Alternatywne podejście do oceny ryzyka wybuchu – pyły

485

Typowa ocena ryzyka wybuchu, sporządzona w oparciu o procedurę wyznaczania wartości liczbowej ryzyka R, bierze pod uwagę możliwy skutek wybuchu S (tabela 2). Szacowanie wartości S oparte jest na opisowej definicji skali możliwych skutków zdarzenia (katastroficzne, poważne, drobne, pomijalne) oraz na charakterystyce następstw (ofiary śmiertelne…, ciężkie urazy pracowników…, lekkie obrażenia pracowników…, nieznaczne obrażenia pracowników…). Alternatywnie stosowane jest także podejście do określenia skutków S na podstawie szacowania skali możliwych finansowych strat.

produkcja

Jak jednak przewidzieć, i na podstawie jakich kryteriów, kiedy może dojść do skutków katastroficznych? I co to pojęcie w gruncie rzeczy oznacza? Przyjęcie określonej wartości straty finansowej ma tak samo subiektywny charakter i zależy od indywidualnej oceny sytuacji. Straty rzędu 1 mln zł, spowodowane wybuchem, w zakładzie o wartości produkcji rzędu 100 mln zł raczej nie są katastroficzne, ale dla firmy o przerobie 10 mln zł już (raczej) będą. Ponadto pojęcie strat finansowych nie uwzględnia ryzyka zagrożenia zdrowia i życia pracowników. A przecież jest to wartość nadrzędna.

Z podobnymi problemami mamy do czynienia w przypadku podejścia opierającego się na definicji częstości zdarzenia (tabela 4). Wykorzystuje ono matrycę ryzyka podaną w tabeli 3. Podejście to nie wnosi jednak nic nowego w zakresie precyzji wyznaczania ryzyka na podstawie subiektywnej oceny sytuacji.

II. Wpływ czynników procesowych na ocenę ryzyka wybuchu

W stosowanej obecnie metodologii oceny ryzyka wybuchu wprowadzono mało precyzyjne pojęcie prawdopodobieństwa [1] i trudne do ilościowego oszacowania pojęcie częstotliwości występowania potencjalnego źródła zapłonu [2]. Niewątpliwie częstość występowania efektywnych źródeł zapłonu jest bardzo istotna, a nawet kluczowa. Ale czy jest to jedyne istotne zagrożenie, które należy brać pod uwagę? I jak odnieść definicję częstości wystąpienia efektywnych źródeł zapłonu (tabela 1: występuje bardzo często, może występować często czy mało prawdopodobne, ale może wystąpić w okresie użytkowania) do realnych sytuacji, z którymi mamy do czynienia w przemyśle? W praktyce według naszej oceny należałoby także brać pod uwagę stosowane substancje sypkie (własności fizyko-chemiczne pyłów). A szczególnie wartość minimalnej energii zapłonu MEZ. Im wyższa jest wartość MEZ, tym lista potencjalnych źródeł zapłonu (w sensie realnego zagrożenia) maleje. Na przykład dla pyłów węgla kamiennego, dla którego MIE > 1000 mJ, zagrożenie spowodowane typowymi iskrowymi i snopiastymi wyładowaniami elektrostatycznymi nie jest brane pod uwagę. Podobnie będzie w przypadku, omawianej wcześniej, sadzy. Ale już w przypadku pyłów węgla brunatnego sytuacja jest zdecydowanie inna.

Nawet jednak gdy wartość MIE pyłu jest (stosunkowo) niska, co oznacza, że liczba potencjalnych źródeł zapłonu może rosnąć, to nie znaczy, że w aparacie musi dojść do wybuchu.

Czynnikiem determinującym jest także rodzaj prowadzonej operacji jednostkowej, typ i konstrukcja aparatu, jego objętość robocza oraz kształt. Szczególnie istotna jest konstrukcja aparatu, a w praktyce jego smukłość (stosunek średnicy do wysokości). Wiadomo przecież, że w przypadku smukłych aparatów (silosów, zbiorników, podajników kubełkowych) zagrożenie zapłonem spowodowane tarciem i ładowaniem się elektrostatycznym opadających cząstek (o siebie i o ścianę aparatu) prowadzi do istotnego nagromadzenia się na ich powierzchni elektryczności statycznej. Rośnie także zagrożenie iskrą mechaniczną wskutek obecności ewentualnych zanieczyszczeń (kamienie, drobne elementy metalowe, np. rdza) w podawanym z dużej wysokości lub na dużą wysokość materiale. To pierwsze dotyczy szczególnie sytuacji zasypywania pustego silosu/zbiornika podczas uruchomienia instalacji po okresowym przeglądzie, remoncie czy awarii.

Nawet gdy określimy, które źródła zapłonu mogą być obecne (np. zbyt wysoka temperatura powierzchni aparatu), to jak wyznaczyć wiarygodnie częstotliwość występowania tego potencjalnie efektywnego źródła zapłonu? Zbyt wysoka temperatura powierzchni aparatu może oczywiście wynikać z warunków prowadzenia procesu. W takiej sytuacji konieczna jest analiza stosowanej technologii i wykorzystywanych aparatów w celu eliminacji (ograniczenia) wpływu tego czynnika.

Zbyt wysoka temperatura powierzchni jest możliwa i szczególnie niebezpieczna w stanie awaryjnym – np. zatarcie łożyska. Tylko jak oszacować, jak często może do tego zdarzenia dojść? A ponadto ocena ryzyka wybuchu zajmuje się warunkami normalnej pracy (zatrzymanie, praca, rozruch), a nie stanami awaryjnymi… Jak w praktyce odciąć się od typowych i znanych stanów awaryjnych w ocenie sytuacji? Są one przecież w sposób naturalny związane z produkcją. Tylko jak to uwzględnić w ocenie sytuacji? Skąd mamy wiedzieć, kiedy może dojść do przegrzania elementu aparatu (np. z powodu niezadziałania czujnika [termopary])? A iskry mechaniczne – jak możemy ilościowo określić zagrożenie w podajniku kubełkowym z powodu uszkodzenia łożyska wałka (stan awaryjny) i w konsekwencji przesunięcia taśmy transportującej materiał sypki w kubełkach oraz jej tarcie o ścianę aparatu prowadzące do bardzo niebezpiecznego iskrzenia?

Istotny jest także typ stosowanych operacji jednostkowych oraz charakter przepływu materiałów. Na przykład transport mechaniczny (z wyłączeniem podajników kubełkowych) typowo zapewnia warunki laminarnego przemieszczania materiałów sypkich i zawartych w nich pyłów. Zagrożenia, wynikające z konstrukcji i zasady działania podajnika, są więc w takim przypadku ograniczone. Natomiast szereg innych operacji jednostkowych przebiega w aparatach, w których z racji konstrukcji i zasady działania mamy do czynienia z ruchem burzliwym materiału sypkiego i tym bardziej zawartych w nim pyłów, jak np. podajniki kubełkowe, filtry, silosy, cyklony. Ruch burzliwy materiałów, często konieczny z powodów procesowych, na ogół powoduje zwiększenie zagrożeń i tym samym ryzyka.

Dostępne normy zwykle nie biorą pod uwagę możliwej obecności mieszanin hybrydowych (mieszanina palnych pyłów oraz gazów i/lub par cieczy palnych). Wiedza techniczna i naukowa o wynikających z tego zagrożeniach jest ograniczona, mimo że zapłon i wybuch mieszaniny hybrydowej może prowadzić do bardzo poważnych konsekwencji. Rozporządzenie [1] i raport [2] nie biorą pod uwagę tego, realnego w wielu sytuacjach procesowych, zagrożenia zupełnie. W normie dotyczącej wyznaczania stref zagrożenia wybuchem dla gazów i par cieczy [4], jak i w normie dotyczącej wyznaczania stref zagrożenia wybuchem dla pyłów [5] zagadnieniu temu jest poświęcona tylko jedna strona bardzo ogólnego opisu.

Mimo zasygnalizowanych problemów w wielu praktycznych sytuacjach procesowych stosunkowo łatwo jest określić, które czynniki mogą powodować realne zagrożenie zapłonem, i tym samym można próbować je wyeliminować lub istotnie ograniczyć. Dotyczy to zaleceń technicznych ograniczających zagrożenia procesowe prowadzące do zapłonu. Gdy jednak podjęte środki techniczne nie zapewniają dostatecznego ograniczenia poziomu zagrożeń, to należy podjąć decyzję o zastosowaniu konstruktywnych technik zabezpieczania aparatów procesowych przed skutkami wybuchu. Tylko takie rozwiązanie pozwala nam uniezależnić się od problemów podanych wyżej.

III. „Bezpieczna” pojemność robocza aparatu

Kolejnym bardzo istotnym czynnikiem jest pojęcie „bezpiecznej” objętości roboczej aparatu. Czy objętość robocza równa np. 1 m3 stwarza realne zagrożenie i powoduje poważne konsekwencje w przypadku wybuchu, czy jeszcze nie? Zarówno wiedza naukowa, jak i praktyka przemysłowa są w tym zakresie ograniczone. Tak więc od jakiej objętości roboczej aparatu należy brać pod uwagę realne zagrożenie wynikające z zapłonu i wybuchu? Nie bardzo wiadomo.

Na przykład norma NFPA 652 [3] rekomenduje ochronę aparatu procesowego już nawet dla objętości roboczej 0,2 m3, uznając, że w tych warunkach spalanie deflagracyjne (spalanie rozprzestrzeniające się z prędkością poddźwiękową) może prowadzić do poważnego zagrożenia. Ale czy to oznacza, że już przy tak małych objętościach roboczych należy zabezpieczać aparaty przed skutkami wybuchu? Z naszych doświadczeń wynika, że taka szacunkowa objętość robocza powinna wynosić więcej. I zależy to od szeregu omówionych wcześniej czynników. Związana jest z tym na przykład smukłość aparatu. Stosunkowo łatwiejsze do ochrony przed skutkami wybuchu są aparaty o zbliżonej wartości wysokości L do średnicy D (aparaty o smukłości ok. 1). Zagrożenia rosną wraz ze wzrostem stosunku L/D i oczywiście z wzrostem objętości roboczej.

W praktyce należałoby więc brać pod uwagę, podczas oceny ryzyka wybuchu, szereg istotnych technicznych czynników, a nie tylko potencjalne źródła zapłonu, by oszacowany poziom ryzyka R był realny.