W ostatnim czasie dużo słyszymy o podpaleniach. Jest to oczywiście ważne zagadnienie i warto się przed nim zabezpieczyć. Aby zrobić to właściwie, należy zacząć od „klasycznych” przyczyn. A tych jest 13. Definiuje je norma PN-EN 1127-1 (Dyrektywa 2006/42/EC, 2014/34/EU):
Zapłon może wystąpić, jeżeli dojdzie do kontaktu atmosfery wybuchowej z ogrzaną powierzchnią. Źródłem zapłonu może być nie tylko sama gorąca powierzchnia – również warstwa pyłu lub palne ciało stałe zapalone w kontakcie z gorącą powierzchnią może stanowić źródło zapłonu dla atmosfery wybuchowej.
Zdolność ogrzanej powierzchni do spowodowania zapłonu zależy od rodzaju i stężenia poszczególnych substancji w mieszaninie z powietrzem. Zdolność ta rośnie ze wzrostem temperatury i pola powierzchni.
Ponadto, temperatura powodująca zapłon zależy od rozmiaru i kształtu ogrzanego elementu, gradientu stężenia w pobliżu powierzchni i w pewnym stopniu, również od rodzaju materiału (powierzchni) ogrzanej powierzchni. W przypadku ogrzanych ciał charakteryzujących się raczej wypukłościami niż wklęsłościami do zapłonu konieczne są wyższe temperatury powierzchni.
Minimalna temperatura zapłonu wzrasta w przypadku kul albo rur i o zmniejszającej się średnicy. Kiedy atmosfera wybuchowa przepływa nad ogrzanymi powierzchniami, do zapłonu konieczna jest wyższa temperatura powierzchni, z powodu krótkiego czasu kontaktu. Jeżeli atmosfera wybuchowa pozostaje w kontakcie z gorącą powierzchnią przez relatywnie długi czas, to może dojść do przebiegu wstępnych reakcji. To z kolei może prowadzić do utworzenia się łatwiej zapalnych produktów rozkładu, ułatwiających zapłon.
Oprócz gorących powierzchni urządzeń źródłem niebezpiecznych temperatur mogą być również procesy mechaniczne i z udziałem maszyn. Procesy te obejmują również urządzenia, systemy ochronne, części i podzespoły, które zamieniają energię mechaniczną w cieplną. Ponadto wszystkie części ruchome w łożyskach, przepustach wałów, uszczelnieniach mogą stawać się źródłem zapłonu, jeżeli nie są w wystarczającym stopniu smarowane. W przypadku ścisłego mocowania ruchomych części przedostanie się ciał obcych lub przesunięcie się ich osi również mogą powodować tarcie, które z kolei może prowadzić do zbyt wysokiej temperatury powierzchni. Powierzchnie takie mogą pojawić się jedynie wyjątkowo w przypadku stosunkowo rzadko występującego wadliwego działania (np. zatarcie rolki przenośnika taśmowego, wadliwe działanie urządzeń elektrycznych - jeżeli nie zadziałają zabezpieczenia). Należy brać pod uwagę również możliwy, w pewnych procesach, wzrost temperatury w wyniku reakcji chemicznych, np.: ze smarami i środkami czyszczącymi.
Płomienie towarzyszą reakcjom spalania w temperaturach powyżej 1000oC. Produktem spalania są gorące gazy, a w przypadku płomieni dymiących i/lub kopcących również tworzą się żarzące się cząstki stałe. Płomienie oraz ich gorące produkty reakcji (gazy ogrzane do wysokiej temperatury) mogą zapalić atmosferę potencjalnie wybuchową. Płomienie, nawet małe, są jednym z najbardziej efektywnych źródeł zapłonu.
Jeżeli atmosfera wybuchowa występuje zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz urządzenia, systemu ochronnego, części lub podzespołu, albo w sąsiednich częściach instalacji i jeżeli zapłon następuje w jednym z tych miejsc, płomień może rozprzestrzenić się w inne miejsca przez otwory takie jak kanały wentylacyjne. Zapobieganie rozprzestrzenianiu się płomienia wymaga specjalnie zaprojektowanych środków ochronnych.
Krople stopionego metalu powstające podczas spawania lub cięcia są cząstkami o bardzo dużej powierzchni i dlatego są jednymi z najbardziej efektywnych źródeł zapłonu.
W wyniku tarcia, uderzenia lub procesów ścierania, takich jak mielenie, może następować oddzielenie od ciał stałych cząstek o wysokiej temperaturze, będącej wynikiem energii używanej w procesie. Jeżeli cząstki te zawierają substancje zdolne do utleniania, na przykład żelazo lub stal, mogą one ulegać procesowi utleniania, osiągając przez to nawet wyższe temperatury. Cząstki takie (iskry) mogą zapalać palne gazy i pary i pewne mieszaniny pyłowo-powietrzne (zwłaszcza mieszaniny pyłów metali z powietrzem). W warstwie pyłu iskry mogą spowodować tlenie, które może być źródłem zapłonu atmosfery wybuchowej.
Jako powód iskrzenia należy rozważyć przedostanie się do urządzeń, systemów ochronnych, części i podzespołów materiałów obcych, np. kamieni albo kawałków metalu. Tarcie między metalami i między pewnymi materiałami ceramicznymi, może generować gorące miejsca i iskry podobne do powstających w trakcie mielenia co może także prowadzić do zapłonu atmosfer wybuchowych. Uderzenia cząstek, np. rdzy i metali lekkich (np. aluminium i magnezu) oraz ich stopów mogą zapoczątkowywać reakcję termitową, prowadzącą do wysokich temperatur, co może skutkować zapłonem atmosfer wybuchowych.
W przypadku urządzeń elektrycznych źródłami zapłonu mogą być iskry elektrycznej gorące powierzchnie. Iskry elektryczne mogą być wytwarzane, np.:
Wykazano jednocześnie, że bardzo niskie napięcie (ELV np. poniżej 50[V]) które stosuje się w celu ochrony osób przed porażeniem prądem nie jest jednocześnie środkiem ochrony przed wybuchem. Nawet napięcia niższe niż wyżej wymienione mogą wytworzyć energię wystarczającą do zapalenia atmosfery wybuchowej.
Z prądami błądzącymi możemy mieć do czynienia w systemach przewodzących elektryczność lub częściach systemów jako:
Jeżeli części systemu zdolnego do przewodzenia prądów błądzących są rozłączane, łączone lub mostkowane – to nawet w przypadku niewielkich różnic potencjału - atmosfera wybuchowa może ulec zapłonowi w wyniku iskier i/lub łuków elektrycznych. Ponadto, zapłon może również nastąpić z powodu nagrzania się ścieżek przewodzących.
W przypadku zastosowania ochrony katodowej przed korozją wyżej wymienione ryzyko zapłonu również jest możliwe. Jeżeli stosuje się anody ochronne, ryzyko zapłonu z powodu iskier elektrycznych jest mało prawdopodobne, chyba że anody wykonane są z aluminium lub magnezu.
W określonych warunkach wyładowania elektryczności statycznej mogą powodować zapłon wszystkich rodzajów atmosfer wybuchowych, w zależności od energii wyładowania:
Jeżeli uderzenie pioruna nastąpi w atmosferze wybuchowej, zawsze dojdzie do jej zapłonu. Co więcej, istnieje również możliwość zapłonu ze względu na wysokie temperatury osiągane przez elementy przewodzące wyładowania.
W miejscu uderzenia pioruna płyną silne prądy, które mogą tworzyć iskry w jego sąsiedztwie. Nawet bez uderzenia pioruna, burze mogą powodować indukowane wysokie napięcie w urządzeniach, systemach ochronnych, częściach i podzespołach.
Fale elektromagnetyczne są emitowane przez wszystkie systemy generującej stosujące energię elektryczną o częstotliwości radiowej (systemy częstotliwości radiowej), np. nadajniki radiowe lub przemysłowe, lub medyczne generatory RF stosowane do ogrzewania, suszenia, utwardzania, spawania, cięcia itd.
Wszystkie przewodzące części znajdujące się w polu promieniowania działają jak anteny odbiorcze. Jeżeli pole jest wystarczająco silne i jeżeli antena odbiorcza jest wystarczająco duża, części przewodzące mogą powodować zapłon w atmosferach wybuchowych. Odbierana energia o częstotliwości radiowej może, na przykład, rozżarzyć cienkie przewody lub generować iskry podczas łączenia lub rozłączania części przewodzących. Doprowadzana przez antenę odbiorczą energia, która może prowadzić do zapłonu, zależy głównie od odległości między nadajnikiem i anteną odbiorczą oraz od rozmiarów anteny odbiorczej przy wszystkich długościach i wartościach energii fal RF.
Promieniowanie w tym zakresie widma może - zwłaszcza w przypadku skupienia -stać się źródłem zapłonu poprzez pochłanianie przez atmosfery wybuchowe lub powierzchnie ciał stałych.
Światło słoneczne może na przykład powodować zapłon w obecności przedmiotów zdolnych do skupienia jego promieni (np. butelki działające jak soczewki, reflektory skupiające).
W określonych warunkach promieniowanie intensywnych źródeł światła (ciągłego albo błyskowego) jest tak intensywnie pochłaniane przez cząstki pyłu, że stają się one źródłem zapłonu dla atmosfer wybuchowych lub dla nagromadzonego pyłu.
W przypadku promieniowania laserowego (np. stosowanego w łączności, pomiarach zdalnych, pomiarach geodezyjnych, urządzeniach do pomiaru odległości w zasięgu wzroku) nawet przy dużych odległościach energia lub natężenie niezogniskowanego promienia mogą być wystarczające do spowodowania zapłonu. Również w tym przypadku proces ogrzewania zachodzi głównie wtedy, kiedy wiązka laserowa trafia na powierzchnię ciała stałego lub kiedy jest absorbowana przez cząstki pyłu w atmosferze albo przez zanieczyszczone części przezroczyste.
Należy ponadto wziąć pod uwagę, że jakiekolwiek urządzenie, system ochronny, część i podzespoły generujące promieniowanie (np. lampy, łuki elektryczne, lasery, itd.) mogą stanowić źródło zapłonu.
Promieniowanie jonizujące generowane, na przykład, przez lampy rentgenowskie i substancje radioaktywne może zapalać atmosfery wybuchowe (zwłaszcza atmosfery wybuchowe z cząstkami pyłu) w wyniku absorpcji energii. Ponadto, źródło radioaktywne samo może się podgrzewać, z powodu wewnętrznej absorpcji energii promieniowania, do temperatury przekraczającej minimalną temperaturę samozapłonu otaczającej atmosfery wybuchowej.
Promieniowanie jonizujące może powodować chemiczny rozkład lub inne reakcje, które mogą prowadzić do tworzenia bardzo reaktywnych rodników lub niestabilnych chemicznie związków. Może to powodować zapłon. Takie promieniowanie może również tworzyć atmosferę wybuchową przez rozkład, np.: mieszanina tlenu i wodoru w wyniku radiolizy wody.
Podczas stosowania fal ultradźwiękowych znaczna część energii wytwarzanej przez przetwornik elektroakustyczny jest absorbowana przez substancje stałe lub ciekłe. W wyniku absorpcji substancja wystawiana na działanie ultradźwięków ogrzewa się tak, że w skrajnych przypadkach może nastąpić zapłon.
W przypadku sprężania adiabatycznego lub prawie adiabatycznego i w przypadku fal uderzeniowych (np. nagłe rozprężanie gazów) mogą występować tak wysokie temperatury, że atmosfery wybuchowe (i osady pyłu) mogą zostać zapalone. Przyrost temperatury zależy głównie od stosunku wartości ciśnień, nie od ich różnicy.
UWAGA: W przewodach ciśnieniowych kompresorów do sprężania powietrza i w zbiornikach podłączonych do tych przewodów wybuchy mogą występować, jako wynik zapłonu sprężonych mgieł olejów smarnych.
Fale uderzeniowe są generowane, na przykład, podczas nagłego rozprężania gazów pod wysokim ciśnieniem do rurociągów. W tym procesie fale uderzeniowe rozprzestrzeniają się do miejsc o niskim ciśnieniu szybciej niż prędkość dźwięku. Kiedy fale są uginane lub odbijane przez powyginany rurociąg, przewężenia, połączenia kołnierzowe, zamknięte zawory itd., mogą występować bardzo wysokie temperatury.
UWAGA: Urządzenia, systemy ochronne, części i podzespoły zawierające wysoce utleniające gazy, np. czysty tlen lub atmosfery gazowe o wysokim stężeniu tlenu, mogą stawać się efektywnym źródłem zapłonu przy sprężaniu adiabatycznym, fali uderzeniowej lub nawet zwykłym przepływie, ponieważ zapaleniu ulec mogą smary, szczeliwa, a nawet materiały konstrukcyjne. Jeżeli prowadzi to do zniszczenia urządzeń, systemów ochronnych, części i podzespołów, ich części będą zapalać otaczającą atmosferę wybuchową.
Reakcje egzotermiczne mogą stanowić źródło zapłonu, gdy szybkość wytwarzani ciepła będzie większa od szybkości odprowadzania ciepła do otoczenia. Wiele reakcji chemicznych jest reakcjami egzotermicznymi.
Do reakcji tych zalicza się reakcje substancji piroforycznych z powietrzem, metali alkalicznych z wodą, samo zapalenie palnych pyłów, samonagrzewanie się pasz, reakcje zapoczątkowane przez procesy biologiczne, rozkład organicznych nadtlenków lub reakcje polimeryzacji, inne.
Możliwość osiągnięcia w czasie przebiegu reakcji wysokiej temperatury zależy między innymi od stosunku objętość/powierzchnia systemu reakcyjnego, temperatury otoczenia i czasu reakcji. Te wysokie temperatury mogą prowadzić do zapłonu wybuchowych atmosfer, jak również do zapoczątkowania tlenia się i/lub palenia. Katalizatory również mogą wzbudzać reakcje egzotermiczne np. atmosfery wodór/powietrze w obecności platyny.
Gwałtowne reakcje kończące się zapłonem mogą występować w pewnych połączeniach materiałów konstrukcyjnych z substancjami chemicznymi (np. miedź z acetylenem, metale ciężkie z nadtlenkiem wodoru). Pewne połączenia substancji, zwłaszcza gdy są dobrze rozdrobnione (np. aluminium/rdza), reagują gwałtownie w razie uderzenia lub tarcia.
UWAGA: Zagrożenia mogą wynikać też z reakcji chemicznych spowodowanych ich termiczną niestabilnością, wysokim ciepłem reakcji i/lub szybkim wyzwalaniem gazu.
W praktyce przemysłowej zwykle mamy do czynienia z dużymi ilościami materiału palnego. Podstawowe opakowania jednostkowe to beczki o pojemności 200 litrów i paleto pojemniki o pojemności 1000 litrów.
Zwykle prowadzący działalność przemysłową w codziennym użyciu ma krotność tych opakowań. W zależności od rodzaju opakowania, rodzaju palety na standardową naczepę transportową można załadować ich około 20. Daje to około 20 ton substancji, które codziennie wjeżdżają lub wyjeżdżają z zakładu. Jeśli samochodów jest więcej, to oczywiście mówimy o ich krotności.
Chesz porozmawiać o źródłach zapłonu w Twoim zakładzie?
Potrzebujesz przeprowadzić OZW (Ocenę Zagrożenia Wybuchem) i ORW (Ocenę Ryzyka Wybuchu) oraz sporządzić DZPW (Dokument Zabezpieczenia Przed Wybuchem)?
Skontaktuj się z nami!
Wyposażenie
