BEZPIECZEC
STWO PRACY 10/2006
WybuchowoS
ć
mgr inż. DOROTA KONDEJ
pyłów metali
dr EWA GAWĘDA
Centralny Instytut Ochrony Pracy
 Państwowy Instytut Badawczy
na przykładzie
W artykule przedstawiono zagadnienia związane
z niebezpieczeństwem wybuchu pyłów palnych,
w szczególności pyłów metali w zakładach,
w których pyły takie są emitowane podczas
procesów produkcyjnych. Scharakteryzowano
pył aluminium, który należy do pyłów bardzo
silnie wybuchowych i występuje powszechnie
pyłów
w procesach produkcji okuć budowlanych i drob-
nych detali metalowych. Opisano także czynniki
wpływające na wybuchowość pyłów oraz podano
sposoby zapobiegania wybuchom w zakładach
przemysłowych.
cukru) czy pyły środków chemicznych (np. pig-
Wprowadzenie
mentów organicznych), jak i pyły metali, które
Explosion of metal dusts exemplified with
Wybuchy pyłów stanowią poważny pro-
w powszechnej opinii uważane są za niepalne.
aluminium dusts
blem w różnych gałęziach przemysłu. Problem
Do palnych pyłów metali należą m.in. pyły
ten dotyczy praktycznie wszystkich zakła-
aluminium i pyły magnezu [1].
This paper presents issues associated with the
dów pracy, w których występują pyły palne.
Najwięcej wybuchów, dotyczy pyłów drew-
explosion hazard of combustible dusts, especially
Do pyłów palnych zalicza się zarówno pyły
na i pyłów zbożowych  odpowiednio 34%
metal ones, in plants in which they are emitted
pochodzenia organicznego, np. pyły drewna, i 24% wszystkich wybuchów (rys. 1.). Z udzia-
during manufacturing processes. Aluminium
węgla, produktów żywnościowych (mąki, łem pyłów węgla ma miejsce 10% wybuchów.
dust, which is highly explosive and common in
the production of building fittings and metal
accessories, is characterized. Factors influencing
dust explosion and means for preventing dust
explosions in plants are discussed.
Rys. 1. Rodzaje pyłów biorących udział w wybuchach [1]
Fig. 1. Types of dusts involved in dust explosions [1]
12
BEZPIECZEC
STWO PRACY 10/2006
Podobnie jest z pyłami metali, uczestniczą one około 87% aluminium, około 11% krzemu i nie- ryzyko związane z narażeniem na pyły szko-
w co dziesiątym wybuchu pyłów palnych. wielkie ilości innych metali) oraz w mniejszym dliwych czynników chemicznych (np. metali,
Pyły metali, w tym palne pyły metali, zakresie stale (obok żelaza zawierają one miedz
, ich związków i stopów), pyły zawierające wolną
są emitowane w procesach technologicznych, cynk, nikiel, mangan, magnez i in. pierwiastki), krystaliczną krzemionkę oraz czynniki fizyczne
przede wszystkim w zakładach przemysłu znale (stopy cynku z aluminium), mosiądze (w szczególności hałas), a także ryzyko wystą-
metalurgicznego, zakładach obróbki metali (stopy miedzi i cynku z dodatkiem cyny, oło- pienia wybuchu pyłów metali, przede wszystkim
oraz we wszystkich tych zakładach, w których wiu, żelaza, manganu itd.), mosiądze niklowe, pyłu aluminium.
do produkcji określonych wyrobów stosowane brązy itp. [2, 3]. W procesie wytwarzania okuć
są metale, związki metali oraz stopy metali. budowlanych i drobnych detali metalowych
Zagrożenie wybuchem
Jednym z najważniejszych pyłów, które w okre- można wyróżnić etapy: odlewania półfabry-
Zagrożenie wybuchem definiuje się jako
ślonych warunkach mogą wybuchać, jest pył katu, obróbki mechanicznej obejmującej m.in.
możliwość tworzenia przez palne gazy, pary pal-
aluminium. Pył ten występuje w wielu zakładach, toczenie, szlifowanie i polerowanie, nakładanie
nych cieczy, pyły lub włókna palnych ciał stałych,
a w szczególności w zakładach produkujących powłok malarskich lub galwanicznych oraz
w różnych warunkach, mieszanin z powietrzem,
okucia budowlane i meblowe oraz różnego montaż gotowych wyrobów z wchodzących
które pod wpływem czynnika inicjującego
rodzaju metalowe detale. W produkcji okuć w ich skład elementów. Ze względu na specyfikę
budowlanych i galanterii metalowej głównymi procesów technologicznych i rodzaje materia- zapłon (iskra, łuk elektryczny lub przekroczenie
temperatury samozapłonu) wybuchają, czyli
surowcami jest bowiem aluminium i jego stopy łów stosowanych w produkcji różnego rodzaju
(zawartość aluminium w stopach przekracza wyrobów metalowych, na stanowiskach pracy ulegają gwałtownemu spalaniu połączonemu
z reguły 85%, np. popularny stop AK11 zawiera w zakładach je wytwarzających występuje m.in. ze wzrostem ciśnienia [4].
aluminium
13
BEZPIECZEC
STWO PRACY 10/2006
Pyły palne stwarzają zagrożenie wybuchem
przez:
" tworzenie się mieszanin pyłowo-po-
wietrznych (obłoku) w wyniku uwolnienia
pyłów palnych do powietrza z jakiegokolwiek
z
ródła emisji
" powstanie warstwy pyłu (pył osiadły),
która może ulec zapłonowi w wyniku samona-
grzewania lub od gorącej powierzchni, powo-
dując zagrożenie pożarowe lub przegrzewanie
urządzeń; zapalony pył osiadły może odgrywać
rolę z
ródła zapłonu do kolejnych wybuchów.
Wybuchy pyłów palnych mogą przebiegać
w kilku etapach ze względu na podnoszenie
się zalegającego pyłu i tworzenie się kolejnego
układu wybuchowego.
Właściwości pyłów palnych
Rys. 2. y
ródła zapłonu przy wybuchach pyłów [1]
Podstawowymi czynnikami wpływającymi
Fig. 2. Ignition sources of dust explosions [1]
na wybuchowość pyłów palnych są: skład
warunków lokalnych i znalez
ć się w zakresie szkodliwych dla zdrowia na przemysłowych
chemiczny cząstek pyłu, wymiar cząstek,
zawartość wilgoci, stężenie pyłu i klasa wybu- wybuchowości. stanowiskach pracy. Między innymi prowadzone
Pyły palne są klasyfikowane pod względem są pomiary stężeń pyłów aluminium (obok pyłów
chowości pyłów [1, 5].
ich wybuchowości. Pyły klasyfikuje się jako innych metali) w powietrzu środowiska pracy,
Skład chemiczny cząstek pyłu wpływa
niewybuchowe (klasa 0), słabo wybuchowe, w aspekcie wielkości narażenia zawodowego
na jego zdolności wybuchowe. Obecność
w budowie chemicznej pewnych grup chemicz- np. pyły węgla kamiennego, poliuretanu, mąki (do porównania z wartościami NDS).
(klasa 1.), silnie wybuchowe, np. pyły pigmentów W wyniku pomiarów przeprowadzonych
nych, takich jak COOH, OH, NH2, NO2, Ca"N,
organicznych (klasa 2.) i bardzo silnie wybucho- dotychczas na dwóch  rodzajach stanowisk:
C=N, N=N decyduje o wyższych parametrach
we, np. pyły aluminium, polietylen (klasa 3.). stanowiska odlewania detali i stanowiska obrób-
wybuchowych (większe ryzyko wybuchu). Pyły
W tabeli podano podstawowe właściwości ki mechanicznej powierzchni detali (odcinanie
czystych metali reagują z powietrzem tworząc
tlenki metali. W tym przypadku przyrost ciśnie- wybuchowe wybranych pyłów palnych. zbędnych pozostałości, szlifowanie, polero-
wanie, frezowanie itp.) stwierdzono niewielkie
nia wybuchu związany jest z wydzielaniem się
ilości aluminium (i innych metali) w badanym
ciepła. Aluminium jest jednym z tych metali,
y
ródła zapłonu
powietrzu. Nie znaczy to jednak, że nie ma
które wchodzą z tlenem w silną reakcję egzo-
Do wystąpienia wybuchu potrzebne
niebezpieczeństwa wybuchu na stanowiskach
termiczną. Wytworzona podczas tej reakcji
są zatem następujące elementy: materiał palny
pracy, gdzie stwierdza się znikome ilości pyłu
ilość ciepła wynosi 200100 kcal/kmol i jest dwa
wymieszany z powietrzem, stężenie materiału
w strefie oddychania pracownika. Biorąc pod
razy większa niż np. przy spalaniu węgla.
palnego, które musi mieścić się w określonych
uwagę silne właściwości wybuchowe pyłów
Wybuchowość pyłów zależy również
granicach oraz z
ródło zapłonu. W warunkach
aluminium, należy zachować daleko idącą
od rozkładu wymiarowego cząstek. W przy-
przemysłowych istnieje wiele z
ródeł, które
ostrożność. Znajdujące się na stanowisku pracy
padku pyłów metali (również pyłu alumi-
mogą zapoczątkować spalanie i wybuch mie-
pyły aluminium (pył osiadły), a także wióry,
nium) niebezpieczeństwo wybuchu wzrasta
szanin pyłowo-powietrznych. Najczęstszymi
okrawki i opiłki powstające np. podczas obróbki
wraz ze zmniejszaniem wymiarów cząstek,
z
ródłami zapłonu w przypadku wybuchów
mechanicznej elementów, mogą łatwo ulec
co jest związane ze zwiększeniem się po-
pyłów występujących na stanowiskach pracy
zapaleniu nawet w kontakcie ze stosunkowo
wierzchni właściwej. Nawet kilkuprocentowy
są iskry mechaniczne, które mają swój udział aż
słabym środkiem zapalającym, np. iskrą czy pło-
udział masowy drobnych cząstek w miesza-
w 30% zdarzeń (rys. 2.). Do innych znaczących
mieniem zapałki, przy czym niebezpieczeństwo
ninie powietrzno-pyłowej znacząco wpływa
z
ródeł zapłonu należą również: elektryczność
zapalenia wzrasta w obecności smarów (te
na wzrost ryzyka wystąpienia wybuchu.
statyczna, tarcie oraz tlące się miejsca.
znajdują się w maszynach do obróbki detali).
Na wybuchowość pyłów ma również wpływ
Ponadto, pyły te są zaliczane do pyłów prze-
zawartość wilgoci, chociaż prawdopodobień-
Czynniki sprzyjające
wodzących, mogą więc spowodować zwarcia
stwo wystąpienia wybuchu przy zawartości
wybuchom pyłów aluminium w urządzeniach elektrycznych w sytuacji, jeśli
wilgoci powyżej 30% jest znikome. Zawartość
poddane są działaniu odpowiednio wysokiego
wilgoci w pyle poniżej 10% też nie odgrywa
Niebezpieczeństwo wystąpienia pożaru
napięcia. Łuk elektryczny może stanowić z
ródło
znaczącej roli.
i wybuchu pyłów aluminium w zakładach
zapłonu dla obłoku pyłu lub zapalić zalegające
Wybuch pyłów palnych może wystąpić tylko
pracy jest obiektem wielu badań w różnych
warstwy pyłu, a w konsekwencji spowodować
przy określonym stężeniu, tzn. kiedy zawartość
ośrodkach naukowych [6, 7, 8].
wybuch.
składnika palnego w mieszaninie z powietrzem
W Centralnym Instytucie Ochrony Pracy
Ważnym problemem jest gromadzenie
mieści się w zakresie wybuchowości. Minimalne
 Państwowym Instytucie Badawczym reali-
się warstw pyłu osiadłego. Podobnie jak
i maksymalne stężenia wybuchowe, przy któ-
zowany jest projekt, którego celem jest ocena
w przypadku wszystkich pyłów palnych, poza
rych zapłon już jest lub jeszcze jest możliwy,
ryzyka zawodowego związanego z narażeniem
są różne dla poszczególnych pyłów palnych.
na szkodliwe czynniki chemiczne i fizyczne wystę- możliwością wytworzenia się z takiej warstwy
Trzeba jednak pamiętać, że przekroczenie obłoku pyłu, np. w wyniku ruchów powietrza,
pujące w procesach produkcji okuć budowlanych
tych granic nie powoduje zniknięcia zagroże- i galanterii oraz innych akcesoriów metalowych. istnieje zagrożenie zapalenia się pyłu osia-
nia wybuchem. Stężenie pyłu może w każdej W ramach tego projektu prowadzone są po- dłego [9]. Taka sytuacja stwarza zagrożenie
chwili ulec zmianie ze względu na zmianę miary stężeń i natężeń wybranych czynników ze względu na spalanie się pyłu i jednocześnie
14
BEZPIECZEC
STWO PRACY 10/2006
może być z
ródłem zapłonu dla mieszaniny szlifowania na mokro, gdzie cząstki pyłu alu- tyczących głównie pyłów osiadłych, jest stoso-
pyłowo-powietrznej. Poza tym ruchy powie- minium mogą być zbierane w postaci zawiesiny wanie odpowiednich procedur porządkowych.
trza spowodowane spalaniem się pyłu mogą w wodzie i wówczas problem wybuchu może W przypadku przeprowadzania prac porządko-
również wytworzyć obłok pyłu w powietrzu, zostać całkowicie wyeliminowany. wych na dobrym poziomie efektywności, kiedy
a następnie zainicjować jego zapłon. Często W innych sytuacjach konieczne jest ogra- utrzymywana jest znikoma grubość warstwy
pierwotny wybuch obłoku pyłu w powietrzu niczenie prawdopodobieństwa wystąpienia pyłu lub pył jest sukcesywnie całkowicie usu-
powoduje podniesienie się pyłu osiadłego czynnika inicjującego wybuch, np. przez wany, zagrożenie powstania mieszaniny wybu-
i wystąpienie wybuchu wtórnego, którego stosowanie urządzeń w wykonaniu przeciwwy- chowej lub pożaru pyłu zostaje zlikwidowane
skutki mogą być znacznie poważniejsze niż buchowym, zapobieganie powstawaniu iskier u z
ródła. Z kolei, gdy poziom efektywności prac
skutki wybuchu pierwotnego. mechanicznych i elektrycznych oraz ładunków porządkowych jest słaby i warstwa pyłu oraz
Do wybuchu może przyczynić się również elektryczności statycznej, rozgrzewania się grubszych frakcji (opiłki, wiórki) występuje
z
le zaprojektowana instalacja wentylacyjna powierzchni i oczywiście unikanie palenia dłużej niż jedną zmianę, zagrożenie wybuchem
lub jej awaria. W literaturze dotyczącej tego na stanowiskach pracy. może być znaczące, nawet na stanowiskach,
zagadnienia [10] opisano wybuch mieszaniny Jednym ze sposobów uniknięcia zagrożeń gdzie stężenie pyłu w powietrzu (w aspekcie
pyłu aluminium z powietrzem w hali zakładu związanych z wybuchem pyłów palnych, do- narażenia zawodowego) jest małe.
przemysłowego, w której dokonywano szlifo-
Tabela
wania i polerowania, m.in. okuć budowlanych
CHARAKTERYSTYKI ZAPALNOŚCI WYBRANYCH PYŁÓW POCHODZENIA ORGANICZNEGO I PYŁÓW METALI
odlanych ze stopu aluminium. W hali tej było
Flammability characteristics of selected organic and metal dusts
zainstalowanych ponad 20 polerek i szlifierek
 przyłączonych do dwóch tuneli wyciągowych.
Temperatura zapłonu
Minimalne stężenie
Minimalna energia
Wentylator pierwszego tunelu, zainstalowany
Pył wybuchowe
warstwy obłoku
zapłonu, mJ
na zewnątrz budynku, łączył się z tunelem o o
w obłoku, g/m3
C C
wyciągowym drugiego zespołu polerek. Drugi
Drewno/sosna (trociny) 260 470 40 35
tunel wyciągowy z dużym wentylatorem, cy-
Mąka /pszenica 440 440 60 50
klonem i zbiornikiem na pyły zainstalowany był
Cukier 400 370 30 45
poza budynkiem. Przed wybuchem wentylator
Mleko w proszku 200 490 50 50
pierwszego tunelu nie pracował. Wybuch był
Aluminium do gruntowania 460�900 550�700 50�120 45�120
prawdopodobnie zainicjowany iskrzeniem
w czasie polerowania bądz
szlifowania przed- Opiłki aluminiowe 400�900 600�700 10�100 40�60
miotu stalowego. Pracujący w hali szlifowali
Proszek aluminiowy 490�700 550�800 15�160 40�140
i polerowali różne przedmioty. y
ródłem zapłonu
Aluminium magnezowe (stop) 480 430 80 20
mogły być także palące się podczas polerowania
Cyna 430 630 80 190
cząstki filcu ściernego. Czynnikiem, który sprzyjał
Cynk 540 690 960 460
wystąpieniu wybuchu, było nagromadzenie
Krzem 950 780 96 160
w pierwszym tunelu wyciągowym  z powodu
Magnez do gruntowania 430 560 40 30
awarii wentylatora  dużych ilości pyłu alumi-
Mangan 240 460 305 125
nium. Wskutek wybuchu w hali wzniósł się pył
osiadły zalegający na urządzeniach. Powstała
Minimalna temperatura samozapłonu obłoku pyłu  najniższa temperatura gorącej powierzchni, w której
w ten sposób mieszanina pyłowo-powietrzna najbardziej zapalna mieszanina pyłu z powietrzem ulega zapłonowi w określonych warunkach badania.
Minimalna temperatura samozapłonu warstwy pyłu  najniższa temperatura gorącej powierzchni, przy której
uległa wtórnemu wybuchowi.
warstwa pyłu ulega zapłonowi w określonych warunkach badania.
Zapobieganie wybuchom
pyłów palnych
PIŚMIENNICTWO
[1] Eckhoff R. K. Dust Explosions in the Process Industries. Butterworth-Heinemann, Oxford 2002
Zapobieganie wybuchom pyłów palnych,
[2] Gawęda E., Kondej D. Produkcja okuć budowlanych i galanterii metalowej
w tym pyłów aluminium, ma na celu, przede
 analiza zagrożeń.  Bezpieczeństwo Pracy 10(420), 2005, 12-14
wszystkim, zapobieganie tworzeniu się mie-
[3] Gawęda E., Kondej D. Zagrożenia środowiska pracy w procesach produkcji okuć
szanin pyłowo-powietrznych o stężeniach
budowlanych i detali metalowych.  Medycyna Pracy 57(1), 2006, 1-6
mieszczących się w zakresie wybuchowości
[4] Sawicki T. Wybuchy przestrzenne.  Bezpieczeństwo Pracy 11(421), 2005, 22-25
oraz wyeliminowanie z
ródeł zapłonu. Stąd
[5] Porowski R. Zabójcze drobiny. Ochrona przed wybuchem. Wybuchy
niezmiernie ważne jest zmniejszenie stężenia
pyłów palnych.  Przegląd Pożarniczy 11, 2005, 17-19
pyłu w miejscach zagrożonych przez dobrze
[6] Righetti A., Casati L. Aluminium dust explosion.  Alluminio e Leghe , Vol. 12, no 124, 2000, 103-106
zaprojektowaną, wykonaną i eksploatowaną
[7] Marmo L., Cavallero D., Debernardi M. L. Aluminium dust explosion risk analysis in metal
instalację wentylacyjną, zarówno miejscową
workings.  Journal of Loss Prevention in the Process Industries , Vol. 17, no. 6, 2004, 449-465
wywiewną, jak i wentylację ogólną pomiesz-
[8] Wolnarek D. Significant explosion and fire risks with processing, storage and transport
of combustible substances in dust form.  Ex-Magazine 27, 2001, 33-43
czenia produkcyjnego. Wentylacja miejscowa
wywiewna umożliwia usunięcie emitowanych [9] Sobecki M. Pyły pod nadzorem.  Przegląd Pożarniczy 12, 2004, 14-16
pyłów bezpośrednio z rejonu ich wydzielania, [10] Sawicki T. Zagrożenie wybuchem pyłów aluminium.  W akcji 4, 2003, 44-48
co ogranicza rozprzestrzenianie się pyłów
w pomieszczeniach. Publikacja opracowana na podstawie wyników zadania realizowanego w ramach II etapu
W przypadku pyłów aluminium niebezpie- programu wieloletniego pn.  Dostosowywanie warunków pracy w Polsce do standardów
czeństwo wybuchu jest ściśle związane z obec- Unii Europejskiej dofinansowywanego w latach 2005-2007 w zakresie zadań służb pań-
nością cząstek drobnodyspersyjnych i dlatego
stwowych przez Ministerstwo Pracy i Polityki Społecznej. Główny koordynator: Centralny
korzystniejsze jest (o ile jest to możliwe) inne
Instytut Ochrony Pracy  Państwowy Instytut Badawczy
rozwiązanie technologiczne, np. stosowanie
15