Ing. Stanislav Cáb
Specialista analýzy rizik – VVUÚ, a.s.
cabs@vvuu.cz
 / +420 596 252 179

1 Úvod

Článek má za cíl seznámit čtenáře s problematikou výbušnosti práškových materiálů v technologických provozech. Článek obsahuje výčet průmyslových odvětví, spojených s rizikem výbuchu hořlavého prachu, seznámení s požadavky současné legislativy, základními metodami protivýbuchové prevence a způsoby ochrany před účinky výbuchu prachu.

2 Výbušnost hořlavých prachů

Nebezpečí výbuchu hořlavého prachu je spojeno s celou řadou průmyslových procesů, souvisejících s výrobou, či zpracováváním hořlavých pevných látek jako je uhlí, dřevo, plasty, obiloviny, ale i práškové kovy jako je hliník, zinek, či titan. Hořlavý prach může být v těchto procesech přítomen jako surovina, meziprodukt výroby, nebo jako odpad. K tvorbě výbušné směsi prachu se vzduchem může docházet při mletí, drcení, prosévání a dopravě hořlavých pevných látek, v systémech odsávání prachu od technologických zařízení, nebo při nanášení práškových nátěrových hmot.

3 Předpoklady pro vznik výbuchu

Pro vznik výbuchu je třeba, aby byly současně a na jednom místě splněny tři níže uvedené podmínky, jež jsou vyznačeny v tzv. výbuchovém trojúhelníku (viz obrázek č. 1):

  1. přítomnost hořlavé látky v koncentračních mezích výbušnosti,
  2. přítomnost oxidačního prostředku (např. vzdušného kyslíku) v dostatečném množství pro průběh výbuchového děje,
  3. přítomnost účinného iniciačního zdroje.

Výbuchový trojúhelník
Obrázek 1: Výbuchový trojúhelník

4 Přehled průmyslových odvětví, spojených s rizikem výbuchu hořlavého prachu

Energetický průmysl

V elektrárnách a teplárnách, ve kterých se jako palivo využívá hnědé a černé uhlí, v současné době také stále více ve směsi s biomasou, jsou výbuchem ohroženy zejména technologické celky mletí a pneumatické dopravy paliva do kotlů. Tvorbu výbušné atmosféry můžeme očekávat také v místech přesypů pásové dopravy uhlí a zásobníků, kde v důsledku vzájemného otěru kusového uhlí dochází k tvorbě prachových podílů. Nebezpečí vzniká však i v okolí těchto technologických celků v důsledku usazování jemného prachu na zařízení a na stavebních konstrukcích. Uhelný prach pro svůj vodivostní charakter představuje také značné riziko požáru od elektrických zařízení. Obecně lze říci, že z pohledu výbušnosti je nejrizikovější uhlí hnědé, které v porovnání s uhlím černým a antracitem dosahuje nižších hodnot spodní meze výbušnosti a vyšších hodnot výbuchových parametrů, jako je maximální výbuchový tlak a maximální rychlost nárůstu tlaku.

Zemědělský a potravinářský průmysl

Výbuchem jsou ohroženy zejména technologické celky skladování obilnin a výroby krmných směsí. Výbušná atmosféra se může vytvářet ve vnitřním prostoru skladovacích sil při jejich plnění, v prostorech pro výsyp obilovin do vaků nebo přepravních vozů, dále v zařízeních pro dopravu obilovin (korečkové a řetězové elevátory, apod.). U technologie výroby krmných směsí jsou riziková šrotovací a míchací zařízení. V potravinářském průmyslu je nebezpečí výbuchu spojeno zejména s výrobou mouky, škrobu, cukru, sušeného mléka, dále s výrobou čaje, koření nebo tabákových výrobků.

Dřevozpracující průmysl, kovoobrábění

Při zpracování dřeva vzniká dřevný prach, jenž může ve směsi se vzduchem tvořit výbušnou směs. Nebezpečí výbuchu představují nejčastěji systémy odsávání prachu od dřevozpracujících strojů, jako jsou cyklónové odlučovače a filtry. Nebezpečné jsou však i prachy kovů jako hliník, zinek a titan, vznikající při jejich broušení, frézování, nebo soustružení.

Textilní průmysl

Nebezpečí zde představuje zejména zvířený textilní prach, prach z nylonových vláken, jenž může být přítomen v systémech odsávání prachu nebo se může usazovat v okolí výrobní technologie a na stavebních konstrukcích.

Nanášení práškových nátěrových hmot

Při nanášení práškových barev v ručních, či automatických stříkacích kabinách je nebezpečí výbuchu tvořeno přestřiky práškové barvy. Výbušná prachovzduchová atmosféra se vyskytuje také v cyklónových odlučovačích a filtrech systémů rekuperace práškové barvy.

Zpracování odpadů

Nebezpečí je zde představováno zejména prachem dřeva, papíru a plastických hmot v procesech recyklace odpadů. Tříděný komunální odpad je v současné době také využíván k výrobě tuhých alternativních paliv, která jsou určena k energetickému využití ve spalovnách. Proces výroby tuhých alternativních paliv je často spojen s přítomností nebezpečných koncentrací hořlavých prachů, zejména při drcení a mletí odpadů.

5 Požadavky právních předpisů a norem

V červnu 2004 bylo v České republice přijato v Nařízení vlády č. 406/2004 Sb., o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu, je již harmonizováno se směrnicemi Evropské unie. Nosným předpisem je směrnice Evropského parlamentu a rady 89/391/EHS o zavádění opatření pro zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců při práci. Pro oblast ochrany před výbuchem je zpracována samostatná směrnice 1999/92/EHS o minimálních požadavcích na zlepšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců vystavených riziku výbušných prostředí (nazývaná též ATEX 137).

Směrnice 94/9/EC zařízení a ochranné systémy do prostředí s nebezpečím výbuchu (označovaná též jako ATEX 100) byla implementována do nařízení vlády č. 116/2016 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na zařízení a ochranné systémy určené pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu [1].

Dle § 6 odst. 1 nařízení vlády č. 406/2004 Sb. musí provozovatelé pro provozy, ve kterých se vyskytují výbušné látky, vypracovat (buď sami, nebo si nechat zpracovat) „Dokumentaci o ochraně před výbuchem“. Tato dokumentace má sloužit především jako návod pro přijetí technických a organizačních opatření k zajištění ochrany před výbuchem.

Vypracovaná dokumentace o ochraně před výbuchem by měla obsahovat minimálně:

  • provedení identifikace nebezpečí a posouzení rizika výbuchu (provedení analýzy rizik),
  • provedení klasifikace prostorů s nebezpečím výbuchu do příslušných zón (jednotlivé zóny pro prostory s nebezpečím výbuchu hořlavého prachu jsou uvedeny v tabulce 1),
  • určení prostorů a zařízení, u kterých budou uplatňovány požadavky přílohy č. 2 nařízení vlády č. 406/2004 Sb. (jedná se o zařízení a ochranné systémy určené pro prostory s nebezpečím výbuchu, na které se vztahují požadavky nařízení vlády č. 116/2016 Sb.),
  • přijetí preventivních ochranných opatření (technických a organizačních) pro zvýšení bezpečnosti a ochrany zdraví zaměstnanců vystavených riziku výbuchu.

Při změnách technologie, které mají vliv na zajištění bezpečnosti, musí být dokumentace o ochraně před výbuchem aktualizována [2].

Tabulka 1: Definice jednotlivých zón prostorů s nebezpečím výbuchu hořlavého prachu dle ČSN EN 60079-10-2 [3]

6 Základní metody ochrany proti výbuchu

Pokud není možno vyloučit vznik výbušné atmosféry směsi prachu se vzduchem v zařízení (např. inertizací procesu), či eliminovat veškeré možné iniciační zdroje výbuchu, které jsou blíže popsány v ČSN EN 1127-1 ed.2, je nutno hledat řešení, jak zařízení chránit po konstrukční stránce.

Jednou z možností je navržení zařízení na tlakovou odolnost, která odolá výbuchovému tlaku, aniž by došlo k jejímu porušení. Takové nádoby můžeme rozdělit na dvě skupiny, a to nádoby, jež odolají výbuchovému tlaku a ty, které odolají výbuchovému rázu. Toto rozdělení vychází z požadavku, zda jsou na nádobě po výbuchu přípustné trvalé deformace.

V případě, že zařízení není konstruováno jako nádoba odolná výbuchovému tlaku nebo rázu, musí být přistoupeno k řešení ochrany systémy na odlehčení nebo potlačení výbuchu. Těmito systémy je možno snížit maximální výbuchový tlak na tzv. redukovaný výbuchový tlak, který nezpůsobí poškození zařízení.

Odlehčení výbuchu

Odlehčení výbuchu spočívá v tom, že při překročení povolené hodnoty přetlaku ve vnitřním prostoru chráněného zařízení vlivem navýšení tlaku v důsledku výbuchu, dochází ke krátkodobému nebo trvalému otevření pojistného zařízení, a tím k odlehčení výbuchového tlaku. Existuje několik druhů zařízení na odlehčení výbuchu, z nichž nejrozšířenější jsou odlehčovací membrány a odlehčovací klapky.

Při odlehčení výbuchu dojde k výšlehu plamene a uvolnění tlaku do okolí zařízení. Z tohoto důvodu musí být prvky na odlehčení výbuchu instalovány tak, aby nedošlo v případě výbuchu k ohrožení osob, majetku, popř. okolních zařízení.

Potlačení výbuchu

Systém pro potlačení výbuchu je hasicí technikou, která zabraňuje dosažení maximálních výbuchových tlaků pomocí velmi rychlého vnesení hasícího prostředku do chráněného zařízení.

Detekce výbuchu a vnesení hasiva probíhá řádově v milisekundách, výbuch je tedy potlačen již v časné fázi svého vzniku.

Základními prvky systému pro potlačení výbuchu jsou detektory, lahve s hasivem (nejčastěji jsou používány hasicí prášky), rozprašovací zařízení a řídící ústředna.

Zabránění přenosu výbuchu

Systémy pro zabránění přenosu výbuchu se používají jako opatření proti šíření výbuchu z jednoho zařízení do druhého. Pro zabránění přenosu výbuchu se používají jak mechanická zařízení (např. rotační podavače, ventily), tak automatická zařízení (např. rychlouzavírací šoupátka nebo hasicí bariéry).

Hasicí bariéry pracují na stejném principu jako systémy pro potlačení výbuchu. Slouží pro zabránění přenosu plamene při výbuchu přes propojovací potrubí do navazujících zařízení. Hasicí jednotka musí být umístěna v dostatečné vzdálenosti od detektoru ve směru výbuchu tak, aby zajistila spolehlivé uhašení čela plamene. Hasicí bariéry však nejsou schopny zamezit šíření tlakové vlny výbuchu.

Principem rychlouzavíracích prvků je uzavření průřezu potrubí a tím zabránění šíření výbuchu do následujících zařízení. U rychle uzavíracího prvku dochází k zabránění šíření jak plamene, tak tlakové vlny [4].

7 Závěr

Havárie spojené s výbuchy hořlavého prachu nejsou tak časté jako výbuchy hořlavých plynů a par hořlavých kapalin, i tak však nelze nebezpečí výbuchu hořlavého prachu v průmyslových provozech v žádném případě podceňovat. Pokud není možno vyloučit vznik výbušné atmosféry směsi prachu se vzduchem v zařízení (např. inertizací procesu), či eliminovat veškeré účinné iniciační zdroje výbuchu, je nutno přistoupit k zajištění technických opatření – instalaci zařízení pro minimalizaci účinků výbuchu (systémy potlačení nebo uvolnění výbuchu) a zařízení pro zabránění přenosu výbuchu.

Přijetí technických opatření však pro zajištění dostatečné úrovně bezpečnosti není postačující. Musí být přijata také organizační opatření, jako např. označení prostorů s nebezpečím výbuchu, zajištění systému povolování prací v prostředí s nebezpečím výbuchu, či provádět pravidelná školení zaměstnanců. Školení musí být zajištěno pro všechny zaměstnance pracující v prostoru s nebezpečím výbuchu a v dostatečné periodicitě. Za dodržování povinností na úseku bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, resp. v prostorech s nebezpečím výbuchu jsou odpovědni zaměstnanci na všech stupních řízení.

Použitá literatura

[1] Nařízení vlády č. 116/2016 Sb., o posuzování shody zařízení a ochranných systémů určených k použití v prostředí s nebezpečím výbuchu při jejich dodávání na trh.
[2] Nařízení vlády č. 406/2004 Sb. o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu v platném znění.
[3] ČSN EN 60079-10-2 – Výbušné atmosféry – Část 10-2: Určování nebezpečných prostorů – Výbušné atmosféry s hořlavým prachem
[4] ČSN EN 1127-1 ed. 2 – Výbušná prostředí – Prevence a ochrana proti výbuchu – Část 1: Základní koncepce a metodika

ZANECHAT KOMENTÁŘ

Zadejte svůj komentář!
Zde prosím zadejte své jméno