Způsoby ochrany před výbuchem – část 2: Sekundární protivýbuchová ochrana 2

Úvod

V této části budete blíže seznámeni se správným výběrem zařízení do prostoru s nebezpečím výbuchu, resp. do jednotlivých zón. Je to jedna z klíčových věcí pro zajištění bezpečnosti v prostorách s nebezpečím výbuchu. V článku jsou také obsaženy příklady iniciačních zdrojů z praxe, které lze považovat za typické a je nutné se jich vyvarovat.

Výběr zařízení

Tabulka 2: Kategorie zařízení a jejich použití v prostorech s nebezpečím výbuchu

Kategorie zařízení		Použití v prostorech
1 G	plyny	Zóna 0, 1, 2
2 G		Zóna 1, 2
3 G		Zóna 2
1 D	prachy	Zóna 20, 21, 22
2 D		Zóna 21, 22
3 D		Zóna 22

Aby bylo zabráněno výskytu iniciačního zdroje, musí být všechna zařízení certifikována, popř. musí mít ES prohlášení o shodě deklarující, že mohou být instalována v prostoru s nebezpečím výbuchu.

Zařízení určená pro použití v jiných prostorách než jsou podzemí části dolů a povrchové instalace těchto dolů, ohrožených metanem nebo hořlavým prachem, jsou zařazeny do tzv. skupiny II. Tato skupina se dělí na kategorie 1, 2 a 3.

Kategorie 1

Je určeno pro použití v prostorech, ve kterých je výbušná atmosféra tvořená směsí vzduchu s plyny, párami nebo mlhami nebo prachovzdušnou směsí přítomna trvale, po dlouhou dobu nebo často. Zařízení této kategorie musí zajišťovat dostatečnou úroveň ochrany i v případě výjimečných událostí ve vztahu k zařízení a vyznačuje se takovými prostředky ochrany proti výbuchu, že:

a) buď v případě poruchy jednoho z použitých prostředků ochrany zajišťuje požadovanou úroveň bezpečnosti alespoň jeden další nezávislý prostředek ochrany, nebo b) v případě vzniku dvou vzájemně nezávislých poruch je zajištěna požadovaná úroveň bezpečnosti [9].

Kategorie 2

Zařízení této kategorie je určeno pro použití v prostorech, ve kterých je občasný vznik výbušné atmosféry tvořené směsí vzduchu s plyny, párami nebo mlhami nebo prachovzdušnou směsí pravděpodobný.

Ochranné prostředky pro zařízení této kategorie zajišťují dostatečnou úroveň ochrany i v případě častého rušení nebo častých poruch zařízení, se kterými se musí běžně počítat [9].

Kategorie 3

Zařízení této kategorie je určeno pro použití v prostorech, kde vznik výbušné atmosféry tvořené směsí vzduchu s plyny, párami nebo mlhami nebo prachovzdušnou směsí není pravděpodobný, a pokud výbušná atmosféra vznikne, bude přítomna pouze zřídka a pouze po krátké časové období.

Konstrukce zařízení této kategorie musí zajistit požadovanou úroveň bezpečnosti při běžném provozu [9].

Dle nařízení vlády č. 23/2003 Sb., příloha č. 2 [9] (94/9/EC) musí mít všechna zařízení čitelně a trvanlivě vyznačeny přinejmenším tyto údaje:

1. název a adresu výrobce (u fyzické osoby jméno a příjmení a trvalý pobyt nebo místo podnikání, u právnické osoby název nebo obchodní firmu a její sídlo),
2. označení CE,
3. označení série nebo typu,
4. sériové číslo, pokud existuje,
5. rok výroby,
6. specifické označení ochrany proti výbuchu doplněné o symbol skupiny a kategorie zařízení,
7. pro zařízení skupiny II písmeno „G“ (pro výbušnou atmosféru tvořenou směsí vzduchu s plyny, párami nebo mlhami) nebo písmeno „D“ (pro výbušnou atmosféru ve formě prachovzdušné směsi).

Jako doplňkové označení bývá uvedeno:

• obecný znak pro zařízení do prostředí s nebezpečím výbuchu (Ex)
• symbol použitého druhu ochrany (např. tD)
• způsob ověřování podle praxe A nebo B (EN/IEC 61241-0)
• stupeň krytí (např. IP65)
• maximální povrchová teplota zařízení (např. T 65°)

   II 2 G Ex d IIC T4

	… obecný znak pro zařízení do prostředí s nebezpečím výbuchu	Povinné označení
II	… skupina zařízení
2	… kategorie zařízení
G	… typ výbušné atmosféry G (plyny a páry) D (prachy)
Ex	… označení zařízení do prostředí s nebezpečím výbuchu	Doplňkové označení
d	… symbol použitého druhu ochrany
IIC	… skupina výbušnosti plynů (IIA, IIB, IIC)
T4	… teplotní třída/teplota vznícení plynů a par

U starších zařízení (zařízení vyrobených před platností aktuální legislativy, která stanovuje požadavky na tato zařízení) je nutní, aby byla provedena analýzu zařízení, a to zejména elektrických, neelektrických a strojních a také dalších, jež mohou být zdrojem iniciace. Vzhledem k rozsáhlosti této problematiky se analýzou iniciačních zdrojů budu zabývat v některém z dalších příspěvků.

Důležitost výběru zařízení, popř. provedení analýzy rizik dokládá také několik příkladů výbuchů, jež jsou uvedeny v následující části. Příkladů je samozřejmě nespočet, ale tyto příklady se vyskytují ve své podstatě často.

Příklady iniciačních zdrojů v praxi [7]

1. Balení mouky

V přízemí budovy meziskladu (1) byla umístěna vzorkovna (2), jejíž stěny byly ze dřeva. Ve třetím patře (3) téže budovy byly dočasně umístěny pytle mouky. Dopravní systém (4) dopravoval vzorky ze třetího patra do vzorkovny.

Budova meziskladu byla propojena uzavřeným cca 45 metrů dlouhým mostem (5) s hlavním skladem (6). V hlavním skladu byl prostor balení (7) vybaven zařízením na plnění pytlů a kontejnerů o různých velikostech.

Průběh incidentu

Nejprve začalo hořet ve vzorkovně (2). Oheň se rychle rozšířil do 3. patra (3) vzhledem k otevřenému dopravnímu systému (4). Následně došlo k výbuchu ve 3. patře budovy meziskladu. Výbuch se šířil přes spojovací most (5) do prostoru balení mouky (7) v hlavním skladu (6).

Masivní výbuch v prostoru balení zničil opěrné zdi a vedl ke zhroucení budovy hlavního skladu. Následně nastaly výbuchy v mnoha výrobních prostorech včetně skladovacích sil, a to díky přenosu výbuchu prostřednictvím dopravního systému a odsávání prachu.

Důsledky incidentu

• bylo usmrceno 14 osob, 17 bylo těžce zraněno
• téměř celý závod úplně zničen
• 1 rok ztráta výroby
• náklady na hmotné škody byly vyšší než 100 milionů eur.

Příčiny incidentu

Konstrukce závodu, systém podmínek skladování a pytlování vedl k tomu, že vznikaly významné vrstvy prachu. Oheň se přenesl napočátku přes dopravní tunel z místnosti uchovávání vzorků do 3. patra budovy meziskladu. Vyskytující se oblak prachu byl iniciován plamenem.

Plamen byl na počátku přenesen přes dopravní tunel z místnosti uchovávání vzorků do místa dočasného skladování pytlů ve 3. patře budovy meziskladu. Oblak prachu, který se zde vyskytoval, byl iniciován. Tlaková vlna prvního výbuchu rozrušila a rozvířila další prach, který byl následně iniciován.

Sled výbuchů rozviřovaného prachu vedl k tomu, že tlaková vlna se šířila řetězovou reakcí. Protáhlý tvar spojovacího mostu způsobil rozviřování nespálené mouky díky výbuchovému tlaku, který vzhledem k řetězové reakci ještě narůstal. Díky tomu se vytvořilo velké množství výbušné atmosféry, která zaplnila celý prostor balení mouky. Následný plamen inicioval výbušnou atmosféru a výsledkem byl masivní výbuch, který zničil většinu hlavního skladu a vedl k dalším sekundárním explozím v přilehlých oblastech.

Opatření

• Zabránit tvorbě usazování prachu pomocí uzavření zařízení a / nebo zařízení pro odsávání prachu snížením plochy povrchu, na kterém by mohla být vytvořena ložiska. Odstranit nánosy prachu, které se nevyhnutelně tvoří, pomocí pravidelného a systematického postupu čištění (mít vypracované postupy čistění).
• Odstranit zdroje zapálení v oblastech s nebezpečím výbuchu nebo požáru.
• Zajistit požární úseky příslušným vybavením a izolací budov a areálů (požární dveře atd.).

Tato preventivní a ochranná bezpečnostní opatření povedou k vysoké úrovni ochrany proti výbuchu. Avšak záleží na tom, jak budou implemetovány (tj. spolehlivost, s níž výbušné atmosféra a iniciační zdroje mohou být odstraněny), dále konstrukční ochrana proti výbuchu, zejména pro potrubí, zásobníků, cyklónů a filtrů (např. odlehčení výbuchu, potlačení výbuchu).

2. Odsávací zařízení z broušení pryžových válců

Odsávací systém zahrnuje sběr materiálu, potrubí (4), filtr (5) a ventilátor (2) odsávající prach z procesu broušení.

Průběh incidentu

Při zpozorování kouře provozovatel otevřel inspekční otvor (3) v potrubí (4), aby mohl uhasit požár. Exploze nastala krátce po vyjmutí inspekčního poklopu (3).

Důsledky

Dva operátoři utrpěli vážné popáleniny na tvářích a horních částech těla.

Příčiny

• V potrubí se nacházel usazený prach vzhledem k nedostatečnému proudění vzduchu a špatnému konstrukčnímu uspořádání.
• Jiskry z brusky (1) zapálily prachové usazeniny v potrubí (4) a způsobily, že začly doutnat.
• Odstraněním kontrolního otvoru byly narušeny prachové usazeniny, které vytvořily výbušný oblak prachu. Ten byl zapálen žhnoucím materiálem.

Opatření

• Zabránit tvorbě usazeného prachu v potrubí vhodným průtokem vzduchu a tvarem potrubí (velký poloměr kolen atd.), organizační opatření, tj. pravidelná kontrola a čištění potrubí (písemný plán čištění).
• Jiskry od brousícího stroje nemohou být definitivně vyloučeny a mohou působit jako iniciační zdroj ve filtru (5). Tomu musí být zabráněno instalací například systému detekce jisker a hasicího systému.
• Návod k obsluze musí obsahovat postupy, které je třeba provést v případě požáru (např. zastavení odsávácích ventilátorů, mít uzavřeny poklopy, aby se zabránilo přisávání vzduchu, použití vhodného hasicího přístroje nebo opatření, která mají být přijata, aby inertizovala zařízení).

3. Broušení hliníku

Jedná se o dokončovací výrobu (broušení, leštění) litých částí hliníku (1). Všechna pracovní místa jsou odsávány do centrálního odsávacího zařízení (2). Odlučovač prachu (3), který je plněný vodou, je umístěn vně budovy. Odsávací ventilátor (4) zajišťuje částečnou recirkulaci vzduchu (5). Recirkulace vzduchu na vstupu do potrubí (6) je instalována podél přední části budovy pod stropem.

Průběh incidentu

K výbuchu došlo v potrubí v blízkosti ventilátoru. Zdrojem iniciace byla klapka (7), která se dostala do ventilátoru a došlo ve vzniku jisker důsledkem tření. Výbuch se rozšířil do potrubí recirkulace. Tlaková vlna rozrušila velké množství jemného prachu, který byl nashromážděn v potrubí ústícím do místnosti broušení. Prachovzdušná směs byla iniciována čelem plamene.

Následky

• Všech osm pracovníků bylo zasaženo ohněm, který se zde rozvinul. Šest pracovníků zemřelo okamžitě. Další dva zemřeli v následujících dnech v důsledku těžkých popálenin, které utrpěli.
• Budova broušení byla celá zničena.

Příčiny

• Systém odsávání prachu byl špatně udržován po mnoho let (úniky z potrubí, hladina vody v odlučovači prachu nebyla kontrolována). To vedlo k výskytu velkého množství prachu v oblasti ventilátoru a recirkulačního potrubí.
• Těsně před výbuchem došlo k tomu, že se uvolnila klapka díky zlomené hřídeli a poté se dostala do ventilátoru. To vedlo k narušení vrstev prachu a tvorbě jiskry nebo horkého povrchu v důsledku nárazu a tření, jež způsobilo vznícení oblaku hliníkového prachu.

Opatření

Organizační opatření jsou taktéž nezbytná kromě preventivních opatření, která byla přijata.

• V podstatě může odlučovač prachu za mokra fungovat pouze jako preventivní opatření (tj. aby se zabránilo tvorba výbušné atmosféry), pouze pokud je správně udržován.
• Kromě toho je třeba očekávat malé množství prachu na čisté straně těchto prachových odlučovačů.
• Je lepší nepoužívat recirkulační systém – čistá strana vzduchu musí být stále uchovávána bez prachu pravidelnými prohlídkami a čištění.
• Je-li nutné nainstalovat systém recirkulace vzduchu (např. za účelem úspory energie), další technická opatření (zamezení rovinných ploch, které by mohly usazovat prach, policie filtr), jakož i organizační opatření (plán pravidelného čištění) musí být provedeny, aby se zabránilo tvorby nebezpečných vrstev prachu, a to jak v potrubí recirkulace, tak v pracovní místnosti.

Závěr

Velmi důležitým aspektem v oblasti prevence proti výbuchu je klasifikace prostorů, na kterou navazují opatření pro eliminaci zdrojů iniciace. V případech, že nelze dosáhnout elimiace iniciačních zdrojů, je nutné přistoupit ke konstrukční protivýbuchové ochraně, která bude blíže popsána v dalším díle tohoto seriálu.

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