Wybuchy gazów i pyłów w

Wybuchy gazów i pyłów w

przemyśle

przemyśle

Wykładowca

Wykładowca

prof. dr hab. Kazimierz Lebecki

prof. dr hab. Kazimierz Lebecki

e-mail: [e-mail]

e-mail: [e-mail]

Plan wykładu

Plan wykładu

1. Zjawisko spalania wybuchowego

1. Zjawisko spalania wybuchowego

2. Pojęcia podstawowe

2. Pojęcia podstawowe

3. Wybuch gazu; podstawowe

3. Wybuch gazu; podstawowe

parametry

parametry

4. Czynniki ryzyka wybuchu gazu

4. Czynniki ryzyka wybuchu gazu

5. Zjawisko wybuchu pyłu

5. Zjawisko wybuchu pyłu

6. Parametry wybuchowości pyłu

6. Parametry wybuchowości pyłu

7. Wybuchy przemysłowe – akty

7. Wybuchy przemysłowe – akty

prawne UE

prawne UE

8. Zapobieganie wybuchom

8. Zapobieganie wybuchom

Pierwszy opisany wybuch

Pierwszy opisany wybuch

pyłu

pyłu



piekarnia w Turynie,

piekarnia w Turynie,

15.12.1785

15.12.1785

(opis Hrabia Morozzo,

(opis Hrabia Morozzo,

1795)

1795)

Kopalnia Courrieres,

Kopalnia Courrieres,

kwiecień 1906

kwiecień 1906

Trójkąt pożarowy

Trójkąt pożarowy

Pięciokąt wybuchowości

Pięciokąt wybuchowości

Ciepło spalania

Ciepło spalania

jest to ciepło wydzielone

jest to ciepło wydzielone

podczas

całkowitego

i

zupełnego

podczas

całkowitego

i

zupełnego

spalania, przy stałym ciśnieniu i po

spalania, przy stałym ciśnieniu i po

sprowadzeniu temperatury produktów do

sprowadzeniu temperatury produktów do

wartości

początkowej

temperatury

wartości

początkowej

temperatury

substratów.

substratów.

W

zastosowaniach

praktycznych

W

zastosowaniach

praktycznych

funkcjonuje pojęcie

funkcjonuje pojęcie

wartości opałowej

wartości opałowej

paliwa. Jest ona zdefiniowana jako ilość

paliwa. Jest ona zdefiniowana jako ilość

ciepła wydzielonego podczas całkowitego

ciepła wydzielonego podczas całkowitego

i zupełnego spalania w stałej objętości

i zupełnego spalania w stałej objętości

(w

reakcji

izochorycznej)

pod

(w

reakcji

izochorycznej)

pod

warunkiem, że para wodna powstała

warunkiem, że para wodna powstała

podczas spalania nie uległa skropleniu.

podczas spalania nie uległa skropleniu.

Ciepło spalania i wartość opałowa niektórych

Ciepło spalania i wartość opałowa niektórych

paliw (

paliw (

Kowalewicz

Kowalewicz

2000)

2000)

Szczególnym przypadkiem spalania jest

Szczególnym przypadkiem spalania jest

spalanie

spalanie

stechiometryczne.

stechiometryczne.

W

reakcji

W

reakcji

stechiometrycznego

spalania

zachodzi

stechiometrycznego

spalania

zachodzi

całkowite zużycie paliwa i utleniacza, którym

całkowite zużycie paliwa i utleniacza, którym

jest powietrze. Odstępstwo od stechiometrii

jest powietrze. Odstępstwo od stechiometrii

charakteryzuje

współczynnik

nadmiaru

charakteryzuje

współczynnik

nadmiaru

powietrza oznaczany literą

powietrza oznaczany literą





. Jest on

. Jest on

zdefiniowany jako iloraz aktualnej ilości

zdefiniowany jako iloraz aktualnej ilości

powietrza

(wyrażonej

masowo

lub

powietrza

(wyrażonej

masowo

lub

objętościowo) w spalanej mieszance do ilości

objętościowo) w spalanej mieszance do ilości

wymaganej w spalaniu stechiometrycznym.

wymaganej w spalaniu stechiometrycznym.

Mieszanka paliwowa powietrzna dla której

Mieszanka paliwowa powietrzna dla której





>1 jest mieszanką ubogą, gdy

>1 jest mieszanką ubogą, gdy





<1 –

<1 –

mieszanka jest bogata, gdy

mieszanka jest bogata, gdy





=1 mieszanka

=1 mieszanka

jest stechiometryczna. Ubóstwo lub bogactwo

jest stechiometryczna. Ubóstwo lub bogactwo

mieszanki określa się więc niedoborem lub

mieszanki określa się więc niedoborem lub

nadmiarem paliwa.

nadmiarem paliwa.

Wybuch cieplny – zależność zmian ciepła reakcji od

Wybuch cieplny – zależność zmian ciepła reakcji od

temperatury

temperatury

Temperatury samozapłonu wybranych

Temperatury samozapłonu wybranych

paliw (

paliw (

Kowalewicz,

Kowalewicz,

2000)

2000)

Z teorii wybuchu cieplnego jak i wielkości

Z teorii wybuchu cieplnego jak i wielkości

temperatury samozapłonu różnych paliw

temperatury samozapłonu różnych paliw

wynikają praktyczne wnioski:

wynikają praktyczne wnioski:



jeżeli w zbiorniku zachodzi reakcja z

jeżeli w zbiorniku zachodzi reakcja z

wydzielaniem ciepła to warunki izolacji

wydzielaniem ciepła to warunki izolacji

zbiornika, lub inaczej odprowadzania ciepła

zbiornika, lub inaczej odprowadzania ciepła

mają

podstawowe

znaczenie

dla

jej

mają

podstawowe

znaczenie

dla

jej

przebiegu. Pogorszenie izolacyjności, czyli

przebiegu. Pogorszenie izolacyjności, czyli

przesunięcie prostej odprowadzania ciepła

przesunięcie prostej odprowadzania ciepła

powoduje wzrost szybkości reakcji i wybuch.

powoduje wzrost szybkości reakcji i wybuch.

Taka sytuacja zachodzi w piecach lub kotłach

Taka sytuacja zachodzi w piecach lub kotłach

gdzie pogorszenie wymiany ciepła z

gdzie pogorszenie wymiany ciepła z

otoczeniem powoduje wzrost temperatury i

otoczeniem powoduje wzrost temperatury i

wybuch,

wybuch,





spośród pospolitych paliw, w tym gazów,

spośród pospolitych paliw, w tym gazów,

metan ma najwyższą temperaturę

metan ma najwyższą temperaturę

samozapłonu, czyli jest najbezpieczniejszy.

samozapłonu, czyli jest najbezpieczniejszy.

Możliwe reakcje spalania pyłu

Możliwe reakcje spalania pyłu

P + O

P + O

2

2

= PO

= PO

2

2

P

P





części lotne

części lotne





spalanie

spalanie

gazów

gazów

wybuch:

wybuch:

Gwałtowna reakcja utleniania lub

Gwałtowna reakcja utleniania lub

rozkładu wywołująca wzrost temperatury i/lub

rozkładu wywołująca wzrost temperatury i/lub

ciśnienia [ISO 8421-1, 1987-03-01, 1.13].

ciśnienia [ISO 8421-1, 1987-03-01, 1.13].

granice wybuchowości:

granice wybuchowości:

Granice zakresu

Granice zakresu

wybuchowości.

wybuchowości.

dolna granica wybuchowości (DGW):

dolna granica wybuchowości (DGW):

Dolna granica zakresu wybuchowości.

Dolna granica zakresu wybuchowości.

górna granica wybuchowości (GGW):

górna granica wybuchowości (GGW):

Górna granica zakresu wybuchowości.

Górna granica zakresu wybuchowości.

Parametry wybuchowości pyłów –

Parametry wybuchowości pyłów –

definicje

definicje

c.d.

zakres wybuchowości:

zakres wybuchowości:

Zakres wartości

Zakres wartości

stężenia w powietrzu substancji palnej,w

stężenia w powietrzu substancji palnej,w

granicach którego może dojść do wybuchu

granicach którego może dojść do wybuchu

atmosfera

wybuchowa:

atmosfera

wybuchowa:

Mieszanina

Mieszanina

substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł

substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł

lub

pyłów

z

powietrzem

w

warunkach

lub

pyłów

z

powietrzem

w

warunkach

atmosferycznych, w której po zapaleniu spalanie

atmosferycznych, w której po zapaleniu spalanie

rozprzestrzenia się na całą nie spaloną

rozprzestrzenia się na całą nie spaloną

mieszaninę

mieszaninę

temperatura

zapłonu:

temperatura

zapłonu:

Minimalna

Minimalna

temperatura,

przy

której

w

określonych

temperatura,

przy

której

w

określonych

warunkach badania z cieczy wydziela się palny

warunkach badania z cieczy wydziela się palny

gaz lub para w ilości wystarczającej do

gaz lub para w ilości wystarczającej do

natychmiastowego zapłonu z zastosowaniem

natychmiastowego zapłonu z zastosowaniem

efektywnego źródła zapłonu.

efektywnego źródła zapłonu.

c.d.

c.d.

niebezpieczna

atmosfera

niebezpieczna

atmosfera

wybuchowa

wybuchowa

:

:

Atmosfera wybuchowa, która

Atmosfera wybuchowa, która

w

przypadku

wybuchu

powoduje

w

przypadku

wybuchu

powoduje

uszkodzenia.

uszkodzenia.

mieszanina hybrydowa:

mieszanina hybrydowa:

Mieszanina

Mieszanina

substancji palnych z powietrzem, w różnych

substancji palnych z powietrzem, w różnych

stanach skupienia.

stanach skupienia.

UWAGA:

UWAGA:

Przykładami mieszanin hybrydowych

Przykładami mieszanin hybrydowych

są mieszaniny metanu, pyłu węglowego i

są mieszaniny metanu, pyłu węglowego i

powietrza lub mieszaniny pary benzyny i

powietrza lub mieszaniny pary benzyny i

kropelek benzyny z powietrzem

kropelek benzyny z powietrzem

c.d.

c.d.

graniczne

stężenie

tlenu

(GST):

graniczne

stężenie

tlenu

(GST):

Maksymalne stężenie tlenu w mieszaninie

Maksymalne stężenie tlenu w mieszaninie

substancji palnej, powietrza i gazu obojętnego, w

substancji palnej, powietrza i gazu obojętnego, w

której nie dojdzie do wybuchu w określonych

której nie dojdzie do wybuchu w określonych

warunkach badania.

warunkach badania.

maksymalne ciśnienie wybuchu (

maksymalne ciśnienie wybuchu (

p

p

max

max

):

):

Maksymalne ciśnienie występujące w zamkniętym

Maksymalne ciśnienie występujące w zamkniętym

naczyniu

podczas

wybuchu

atmosfery

naczyniu

podczas

wybuchu

atmosfery

wybuchowej, oznaczone w określonych warunkach

wybuchowej, oznaczone w określonych warunkach

badania.

badania.

c.d.

c.d.

maksymalna

szybkość

narastania

maksymalna

szybkość

narastania

ciśnienia

wybuchu

(

ciśnienia

wybuchu

(

(dp/dt/

(dp/dt/

max

max

):

):

Maksymalna wartość przyrostu ciśnienia w

Maksymalna wartość przyrostu ciśnienia w

jednostce czasu w trakcie wybuchów wszystkich

jednostce czasu w trakcie wybuchów wszystkich

atmosfer

wybuchowych

w

zakresie

atmosfer

wybuchowych

w

zakresie

wybuchowości substancji palnej w zamkniętym

wybuchowości substancji palnej w zamkniętym

naczyniu w określonych warunkach badania.

naczyniu w określonych warunkach badania.

minimalna energia zapłonu (MEZ):

minimalna energia zapłonu (MEZ):

Najmniejsza energia elektryczna nagromadzona

Najmniejsza energia elektryczna nagromadzona

w kondensatorze, która w trakcie jego

w kondensatorze, która w trakcie jego

rozładowania

jest

wystarczająca

do

rozładowania

jest

wystarczająca

do

spowodowania zapłonu najbardziej zapalnej

spowodowania zapłonu najbardziej zapalnej

atmosfery w określonych warunkach badania.

atmosfery w określonych warunkach badania.

c.d.

c.d.

minimalna temperatura samozapłonu

minimalna temperatura samozapłonu

atmosfery

wybuchowej:

atmosfery

wybuchowej:

Temperatura

Temperatura

samozapłonu palnego gazu lub pary palnej

samozapłonu palnego gazu lub pary palnej

cieczy lub minimalna temperatura samozapłonu

cieczy lub minimalna temperatura samozapłonu

obłoku pyłu w określonych warunkach badania.

obłoku pyłu w określonych warunkach badania.

temperatura samozapłonu (palnego

temperatura samozapłonu (palnego

gazu lub palnej cieczy):

gazu lub palnej cieczy):

Najniższa

Najniższa

temperatura

ogrzanych

ścianek

naczynia

temperatura

ogrzanych

ścianek

naczynia

oznaczona w określonych warunkach badania, w

oznaczona w określonych warunkach badania, w

której następuje zapalenie palnej substancji w

której następuje zapalenie palnej substancji w

postaci mieszaniny gazu lub pary z powietrzem.

postaci mieszaniny gazu lub pary z powietrzem.

c.d.

c.d.

minimalna temperatura samozapłonu

minimalna temperatura samozapłonu

obłoku pyłu:

obłoku pyłu:

Najniższa temperatura gorącej

Najniższa temperatura gorącej

powierzchni,

w

której

najbardziej

zapalna

powierzchni,

w

której

najbardziej

zapalna

mieszanina pyłu z powietrzem ulega zapłonowi w

mieszanina pyłu z powietrzem ulega zapłonowi w

określonych warunkach badania.

określonych warunkach badania.

minimalna temperatura samozapłonu

minimalna temperatura samozapłonu

warstwy pyłu:

warstwy pyłu:

Najniższa temperatura gorącej

Najniższa temperatura gorącej

powierzchni, przy której warstwa pyłu ulega

powierzchni, przy której warstwa pyłu ulega

zapłonowi w określonych warunkach badania.

zapłonowi w określonych warunkach badania.

Dolna granica wybuchowości

Dolna granica wybuchowości

obłoku

obłoku

pyłu jest zdefiniowana jako najniższe stężenie

pyłu jest zdefiniowana jako najniższe stężenie

pyłu palnego w mieszaninie pyłowo-powietrznej,

pyłu palnego w mieszaninie pyłowo-powietrznej,

w której możliwa jest w temperaturze pokojowej

w której możliwa jest w temperaturze pokojowej

i przy ciśnieniu atmosferycznym propagacja

i przy ciśnieniu atmosferycznym propagacja

płomienia

udokumentowana

określonym

płomienia

udokumentowana

określonym

wzrostem ciśnienia w aparaturze badawczej.

wzrostem ciśnienia w aparaturze badawczej.

Dolną granicę wybuchowości podaje się w

Dolną granicę wybuchowości podaje się w

gramach pyłu na metr sześcienny mieszaniny

gramach pyłu na metr sześcienny mieszaniny

(g/m

(g/m

3

3

).

).

Komora

Komora

sferyczna do

sferyczna do

oznaczania

oznaczania

parametrów

parametrów

wybuchowości

wybuchowości

pyłów

pyłów

Dla oceny rzeczywistego zagrożenia opracowano

Dla oceny rzeczywistego zagrożenia opracowano

koncepcję

koncepcję

minimalnej dawki wybuchowej

minimalnej dawki wybuchowej

(MDW).

(MDW).

Dawka ta jest to taka ilość substancji

Dawka ta jest to taka ilość substancji

wybuchowej, której wybuch pomieszczeniu

wybuchowej, której wybuch pomieszczeniu

spowoduje wzrost ciśnienia o

spowoduje wzrost ciśnienia o

5 kPa

5 kPa

Definicja maksymalnego ciśnienia wybuchu i

Definicja maksymalnego ciśnienia wybuchu i

maksymalnej prędkości narastania ciśnienia

maksymalnej prędkości narastania ciśnienia

Wskaźnik wybuchowości pyłu

Wskaźnik wybuchowości pyłu

K

K

st,max

st,max

równy

równy

maksymalnej wartości

maksymalnej wartości

dp/dt

dp/dt

, wyznaczonej z

, wyznaczonej z

charakterystyki wybuchowości pyłu i przeliczonej

charakterystyki wybuchowości pyłu i przeliczonej

do objętości 1 m

do objętości 1 m

3

3

według wzoru:

według wzoru:

K

K

st,max

st,max

 = (dp/dt)

 = (dp/dt)

max

max

 = 

 = 

(dp/dt)

(dp/dt)

max

max

  0.27144 m

  0.27144 m

Wskaźnik wybuchowości

Wskaźnik wybuchowości

K

K

st,max

st,max

jest stałą

jest stałą

charakterystyczną pyłu i określa maksymalną

charakterystyczną pyłu i określa maksymalną

gwałtowność wybuchu pyłu w mieszaninie z

gwałtowność wybuchu pyłu w mieszaninie z

powietrzem.

powietrzem.

Podział pyłów przemysłowych pod względem

Podział pyłów przemysłowych pod względem

wybuchowości

wybuchowości

Opisane

wskaźniki

charakteryzowały

Opisane

wskaźniki

charakteryzowały

wybuchowość pyłów to znaczy ich zdolność

wybuchowość pyłów to znaczy ich zdolność

do wytworzenia ciśnienia w zamkniętej

do wytworzenia ciśnienia w zamkniętej

przestrzeni.

Istnieje

druga

grupa

przestrzeni.

Istnieje

druga

grupa

wskaźników,

charakteryzująca

zapalność

wskaźników,

charakteryzująca

zapalność

pyłu, czyli ich zdolność do zapoczątkowania

pyłu, czyli ich zdolność do zapoczątkowania

reakcji pod wpływem energii dostarczonej z

reakcji pod wpływem energii dostarczonej z

zewnątrz. Istnieją trzy podstawowe wskaźniki

zewnątrz. Istnieją trzy podstawowe wskaźniki

zapalności,

minimalna

temperatura

zapalności,

minimalna

temperatura

zapalenia obłoku pyłu i minimalna energia

zapalenia obłoku pyłu i minimalna energia

zapalenia

obłoku,

oraz

minimalna

zapalenia

obłoku,

oraz

minimalna

temperatura zapalenia warstwy pyłu. Ten

temperatura zapalenia warstwy pyłu. Ten

ostatni parametr ma podstawowe znaczenie

ostatni parametr ma podstawowe znaczenie

dla określenia zagrożenia pożarem a dalszej

dla określenia zagrożenia pożarem a dalszej

konsekwencji wybuchem pyłu osiadłego na

konsekwencji wybuchem pyłu osiadłego na

gorących

powierzchniach

na

przykład

gorących

powierzchniach

na

przykład

urządzeń elektrycznych.

urządzeń elektrycznych.

Minimalną

temperaturę

zapłonu

Minimalną

temperaturę

zapłonu

obłoku pyłów (mieszanin pyłowo-

obłoku pyłów (mieszanin pyłowo-

powietrznych)

powietrznych)

wyznacza się przy pomocy

wyznacza się przy pomocy

standardowego

pieca.

Jej

cechą

standardowego

pieca.

Jej

cechą

charakterystyczną jest krótki czas przebywania

charakterystyczną jest krótki czas przebywania

obłoku pyłu w piecu, co sprawia, że metoda nie

obłoku pyłu w piecu, co sprawia, że metoda nie

jest reprezentatywna dla wszelkich warunków

jest reprezentatywna dla wszelkich warunków

przemysłowych.

Nie

znajduje

również

przemysłowych.

Nie

znajduje

również

zastosowania do pyłów, które mogą wytwarzać

zastosowania do pyłów, które mogą wytwarzać

gazy palne wskutek rozkładu termicznego

gazy palne wskutek rozkładu termicznego

trwającego dłużej, niż czas określony przez

trwającego dłużej, niż czas określony przez

przyjętą metodę badania.

przyjętą metodę badania.

Zapłon obłoku pyłu

Zapłon obłoku pyłu

jest to zainicjowanie

jest to zainicjowanie

wybuchu wskutek przepływu energii od

wybuchu wskutek przepływu energii od

gorącej powierzchni ciała stałego do obłoku

gorącej powierzchni ciała stałego do obłoku

pyłu.

pyłu.

Temperatura zapłonu obłoku pyłu T

Temperatura zapłonu obłoku pyłu T

cl

cl

jest

jest

to

najniższa

temperatura

gorącej

ścianki

to

najniższa

temperatura

gorącej

ścianki

wewnętrznej pieca, przy której występuje zapłon

wewnętrznej pieca, przy której występuje zapłon

obłoku pyłu wytworzonego wewnątrz pieca.

obłoku pyłu wytworzonego wewnątrz pieca.

Do oznaczania minimalnej temperatury zapłonu

Do oznaczania minimalnej temperatury zapłonu

obłoku pyłu stosuje się pionowy piec rurowy,

obłoku pyłu stosuje się pionowy piec rurowy,

znany

w

literaturze

jako

piec

znany

w

literaturze

jako

piec

Godberta-

Godberta-

Greenwalda.

Greenwalda.

Główną jego częścią jest rura

Główną jego częścią jest rura

ceramiczna o średnicy wewnętrznej 35 mm,

ceramiczna o średnicy wewnętrznej 35 mm,

ogrzewana elektrycznie przez uzwojenie z drutu

ogrzewana elektrycznie przez uzwojenie z drutu

oporowego, nawinięte na jej zewnętrznej ściance.

oporowego, nawinięte na jej zewnętrznej ściance.

Stanowisko do pomiaru temperatury

Stanowisko do pomiaru temperatury

zapłonu obłoku pyłu wraz z piecem

zapłonu obłoku pyłu wraz z piecem

Innym parametrem zapalności o dużym

Innym parametrem zapalności o dużym

praktycznym znaczeniu jest

praktycznym znaczeniu jest

minimalna

minimalna

temperatura zapłonu warstwy pyłu.

temperatura zapłonu warstwy pyłu.

Metoda jej

Metoda jej

oznaczania oparta jest na normie Międzynarodowej

oznaczania oparta jest na normie Międzynarodowej

Komisji Elektrotechnicznej IEC 61241-2-1 

Komisji Elektrotechnicznej IEC 61241-2-1 

Ed.1.0

Ed.1.0

Electrical apparatus for use in the presence of

Electrical apparatus for use in the presence of

combustible dust - Part 2: Test methods - Section 1:

combustible dust - Part 2: Test methods - Section 1:

Methods for determining the minimum ignition

Methods for determining the minimum ignition

temperatures of dust layers.

temperatures of dust layers.

Zapłon

Zapłon

warstwy pyłu

warstwy pyłu

osiadłego na gorącej powierzchni jest jedną z

osiadłego na gorącej powierzchni jest jedną z

najczęstszych przyczyn wybuchów pyłu w

najczęstszych przyczyn wybuchów pyłu w

przemyśle.

przemyśle.

Aparat do oznaczania minimalnej temperatury zapłonu

Aparat do oznaczania minimalnej temperatury zapłonu

warstwy pyłu

warstwy pyłu

Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu jest

Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu jest

parametrem dobrze charakteryzującym zapalność

parametrem dobrze charakteryzującym zapalność

pyłu. Znajomość minimalnej energii zapłonu

pyłu. Znajomość minimalnej energii zapłonu

pozwala ocenić, czy badana mieszanina pyłowo-

pozwala ocenić, czy badana mieszanina pyłowo-

powietrzna może być traktowana jako podatna na

powietrzna może być traktowana jako podatna na

zapłon od iskier elektrycznych, a tym samym

zapłon od iskier elektrycznych, a tym samym

podjąć decyzję co do wymagań stawianym

podjąć decyzję co do wymagań stawianym

urządzeniom

elektrycznym

instalowanym

w

urządzeniom

elektrycznym

instalowanym

w

obszarze zawierającym badany pył

obszarze zawierającym badany pył

Minimalna energia zapłonu od iskry

Minimalna energia zapłonu od iskry

elektrycznej

elektrycznej

Urządzenie MEZOP do oznaczania minimalnej

Urządzenie MEZOP do oznaczania minimalnej

energii zapłonu obłoku pyłu od iskry elektrycznej

energii zapłonu obłoku pyłu od iskry elektrycznej

Parametry wybuchowości i zapalności

Parametry wybuchowości i zapalności

pyłów węglowych

pyłów węglowych

Parametry wybuchowości pyłów

Parametry wybuchowości pyłów

przemysłowych

przemysłowych

Elementy oceny ryzyka

Elementy oceny ryzyka

Wiadomości ogólne

Wiadomości ogólne

Ocena

ryzyka

powinna

być

zawsze

Ocena

ryzyka

powinna

być

zawsze

przeprowadzona dla każdej odrębnej sytuacji

przeprowadzona dla każdej odrębnej sytuacji

zgodnie z EN 1050.

zgodnie z EN 1050.

Ocena ryzyka zawiera następujące elementy:

Ocena ryzyka zawiera następujące elementy:

a) identyfikacja zagrożenia. Badania substancji

a) identyfikacja zagrożenia. Badania substancji

są pomocne przy identyfikacji zagrożeń przez

są pomocne przy identyfikacji zagrożeń przez

wskazanie czy substancje są palne i czy łatwo

wskazanie czy substancje są palne i czy łatwo

ulegają zapłonowi;

ulegają zapłonowi;

b) określenie prawdopodobieństwa wystąpienia

b) określenie prawdopodobieństwa wystąpienia

atmosfery wybuchowej i jej objętości

atmosfery wybuchowej i jej objętości

c) określenie obecności źródeł zapłonu i

c) określenie obecności źródeł zapłonu i

prawdopodobieństwa wystąpienia źródeł

prawdopodobieństwa wystąpienia źródeł

zapłonu zdolnych do zapalenia atmosfery

zapłonu zdolnych do zapalenia atmosfery

wybuchowej

wybuchowej

d) określenie możliwych skutków wybuchu

d) określenie możliwych skutków wybuchu

e) oszacowanie ryzyka

e) oszacowanie ryzyka

f) rozważenie środków dla minimalizacji ryzyka

f) rozważenie środków dla minimalizacji ryzyka

c.d.

c.d.

Powinno się stosować podejście całościowe,

Powinno się stosować podejście całościowe,

zwłaszcza dla skomplikowanych urządzeń,

zwłaszcza dla skomplikowanych urządzeń,

systemów ochronnych, części i podzespołów,

systemów ochronnych, części i podzespołów,

zakładów składających się z niezależnych

zakładów składających się z niezależnych

jednostek i, przede wszystkim, dla rozległych

jednostek i, przede wszystkim, dla rozległych

instalacji.

instalacji.

Ocena

ryzyka

powinna

uwzględniać

Ocena

ryzyka

powinna

uwzględniać

zagrożenie zapłonem i wybuchem z uwagi na:

zagrożenie zapłonem i wybuchem z uwagi na:



urządzenia, systemy ochronne, części i

urządzenia, systemy ochronne, części i

podzespoły;

podzespoły;



wzajemne oddziaływanie pomiędzy

wzajemne oddziaływanie pomiędzy

urządzeniami, systemami ochronnymi,

urządzeniami, systemami ochronnymi,

częściami i podzespołami oraz stosowanymi

częściami i podzespołami oraz stosowanymi

substancjami;

substancjami;

c.d.

c.d.



charakterystykę procesu przemysłowego

charakterystykę procesu przemysłowego

prowadzonego w urządzeniach, systemach

prowadzonego w urządzeniach, systemach

ochronnych, częściach i podzespołach;

ochronnych, częściach i podzespołach;



wzajemne oddziaływanie pomiędzy

wzajemne oddziaływanie pomiędzy

poszczególnymi procesami w różnych

poszczególnymi procesami w różnych

częściach urządzeń, systemów ochronnych,

częściach urządzeń, systemów ochronnych,

części i podzespołów;

części i podzespołów;



otoczenie urządzeń, systemów

otoczenie urządzeń, systemów

ochronnych, części i podzespołów i możliwe

ochronnych, części i podzespołów i możliwe

wzajemne oddziaływanie z sąsiadującymi

wzajemne oddziaływanie z sąsiadującymi

procesami.

procesami.

Występowanie niebezpiecznej atmosfery

Występowanie niebezpiecznej atmosfery

wybuchowej zależy od:

wybuchowej zależy od:



obecności substancji palnej;

obecności substancji palnej;



stopnia rozproszenia substancji palnej (np.

stopnia rozproszenia substancji palnej (np.

gazy, pary, mgły, pyły);

gazy, pary, mgły, pyły);



stężenia substancji palnej w powietrzu, w

stężenia substancji palnej w powietrzu, w

granicach zakresu wybuchowości;

granicach zakresu wybuchowości;



objętości atmosfery wybuchowej

objętości atmosfery wybuchowej

wystarczającej do spowodowania obrażeń lub

wystarczającej do spowodowania obrażeń lub

zniszczeń w wyniku zapłonu.

zniszczeń w wyniku zapłonu.

Określenie objętości atmosfery

Określenie objętości atmosfery

wybuchowej i

wybuchowej i

prawdopodobieństwa jej

prawdopodobieństwa jej

występowania

występowania

Stopień rozproszenia substancji

Stopień rozproszenia substancji

palnych

palnych

Ze względu na swą postać, gazy i pary mają

Ze względu na swą postać, gazy i pary mają

stopień

rozproszenia

wystarczający

do

stopień

rozproszenia

wystarczający

do

wytworzenia atmosfery wybuchowej. Dla mgieł i

wytworzenia atmosfery wybuchowej. Dla mgieł i

pyłów stopień rozproszenia wystarczający do

pyłów stopień rozproszenia wystarczający do

wytworzenia

atmosfery

wybuchowej

może

wytworzenia

atmosfery

wybuchowej

może

zostać osiągnięty, jeżeli rozmiar kropelki lub

zostać osiągnięty, jeżeli rozmiar kropelki lub

cząstki będzie wynosił poniżej 1 mm.

cząstki będzie wynosił poniżej 1 mm.

UWAGA:

Liczne

mgły,

aerozole

i

pyły

UWAGA:

Liczne

mgły,

aerozole

i

pyły

występujące w praktyce mają rozmiary cząstek

występujące w praktyce mają rozmiary cząstek

pomiędzy 0,001 mm i 0,1 mm.

pomiędzy 0,001 mm i 0,1 mm.

Wybuch jest możliwy kiedy stężenie substancji

Wybuch jest możliwy kiedy stężenie substancji

palnej rozproszonej w powietrzu osiąga wartość

palnej rozproszonej w powietrzu osiąga wartość

minimalną (dolna granicę wybuchowości). Do

minimalną (dolna granicę wybuchowości). Do

wybuchu nie dojdzie kiedy stężenie przekroczy

wybuchu nie dojdzie kiedy stężenie przekroczy

wartość

maksymalną

(górną

granicę

wartość

maksymalną

(górną

granicę

wybuchowości).

wybuchowości).

UWAGA:

Niektóre

niestabilne

substancje

UWAGA:

Niektóre

niestabilne

substancje

chemiczne, np. acetylen i tlenek etylenu, mogą

chemiczne, np. acetylen i tlenek etylenu, mogą

ulegać reakcjom egzotermicznym nawet w

ulegać reakcjom egzotermicznym nawet w

nieobecności tlenu i mają górną granicę

nieobecności tlenu i mają górną granicę

wybuchowości równą 100%.

wybuchowości równą 100%.

Stężenie substancji palnych

Stężenie substancji palnych

Granice wybuchowości zmieniają się ze

Granice wybuchowości zmieniają się ze

zmianą ciśnienia i temperatury. Z reguły

zmianą ciśnienia i temperatury. Z reguły

zakres

stężenia

pomiędzy

granicami

zakres

stężenia

pomiędzy

granicami

wybuchowości wzrasta ze wzrostem ciśnienia

wybuchowości wzrasta ze wzrostem ciśnienia

i

temperatury.

i

temperatury.

W przypadku mieszanin z tlenem, górne

W przypadku mieszanin z tlenem, górne

granice wybuchowości są dużo wyższe niż dla

granice wybuchowości są dużo wyższe niż dla

mieszanin z powietrzem.

mieszanin z powietrzem.

Jeżeli temperatura powierzchni cieczy palnej

Jeżeli temperatura powierzchni cieczy palnej

jest wyższa niż dolna temperaturowa granica

jest wyższa niż dolna temperaturowa granica

wybuchowości, może się wytworzyć atmosfera

wybuchowości, może się wytworzyć atmosfera

wybuchowa. Aerozole i mgły cieczy palnych

wybuchowa. Aerozole i mgły cieczy palnych

mogą tworzyć atmosferę wybuchową w

mogą tworzyć atmosferę wybuchową w

temperaturze poniżej dolnej temperaturowej

temperaturze poniżej dolnej temperaturowej

granicy wybuchowości.

granicy wybuchowości.

Granice wybuchowości dla pyłów nie mają

Granice wybuchowości dla pyłów nie mają

takiego samego znaczenia jak w przypadku

takiego samego znaczenia jak w przypadku

gazów i par. Obłoki pyłów są zazwyczaj

gazów i par. Obłoki pyłów są zazwyczaj

niejednorodne. Stężenie pyłu może zmieniać się

niejednorodne. Stężenie pyłu może zmieniać się

w dużym stopniu w zależności od sposobu jego

w dużym stopniu w zależności od sposobu jego

osadzania się i rozproszenia w powietrzu.

osadzania się i rozproszenia w powietrzu.

Zawsze należy liczyć się z możliwością

Zawsze należy liczyć się z możliwością

tworzenia atmosfer wybuchowych w obecności

tworzenia atmosfer wybuchowych w obecności

osadów palnego pyłu.

osadów palnego pyłu.

Schemat przebiegu wybuchu pyłu węglowego w

Schemat przebiegu wybuchu pyłu węglowego w

wyrobisku

wyrobisku

Skład atmosfery po spaleniu mieszanin metanowo

Skład atmosfery po spaleniu mieszanin metanowo

- powietrznych

- powietrznych

Własności gazów palnych w

Własności gazów palnych w

laminarnym spalaniu (Baker, 1981)

laminarnym spalaniu (Baker, 1981)

Paliwo

T

f

[K]

S

u

[m/s]

E

[mJ]

d

rów

[mm]

T

sz

[K]

DGP

[%]

GGP

[%]

wodór

2400

2.70

0.18

0.55

673

4.0

75.0

tlenek

węgla

2370

0.33

-

-

826

12.5

74.0

metan

2230

0.34

0.028

2.50

920

5.0

15.0

etylen

2395

0.63

-

1.25

763

2.7

36.0

etan

2170

0.44

0.260

2.00

788

3.0

12.4

propan

2285

0.39

0.260

2.10

723

2.1

9.5

Zależność granic palności pary cieczy

Zależność granic palności pary cieczy

od temperatury otoczenia

od temperatury otoczenia





L

L

- dolny punkt zapłonu;

- dolny punkt zapłonu;





G

G

- górny punkt zapłonu; (wg

- górny punkt zapłonu; (wg

Bakera, 1988)

Bakera, 1988)

AIT – temperatura samozapłonu

AIT – temperatura samozapłonu

Zależność granic palności metanu

Zależność granic palności metanu

od energii źródła zapłonu (wg

od energii źródła zapłonu (wg

Bartknechta)

Bartknechta)

Narastanie ciśnienia w czasie wybuchu i

Narastanie ciśnienia w czasie wybuchu i

określenie szybkości narastania ciśnienia

określenie szybkości narastania ciśnienia

(Bartknecht)

(Bartknecht)

a) Przebieg w czasie ciśnienia wybuchu

a) Przebieg w czasie ciśnienia wybuchu

stechiometrycznych mieszanin wodoru

stechiometrycznych mieszanin wodoru

i metanu (wg Bartknechta),

i metanu (wg Bartknechta),

b) wpływ położenia źródła zapłonu na

b) wpływ położenia źródła zapłonu na

szybkość narastania ciśnienia wybuchu

szybkość narastania ciśnienia wybuchu

metanu

metanu

Zależność szybkości narastania ciśnienia

Zależność szybkości narastania ciśnienia

wybuchu mieszaniny propanowo - powietrznej od

wybuchu mieszaniny propanowo - powietrznej od

objętości przestrzeni, w której zachodzi wybuch

objętości przestrzeni, w której zachodzi wybuch

(wg Bartknechta).

(wg Bartknechta).

Wartości stałej K

Wartości stałej K

g

g

dla gazów przy braku

dla gazów przy braku

turbulencji

turbulencji

energia zapłonu E

energia zapłonu E





10 J, p

10 J, p

max

max





7.4 bar

7.4 bar

Wpływ turbulencji na wartość stałej K

Wpływ turbulencji na wartość stałej K

g

g

dla

dla

metanu. (E = 10 J)

metanu. (E = 10 J)

Wybuch metanu przy przejściu ze zbiornika o

Wybuch metanu przy przejściu ze zbiornika o

objętości 1 m

objętości 1 m

3

3

do 5 m

do 5 m

3

3

Wybuch metanu przy przejściu ze zbiornika o

Wybuch metanu przy przejściu ze zbiornika o

objętości 5 m

objętości 5 m

3

3

do 1 m

do 1 m

3

3

(Bartknecht)

(Bartknecht)

Przebieg wybuchu propanu (4.25%) w rurze o

Przebieg wybuchu propanu (4.25%) w rurze o

długości 10 m i średnicy 1600 mm

długości 10 m i średnicy 1600 mm

.

Wpływ średnicy rury na przebieg wybuchu propanu

Wpływ średnicy rury na przebieg wybuchu propanu

Długość rury (m), dla której jest możliwe

Długość rury (m), dla której jest możliwe

przejście do detonacji dla różnych gazów dla

przejście do detonacji dla różnych gazów dla

różnych średnic rur

różnych średnic rur

Gaz

Średnica 100 mm

Średnica 200 mm

Średnica 400 mm

Metan

12.5

18.5

> 30

Propan

12.5

17.5

22.5

Wodór

7.5

12.5

12.5

Parametry detonacji gazów; stężenie

stechiometryczne w powietrzu, warunki

początkowe p = 1 bar, temperatura 25

o

C

Ciśnienie wybuchu w zamkniętym końcu rury przy

Ciśnienie wybuchu w zamkniętym końcu rury przy

quasidetonacji

quasidetonacji

Rejestracja wybuchu 200 m

Rejestracja wybuchu 200 m

3

3

mieszaniny metanowo -

mieszaniny metanowo -

powietrznej w stężeniu 4.96% w chodniku

powietrznej w stężeniu 4.96% w chodniku

podziemnym Kopalni Doświadczalnej “Barbara”

podziemnym Kopalni Doświadczalnej “Barbara”

Objętość

komory

[m]

3

v

pł max

[m/s]

v

pł śr

[m/s]

p

stat. 20m

[kPa]

p

stat. 40 m

[kPa]

p

stat 80m

[kPa]

p

stat.200m

[kPa]

p

stat 400m

[kPa]

p

dyn

[kPa]

4*

35

18

16

14

-

8

1

0.2

25

95

70

87

45

30

12

10

3

50

233

164

165

82

90

45

10

15

100

471

204

322

62

110

70

15

50

150

441

197

562

117

182

85

12

48

200

580

203

700

155

207

100

15

49

Parametry wybuchu metanu w

Parametry wybuchu metanu w

stężeniach stechiometrycznych

stężeniach stechiometrycznych

(badania Kopalni Doświadczalnej

(badania Kopalni Doświadczalnej

“Barbara (Lebecki, 1989)

“Barbara (Lebecki, 1989)

Przebieg wybuchu pyłu:

Przebieg wybuchu pyłu:

a) w zbiorniku zamkniętym, b) w zbiorniku

a) w zbiorniku zamkniętym, b) w zbiorniku

zawierającym otwór dekompresyjny

zawierającym otwór dekompresyjny

p

max -

maksymalne ciśnienie wybuchu

p

d -

ciśnienie dopuszczalne

p

stat -

ciśnienie dynamicznego otwarcia

p

red -

ciśnienie zredukowane w zbiorniku

Zasada działania otworów dekompresyjnych

Właściwy proces nauczania

Właściwy proces nauczania