Główny Instytut Górnictwa
Zagrożenie wybuchem pyłów a
Zagrożenie wybuchem pyłów a
bezpieczeństwo funkcjonalne
bezpieczeństwo funkcjonalne
Prof. dr hab. Kazimierz LEBECKI
Email:
[e-mail]
Definicja Atmosfery Wybuchowej
Definicja Atmosfery Wybuchowej
lð
ATEX 94/9/WE
lð
Atmosfera wybuchowa : mieszanina
substancji palnych w postaci gazów, par,
mgieł lub pyłów z powietrzem w
warunkach atmosferycznych , w której po
zapaleniu spalanie rozprzestrzenia siÄ™ na
całą niespaloną mieszaninę
Podobieństwa gaz-pył
Podobieństwa gaz-pył
lð
ten sam rząd wielkości prędkości laminarnego
spalania
lð
- znaczny wpływ turbulencji na prędkość spalania
lð
- maksymalne ciśnienia wybuchu w stałej
objętości tego samego rzędu.
lð
- możliwość przejścia do detonacji ( aczkolwiek
gazy czynią to znacznie chętniej)
lð
- wyraz
nie określone minimalne energie zapłonu.
Różnice pył-gaz
Różnice pył-gaz
lð
- Tworzenie się obłoków
lð
- Prędkość reakcji spalania zależna od
lð
rozmiaru ziarna
lð
- Granice palności
Normy EN dla pyłów
Normy EN dla pyłów
lð
-PN- EN13821;2002  Przestrzenie zagrożone wybuchem-
Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem 
Oznaczanie minimalnej energii zapłonu mieszanin
lð
pyłowo  powietrznych 
lð
PN- EN 14034 -1;2004 Oznaczanie charakterystyk
wybuchu chmur pyłowych  część 1: Oznaczanie
maksymalnego ciśnienia wybuchu pmax chmur pyłowych
lð
PN-EN 14034-4 ;2004 Oznaczanie charakterystyk
wybuchu chmur pyłowych  część 4 : Oznaczanie
granicznego stężenia tlenu GST chmur pyłowych
Bezpieczeństwo funkcjonalne a
Bezpieczeństwo funkcjonalne a
wybuchowość pyłów
wybuchowość pyłów
lð
Norma prEN 15233;2005  Methodology for
for functional safety assessment of
protective systems for potentially explosive
atmospheres
Definicja bezpieczeństwa wg PN-EN 61508
Definicja bezpieczeństwa wg PN-EN 61508
lð
BEZPIECZEC
STWO  BRAK
NIEAKCEPTOWALNEGO RYZYKA
lð
Safety  freedom from unacceptable risk
Zasady ilościowej oceny ryzyka
Zasady ilościowej oceny ryzyka
Metoda opiera siÄ™ na :
lð
określeniu w oparciu o zasadę ALARP kryteriów
dopuszczalności ryzyka dla występujących w trakcie procesu
produkcyjnego zagrożeń,
lð
opracowaniu scenariusza rozwoju niebezpiecznego zdarzenia,
lð
dobór właściwych metod profilaktyki i prewencji na każdym
etapie rozwoju scenariusza,
lð
określeniu udziałów redukcji ryzyka przez poszczególne
systemy zabezpieczeń oparte na różnych technikach oraz
systemach zewnętrznej redukcji ryzyka.
Ilustracja zasady ALARP
Ilustracja zasady ALARP
W istniejÄ…cych warunkach
Obszar ryzyka
ryzyko nie może być
nieakceptowanego
zredukowane do poziomu
dopuszczalnego
Ryzyko tolerowane tylko
wówczas, jeżeli jego
obniżenie jest niemożliwe lub
koszt jego obniżenia jest
Obszar ryzyka tolerowanego
nieproporcjonalnie duży w
(przyjmuje siÄ™ uzasadniony
stosunku do spodziewanych
ekonomicznie poziom
korzyści
ryzyka akceptowalnego)
Ryzyko tolerowane jeżeli
koszt jego obniżenia
przewyższa oczekiwane
korzyści
Niezbędne jest zapewnienie,
Obszar ryzyka
że ryzyko stale pozostaje na
akceptowanego
tym poziomie
Ryzyko pomijalnie małe
Kryteria dopuszczalności ryzyka
Kryteria dopuszczalności ryzyka
wynikajÄ…ce z zasady ALARP
wynikajÄ…ce z zasady ALARP
lð
Ryzyko niedopuszczalne (nie tolerowane) - to poziom ryzyka, powyżej
którego praca nie może być wykonywana. Np. instalację należy w takim
przypadku przebudować, uzupełnić o urządzenia i systemy zmniejszające
ryzyko jej pracy albo zamknąć.
lð
Ryzyko akceptowalne - to ryzyko postrzegane, jako nieznaczÄ…ce. Ryzyko
akceptowalne zbliżone jest do ryzyka dnia codziennego. Zakłada się
jednak, że w przypadku, gdy możliwe jest zmniejszanie ryzyka także w
tym zakresie, to powinno być ono zredukowane zgodnie z zasadą
ALARP.
lð
Ryzyka tolerowalne - to zakres, w którym ryzyko jest tolerowane, jeżeli
spełnia zasadę ALARP. To znaczy:

ryzyko jest oszacowane z odpowiednią dokładnością,

istnieje duża dysproporcja między zyskami płynącymi z dalszego obniżania
ryzyka, a kosztami tego obniżania,

okresowo powtarzana jest procedura szacowania ryzyka.
Przyjęte poziomy ryzyka indywidualnego w metodzie ALARP
Przyjęte poziomy ryzyka indywidualnego w metodzie ALARP
(wg AEA Technology)
(wg AEA Technology)
qð
Ryzyko tolerowane
Øð
10-3 na rok  maksymalny poziom ogólnie tolerowanego ryzyka
zawodowego (wyższy poziom ryzyka występuje tylko w grupach
zawodowych takich jak: rybołówstwo morskie, piloci helikopterów, prace
rozbiórkowe).
Øð
10-4 na rok  maksymalny poziom tolerowalnego ryzyka społecznego
(narażenie nie jest dobrowolne)
Øð
10-5 na rok  poziom tolerowalnego ryzyka w odniesieniu do nowych
zakładów.
qð
Ryzyko akceptowane (poziom przy którym nie występują zmiany w
zachowaniu).
Øð
10-6 na rok - dla wszystkich grup (10 razy niższe niż ryzyko porażenia
prądem w domu i 100 razy niższe niż ryzyko wypadków drogowych).
Adaptacja zasady ALARP dla szacowania poziomu ryzyka dla zagrożeń
Adaptacja zasady ALARP dla szacowania poziomu ryzyka dla zagrożeń
naturalnych w górnictwie
naturalnych w górnictwie
Klasyfikacja poziomów ryzyka w zależności od częstości wystąpienia zdarzeń
Klasyfikacja poziomów ryzyka w zależności od częstości wystąpienia zdarzeń
i powagi ich skutków prowadzących do rozwoju scenariusza niebezpiecznego
i powagi ich skutków prowadzących do rozwoju scenariusza niebezpiecznego
zdarzenia
zdarzenia
Konsekwencje
Częstość
Prawdopodo-
bieństwo
(ilość zdarzeń
(jakościowo)
/rok)
Katastrofalne Krytyczne Marginalne Nieistotne
Często
>10-3
I I I II
Prawdopodobne
<10-3-10-5
I I II III
W niektórych
<10-5-10-6
I II III III
przypadkach
Rzadko
<10-6-10-7
II III III IV
Mało
<10-7-10-8
III III IV IV
prawdopodobne
Prawie niemożliwe
<10-8
IV IV IV IV
Kategorie konsekwencji
Kategorie konsekwencji
lð
Katastroficzne  wypadek zbiorowy z ofiarami
śmiertelnymi, trwałe wyłączenie wyrobiska z eksploatacji,
lð
Krytyczne  wypadki ciężkie i zbiorowe bez ofiar
śmiertelnych, choroby zawodowe , okresowe wyłączenie
stanowiska pracy z eksploatacji
lð
Marginalne  wypadki lekkie, nieżyty górnych dróg
oddechowych, straty materialne nie powodujÄ…ce
konieczności wyłączenia stanowiska pracy z produkcji,
lð
Nieistotne  zdarzenia potencjalnie wypadkowe nie
powodujÄ…ce strat materialnych
Poziomy ryzyka wynikajÄ…ce z zasady
Poziomy ryzyka wynikajÄ…ce z zasady
ALARP
ALARP
Poziomy
Interpretacja
ryzyka
Poziom I Obszar ryzyka nietolerowalnego
Ryzyko niepożądane, tolerowalne tylko gdy redukcja
ryzyka jest trudna do osiągnięcia lub jeśli koszty
Poziom II
redukcji sÄ… nieproporcjonalne w stosunku uzyskanej
poprawy bezpieczeństwa.
Tolerowalne ryzyko gdy koszty redukcji ryzyka sÄ…
Poziom III
adekwatne do osiągniętego poziomu bezpieczeństwa
Poziom IV Obszar ryzyka akceptowalnego
METODY OCENY POZIOMU RYZYKA ALARP
METODY OCENY POZIOMU RYZYKA ALARP
lð
W zależności od odległości osiąganego poziomu
ryzyka ALARP od poziomu ryzyka nie
akceptowanego, należy dobrać metodę jego
szacowania adekwatną do wielkości zagrożenia.
lð
Im różnica poziomów jest mniejsza, tym wybrana
metoda szacowania ryzyka powinna być
dokładniejsza. Zaleca się, żeby w przypadkach
wysokiego ryzyka stosować nawet metody ilościowe
np. FTA, ETA.
lð
Przy znacznej odległości od niedopuszczalnego
poziomu ryzyka zaleca siÄ™ stosowanie metod
opartych na macierzy ryzyka, a w przypadku
niewielkich zagrożeń używanie metod jakościowych.
Zasada tworzenia scenariusza rozwoju zagrożenia
Zasada tworzenia scenariusza rozwoju zagrożenia
lð
Scenariusz rozwoju zagrożeń oparto o analityczne metody:

FTA (Fault Tree Analysis  metoda drzewa błędów) oraz

ETA (Event Tree Analysis  metoda drzewa zdarzeń).
lð
Dla utworzenia scenariusza rozwoju i aktywizacji zagrożenia zaproponowano algorytm
postępowania prowadzący do konstrukcji tzw. drzewa bow-tie, czyli połączonych drzew
błędów i zdarzeń.
lð
Aby opracować scenariusz w postaci drzewa bow-tie zaleca się dokonać analizy wg 7
poniższych kroków:
krok 1: zebrać potrzebne informacje
krok 2: zidentyfikować potencjalnie niebezpieczne sytuacje w zakładzie górniczym
krok 3: określić zagrożenia pierwotne związane z tymi sytuacjami,
krok 4: dla każdej niebezpiecznej sytuacji zdefiniować zdarzenia pierwotne
ze zdarzeń pierwotnych zbudować drzewo błędów i doprowadzić je do
krok 5:
zdarzenia krytycznego
krok 6: dla każdego zdarzenia krytycznego stworzyć drzewo zdarzeń ,
krok 7: ustalić zasady profilaktyki i prewencji na każdym etapie rozwoju zagrożenia
METODY OCENY POZIOMU RYZYKA ALARP
METODY OCENY POZIOMU RYZYKA ALARP
Ilościowa metoda szacowania ryzyka ALARP
Ilościowa metoda szacowania ryzyka ALARP
SCENARIUSZ ROZWOJU NIEBEZPIECZNEGO ZDARZENIA
Symbole:
ZP 1 ZW
ZP  zagrożenie pierwotne
i
ZI WKZ
ZI  zdarzenie inicjujÄ…ce
ZW
ZP 2
KZ  zdarzenie krytyczne
WKZ
i
ZI
WKZ  wtórne zdarzenie krytyczne
ZP 3
ZW  zdarzenie wypadkowe.
Lub WKZ
ZI
ZP 4
Lub
KZ
ZP 5
ZW
i WKZ
ZI
ZP 6 ZW
WKZ
Lub
ZI
ZW
ZP 7
Lub WKZ
ZI
ZW
ZP 8
Zabezpieczenia
Profilaktyka
Åšrodki ochronne
Drzewo błędów i awarii Drzewo zdarzeń
Zapobieganie rozwojowi scenariusza wydarzeń
Zapobieganie rozwojowi scenariusza wydarzeń
lð
zapewnienie odpowiedniego poziomu
bezpieczeństwa funkcjonalnego zastosowanych
środków ochronnych (warstw ochronnych),
lð
zwrócenie uwagi na wzajemne interakcje
pomiędzy zagrożeniami (tzw. zagrożenia
skojarzone).
lð
właściwy dobór warstw ochronnych tzn.
odpowiednich metod profilaktyki i prewencji
ograniczających rozwój scenariusza prowadzącego
do zdarzenia pierwotnego (FTA) i zdarzenia
inicjujÄ…cego (ETA).
Identyfikacja warstw ochronnych i ocena
Identyfikacja warstw ochronnych i ocena
wypełnianych przez nie funkcji
wypełnianych przez nie funkcji
lð
Zdefiniowane są cztery główne rodzaje podejmowanych działań które
tworzą tzw. warstw ochronne , które obejmują:

unikanie,

zapobieganie,

kontrolowanie,

ograniczanie.
lð
Dla osiągnięcia pożądanego poziomu ryzyka, każde zdarzenie w
drzewie bow-tie, gałąz
po gałęzi, musi zostać przebadana pod kątem
odpowiedzi na pytanie: "czy proponowana warstwa ochronna
pozwala uniknąć, zapobiec, kontrolować albo ograniczyć to
zdarzenie?".
lð
Warstwa będzie umieszczona  pod prąd kierunku zdarzeń, jeśli
zapobiega lub pozwala uniknąć zajścia określonego zdarzenia. Jeśli
jej zadaniem jest kontrola lub ograniczenie określonego zdarzenia, to
musi zostać umieszczone zgodnie z ciągiem diagramu przebiegających
zdarzeń.
Przykładowe warstwy ochronne systemu
Przykładowe warstwy ochronne systemu
bezpieczeństwa przeciwwybuchowego procesów
bezpieczeństwa przeciwwybuchowego procesów
produkcyjnych w górnictwie
produkcyjnych w górnictwie
7. System zewnętrzny przeciwdziałania skutkom (procedury działania operacyjne i ratownicze)
6. System wewnętrzny ograniczania strat (procedury, służby , ratownictwo)
5. System lokalizacji/ ograniczania skutków (obudowy, zapory przeciwwybuchowe)
4. System zabezpieczeniowy (strefy zabezpieczające, układy tłumienia
wybuchu)
3. Alarmy krytyczne, nadzór, interwencje dozoru oraz służb
2. System pomiarów i automatyki
1. Proces produkcyjny
i układy pomocnicze
Podstawowe typy barier ochronnych
Podstawowe typy barier ochronnych
lð
materialne lub fizyczne  które zapobiegają lub łagodzą efekty
niebezpiecznych zdarzeń. Potrzeba tutaj dokonać rozróżnienia pomiędzy
środkami pasywnymi takimi jak budynki, ściany, przegrody, ogrodzenia,
zbiorniki a środkami które wymagają aktywacji np. kurtyny ogniowe,
lð
funkcjonalne (elektryczne i elektroniczne instrumenty sterowania
procesem)  które działają w sposób aktywny i zapewniają kontrolowany
przebieg procesu w zakresie ustalonych parametrów pracy,
lð
funkcjonalne (programowalne elektroniczne)  które wstrzymują
niepożądany przebieg poprzez zadziałanie wg ustalonych sprzężeń
logicznych lub czasowych. Zadziałanie tych środków nie wymaga
interwencji człowieka a ich funkcje bezpieczeństwa stanowią niezależny
system kontrolny,
lð
symboliczne  które wymagają właściwej interpretacji dla osiągnięcia
celów wynikających z ich przeznaczenia. Są to różnego rodzaju umowne
znaki, symbole i sygnały wskazujące na stan zagrożenia,
lð
niematerialne  które zależą od wiedzy i doświadczenia operatora.
Typowe niematerialne środki ochronne to: wymagania przepisów,
instrukcje postępowania, zasady bezpiecznego postępowania (kultura
bezpieczeństwa).
Poziom ufności bariery ochronnej
Poziom ufności bariery ochronnej
lð
Metodologia ilościowego wyrażania poziomu ufności LC do
poszczególnych barier ochronnych oparta została o metodologię
opisanÄ… w Normie PN EN 61508 skupiajÄ…cej siÄ™ na wyznaczaniu
poziomów nienaruszalności bezpieczeństwa SIL (Safety Integrity
Level) dla elektrycznych/ elektronicznych/ programowalnych
elektronicznych systemów wiążących się z bezpieczeństwem
lð
Poziom ufności LC (Level of Confidence) bariery ochronnej jest
prawdopodobieństwem niezadziałania lub błędnego zadziałania
wymaganej funkcji bezpieczeństwa, stosownie do danej
efektywności i czasu reakcji, w określonych warunkach i w ciągu
ustalonego okresu czasu.
lð
Poziom ufności szacowany jest dla całej warstwy ochronnej.
lð
Na warstwy ochronne składa się wiele różnych podsystemów
(detektory, system zarzÄ…dzania, procedury i mechanizmy
postępowania dla określonych procesów).
Poziomy ufności LC dla pojedynczych barier bezpieczeństwa
Poziomy ufności LC dla pojedynczych barier bezpieczeństwa
wynikajÄ…cych z zastosowanych metod profilaktyki i prewencji
wynikajÄ…cych z zastosowanych metod profilaktyki i prewencji
(w oparciu o normy serii PN EN 61 508)
(w oparciu o normy serii PN EN 61 508)
Prawdopodobieństwo
Współczynnik redukcji
Poziom ufności
niezadziałania
ryzyka
lub błędnego zadziałania
4 10 000 >10-5 do <10-4
3 1000 >10-4 do <10-3
2 100 >10-3 do <10-2
1 10 >10-2 do <10-1
Bariery ochronne materialne (bierne)
Bariery ochronne materialne (bierne)
lð
Bariery bierne to ciągle działające, nie wymagające jakichkolwiek
ludzkich ingerencji, z
ródła energii i z
ródła informacji niezbędnych do
spełniania przez te bariery funkcji bezpieczeństwa.
lð
Poziom ufności (LC) dla wybranych warstw ochronnych materialnych
Rodzaj materialnej warstwy Prawdopodobieństwo niezadziałania
Poziom ufności bariery
ochronnej lub błędnego zadziałania
Zapory pyłowe i wodne
>10-2 do <10-1 1
Strefy opylania przy robotach
>10-2 do <10-1 1
strzałowych
Systemy zraszania na
kombajnach na organach
>10-2 do <10-1 1
urabiajÄ…cych
Systemy odpylania
>10-3 do <10-2 2
Bariery funkcjonalne (programowalne
Bariery funkcjonalne (programowalne
elektroniczne) - aktywne
elektroniczne) - aktywne
lð
Aktywne bariery ochronne składają się z łańcucha trzech podsystemów:

systemu wykrywania,

systemu przetwarzania sygnału,

systemu działania.
lð
Poziom ufności LC dla funkcjonalnego systemu związanego z
bezpieczeństwem
Prawdopodobieństwo
Rodzaj funkcjonalnej Poziom ufności
niezadziałania lub błędnego
warstwy ochronnej (LC)
zadziałania
Dyspozytorski system gazometrii
>10-3 do <10-2 2
Dyspozytorski system CO - metrii
>10-3 do <10-2 2
Bariery ochronne niematerialne - działania człowieka
Bariery ochronne niematerialne - działania człowieka
lð
Do przykładowych zasad można zaliczyć ustalenia kierownictwa zakładu dotyczące:

szczegółowego zakresu działania służby monitoringu oraz jej organizację,

szczegółowego zakresu kontroli osadów pyłowych , wycieków gazów, stanu urządzeń
elektrycznych

przebudowy, naprawy wentylatorów oraz sieci energetycznej , powodujących przerwy w
przewietrzaniu wyrobisk z wentylacjÄ… lutniowÄ….
lð
Przykłady poziomów ufności LC dla działań człowieka
Rodzaj niematerialnej warstwy Prawdopodobieństwo niezadziałania Poziom ufności
ochronnej lub błędnego zadziałania (LC)
Prewencja >10-3 do <10-2 2
Normalne działanie >10-3 do <10-2 2
Normalne działanie >10-2 do <10-1 1
Wnioski
Wnioski
lð
Autor stara się przybliżyć zasady ilościowej oceny ryzyka, które
dotychczas traktowane są w sposób hasłowy.
lð
Zaproponowane zasady oceny ryzyka zostały oparte na istniejących
bazach danych, przepisach i technologii, ale wymagajÄ… od oceniajÄ…cego
podejmowania określonych scenariuszami decyzji o poziomie ryzyka
wynikającego z istnienia zagrożeń naturalnych.
lð
Metoda wymaga dalszych szczegółowych opracowań, po których
wykonaniu powinna być rozpowszechniona i stosowana w praktyce
przemysłowej
lð
Zakres wdrożenia zasad oceny ryzyka powinien być ukierunkowany na
prace związane z planowaniem produkcji , a w szczególności związane z
opracowywaniem następujących dokumentacji:

planu ruchu zakładu

dokumentacji techniczno ruchowej zaplanowanych robót,

technologii produkcji.
D Z I 
K U J 

D Z I 
K U J 

Z A
Z A
U W A G 

U W A G