostorách zařazených do zón 1, 21 a 2, 22 mohou plameny vznikat jen tehdy, pokud jsou spolehlivě uzavřeny.
Mechanicky vznikající jiskry
Jiskry, schopné iniciovat výbušnou atmosféru, mohou vznikat při tření, nárazu nebo broušení materiálu. Jiskření může také způsobit vniknutí kovových částí, či kamenů do zařízení nebo částí technologie. Jiskry se mohou potrubími přenášet na značnou vzdálenost a ve vrstvách usazeného prachu (např. v zásobnících a silech) mohou způsobit žhnutí. Nebezpečné je také vzájemné tření a nárazy zkorodovaných a lehkých kovů, kdy vznikají zvláště zápalné jiskry. Ochrana před vznikem mechanických jisker spočívá zvláště v zamezení vnikání cizích těles do zařízení a částí technologie a vhodná volba materiálů pro zařízení s rotujícími součástmi, kde vzniká nebezpečí úderů nebo tření. Důležitá je také volba vhodného nářadí pro provádění údržby.
Elektrická zařízení
Jako iniciační zdroje mohou působit elektrické jiskry a horké povrchy elektrických zařízení. Elektrické jiskry vznikají při spínání a rozpínání kontaktů a obvodů nebo v důsledku uvolnění spojů.
Rozptylové elektrické proudy, katodová ochrana proti korozi
Rozptylové elektrické proudy mohou protékat v elektricky vodivých systémech například v důsledku zkratu elektrických instalací, úderem blesku nebo působením magnetické indukce v okolí instalací s vysokými proudy, či vysokými frekvencemi. Na vodivých částech může působením rozptylových proudů docházet k jiskření a vytváření elektrických oblouků, které mohou mít dostatečnou energii k iniciaci výbušné atmosféry. Nebezpečí je v tomto ohledu přítomno také při použití katodové ochrany proti korozi s vnuceným proudem. Jako ochranné opatření se využívá uvedení instalací na stejný potenciál jejich vodivým pospojováním.
Statická elektřina
K elektrostatickým výbojům dochází při oddělovacích procesech, kterých se účastní alespoň jeden materiál s dostatečně vysokou rezistivitou, či povrchovým odporem. K vývinu těchto výbojů může docházet z akumulovaného náboje na neuzemněných vodivých částech, na nabitých částech z nevodivých materiálů (plasty), při pneumatické dopravě v kovových potrubích nebo při plnění sil. Elektrostatický náboj se také může akumulovat na osobách, které jsou izolovány od země.
Ochrannými opatřeními proti statické elektřině jsou zejména:
- účinné uzemnění všech vodivých částí technologie a instalací;
- vyloučení materiálů s nízkou elektrickou vodivostí a omezení nevodivých povrchů;
- nošení vhodné obuvi v prostorách s nebezpečím výskytu výbušné atmosféry.
![Obrázek 2: Příklady vzniku elektrostatického náboje [8]](/docu/clanky/0110/011024o3.jpg)
Obrázek 2: Příklady vzniku elektrostatického náboje [8]
Prachové částice se mohou elektrostaticky nabíjet (viz obrázek 2) například při míchání, mletí, prosévání, či drcení. Citlivost prachů k iniciaci výbojem statické elektřiny závisí na jemnosti prachu. Nejcitlivější je v tomto směru jemný prach.
Úder blesku
Při úderu blesku dochází k vývinu velkých proudů a vysokých indukovaných napětí, schopných iniciace výbušné atmosféry. Kromě samotného atmosférického výboje může iniciaci výbušné atmosféry způsobit také vysoká teplota od bleskosvodu. Ochrannými opatřeními jsou vhodně instalované bleskosvody a přepěťové ochranné systémy. Ochranu před účinky atmosférických výbojů řeší normy řady ČSN EN 62305.
Vysokofrekvenční elektromagnetické vlny od 104 do 3×1012 Hz
Patří sem například průmyslové vysokofrekvenční generátory, sloužící k ohřevu, sušení, či svařování. Každá vodivá součást, která je umístěna v poli vyzařování elektromagnetické energie, plní funkci přijímací antény. Vodivé součásti (např. tenké dráty) se působením vysokofrekvenční elektromagnetické energie mohou silně ohřívat, nebo na nich může docházet k jiskření a mohou se takto stát zdroji iniciace výbušné atmosféry.
Elektromagnetické vlny od 3×1011 do 3×1015 Hz
Jedná se o elektromagnetické záření v optickém spektru. Toto záření se může stát zdrojem iniciace výbušné atmosféry, zvláště po jeho soustředění například čočkami, či reflektory. Dostatečnou iniciační schopností disponuje také záření laserů, využívaných v zařízeních pro měření vzdáleností, či u optických měřících zařízení pro zeměměřičské práce. K ohřevu dochází zejména v případech, kdy paprsek dopadá na pevný povrch nebo je absorbován prachovými částicemi.
Ionizující záření
Ionizující záření je souhrnné označení pro záření, které má dostatečnou energii k ionizaci atomů, či molekul. Patří sem například rentgenové záření a záření radioaktivních materiálů. Absorbováním energie ionizujícího záření může dojít k iniciaci zejména prachovzduchových atmosfér. Působením ionizujícího záření může také docházet k rozkladu chemických látek za tvorby vysoce reaktivních radikálů. Jako příklad můžeme uvést radiolýzu vody za vzniku výbušné směsi vodíku a kyslíku.
Ultrazvuk
Ultrazvukové vlny jsou absorbovány pevnými nebo kapalnými látkami. V krajních případech se tyto látky mohou působením ultrazvukových vln zahřát natolik, že může dojít k jejich vznícení. U hořlavých kapalin ultrazvuk zvyšuje množství výparů a vytváří snadno iniciovatelnou mlhu.
Adiabatická komprese a rázové vlny
K iniciaci výbušné atmosféry může dojít také vysokými teplotami, vzniklými v důsledku adiabatické komprese a rázovými vlnami. Rázové vlny mohou vznikat například rychlým uvolněním plynů pod vysokým tlakem do potrubí. Ke vzniku velmi vysokých teplot poté dochází v místech kolen, přírub a zúžení potrubí, kde rázová vlna mění svůj směr.
Exotermické reakce včetně samovznícení prachů
Exotermické reakce mohou způsobovat zahřívání látek, pokud je vyvinutá teplota těmito reakcemi vyšší, než jsou tepelné ztráty do okolí. Samozahřívání materiálu je závislé na poměru objemu k povrchu reagujícího materiálu, na teplotě okolí a době skladování materiálu. Pro bezpečné skladování tuhých paliv a jiných produktů náchylných k samovznícení je důležité znát jejich požárně technické charakteristiky. Vhodnými opatřeními proti vzniku ložisek samovznícení jsou například zlepšení odvodu tepla u skladovaných materiálů, monitorování teploty provozu nebo omezení doby skladování.
Pokračování
Vzhledem k rozsáhlosti tohoto tématu byl článek rozdělen na dvě části. V další části budete blíže seznámeni se správným výběrem zařízení do prostoru s nebezpečím výbuchu, resp. do jednotlivých zón. V pokračování tohoto článku jsou také obsaženy příklady iniciačních zdrojů z praxe, které lze považovat za typické a je nutné se jich vyvarovat.
Literatura
- [1] ČSN EN 60079-10-1 Výbušné atmosféry – Část 10-1: Určování nebezpečných prostorů – Výbušné plynné atmosféry.
- [2] ČSN EN 60079-10-2 Výbušné atmosféry – Část 10-2: Určování nebezpečných prostorů – Výbušné atmosféry s hořlavým prachem
- [3] ČSN EN 1127-1 ed. 2 – Výbušná prostředí – Prevence a ochrana proti výbuchu – Část 1: Základní koncepce a metodika.
- [4] DAMEC, J.: Protivýbuchová prevence. Edice SBPI Spektrum 8. 1. vydání. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2005. ISBN 80-86111-21-0.
- [5] KOLEKTIV AUTORŮ. Koncepce řešení protivýbuchové ochrany v podmínkách průmyslových provozů. 1. vydání. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, 2012. ISBN 978-80-7385-120-0
- [6] ŠENOVSKÝ, M., a kol.. Základy požárního inženýrství. 2004, Ostrava : EDICE SPBI SPEKTRUM, 178 s. ISBN: 80-86634-50-7
- [7] Rembe GMBH. Dust explosions – A comprehensive Guideline to Industrial Explosion Protection including scientific Basics, Case Studies about Incidents, Prevention Methods and constructive Protection Measures [pdf dokument] [cit. 29.10.2013] dostupný z: www: http://www.rembe.us/faqs/documents/BOSS_Booklet_of_Safety_and_Security.pdf
- [8] Non-binding guide to good practice for implementing the European Parliament and Council Directive 1999/92/EC on minimum requirements for improving the safety and health protection of workers potentially at risk from explosive atmospheres April (2003). [cit. 10.10.2013] https://osha.europa.eu. ISBN: 92-894-8721-6
- [9] Nařízení vlády č. 23/2003 Sb. kterým se stanoví technické požadavky na zařízení a ochranné systémy určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu, v platném znění.
- [10] MÜLLEROVÁ, Jana. Fire Safety Properties of Heat Treated Wood. In: Research Journal of Recent Sciences, Číslo 2 (12/2013), str. 80-82. ISSN 2277-2502. [pdf dokument] [cit. 10.1.2014]. Dostupné z:
http://www.isca.in/rjrs/archive/v2/i12/11.ISCA-RJRS-2013-857.pdf
The second part of the series focused on secondary explosion protection. The introduction contains method of classification areas to explosive zones. The next important part of this article is focused on ignition sources and their prevention.