temat wydania
Obecność tlenu jako drugi czynnik zaist-
Zagrożenie wybuchem
nienia wybuchu w powietrzu atmosferycz-
nym jest oczywiście zawsze spełniony.
Wstępnie i rzeczowo
Trzeci czynnik  z
ródło zapłonu  może
być bardzo różny: otwarty płomień, iskra,
W codziennej praktyce inżynierskiej często spotykamy się z zagadnienia-
wysoka temperatura powierzchni urzą-
mi związanymi z pyłami i gazami palnymi, zagrożeniem wybuchowym
dzenia lub wyładowanie elektrostatyczne
i strefami zagrożenia wybuchem. Wokół doboru urządzeń i instalacji prze- (o z
ródłach zapłonu będzie jeszcze mowa
w dalszej części artykułu).
znaczonych do pracy w strefach potencjalnego zagrożenia wybuchem,
narosło już wiele mitów. Tematyka jest zawiła, a publikacje na jej temat
Czym jest wybuchowość?
są często niezrozumiałe, szczególnie w środowiskach bezpośrednio nie-
Termin wybuchowość można określić
związanych z zagadnieniem. Warto zatem wyjaśnić kilka podstawowych
jako podatność atmosfery wybuchowej na
pojęć związanych z wybuchowością i zabezpieczaniem pracy w strefach
czynniki prowadzące do zapłonu (a tym
zagrożonych. samym wybuchu). Podatność ta zależy
od stężenia gazu palnego lub palnych
Czym jest wybuch?
zależy od energii wyzwolonej podczas wy- oparów cieczy oraz od rodzaju atmosfe-
buchu. Wyzwolona energia przekłada się ry. W celu wymiernej oceny podatności
Wszyscy na co dzień posługujemy się wprost na skalę wywołanych zniszczeń. na wybuch, stosuje się dwa podstawowe
pojęciem wybuchu, ale rzadko jesteśmy wskaz
niki określające stopień zagrożenia
Kiedy następuje wybuch?
w stanie powiedzieć co tak naprawdę ter- wybuchem w zależności od stężenia pal-
min ten oznacza. W języku potocznym Warunkiem koniecznym do powsta- nej części mieszaniny.
wybuch oznacza gwałtowne wydzielenie nia zjawiska wybuchu jest równoczesna
w jednym miejscu dużych ilości energii, obecność trzech czynników. Dolna granica wybuchowości DGW
któremu towarzyszy nagły wzrost tempe- Pierwszym czynnikiem koniecznym do Dolna granica wybuchowości określa
ratury i ciśnienia oraz powstanie fali ude- zaistnienia wybuchu jest obecność palnej stężenie gazu palnego lub palnej pary
rzeniowej. substancji, która będzie ulegała gwałtow- w powietrzu, poniżej którego atmosfe-
Czynnikami destrukcyjnymi wybu- nemu spalaniu. Należy jednak rozróżnić ra gazowa nie jest wybuchowa. Wartość
chu są zatem trzy wymienione zjawiska. terminy  palnej substancji i  atmosfery DGW podawana jest zwykle w % objęto-
Gwałtowny wzrost temperatury może po- wybuchowej . ściowych lub w g/m3 [3].
wodować zapłon substancji palnych znaj- Palna substancja może występować Górna granica wybuchowości GGW
dujących się w otoczeniu. Nagły wzrost w postaci mieszaniny gazowej, cieczy, opa- Górna granica wybuchowości określa
ciśnienia wywołuje falę uderzeniową, któ- rów cieczy, mgły lub pyłu. Substancja pal- stężenie gazu palnego lub palnej pary
ra rozprzestrzeniając się z dużą prędko- na posiada zdolność wchodzenia w reakcję w powietrzu, powyżej którego atmosfe-
ścią, powoduje zniszczenia na drodze egzotermiczną po zapaleniu [2]. ra gazowa nie jest wybuchowa. Wartość
mechanicznej poprzez gwałtowny wzrost Atmosfera wybuchowa  mieszanina GGW podawana jest zwykle w % objęto-
naprężeń mechanicznych w napotykanych substancji palnych w postaci gazów, par, ściowych lub w g/m3 [3].
przeszkodach. mgieł lub pyłów z powietrzem w wa- Poniżej dolnej granicy wybuchowo-
runkach atmosferycznych, w której ści, mieszanina zawiera zbyt mało
W zależności od prędkości rozchodze- po zapaleniu, spalanie rozprze- substancji palnej aby samoistne
nia się fali uderzeniowej oraz mechanizmu strzenia się na całą nie spaloną podtrzymanie procesu spalania
wybuchu, rozróżnia się trzy rodzaje wybu- mieszaninę [2]. było możliwe. Górna granica
chów: Jak wynika z powyższych wybuchowości określa naj-
definicji, główną cechą at- większe stężenie paliwa,
wybuch właściwy
mosfery wybuchowej, przy którym mieszanina
lub inaczej deflagracja
wyróżniającą ją z grupy zawiera wystarczającą
v < Vp
substancji palnych, ilość utleniacza aby po
jest samoistne zapaleniu wystąpiła
eksplozja
rozchodzenie się propagacja pło-
Vp < v < Vmax
procesu spa- mienia. Przedział
detonacja
lania na całą stężeń między
v = Vmax
mieszani- DGW i GGW
gdzie: nę. nazywany
Vp  aktualna wartość prędkości dz
więku, jest prze-
wynosząca około 330 m/s dz i a-
Vmax  maksymalna wartość prędkości fali ł e m
uderzeniowej w środowisku, w którym za-
chodzi wybuch.
Praktycznie wszystkie trzy rodzaje
zjawiska mogą się pojawić jako skutek A  tlen
przypadkowego zapłonu mieszaniny wy- B  atmosfera wybuchowa
buchowej, a prędkość fali uderzeniowej C  z
ródło zapłonu
6
temat wydania
Grupa I  metan w wyro- ciśnienia. Czynnikiem inicjującym może
biskach podziemnych. być iskra, łuk elektryczny, wyładowanie
Grupa II  gazy palne elektrostatyczne lub przekroczenie tem-
i pary palnych cieczy za peratury samozapłonu.
wyjątkiem metanu w wy- Atmosfery wybuchowe gazów i par
robiskach podziemnych. cieczy podzielono na podstawie tempera-
Na podstawie maksy- tur samozapłonu na sześć klas tempera-
malnego doświadczalnego turowych.
bezpiecznego prześwitu
(MESG) i wartości stosun-
Klasa Temperatura samozapłonu
ku minimalnych prądów temperaturowa [�C]
zapalających do prądu
T1 powyżej 450
zapalającego metan labo-
wybuchowości. W przedziale zadziałania ratoryjny (MIC) [6], w Grupie II wyróżniono
T2 powyżej 300 do 450
czynnika inicjującego, zapłon zachodzi za- podgrupy wybuchowości IIA, IIB, IIC.
wsze.
T3 powyżej 200 do 300
Ukazane na wykresie wartości DGW =
Podgrupa
Wartość MESG [mm]
100% V i GGW = 75% V podano dla mie-
wybuchowości
T4 powyżej 135 do 200
szaniny powietrza i wodoru. Na środkowej
części wykresu podano stężenia w pro- IIA powyżej 0,9
T5 powyżej 100 do 135
centach objętościowych. Skrajne skale
IIB w przedziale między 0,5 a 0,9
odnoszą się do poziomów DGW i GGW,
T6 powyżej 85 do 100
które odpowiadają 100% rozpatrywanego
IIC poniżej 0,5
zakresu. Prowadząc rozważania odnośnie
Strefy zagrożenia wybuchem
zagrożenia wybuchowego, posługujemy
MESG  Maximum experimental safe gap
się pojęciem DGW (dolnej granicy wybu-
chowości) rozpatrywanym w zakresie od W celach praktycznych, związanych
Podgrupa
Wartość MIC
0% do 100% wartości DGW. z doborem urządzeń pracujących w okre-
wybuchowości
Wartości dolnej i górnej granicy wybu- ślonych przestrzeniach, zdefi
niowano
chowości nie są wartościami stałymi. Za- IIA powyżej 0,8
sześć rodzajów stref zagrożenia wybu-
leżą one od ciśnienia i temperatury mie- chem. Wszystkie strefy wyznaczone są
IIB w przedziale między 0,45 a 0,8
szaniny oraz jej składu. Domieszki innych w zależności od częstotliwości poja-
składników mogą wpływać na właściwo- wiania się emisji oraz jej wydajności.
IIC poniżej 0,45
ści mieszaniny palnej. Tabela 1 przedsta- Pierwsze trzy dotyczą stref, w których
wia przykładowe zależności DGW i GGW zagrożenie powoduje mieszanina gazo-
od składu mieszaniny. MIC  Minimum igniting current wa, kolejne dotyczą zagrożenia powo-
dowanego przez pyły i włókna palnych
Powietrze Tlen Rozważając zagrożenie substancji.
Nazwa substancji
wybuchem powodowane
% DGW % GGW % GGW
przez daną substancję gazo- Strefa 0  miejsce, w którym atmosfera
wą, należy wziąć pod uwagę wybuchowa zawierająca mieszani-
Amoniak NH3 15,0 28,0 79,0
temperaturę zapłonu tej sub- nę powietrza oraz substancji palnych
Eter etylowy C4H10O 1,6 48,0 82,0
stancji oraz temperaturę sa- w postaci gazu, pary lub mgły, wy-
mozapłonu tworzonej przez stępuje stale lub przez długie okresy
Wodór H2 4,0 75,0 93,9
nią atmosfery wybuchowej. czasu, lub często. Strefa ta pojawia
Tlenek węgla CO 12,5 75,0 93,9 Temperatura zapłonu jest się wewnątrz pojemników, rurociągów,
to minimalna temperatura, zbiorników, separatorów olejowo-wod-
Tabela 1
przy której w określonych nych otwartych do atmosfery.
Należy przy tym pamiętać, iż mieszan- warunkach badania, z cieczy wydziela się
ki gazów palnych i czystego tlenu nie po- palny gaz lub para w ilości wystarczającej Strefa 1  miejsce, w którym atmosfera
siadają dolnej granicy wybuchowości. Do- do natychmiastowego zapłonu. [2] wybuchowa zawierająca mieszani-
datkowo, w porównaniu z mieszaninami Temperatura samozapłonu atmosfery nę powietrza oraz substancji palnych
zawierającymi powietrze, w mieszaninach wybuchowej jest to najniższa tempera- w postaci gazu, pary lub mgły, może
z czystym tlenem, wartość górnej grani- tura, w której następuje zapalenie palnej czasami wystąpić w trakcie normalne-
cy wybuchowości ulega zdecydowanemu substancji w postaci mieszaniny gazu lub go działania. Strefa ta może obejmo-
zwiększeniu, a zakres wybuchowości roz- pary z powietrzem. [2] wać bezpośrednie otoczenie strefy 0,
szerza się dwa do trzech razy. Zagrożenie wybuchowe jest to możli- miejsca napełniania i opróżniania na-
wość tworzenia przez palne gazy, pary pal- czyń lub zbiorników, otoczenie uszczel-
Klasyfikacja atmosfer
nych cieczy, pyły lub włókna palnych ciał nień pomp, zaworów połączeń kołnie-
wybuchowych
stałych, w różnych warunkach, mieszanin rzowych armatury i rurociągów.
z powietrzem, które pod wpływem czynni-
Atmosfery wybuchowe zgodnie z obo- ka inicjującego zapłon, ulegają gwałtow- Strefa 2  miejsce, w którym atmosfera
wiązującą normą [5] dzielimy na dwie grupy: nemu spalaniu połączonemu ze wzrostem wybuchowa zawierająca mieszaninę
7
temat wydania
powietrza oraz substancji palnych się w porozumieniu ze służbami p/poż " unikaniu powstawania z
ródeł zapłonu
w postaci gazu, pary lub mgły, nie wy- i bhp. " ograniczeniu skutków wybuchu
stępuje w trakcie normalnego dzia-
łania, a w przypadku wystąpienia Podstawowymi działaniami podczas Zapobieganie polega na unikaniu
trwa krótko. Typowo strefa ta może ustalania rodzaju stref zagrożenia wy- atmosfer wybuchowych poprzez zmianę
obejmować strefę 0 lub strefę 1. buchem są: identyfikacja z
ródła emisji stężenia substancji palnych do wartości
oraz określenie stopnia emisji. Stopień leżących poza zakresem wybuchowości.
Strefa 20  miejsce, w którym atmos- emisji zależy od częstotliwości i czasu Alternatywną metodą jest zmiana stęże-
fera wybuchowa w postaci obłoku trwania emisji. Wyróżnia się trzy stop- nia tlenu poniżej wartości niezbędnej do
palnego pyłu w powietrzu, wystę- nie emisji: zaistnienia wybuchu oraz eliminacja z
ró-
puje stale lub przez długie okresy " emisję ciągłą  emisję, która występuje deł emisji substancji palnych.
czasu, lub często. Strefa ta pojawia stale lub której występowania można
się wewnątrz pojemników, rurocią- spodziewać się w długich okresach Unikanie powstawania z
ródeł zapło-
gów, młynów, zbiorników, silosów " pierwszy stopień emisji  emisja, której nu to nic innego jak monitoring efektyw-
i bunkrów. występowania w normalnych warun- nych z
ródeł zapłonu, którymi są między
kach pracy można spodziewać się innymi:
Strefa 21  miejsce, w którym atmosfera w długich okresach " gorące powierzchnie
wybuchowa w postaci obłoku palnego " drugi stopień emisji  emisja, której wy- " płomienie i gorąca gazy
pyłu w powietrzu, może czasami wy- stępowania w normalnych warunkach " mechaniczne z
ródła iskier
stąpić w trakcie normalnego działania. pracy nie można się spodziewać, a jeśli " urządzenia i instalacje elektryczne
Strefa ta pojawia się w bezpośrednim się pojawi, to rzadko i w krótkich okre- " prądy błądzące i wyrównawcze
otoczeniu nasypywania, wysypywania sach. " ochrona katodowa przed korozją
pyłów lub warstw pyłów zdolnych do Mając ustalone stopnie emisji, mamy " elektryczność statyczna
tworzenia mieszanin z powietrzem określone rodzaje stref (które zależą " wyładowania atmosferyczne
w zakresie stężeń wybuchowych. głównie od stopnia emisji i skuteczności " promieniowanie jonizujące
wentylacji w przestrzeni zagrożonej). Za- " ultradz
więki
Strefa 22  miejsce, w którym atmosfera sięg stref zagrożenia wybuchem zależy od " sprężanie adiabatyczne i fale uderzeniowe
wybuchowa w postaci obłoku palne- wydajności emisji gazu lub pary, geome- " reakcje egzotermiczne i samozapłon
go pyłu w powietrzu, nie występu- trii z
ródła emisji, szybkości emisji, stęże- gazów
je w trakcie normalnego działania, nia substancji w emitowanej mieszaninie,
a w przypadku wystąpienia trwa krót- lotności cieczy palnej, temperatury cieczy, Ograniczenie skutków wybuchu po-
ko. Strefa ta może obejmować miejsca dolnej granicy wybuchowości, wentylacji lega natomiast na stosowaniu rozwiązań
w bezpośrednim otoczeniu urządzeń oraz gęstości względnej emitowanej sub- konstrukcyjnych takich jak systemy odpo-
zawierających pył, na przykład w po- stancji. wietrzenia i tłumienia fali uderzeniowej,
mieszczeniach z młynami, w których Wskazówki dotyczące ustalenia za- wzmocnienia konstrukcyjne oraz separa-
osiada pył wydobywający się z wnę- sięgu stref można znalez
ć w załączni- cja urządzeń i obszarów.
trza młynów. kach do rozporządzenia [4], w których Eliminacja lub minimalizacja ryzyka
podano typowe wymiary i zasięgi stref wybuchu powinna być dokonywana przez
Określenie stref zagrożenia wybu- zagrożenia wybuchem dla niektórych stosowanie jednej lub kombinacji powyż-
chem jest metodą analizowania i klasyfi- urządzeń technologicznych, przeznaczo- szych metod, z których najistotniejszą
kowania środowiska, w którym może po- nych do magazynowania i dystrybucji jest unikanie możliwości powstawania
jawić się atmosfera wybuchowa. Ułatwia ropy naftowej i jej pochodnych. Wymiary atmosfery wybuchowej. Można tego do-
ona właściwy dobór i instalowanie urzą- stref zagrożenia wybuchem dla stano- konać poprzez szereg działań, z których
dzeń celem ich bezpiecznego stosowania wisk i urządzeń niewymienionych w za- najważniejsze to:
w takim środowisku, z uwzględnieniem łącznikach do rozporządzenia, należy " projektowanie, konstruowanie i użyt-
rodzaju strefy, grupy wybuchowości i klas ustalić indywidualnie, zgodnie z polski- kowanie urządzeń zawierających gazy
temperaturowych. mi normami oraz odrębnymi przepisami palne w taki sposób, aby zachować ich
W praktyce, w większości przypad- dotyczącymi ochrony przeciwpożarowej szczelność
ków, w których stosuje się substancje budynków oraz innych obiektów budow- " stosowanie niepalnych materiałów
palne, trudno jest zapewnić, że atmos- lanych i terenów. konstrukcyjnych
fera wybuchowa nigdy nie wystąpi " rozcieńczanie za pomocą stosowania
oraz, że instalacje i urządzenia nigdy instalacji wentylacji
Jak nie doprowadzić
nie staną się z
ródłem zapłonu. Dlatego " unikanie gromadzenia się pyłów
do wybuchu?
też, klasyfikację środowisk w odniesie-
niu do zagrożenia wybuchem, należy Sposobów na uniknięcie wybuchu W codziennej pracy, w celu minima-
przeprowadzać zawsze przed rozpoczę- podczas pracy w określonej przestrze- lizacji ryzyka wybuchu, należy przede
ciem jakiejkolwiek działalności. Nale- ni jest wiele. W normie [2] ujęto zasady wszystkim pamiętać, iż bezpieczna praca
ży przy tym pamiętać, aby klasyfikacji zapobiegania wybuchowi i ochrony przed urządzeń w przestrzeniach zagrożonych
obszarów niebezpiecznych dokonywały wybuchem. Najprościej ujmując, wszelkie wybuchem zależy głównie od ich właści-
osoby znające właściwości substancji działania realizowane w przestrzeniach, wego doboru do sklasyfikowanych stref
palnych, technologię produkcji i wypo- w których możliwy jest wybuch, powinny zagrożenia. Niemniej istotny jest prawi-
sażenie instalacji. Nie mniej istotne jest skupiać się na: dłowy montaż i zasilanie oraz póz
niejsza
także to aby wyznaczenie stref odbyło " zapobieganiu wybuchu eksploatacja.
8
temat wydania
Atmosfera gazowa a pyłowa Ciąg dalszy nastąpi
W dotychczasowych rozważaniach W wielu przypadkach, praca na
koncentrowaliśmy się na atmosferach obiektach przemysłowych łączy się z za-
gazowych. Zagrożenie wybuchowe po- grożeniem wybuchem. Zapewnienie bez-
wodowane przez pyły stanowi odrębną pieczeństwa pracy w takich warunkach
dziedzinę zagadnień. Podstawową róż- nie spoczywa jednak tylko na służbach
nicą między wybuchową atmosferą ga- odpowiedzialnych za kwestię bhp. Każda
zową, a atmosferą pyłową jest gęstość. osoba bowiem musi zdawać sobie spra-
czterogazowy detektor ochrony osobistej
Gęstość par i gazów jest przynajmniej wę z zagrożenia i we własnym zakresie
1000 razy mniejsza niż gęstość atmos- minimalizować ryzyko wybuchu. Aby jed-
fer pyłowych. Istotną cechą jest również nak móc przeciwdziałać, należy posiadać
sposób rozprzestrzeniania się składnika elementarną wiedzę na temat przyczyn
palnego. Gazy rozprzestrzeniają się w i skutków jakie niesie ze sobą praca w ob-
powietrzu drogą konwekcji i dyfuzji, two- szarach zagrożonych. Mam nadzieję, że
rząc jednorodną lub prawie jednorodną udało mi się w sposób jasny i czytelny
mieszaninę. W przypadku atmosfer pyło- przedstawić podstawowe pojęcia związa-
wych, należy pamiętać, iż pyły są cięższe ne z wybuchowością, a niniejszy artykuł
od powietrza i wykazują tendencję do choć trochę rozświetli tę dość skompliko-
osadzania się. waną problematykę.
Artykuł, którego lekturę mają już Pań-
Aby atmosfera pyłowa stała się wybu- stwo na ukończeniu, proszę traktować ja-
chowa, muszą być spełnione następujące ko swoisty wstęp do kolejnych publika-
warunki: cji traktujących o zagadnieniach  ATEX-
" pył musi być palny -owych . Zapraszam więc do kolejnych
" atmosfera musi zawierać tlen (lub inny numerów  Pod kontrolą .
utleniacz)
" pył musi tworzyć zawiesinę
" stężenie pyłu musi osiągać wartości
z zakresu wybuchowego tj. minimum
50g/m3.
Najbardziej istotną różnicą w prze-
biegu zjawiska wybuchu w atmos-
Autor artykułu:
ferach pyłowych, odróżniającą je od
Maciej Warzyszko
analogicznych zjawisk w atmosferach
W 1986 roku ukończył Akademię Górniczo-
gazowych, jest możliwość powstawa- -Hutniczą im. Stanisława Staszica w Kra-
kowie, Wydział Elektryczny, na kierunku
nia wybuchów wielokrotnych. Fala
Metrologia. W Introlu pracuje od 2004
uderzeniowa wywołana przez pierwszy
roku. Jako kierownik Działu gazometrii,
wybuch może spowodować powstanie
zajmuje się między innymi systemami
nowej chmury pyłu i w efekcie zainicjo- detekcji gazów i przemysłowymi systemami
analityki gazowej.
wanie wybuchu wtórnego. W skrajnym
tel. [phone]
przypadku może dojść do wybuchów
e-mail: [e-mail]
wielokrotnych.
Wykaz przepisów i norm wykorzystanych w artykule:
[1]
Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 czerwca
2003r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowla-
nych i terenów -Dz.U. Nr 121, poz1138
" Gotowy zawsze gdy potrzebujesz
[2]
PN-EN 1127-1; 2001 Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed
" A
atwa, jednoprzyciskowa obsługa
wybuchem. Pojęcia podstawowe i metodologia.
[3]
PN-EN 60079-10; 2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybu-
" Wyświetlacz LCD
chem. Część 10; Klasyfikacja obszarów niebezpiecznych.
[4]
Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 listopada 2005r. w sprawie warun-
ków technicznych, jakim powinny odpowiadać bazy i stacje paliw płynnych, rurociągi
przesyłowe dalekosiężne służące do transportu ropy naftowej i produktów nafto-
wych i ich usytuowanie  Dz.U. Nr 243, poz 2063.
[5]
PN-84/E-08119 Elektryczne urządzenia przeciwwybuchowe. Mieszaniny wybuchowe.
[e-mail]
[6]
PN-EN 50014; 2004 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybu-
chem. Wymagania ogólne.
9
S
" H
2
" O
2
" CO
y
aln
p
" gaz palny