Promotor 10/05

26

www.elamed.com.pl/promotor

Uderzenie pioruna
Jeżeli uderzenie pioruna nastą-

pi w atmosferze wybuchowej, to
zawsze dojdzie do jej zapłonu. Co
więcej, istnieje również możliwość
zapłonu ze względu na wysokie
temperatury osiągane przez ele-
menty przewodzące wyładowanie.
W miejscu uderzenia pioruna płyną
silne prądy, które mogą tworzyć
iskry w jego sąsiedztwie.

Nawet bez uderzenia pioruna bu-

rze mogą powodować indukowane
wysokie napięcia w urządzeniach,
systemach ochronnych, częściach
i podzespołach.

Fale elektromagnetyczne
o częstotliwości radiowej (RF)
od 10

4

Hz do 3 x 10

12

Hz

Fale elektromagnetyczne są emito-

wane przez wszystkie systemy gene-
rujące i stosujące energię elektryczną
o częstotliwości radiowej (systemy
częstotliwości radiowej), np. nadajniki
radiowe lub przemysłowe albo me-
dyczne generatory RF stosowane do
ogrzewania, suszenia, utwardzania,
spawania, cięcia itd. Wszystkie prze-
wodzące części znajdujące się w polu
promieniowania działają jak anteny
odbiorcze. Jeżeli pole jest wystarcza-
jąco silne i jeżeli antena odbiorcza

jest wystarczająco duża, to części
przewodzące mogą powodować za-
płon w atmosferach wybuchowych.
Odbierana energia o częstotliwości
radiowej może na przykład rozżarzyć
cienkie przewody lub generować iskry
podczas łączenia lub rozłączania czę-
ści przewodzących. Energia dopro-
wadzana przez antenę odbiorczą,
która może prowadzić do zapłonu,
zależy głównie od odległości między
nadajnikiem a anteną odbiorczą
oraz od rozmiarów anteny odbior-
czej przy wszystkich długościach
i energii fal RF.

Fale elektromagnetyczne
o częstotliwości
od 3 x 10

11

Hz do 3 x 10

15

Hz

Promieniowanie w tym zakresie

widma może, zwłaszcza w przypad-
ku skupienia wiązki, stanowić źró-
dło zapłonu poprzez pochłanianie
przez atmosfery wybuchowe lub
powierzchnie ciał stałych. Światło
słoneczne na przykład może powo-
dować zapłon w obecności przed-
miotów zdolnych do skupienia jego
promieni (np. butelki działające jak
soczewki, reflektory skupiające).

W określonych warunkach pro-

mieniowanie intensywnych źródeł
światła (ciągłego albo błyskowego)
jest tak intensywnie pochłaniane
przez cząstki pyłu, że stają się one
źródłem zapłonu atmosfer wybucho-
wych lub nagromadzonego pyłu.

W przypadku promieniowania

laserowego (np. stosowanego
w łączności, pomiarach zdalnych,
pomiarach geodezyjnych, urzą-
dzeniach do pomiaru odległości

w zasięgu wzroku) nawet przy
dużych odległościach energia lub
natężenie nawet niezogniskowa-
nego promienia mogą być wystar-
czające do spowodowania zapłonu.
Również w tym przypadku proces
ogrzewania zachodzi głównie wte-
dy, gdy wiązka laserowa trafia na
powierzchnię ciała stałego lub gdy
jest absorbowana przez cząstki
pyłu w atmosferze lub przez zanie-
czyszczone części przezroczyste.

Należy brać pod uwagę, że ja-

kiekolwiek urządzenie, system
ochronny, część i podzespół gene-
rujący promieniowanie (np. lampy,
łuki elektryczne, lasery itd.) mogą
stanowić źródło zapłonu mieszanin
wybuchowych.

Promieniowanie jonizujące
Promieniowanie jonizujące, ge-

nerowane na przykład przez lampy
rentgenowskie i substancje radio-
aktywne, może zapalać atmosfery
wybuchowe (zwłaszcza atmosfery
wybuchowe z cząstkami pyłu) w wy-
niku absorpcji energii. Ponadto
źródło radioaktywne samo może się
podgrzewać z powodu wewnętrznej
absorpcji energii promieniowania
do temperatury przekraczającej mi-
nimalną temperaturę samozapłonu
otaczającej atmosfery wybuchowe.

Promieniowanie jonizujące może

powodować chemiczny rozkład lub
inne reakcje, które mogą prowadzić
do tworzenia bardzo reaktywnych
rodników lub niestabilnych che-
micznie związków. Może to powodo-
wać zapłon. Takie promieniowanie
może również tworzyć atmosferę
wybuchową w wyniku rozkładu
(np. mieszanina tlenu i wodoru
w wyniku radiolizy wody).

Ultradźwięki
Podczas stosowania fal ultradź-

więkowych znaczna część energii
wytwarzanej przez przetwornik
elektroakustyczny jest absorbo-
wana przez substancje stałe lub
ciekłe. W wyniku tego substancja
wystawiana na działanie ultradź-
więków ogrzewa się tak, że w skraj-
nych przypadkach może nastąpić
jej zapłon.

Sprężanie adiabatyczne
i fale uderzeniowe
W przypadku sprężania adia-

batycznego lub prawie adiaba-

Niniejsza publikacja jest kontynuacją artykułu z po-
przedniego numeru „Promotora”. W następnych
wydaniach poruszymy takie zagadnienia, jak: ocena
ryzyka występowania wybuchu, opis programu oraz
klasyfikacja pomieszczeń.

Ochrona przed wybuchami

w środowisku pracy

Kazimierz T. Lebecki

Ocena i redukcja ryzyka wybuchu gazów,
par i pyłów w środowisku pracy – cz. II

Rodzaj wyłado-

wania

Maksymalna

energia efek-

tywna

snopiaste

< 3 mJ

iskrowe

< 1 J

stożkowe

< 1 J

snopiaste

ślizgowe

< 10 J

Tab. 1.

Promotor 10/05

28

www.elamed.com.pl/promotor

tycznego w falach uderzeniowych
mogą występować tak wysokie
temperatury, że atmosfery wybu-
chowe (i osady pyłu) mogą zostać
zapalone. Przyrost temperatury za-
leży głównie od stosunku wartości
ciśnień, a nie od ich różnicy.

W przewodach ciśnieniowych

kompresorów do sprężania po-
wietrza i w zbiornikach podłączo-
nych do tych przewodów wybuchy
mogą występować jako wynik
zapłonu sprężonych mgieł olejów
smarnych.

Fale uderzeniowe są na przykład

generowane podczas nagłego roz-
prężania gazów utrzymywanych pod
wysokim ciśnieniem do rurociągów.
W tym procesie fale uderzeniowe
rozprzestrzeniają się do miejsc
o niskim ciśnieniu szybciej niż
prędkość dźwięku. Kiedy biegnące
fale są uginane lub odbijane przez
powyginany rurociąg, przewężenia,
połączenia kołnierzowe, zamknięte
zawory itp., to mogą występować
bardzo wysokie temperatury.

Urządzenia, systemy ochronne,

części i podzespoły zawierające
wysoce utleniające gazy, np. czysty
tlen lub atmosfery gazowe o wyso-
kim stężeniu tlenu, mogą stawać
się efektywnym źródłem zapłonu
przy sprężaniu adiabatycznym fali
uderzeniowej lub nawet przy zwy-
kłym przepływie, ponieważ zapa-
leniu mogą ulec smary, szczeliwa,
a nawet materiały konstrukcyjne.
Te z kolei mogą stać się źródłem
zapłonu atmosfery wybuchowej
otaczającej instalację.

Reakcje egzotermiczne,
włącznie z samozapaleniem
pyłów
Reakcje egzotermiczne mogą

stanowić źródło zapłonu, gdy szyb-
kość wytwarzania ciepła będzie
większa od szybkości odprowa-
dzania ciepła do otoczenia. Wiele
reakcji chemicznych jest reakcjami
egzotermicznymi.

Możliwość osiągnięcia podczas

reakcji wysokiej temperatury za-
leży między innymi od stosunku
objętość/powierzchnia układu
reagującego, temperatury oto-
czenia i czasu reakcji. Te wysokie
temperatury mogą prowadzić do
zapłonu wybuchowych atmosfer, jak
również zapoczątkowania tlenia się
i/lub palenia.

Do reakcji tych włącza się rów-

nież reakcje substancji piroforycz-
nych z tlenem, metali alkalicznych
z wodą, samozapalenie palnych
pyłów, samonagrzewanie się pasz
zapoczątkowane przez procesy
biologiczne, rozkład organicznych
nadtlenków lub reakcje polimery-
zacji. Również katalizatory mogą
wzbudzać reakcje egzotermiczne
(np. atmosfery wodór/powietrze
w obecności platyny).

Niektóre reakcje chemiczne

(np. rozkład termiczny i procesy
biologiczne) mogą również pro-
wadzić do powstania substancji
palnych, które z kolei mogą tworzyć
atmosfery wybuchowe z otaczają-
cym powietrzem.

Gwałtowne reakcje kończące

się zapłonem mogą występować
w pewnych połączeniach materia-
łów konstrukcyjnych z substancja-
mi chemicznymi (np. miedź z ace-
tylenem, metale ciężkie z nadtlen-
kiem wodoru).

Przy połączeniu niektórych sub-

stancji, zwłaszcza gdy są one
dobrze rozdrobnione (np. alumi-
nium/rdza albo cukier/chlorany),
dochodzi w razie uderzenia lub
tarcia do wysoce egzotermicznych
reakcji.

Informacje o identyfikacji
atmosfer wybuchowych
i ocena ryzyka wystąpienia
wybuchu

Zagrożenie wybuchem jest zwią-

zane z materiałami i substancjami
przetwarzanymi, stosowanymi lub
uwalnianymi przez urządzenia, sys-
temy ochronne, części i podzespoły
oraz materiałami stosowanymi
do budowy urządzeń, systemów
ochronnych, części i podzespołów.
Niektóre z tych materiałów i sub-
stancji mogą ulegać procesom
spalania w powietrzu. Procesom
tym często towarzyszy wytwarzanie
znaczących ilości ciepła i mogą
one być związane ze wzrostem
ciśnienia i uwolnieniem materiałów
niebezpiecznych. W odróżnieniu od
pożaru wybuch jest samopodtrzy-
mującym się rozprzestrzenianiem
się strefy reakcji (płomienia) w at-
mosferze wybuchowej.

Substancje palne powinny być

rozważane jako materiały, które
mogą utworzyć atmosferę wy-
buchową, chyba że badanie ich

właściwości wykazało, że w mie-
szaninach z powietrzem nie są
zdolne do samopodtrzymującego
się rozprzestrzenienia wybuchu.

To potencjalne zagrożenie zwią-

zane z atmosferą wybuchową staje
się realne w przypadku zapłonu
przez efektywne źródło zapłonu.

Właściwości palne
Ponieważ w tym kontekście

potencjalne zagrożenie stwarza
nie sam materiał, ale jego kontakt
lub zmieszanie z powietrzem,
powinny zostać oznaczone wła-
ściwości mieszaniny substancji
palnej z powietrzem. Te właściwo-
ści dają informację o zachowaniu
się substancji w trakcie spalania
i możliwości zapoczątkowania po-
żaru lub wybuchu. Odpowiednimi
danymi są np.
– temperatura zapłonu,
– granice wybuchowości (DGW,

GGW),

– graniczne stężenie tlenu (GST).

Wymagania dotyczące zapłonu
Powinny zostać oznaczone wła-

ściwości atmosfery wybuchowej
związane z zapłonem. Odnośnymi
danymi są np.:
– minimalna energia zapłonu,
– minimalna temperatura samoza-

płonu atmosfery wybuchowej,

– minimalna temperatura samo-

zapłonu warstwy pyłu.

Właściwości charakteryzujące
przebieg wybuchu
Zachowanie atmosfery wybu-

chowej po wystąpieniu zapłonu
powinno być charakteryzowane
przez dane takie, jak:
– maksymalne ciśnienie wybuchu

(p

max

),

– maksymalna szybkość narastania

ciśnienia wybuchu ((dp/dt)

max

),

– maksymalna eksperymentalna

bezpieczna szczelina (MEBS).
Występowanie niebezpiecznej

atmosfery wybuchowej zależy od:
– obecności substancji palnej,
– stopnia rozproszenia substancji

palnej (np. gazy, pary, mgły i pyły),

– stężenia substancji palnej w po-

wietrzu, w granicach zakresu
wybuchowości,

– objętości atmosfery wybuchowej

wystarczającej do spowodowania
obrażeń lub zniszczeń w wyniku
zapłonu.

Promotor 10/05

30

www.elamed.com.pl/promotor

lub cząstki będzie wynosił poni-
żej 1 mm.

Granice wybuchowości zmienia-

ją się ze zmianą ciśnienia i tem-
peratury. Z reguły zakres stężenia
pomiędzy granicami wybuchowości
wzrasta ze wzrostem ciśnienia
i temperatury. W przypadku mie-
szanin z tlenem górne granice
wybuchowości są dużo wyższe niż
dla mieszanin z powietrzem.

Jeżeli temperatura powierzch-

ni cieczy palnej jest wyższa niż
dolna temperaturowa granica
wybuchowości, to może się wy-
tworzyć atmosfera wybuchowa.
Aerozole i mgły cieczy palnych
mogą tworzyć atmosferę wybu-
chową w temperaturze poniżej
dolnej temperaturowej granicy
wybuchowości.

Granice wybuchowości dla py-

łów nie mają takiego samego
znaczenia jak w przypadku gazów
i par. Obłoki pyłów są zazwyczaj
niejednorodne. Stężenie pyłu może
zmieniać się w dużym stopniu
w zależności od sposobu jego
osadzania się i rozproszenia w po-

wietrzu. Zawsze należy liczyć się
z możliwością tworzenia atmosfer
wybuchowych w obecności osadów
palnego pyłu.

Objętość atmosfery
wybuchowej
Ocena, czy atmosfera wybu-

chowa występuje w objętości nie-
bezpiecznej, zależy od możliwych
skutków wybuchu.

‰

Piśmiennictwo

1. Michalik J.S.: Ochrona przed

wybuchem w środowisku pra-
cy. Implementacja przepisów
Dyrektyw ATEX do polskiego
prawodawstwa. „Promotor”,
7-8/2005.

2. Rozporządzenie Ministra Gospo-

darki Pracy i Polityki Społecznej
z dnia 29 maja 2003 r. w spra-
wie minimalnych wymagań
dotyczących bezpieczeństwa
i higieny pracy pracowników
zatrudnionych na stanowiskach
pracy, na których może wystąpić
atmosfera wybuchowa. Dziennik
Ustaw nr 107, poz. 1004.

3. Rozporządzenie Ministra Go-

spodarki Pracy i Polityki Spo-
łecznej z dnia 28 lipca 2003 r.
w sprawie zasadniczych wyma-
gań dla urządzeń i systemów
ochronnych w przestrzeniach
zagrożonych wybuchem. Dzien-
nik Ustaw nr 143, poz. 1393.

4. PN-EN 1127-1 Atmosfery wybu-

chowe. Zapobieganie wybuchom
i ochrona przed wybuchem. Poję-
cia podstawowe i metodologia.

5. PN-EN 50281-1-2:2003 Urzą-

dzenia elektryczne do stosowa-
nia w obecności pyłów palnych,
część 2-1: Metody badania
– Metody oznaczania minimalnej
temperatury zapłonu pyłu.

Autor wyraża podziękowanie

dyrekcji Centralnego Instytutu

Ochrony Pracy-Państwowego

Instytutu Badawczego

za możliwość włączenia się

do Programu Wieloletniego

„Dostosowywanie warunków

pracy w Polsce do standardów

Unii Europejskiej”.

Podziękowania należą się

również zespołowi

współpracowników, a zwłaszcza

dr. P. Rosmusowi

i dr. Z. Dyduchowi.

Przy ocenie prawdopodobień-

stwa występowania niebezpiecznej
atmosfery wybuchowej powinno się
uwzględniać możliwość tworzenia
atmosfery wybuchowej w wyniku
reakcji chemicznych, pirolizy i pro-
cesów biologicznych z udziałem
obecnych materiałów.

Jeżeli nie jest możliwe osza-

cowanie prawdopodobieństwa
występowania niebezpiecznej
atmosfery wybuchowej, to na-
leży przyjąć założenie, że taka
atmosfera występuje zawsze,
z wyjątkiem sytuacji, kiedy stoso-
wane jest wiarygodne urządzenie
kontroli stężenia substancji palnej
w atmosferze.

Stopień rozproszenia
substancji palnych
Ze względu na swą postać gazy

i pary mają stopień rozproszenia
wystarczający do wytworzenia
atmosfery wybuchowej. Dla mgieł
i pyłów stopień rozproszenia wy-
starczający do wytworzenia at-
mosfery wybuchowej może zostać
osiągnięty, jeżeli rozmiar kropelki

Powaga konsekwencji zdarzenia

niebezpiecznego

Krótki opis konsekwencji

Katastroficzne

Wiele ofiar śmiertelnych lub całkowite zniszczenie zakładu, instalacji

Ciężkie

Niewiele ofiar śmiertelnych, poważne obrażenia, poważne choroby

zawodowe lub znaczne zniszczenie zakładu, instalacji

Poważne

Poważne obrażenia lub choroby zawodowe, znaczne zniszczenia

zakładu, instalacji

Lekkie

Minimalne obrażenia, lekkie choroby zawodowe lub niewielkie uszko-

dzenia instalacji

Tab. 2. Poziomy ryzyka – powaga konsekwencji.

Określenie

częstotliwości

zdarzenia

Częstość wskazana

(na rok)

Częstotliwość w odniesieniu

do konkretnego urządzenia

Ogólna częstotliwość

występowania

Częste

> 10

-1

Może występować często

Występuje ciągle

Prawdopodobne

10

-1

-10

-2

Wystąpi kilkakrotnie w okre-

sie użytkowania

Będzie często

występować

Sporadyczne

10

-2

-10

-4

Może czasem występować

w okresie użytkowania

Wystąpi kilkakrotnie

Rzadkie

10

-4

-10

-6

Mało prawdopodobne, ale

możliwe wystąpienie w okre-

sie użytkowania

Mało prawdopodobne,

ale można oczekiwać,

że wystąpi

Wyjątkowe

< 10

-6

Tak mało prawdopodobne, że
można założyć jego niewystą-
pienie w okresie użytkowania

Nieprawdopodobne,

aby wystąpiło, jednak

możliwe

Tab. 3. Przedziały częstotliwości występowania ryzyka.

Częstotliwość

zdarzenia

Powaga konsekwencji

Katastroficzne

Ciężkie

Poważne

Lekkie

Częste

A

A

A

C

Prawdopodobne

A

A

B

C

Sporadyczne

A

B

B

D

Rzadkie

A

B

C

D

Wyjątkowe

B

C

C

D

Tab. 4. Klasyfikacja poziomów ryzyka.