Procedury postępowania i pomiary w strefach zagrożonych wybuchem (część 1.)

Klasyfikacja przestrzeni zagrożonych wybuchem

Ocenę zagrożenia wybuchem i klasyfikację do odpowiednich stref powinien przeprowadzać zespół złożony z odpowiednich specjalistów, tj. technologa odpowiedzialnego za proces technologiczny, specjalistów ochrony przeciwpożarowej, ochrony środowiska i bezpieczeństwa pracy, specjalistów elektryka i inżyniera ds. wentylacji. Decyzja zespołu przeprowadzającego klasyfikację zagrożenia wybuchem powinna być ujęta w formie dokumentu, który staje się podstawą doboru urządzeń elektrycznych i systemów ochronnych w sklasyfikowanych przestrzeniach.

Ocena ryzyka

W każdej sytuacji przed przystąpieniem do klasyfikacji przestrzeni zagrożonych wybuchem powinna być przeprowadzona ocena ryzyka.

Zasady oceny ryzyka

Zasady oceny ryzyka oparte są na wytycznych normy PN-EN 1127-1:2019-10P Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. Część 1: Pojęcia podstawowe i metodyka.

Zakres normy

W normie określono metody identyfikowania i oceny niebezpiecznych sytuacji prowadzących do wybuchu oraz projektowe i konstrukcyjne rozwiązania odpowiednie dla wymaganego bezpieczeństwa. Osiąga się je w wyniku oceny ryzyka i możliwości jego zmniejszenia.

Bezpieczeństwo urządzeń, systemów ochronnych i komponentów można osiągnąć na skutek usunięcia zagrożeń i/lub ograniczenie ryzyka, tj. za pomocą:

a) odpowiedniej konstrukcji (bez użycia zabezpieczeń);

b) stosowania zabezpieczeń;

c) informacji dotyczących użytkowania;

d) innych środków zapobiegawczych.

Środki przeciwwybuchowe zgodne z a) (zapobieganie) i b) (ochrona) rozpatrywane są w Rozdziale 6, opracowania i normy. Środki przeciwwybuchowe zgodne z c) rozpatrywane są w Rozdziale 7. normy. Środki zgodne z d) nie są wyszczególnione w normie. Znajdują się one w EN ISO 12100:2010, Rozdział 6.

Środki zapobiegawcze i zabezpieczające opisane w niniejszym dokumencie i w normie nie zapewnią wymaganego poziomu bezpieczeństwa dopóty, dopóki urządzenia, systemy ochronne i komponenty nie będą działać zgodnie z przeznaczeniem oraz nie będą zainstalowane i konserwowane zgodnie z przyjętymi zasadami praktyki lub wymaganiami.

W normie określono ogólne metody projektowania i konstruowania w celu pomocy projektantom i producentom w osiągnięciu bezpieczeństwa przeciwwybuchowego konstruowanych urządzeń, systemów ochronnych i komponentów.

Norma ma zastosowanie do wszelkich urządzeń, systemów ochronnych i komponentów przeznaczonych do użytku w atmosferach potencjalnie wybuchowych, w warunkach atmosferycznych. Atmosfery te mogą powstawać z przetwarzanych substancji palnych stosowanych lub uwalnianych z urządzeń, systemów ochronnych i komponentów lub z materiałów znajdujących się w sąsiedztwie urządzeń, systemów ochronnych i komponentów i/lub z materiałów konstrukcyjnych urządzeń, systemów ochronnych i komponentów.

Norma PN-EN 1127-1:2019-10P ma zastosowanie do urządzeń, systemów ochronnych i komponentów na wszystkich etapach ich użytkowania.

Norma ma zastosowanie jedynie do urządzeń grupy II, które są przeznaczone do użytku w miejscach innych niż podziemne części kopalń i te części naziemnych instalacji kopalń, które są narażone na obecność gazu kopalnianego i/lub pyłu palnego.

Norma nie ma zastosowania do:

1) urządzeń medycznych przeznaczonych do stosowania w środowisku medycznym;

2) urządzeń, systemów ochronnych i komponentów w miejscach, gdzie zagrożenie wybuchem wynika wyłącznie z obecności substancji wybuchowych lub substancji niestabilnych chemicznie;

3) urządzeń, systemów ochronnych i komponentów w miejscach, gdzie wybuch może nastąpić z powodu reakcji substancji z utleniaczami innymi niż tlen atmosferyczny lub z powodu innych niebezpiecznych reakcji, lub występowania warunków innych niż atmosferyczne;

4) urządzeń przeznaczonych do stosowania w warunkach domowych i niezawodowych, gdzie atmosfery potencjalnie wybuchowe mogą powstawać wyjątkowo, wyłącznie jako wynik przypadkowej nieszczelności instalacji gazowej;

5) środków ochrony indywidualnej uwzględnionych w rozporządzeniu (UE) 2016/425;

6) statków dalekomorskich i ruchomych jednostek przybrzeżnych, łącznie z urządzeniami na pokładzie takich statków lub jednostek;

7) środków transportu, tj. pojazdów i ich przyczep przeznaczonych wyłącznie do przewozu pasażerów drogą powietrzną lub siecią drogową, kolejową lub wodną, o ile takie środki transportu są przeznaczone do transportu towarów drogą powietrzną, publiczną siecią drogową lub kolejową lub drogą wodną; pojazdy przeznaczone do pracy w atmosferach potencjalnie wybuchowych nie powinny być wyłączone;

8) projektowania i konstruowania systemów zawierających zamierzony, kontrolowany proces spalania, dopóki nie mogą one działać jak źródła zapłonu w atmosferach potencjalnie wybuchowych.

Ocena ryzyka

W przypadku nieelektrycznych urządzeń, komponentów, systemów ochronnych, elementów i zestawów tych nieelektrycznych wyrobów, które mają własne potencjalne źródło zapłonu i są przeznaczone do użytku w atmosferach wybuchowych, ocena ryzyka powinna być przeprowadzona według EN ISO 80079-36:2016. W innych przypadkach ocena ryzyka powinna być przeprowadzona według EN ISO 12100:2010
i/lub EN 15198:2007, chyba że inne normy mogą być zidentyfikowane jako bardziej odpowiednie, uwzględniając następujące:

a) identyfikację zagrożenia wybuchem oraz określenie prawdopodobieństwa wystąpienia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej;

b) identyfikację zagrożenia zapłonem oraz określenie prawdopodobieństwa wystąpienia potencjalnych źródeł zapłonu;

c) szacowanie możliwych skutków wybuchu w przypadku zapłonu;

d) końcową ocenę ryzyka oraz czy został osiągnięty zamierzony poziom zabezpieczenia;

Zamierzony poziom zabezpieczenia, jest definiowany co najmniej przez wymagania prawne oraz, jeżeli to konieczne, dodatkowe wymagania określone przez użytkownika.

e) rozważenie środków zmniejszania ryzyka.

Należy stosować podejście całościowe, zwłaszcza w odniesieniu do złożonych urządzeń, systemów ochronnych i komponentów, instalacji składających się z niezależnych jednostek i przede wszystkim do rozległych instalacji:

Ocena ryzyka powinna uwzględniać zagrożenie zapłonem i wybuchem z uwagi na:

1) same urządzenia, systemy ochronne i komponenty;

2) wzajemne oddziaływanie między urządzeniami, systemami ochronnymi i komponentami oraz stosowanymi substancjami;

3) konkretny proces prowadzony w urządzeniach, systemach ochronnych komponentach;

4) otoczenie urządzeń, systemów ochronnych i komponentów oraz możliwe wzajemne oddziaływanie z sąsiadującymi procesami.

Ocena ryzyka powinna być przeprowadzona w odniesieniu do każdego procesu pracy lub procesu produkcyjnego oraz do każdego stanu funkcjonowania. Przed przystąpieniem do klasyfikacji przestrzeni do stref zagrożenia wybuchem powinny być podjęte działania zmierzające do minimalizacji ryzyka wybuchu.

Pomieszczenia i przestrzenie zewnętrzne określa się, jako zagrożone wybuchem, jeżeli może się w nich utworzyć mieszanina wybuchowa powstała z wydzielającej się takiej ilości gazów palnych, par, mgieł, aerozoli lub pyłów, których wybuch mógłby spowodować przyrost ciśnienia przekraczający 5 kPa. Podstawą uznania przestrzeni za potencjalnie zagrożoną wybuchem jest czas emisji i utrzymywania się czynników tworzących z powietrzem mieszaniny wybuchowe.

Przy klasyfikacji przestrzeni do odpowiedniej strefy zagrożenia wybuchem oraz przy doborze urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym bierze się pod uwagę właściwości fizykochemiczne czynników palnych występujących w danej przestrzeni, zwłaszcza granice wybuchowości, temperaturę zapłonu w przypadku cieczy, grupę wybuchowości i temperaturę samozapalenia, charakter procesu technologicznego, wentylację w klasyfikowanej przestrzeni, częstość występowania i przewidywany czas utrzymywania się mieszaniny wybuchowej.

W przestrzeniach zaliczonych do poszczególnych stref zagrożenia wybuchem mogą być instalowane tylko urządzenia i systemy ochronne odpowiadające wymaganiom określonym w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki, z dnia 8 lipca 2010 r. w odpowiednim wykonaniu przeciwwybuchowym, określonej grupy i kategorii, dostosowane do pracy w obecności mieszanin wybuchowych występujących w tych przestrzeniach i przeznaczone (atestowane) do przestrzeni zakwalifikowanych do poszczególnych stref zagrożenia wybuchem.

Identyfikacja zagrożeń wybuchem

Zagrożenie wybuchem jest na ogół związane z materiałami i substancjami przetwarzanymi, stosowanymi lub uwalnianymi przez urządzenia, systemy ochronne i komponenty oraz materiałami stosowanymi do budowy urządzeń, systemów ochronnych i komponentów. Niektóre z tych uwalnianych substancji mogą ulegać procesom spalania w powietrzu. Procesom tym często towarzyszy wytwarzanie znaczących ilości ciepła i mogą one być związane ze wzrostem ciśnienia oraz uwolnieniem materiałów niebezpiecznych. W odróżnieniu od pożaru, wybuch zasadniczo jest samopodtrzymującym rozprzestrzenianiem się strefy reakcji (płomienia) w niebezpiecznej atmosferze wybuchowej. To potencjalne zagrożenie związane z niebezpieczną atmosferą wybuchową ujawnia się w przypadku zapłonu przez efektywne źródło zapłonu.

W charakterystykach bezpieczeństwa opisano istotne dla bezpieczeństwa właściwości substancji palnych. Do identyfikacji zagrożenia wybuchem stosowane są właściwości materiałowe i charakterystyki bezpieczeństwa.

Należy mieć na uwadze fakt, że tego typu charakterystyki bezpieczeństwa nie są stałymi fizycznymi, ale zależą, na przykład, od technik użytych do ich pomiaru. Tak więc, podane tabelaryczne dane bezpieczeństwa w odniesieniu do pyłów są jedynie wskazówkami, ponieważ podane wartości zależą od rozmiaru i kształtu cząstek, zawartości wilgoci oraz obecności dodatków, nawet w śladowych ilościach. W przypadku szczególnych zastosowań zaleca się poddawanie badaniom próbek pyłu obecnego w urządzeniach i wykorzystanie uzyskanych danych do identyfikacji zagrożenia.

Właściwości palne

Ponieważ w tym kontekście potencjalne zagrożenie stwarza nie sam materiał, ale jego kontakt lub wymieszanie z powietrzem, powinny zostać oznaczone właściwości mieszaniny substancji palnej z powietrzem. Właściwości te informują o zachowaniu się substancji w trakcie spalania oraz o możliwości zapoczątkowania przez nią pożaru lub wybuchu. Związane z tym parametry to np.:

a) dolny punkt wybuchowości (patrz EN 15794), który w przypadku, gdy nie jest dostępny, może być zastąpiony temperaturą zapłonu (ze współczynnikiem bezpieczeństwa);

b) granice wybuchowości (DGW, GGW) (patrz EN 14034-3 i EN 1839); UWAGA Dolna granica wybuchowości (DGW) oraz górna granica wybuchowości (GGW) są w EN ISO/IEC 80079-20-1 nazywane dolną granicą palności (LFL) i górną granicą palności (UFL).

c) graniczne stężenie tlenu (GST) (patrz EN 14034-4 i EN 1839).

Przebieg wybuchu

Zachowanie atmosfery wybuchowej po wystąpieniu zapłonu powinno być charakteryzowane takimi parametrami jak:

a) maksymalne ciśnienie wybuchu (p_max) (patrz EN 14034-1, EN 14034-4 i EN 15967);

b) maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu ((dp /dt)_max) (patrz EN 14034-2, EN 14491 i EN 15967);

c) maksymalny doświadczalny bezpieczny prześwit (MESG) (patrz EN 60079-20-1).

Prawdopodobieństwo wystąpienia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej

Prawdopodobieństwo wystąpienia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej zależy od:

• obecności substancji palnej;
• stopnia rozproszenia substancji palnej (np. gazy, pary, mgły, pyły);
• stężenia substancji palnej w powietrzu, w zakresie granic wybuchowości;
• ilości atmosfery wybuchowej wystarczającej do spowodowania obrażeń lub zniszczeń w wyniku zapłonu.

W ocenie prawdopodobieństwa wystąpienia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej należy uwzględnić możliwość utworzenia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej w wyniku reakcji chemicznych, pirolizy i procesów biologicznych z zastosowanych materiałów.

Jeżeli nie jest możliwe oszacowanie prawdopodobieństwa wystąpienia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej, należy przyjąć założenie, że taka atmosfera występuje zawsze.

Obecność substancji palnej

Substancje palne należy traktować jako materiały, które mogą utworzyć niebezpieczną atmosferę wybuchową, chyba że badanie ich właściwości wykazało, że w mieszaninach z powietrzem nie są zdolne do samopodtrzymującego się rozprzestrzeniania wybuchu. W ocenie prawdopodobieństwa wystąpienia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej należy uwzględnić możliwość utworzenia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej w wyniku reakcji chemicznych, pirolizy i procesów biologicznych z zastosowanych materiałów.

Stopień rozproszenia substancji palnych

Ze względu na swą postać gazy, pary i mgły mają stopień rozproszenia wystarczający do wytworzenia niebezpiecznej atmosfery wybuchowej. W przypadku pyłów można założyć wystąpienie niebezpiecznej atmosfery wybuchowej, jeżeli występują frakcje cząstek o wielkościach równych 0,5 mm lub mniejszych.

UWAGA 1 Liczne mgły, aerozole i rodzaje pyłów występujące w praktyce mają cząstki o wielkościach między 0,001 mm a 0,1 mm.

UWAGA 2 Palne unoszące się cząstki, łącznie z włóknami (np. włókna bawełny, węglowe, juty), o jednym wymiarze większym niż 0,5 mm są rodzajem pyłu (grupa IIIA, patrz EN IEC 60079-0), który może z powietrzem tworzyć niebezpieczną atmosferę wybuchową.

Należy zwrócić uwagę na fakt, że wybuch może wystąpić w mieszaninach hybrydowych, mimo iż samodzielnie żadna z substancji palnych takiej mieszaniny nie jest w zakresie wybuchowości.

Stężenie substancji palnych

Wybuch jest możliwy, jeśli stężenie substancji palnej rozproszonej w powietrzu osiąga wartość minimalną (dolną granicę wybuchowości). Do wybuchu nie dojdzie, jeśli stężenie przekroczy wartość maksymalną (górną granicę wybuchowości).

UWAGA 3 Niektóre substancje niestabilne chemicznie, np. acetylen i tlenek etylenu, mogą ulegać reakcjom egzotermicznym nawet bez udziału tlenu, a ich górna granica wybuchowości wynosi 100%.

Granice wybuchowości zmieniają się ze zmianą ciśnienia i temperatury. Z reguły zakres stężenia między granicami wybuchowości zwiększa się ze wzrostem ciśnienia i temperatury. W przypadku mieszanin z tlenem górne granice wybuchowości są dużo wyższe niż dla mieszanin z powietrzem. Jeżeli temperatura powierzchni cieczy palnej jest wyższa niż dolny punkt wybuchowości, może powstać niebezpieczna atmosfera wybuchowa.

UWAGA 4 Mieszaniny hybrydowe np. aerozole i mgły mogą tworzyć mieszaninę wybuchową w temperaturze dużo niższej niż dolny punkt wybuchowości (LEP).

Granice wybuchowości w przypadku pyłów 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 powietrzu. W obecności nagromadzeń pyłu palnego zawsze należy liczyć się z możliwością tworzenia niebezpiecznych atmosfer wybuchowych.

Ilość niebezpiecznej atmosfery wybuchowej

Ocena, czy atmosfera wybuchowa jest obecna w niebezpiecznej ilości, zależy od możliwych skutków wybuchu.

Identyfikacja zagrożenia zapłonem

W pierwszej kolejności należy ustalić, które rodzaje źródeł zapłonu są możliwe i które są związane z urządzeniem (lub komponentem lub systemem ochronnym). Należy ocenić istotność wszystkich źródeł zapłonu, które mogłyby wejść w kontakt z niebezpieczną atmosferą wybuchową.

Zdolność zapłonowa źródeł zapłonu związanych ze wszystkimi urządzeniami powinna być następnie porównana z właściwościami zapłonowymi substancji palnych.

Ten krok powinien w efekcie dać pełną listę wszystkich potencjalnych źródeł zapłonu urządzenia, komponentu lub systemu ochronnego. Następnie należy oszacować prawdopodobieństwo wystąpienia efektywnych źródeł zapłonu, z uwzględnieniem możliwości ich pojawienia się np. w trakcie konserwacji i czyszczenia.

Właściwości zapłonowe

Należy ustalić właściwości zapłonowe niebezpiecznej atmosfery wybuchowej. Odpowiednimi parametrami są np.:

a) minimalna energia zapłonu (patrz EN ISO/IEC 80079-20-2);

b) minimalna temperatura zapłonu pyłowej atmosfery wybuchowej (patrz EN ISO/IEC 80079-20-2);

c) temperatura samozapłonu gazowej atmosfery wybuchowej (patrz EN ISO/IEC 80079-20-1).

Prawdopodobieństwo wystąpienia efektywnych źródeł zapłonu

Potencjalne źródła zapłonu powinny być w niżej podany sposób zaklasyfikowane ze względu na prawdopodobieństwo, że staną się efektywne:

a) źródła zapłonu, które mogą występować stale lub często;

b) źródła zapłonu, które mogą występować rzadko;

c) źródła zapłonu, które mogą występować bardzo rzadko.

W odniesieniu do stosowanych urządzeń, systemów ochronnych i komponentów klasyfikacja ta powinna być rozważana odpowiednio do:

d) źródeł zapłonu, które mogą występować podczas normalnego działania;

e) źródeł zapłonu, które mogą wystąpić jedynie w wyniku wadliwego działania;

f) źródeł zapłonu, które mogą wystąpić jedynie w wyniku rzadko występującego wadliwego działania.

UWAGA  Aby uczynić źródła zapłonu nieefektywnymi, można użyć środków zabezpieczających. Jeżeli prawdopodobieństwo występowania efektywnego źródła zapłonu nie może być oszacowane, należy przyjąć założenie, że źródło zapłonu występuje zawsze.

Szacowanie możliwych skutków wybuchu

W celu oszacowania możliwych skutków wybuchu należy rozważyć np.:

• fale ciśnienia;
• płomienie i gorące gazy;
• promieniowanie cieplne;
• rozrzut odłamków;
• niebezpieczne uwalnianie materiałów.
• Konsekwencje powyższych są zależne od:
• chemicznych i fizycznych właściwości substancji palnych;
• ilości niebezpiecznej atmosfery wybuchowej i sposobu jej ograniczenia;
• geometrii otoczenia z uwzględnieniem przeszkód;
• wytrzymałości obudowy i struktur podtrzymujących;
• środków ochrony indywidualnej stosowanych przez narażony na niebezpieczeństwo personel;
• właściwości fizycznych zagrożonych obiektów.

Informacja o skutkach wybuchu jest wymagana do oszacowania przez użytkownika spodziewanych obrażeń ludzi, zwierząt domowych lub uszkodzenia obiektów i wielkości zagrożonego miejsca. Odpowiednia informacja powinna stanowić część instrukcji użytkowania.

UWAGA Procedura ta może także służyć jako wytyczne dla użytkowników urządzeń, systemów ochronnych i komponentów podczas szacowania ryzyka wybuchu w miejscu pracy oraz doboru odpowiednich urządzeń, systemów ochronnych i komponentów.

Możliwe źródła zapłonu

Gorące powierzchnie

Zapłon może wystąpić, jeżeli dojdzie do kontaktu atmosfery wybuchowej z ogrzaną powierzchnią. Źródłem zapłonu może być nie tylko sama gorąca powierzchnia, lecz także warstwa pyłu lub palne ciało stałe zapalone w kontakcie z gorącą powierzchnią mogą stanowić źródło zapłonu atmosfery wybuchowej.

Zdolność ogrzanej powierzchni do spowodowania zapłonu zależy od rodzaju i stężenia poszczególnych substancji w mieszaninie z powietrzem. Zdolność ta zwiększa się ze wzrostem temperatury i pola powierzchni.

Ponadto, temperatura prowadząca do zapłonu zależy od rozmiaru i kształtu ogrzanego ciała, gradientu stężenia w pobliżu powierzchni, szybkości przepływu atmosfery wybuchowej wokół gorącej powierzchni oraz, w pewnym stopniu, również od materiału powierzchni. Przykładowo, atmosfera wybuchowa gazu lub pary wewnątrz stosunkowo dużych ogrzanych przestrzeni może ulec zapłonowi od powierzchni o niższej temperaturze, niż zmierzona zgodnie z EN ISO/IEC 80079-20-1 lub innymi równoważnymi metodami. Z drugiej strony, w przypadku ogrzanych ciał charakteryzujących się raczej wypukłościami niż wklęsłościami, do zapłonu konieczna jest wyższa temperatura powierzchni; minimalna temperatura, w której występuje zapłon wzrasta, na przykład, w przypadku kul albo rur wraz ze zmniejszaniem się ich średnicy. Kiedy atmosfera wybuchowa przepływa nad ogrzanymi powierzchniami, do zapłonu może być konieczna wyższa temperatura powierzchni, ze względu na krótki czasu kontaktu.

Jeżeli atmosfera wybuchowa pozostaje w kontakcie z gorącą powierzchnią przez względnie długi czas, mogą zachodzić reakcje wstępne, np. zimne płomienie, wskutek czego tworzą się łatwiej zapalne produkty rozkładu ułatwiające zapłon pierwotnych atmosfer.

Oprócz łatwo rozpoznawalnych gorących powierzchni, takich jak grzejniki, suszarki, wężownice grzewcze i inne, źródłem niebezpiecznej temperatury mogą być również procesy mechaniczne i obróbka mechaniczna. Procesy te obejmują również urządzenia, systemy ochronne i komponenty, które przemieniają energię mechaniczną w cieplną, tj. wszystkie rodzaje sprzęgieł ciernych i hamulców działających mechanicznie (np. w pojazdach i wirówkach). Ponadto, wszystkie części ruchome w łożyskach, przejściach wałów, dławnicach itd. mogą stawać się źródłami zapłonu, jeżeli nie są w wystarczającym stopniu smarowane. W przypadku ciasnego pasowania ruchomych części wnikanie ciał obcych lub przesunięcie osi również mogą powodować tarcie, które z kolei może prowadzić do wysokiej temperatury powierzchni, w niektórych przypadkach dość szybko.

Gorące powierzchnie mogą również wystąpić w wyniku pochłaniania ciepła z innych źródeł zapłonu, np. fal elektromagnetycznych oraz fal ultradźwiękowych. Powinno się również brać pod uwagę wzrost temperatury w wyniku reakcji chemicznych (np. ze smarami i środkami czyszczącymi).

Płomienie i gorące gazy (łącznie z gorącymi cząstkami)

Płomienie towarzyszą reakcjom spalania zwykle w temperaturze powyżej 1000°C. Gorące gazy są produktami reakcji, a w przypadku płomieni dymiących i/lub kopcących również powstają żarzące się cząstki stałe. Płomienie, ich gorące produkty reakcji lub inaczej, ogrzane do wysokiej temperatury gazy (bez spalania), mogą zapalić atmosferę wybuchową. Płomienie, nawet bardzo małe, są jednym z najbardziej efektywnych źródeł zapłonu.

Jeżeli atmosfera wybuchowa występuje zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz urządzenia, systemu ochronnego lub komponentu albo w sąsiednich częściach instalacji oraz jeżeli zapłon następuje w jednym z tych miejsc, płomień może rozprzestrzeniać się do innych miejsc przez otwory, takie jak kanały wentylacyjne. Zapobieganie rozprzestrzenianiu się płomienia wymaga specjalnie zaprojektowanych środków zabezpieczających (patrz 6.5 w nomie).

Krople stopionego metalu powstające podczas spawania lub cięcia są iskrami o bardzo dużej powierzchni i dlatego są jednymi z najbardziej efektywnych źródeł zapłonu. Informacje dotyczące środków zabezpieczających przed zagrożeniami zapłonem od płomieni i gorących gazów, patrz 6.4.3 w normie.

Uderzenia mechaniczne, tarcie i ścieranie

W wyniku tarcia, uderzenia lub procesów ścierania takich jak szlifowanie może następować oddzielenie od ciał stałych cząstek o wysokiej temperaturze i o energii równej energii użytej w procesie oddzielenia. Jeżeli cząstki te zawierają substancje zdolne do utleniania, na przykład żelazo lub stal, to mogą one ulegać procesowi utleniania, osiągając przy tym nawet wyższą temperaturę. Cząstki takie (iskry) mogą zapalać gazy palne oraz niektóre mieszaniny pyłowo-powietrzne (zwłaszcza mieszaniny pył metalu/powietrze). W nagromadzeniach pyłu iskry mogą spowodować tlenie, które może być źródłem zapłonu atmosfery wybuchowej.

Jako powód iskrzenia należy rozważyć wnikanie materiałów obcych, np. kamieni albo kawałków metalu, do urządzeń, systemów ochronnych i komponentów. Tarcie, nawet między podobnymi metalami żelaznymi i między określonymi materiałami ceramicznymi, może je miejscowo nagrzewać i wytwarzać iskry podobne do powstających w trakcie ścierania. Mogą one powodować zapłon atmosfer wybuchowych.

Gdy uderzenie, tarcie lub ścieranie odbywa się z udziałem stali nierdzewnej, gorące powierzchnie, które mogą stać się efektywnym źródłem zapłonu, powstaną w łatwy sposób. Duży nacisk w miejscu kontaktu podczas tarcia lub ścierania spowoduje dodatkowo rozrzut iskier.

Uderzenia w obecności rdzy i metali lekkich (np. aluminium i magnezu) oraz ich stopów mogą zapoczątkowywać reakcję termitową, która może powodować zapłon atmosfer wybuchowych.

Metale lekkie – tytan i cyrkon – mogą również w kontakcie z wystarczająco twardym materiałem, nawet w razie braku rdzy, pod wpływem uderzenia lub tarcia tworzyć iskry zapalające. Informacje dotyczące środków zabezpieczających przed zagrożeniami zapłonem od iskier wytwarzanych mechanicznie, patrz 6.4.4. w normie.

Urządzenia i komponenty elektryczne

W przypadku urządzeń i komponentów elektrycznych źródłami zapłonu mogą być iskry elektryczne i gorące powierzchnie. Iskry elektryczne i gorące powierzchnie mogą być wytwarzane, np.:

• podczas włączania i wyłączania obwodów elektrycznych;
• przez poluzowane połączenia;
• przez prądy błądzące;
• na skutek przeciążenia lub niewystarczającego chłodzenia;
• na skutek zwarć.

Wykazano jednoznacznie, że bardzo niskie napięcie (ELV np. poniżej 50 V) stosowane w celu ochrony osób przed porażeniem prądem nie jest środkiem zabezpieczenia przed wybuchem. Napięcie niższe niż wyżej wymienione może jednak wytworzyć energię wystarczającą do zapalenia atmosfery wybuchowej.

Prądy błądzące, katodowa ochrona przed korozją

Prądy błądzące mogą płynąć w systemach przewodów elektrycznych lub częściach systemów jako:

• prądy powrotne w systemach elektroenergetycznych – zwłaszcza w sąsiedztwie kolei elektrycznej i dużych systemów spawalniczych, – gdy na przykład, elektroprzewodzące części systemu, takie jak szyny i kable leżące pod ziemią, obniżają rezystancję tej drogi prądu powrotnego;
• wynik zwarcia albo doziemienia z powodu uszkodzeń instalacji elektrycznych;
• wynik indukcji magnetycznej (np. ze względu na sąsiedztwo instalacji elektrycznych o dużych prądach lub częstotliwościach radiowych, i
• wynik uderzenia pioruna.

Jeżeli części systemu zdolnego do przewodzenia prądów błądzących są rozłączane, łączone lub mostkowane, to nawet w razie niewielkich różnic potencjału atmosfera wybuchowa może ulec zapłonowi w wyniku iskier i/lub łuków elektrycznych. Ponadto, zapłon może również nastąpić z powodu nagrzania się dróg przepływu prądu.

W przypadku zastosowania katodowej ochrony 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.

Elektryczność statyczna

W określonych warunkach mogą wystąpić wyładowania elektryczności statycznej powodujące zapłon (patrz CLC/TR 60079-32-1). Rozładowanie naładowanych izolowanych części przewodzących, łatwo może prowadzić do wytworzenia iskier zapalających. W przypadku naładowanych elementów wykonanych z materiałów nieprzewodzących, które obejmują większość tworzyw sztucznych, ale również niektóre inne materiały, możliwe jest wystąpienie wyładowań snopiastych. W szczególnych przypadkach podczas szybkich procesów rozdziału (np. taśmy przesuwające się na wałkach, pasy napędowe lub przez połączenie materiałów przewodzących i nieprzewodzących) możliwe są również rozprzestrzeniające się wyładowania snopiaste. Mogą również występować wyładowania stożkowe od materiałów składowanych luzem oraz wyładowania z obłoku pyłu.

Iskry, rozprzestrzeniające się wyładowania snopiaste, wyładowania stożkowe i wyładowania z obłoku pyłu mogą w zależności od energii wyładowania zapalić wszystkie rodzaje atmosfer wybuchowych. Wyładowania snopiaste mogą zapalić niemal wszystkie atmosfery wybuchowe gazów i par. Zgodnie z obecnym stanem wiedzy można wykluczyć zapłon wybuchowych atmosfer pył/powietrze na skutek wyładowania snopiastego.

Wyładowania atmosferyczne

Jeżeli w atmosferze wybuchowej dojdzie do uderzenia pioruna, zawsze nastąpi jej zapłon. Co więcej, istnieje również możliwość zapłonu ze względu na wysoką temperaturę, jaką osiągają przewody odgromowe. Z miejsca uderzenia pioruna płyną duże prądy, które mogą tworzyć iskry w sąsiedztwie miejsca uderzenia. Nawet bez uderzenia pioruna burze mogą powodować indukowanie wysokich napięć w urządzeniach, systemach ochronnych i komponentach, co może prowadzić do zagrożenia zapłonem.

Fale elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej (RF) od 10⁴ Hz do 3 × 10¹¹ Hz

Fale elektromagnetyczne są emitowane przez wszystkie systemy generujące i 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 części przewodzące znajdujące się w polu promieniowania działają jak anteny odbiorcze. Jeżeli pole jest wystarczająco silne i jeżeli antena odbiorcza jest wystarczająco duża, części przewodzące mogą powoować 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 a anteną odbiorczą oraz od rozmiarów anteny odbiorczej dla wszystkich długości i wartości energii fal RF.

Fale elektromagnetyczne od 3 × 10¹¹Hz do 3 × 10¹⁵ Hz

Promieniowanie w tym zakresie widma może – zwłaszcza w przypadku skupienia – stać się źródłem zapłonu w wyniku pochłaniania przez atmosfery wybuchowe lub powierzchnie ciał stałych. Światło słoneczne, na przykład, może powodować zapłon, jeżeli przedmioty spowodują skupienie jego promieni (np. butelki działające jak soczewki, odbłyśniki skupiające). W określonych warunkach promieniowanie intensywnych źródeł światła (ciągłego albo błyskowego) jest tak intensywnie pochłaniane przez cząstki pyłu, że stają się one źródłami zapłonu atmosfer wybuchowych lub nagromadzeń pyłu.

W przypadku promieniowania laserowego (np. stosowanego w łączności, urządzeniach do pomiaru odległości, pomiarach geodezyjnych, dalmierzach optycznych), nawet przy dużych odległościach, energia lub gęstość mocy nawet niezogniskowanego promienia może być wystarczająca do spowodowania zapłonu. Również w tym przypadku proces rozgrzewania zachodzi głównie wtedy, gdy wiązka laserowa trafia na powierzchnię ciała stałego lub gdy jest absorbowana przez cząstki pyłu w atmosferze lub przez zanieczyszczone części przeźroczyste.

Należy zauważyć, że każde urządzenie, każdy system ochronny i komponent generujący promieniowanie (np. lampy, łuki elektryczne, lasery itd.) mogą same stanowić źródło zapłonu.

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie jonizujące generowane, na przykład, przez lampy rentgenowskie i substancje radioaktywne może zapalić atmosferę wybuchową (zwłaszcza atmosfery wybuchowe z cząstkami pyłu) w wyniku absorpcji energii. Ponadto, źródło radioaktywne samo może się rozgrzewać do temperatury przekraczającej minimalną temperaturę zapłonu otaczającej atmosfery wybuchowej w wyniku wewnętrznej absorpcji energii promieniowania.

Promieniowanie jonizujące może powodować rozkład chemiczny lub inne reakcje mogące prowadzić do powstania bardzo reaktywnych rodników lub związków niestabilnych chemicznie. Może to powodować zapłon.

UWAGA Takie promieniowanie, w wyniku wywoływania reakcji rozkładu, może również skutkować powstaniem atmosfery wybuchowej (np. mieszanina tlenu i wodoru w wyniku radiolizy wody).

Fale ultradźwiękowe

Podczas stosowania fal ultradźwiękowych znaczna część energii, jaką wytwarza przetwornik elektroakustyczny, jest absorbowana przez substancje stałe lub ciekłe. W wyniku absorpcji substancja wystawiana na działanie ultradźwięków rozgrzewa się tak, że w skrajnych przypadkach może nastąpić zapłon.

W atmosferach wybuchowych stojące lub rozprzestrzeniające się fale ultradźwiękowe mogą zapalić atmosferę wybuchową wtedy, gdy jakiś element pochłaniający przekształci energię akustyczną w zarzewie. Najbardziej krytycznym położeniem elementu absorbującego jest pierwsza strzałka fali stojącej (n ∙ λ/2) lub pierwsze maksimum ciśnienia akustycznego fali rozprzestrzeniającej się.

W cieczach zogniskowane ultradźwięki sprzężone z cieczą mogą spowodować zapłon atmosfery wybuchowej nad cieczą, jeżeli konkretny element pochłaniający umieszczony na powierzchni cieczy przekształci energię akustyczną w zarzewie. Zjawisko kawitacji, występujące np. w myjkach ultradźwiękowych, nie może wywołać zapłonu atmosfery wybuchowej nad cieczą.

Sprężanie adiabatyczne i fale uderzeniowe

W przypadku sprężania adiabatycznego lub prawie adiabatycznego i w przypadku fal uderzeniowych może występować tak wysoka temperatura, że atmosfery wybuchowe (i osiadły pył) mogą zostać zapalone. Przyrost temperatury zależy głównie od stosunku wartości ciśnień, a nie od ich różnicy.

UWAGA 1 W przewodach ciśnieniowych sprężarek 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 z prędkością większą niż prędkość dźwięku. Podczas uginania fal lub ich odbijania przez zagięcia rurociągu, przewężenia, połączenia kołnierzowe, zamknięte zawory itd. może powstawać bardzo wysoka temperatura.

UWAGA 2 Urządzenia, systemy ochronne i komponenty zawierające silnie utleniające gazy, np. czysty tlen, atmosfery gazowe o wysokim stężeniu tlenu lub gazy niestabilne chemicznie, mogą stawać się efektywnym źródłem zapłonu podczas sprężania adiabatycznego, wystąpienia fali uderzeniowej lub nawet zwykłego przepływu. Zapalić się mogą smary, uszczelnienia, a nawet materiały konstrukcyjne. Jeżeli prowadzi to do zniszczenia urządzeń, systemów ochronnych lub komponentów, ich części zapalą otaczającą atmosferę wybuchową.

Reakcje egzotermiczne, łącznie z samozapaleniem się pyłów

Reakcje egzotermiczne mogą być źródłem zapłonu, gdy szybkość wytwarzania ciepła będzie większa od szybkości odprowadzania ciepła do otoczenia. Wiele reakcji chemicznych jest reakcjami egzotermicznymi. Możliwość osiągnięcia wysokiej temperatury podczas reakcji zależy, między innymi, od stosunku objętość/powierzchnia układu reagującego, temperatury otoczenia i czasu reakcji. Ta wysoka temperatura może prowadzić do zapłonu atmosfer wybuchowych, jak również zapoczątkowania tlenia się i/lub palenia.

UWAGA 1 Materiały, które nie są zdolne do samopodtrzymującego się spalania lub tlenia w warstwach pyłu, mogą nadal być zdolne do spowodowania wybuchu pyłu, gdy zostaną rozproszone w powietrzu.

Do tych reakcji zalicza się reakcje substancji piroforycznych z powietrzem, metali alkalicznych z wodą, samozapalenie się pyłów palnych, samonagrzewanie się pasz, reakcje zapoczątkowane procesami biologicznymi, rozkład organicznych nadtlenków lub reakcje polimeryzacji.

UWAGA 2 Informacje dotyczące oznaczania skłonności pyłu do samozapalenia, patrz EN 15188.

Katalizatory również mogą wywoływać reakcje egzotermiczne (np. atmosfery wodór/powietrze w obecności platyny).

UWAGA 3 Niektóre reakcje chemiczne (np. piroliza i procesy biologiczne) mogą również prowadzić do tworzenia substancji palnych, które z kolei mogą tworzyć atmosfery wybuchowe z otaczającym powietrzem.

Gwałtowne reakcje kończące się zapłonem mogą występować w niektórych połączeniach materiałów konstrukcyjnych z substancjami chemicznymi (np. miedź z acetylenem, metale ciężkie z nadtlenkiem wodoru). Niektóre połączenia substancji, zwłaszcza gdy są dobrze rozdrobnione (np. aluminium/rdza albo cukier/chlorany), reagują gwałtownie w razie uderzenia lub tarcia.

UWAGA 4 Zagrożenia mogą też wynikać z reakcji chemicznych spowodowanych termiczną niestabilnością, wysokim ciepłem reakcji i/lub szybkim wyzwalaniem gazu. Te zagrożenia nie są rozważane w normie PN-EN 1127-1:2019-10P.

¹Od redakcji: zgodnie z wymaganiami Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 roku w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych lub terenów (Dz.U. nr 109/2010 poz. 719) za pomieszczenie (strefę zagrożoną wybuchem) uznaje się takie, w których spodziewany przyrost ciśnienia uzyskuje wartość nie mniejszą od 5 kPa. W pomieszczeniu lub przestrzeni należy wyznaczyć strefę zagrożenia wybuchem, jeżeli może w nim wystąpić mieszanina wybuchowa o objętości co najmniej 0,01 m³ w zwartej przestrzeni.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!