Dołącz do nas

Bezpieczeństwo

Z jak zagrożenie wybuchem


Aby doszło do wybuchu, muszą zaistnieć jednocześnie trzy czynniki: utleniający (powietrze, a ściśle – zawarty w nim tlen), palny (gaz, pył lub para cieczy o stężeniu zawartym pomiędzy dolną a górną granicą wybuchowości) oraz źródło zapłonu. W takiej sytuacji wybuch na pewno nastąpi, natomiast jego mechanizm będzie zależał od szeregu warunków. Wybuch chemiczny może mieć charakter homogeniczny (jednoczesny wybuch całej masy) lub heterogeniczny (przemieszczanie się strefy reakcji).

dr Aleksander Stukowski

W zależności od szybkości przemieszczania się tej strefy mamy do czynienia z deflagracją (szybkość do 100 m/sek.) lub detonacją (ponad 1000 m/sek.). Czy wybuch w fazie początkowej będzie miał charakter deflagracji czy detonacji, zależy od źródła zapłonu, w szczególności od jego energii. Różnice są tu bardzo znaczne, bo aby wywołać deflagrację, wystarczy energia około 10 4J, natomiast do bezpośredniego zainicjowania detonacji niezbędna jest energia około 106J.

Mechanizm wybuchu

Zapłon i dalsze spalanie mieszaniny palnego składnika z powietrzem jest możliwe w określonym zakresie stężeń obu tych składników. Zakres ten jest określony dolną (DGW) i górną (GGW) granicą wybuchowości. Wewnątrz tego zakresu znajduje się punkt odpowiadający stężeniu stechiometrycznemu mieszaniny, tj. odpowiadającemu teoretycznemu równaniu reakcji chemicznej całkowitego spalania. Ważna z punktu widzenia oceny zagrożenia wybuchem jest minimalna energia zapłonu (MEZ), czyli najmniejsza energia zdolna wywołać zapłon palnej mieszaniny w określonych warunkach. Jej wielkość zależy nie tylko od rodzaju palnego składnika, ale również od jego stężenia  – im bliżej granic wybuchowości, tym energia ta osiąga wyższą wartość.
Źródła zapłonu mogą być różne, a ich wspólną cechą jest zdolność do wytworzenia odpowiednio wysokiej temperatury. Dzielimy je na punktowe (iskry elektryczne, elektrostatyczne, mechaniczne), liniowe (wyładowania elektryczne snopiące, łuk elektryczny), powierzchniowe (gorące powierzchnie, materiały piroforyczne, fale uderzeniowe, promieniowanie świetlne i cieplne, iskry spawalnicze) i pojemnościowe (gorące gazy, reakcje chemiczne, otwarty ogień, sprężenie adiabatyczne).

Mechanizm wybuchów gazów i par cieczy palnych

Dla cieczy granice wybuchowości związane są z parowaniem. Ciśnienie pary nasyconej jest funkcją temperatury powierzchni cieczy. Jednocześnie ciśnienie pary wyznacza wartość jej stężenia w fazie gazowej nad cieczą, po osiągnięciu w układzie stanu równowagi. Zatem poniżej pewnej temperatury ciśnienie pary nad cieczą będzie zbyt niskie, aby jej stężenie osiągnęło dolną granicę wybuchowości. Temperatura ta – zdefiniowana jako dolna temperaturowa granica wybuchowości, jest na ogół równa temperaturze zapłonu, poniżej której ciecz nie stwarza zagrożenia wybuchowego. Jeśli natomiast stężenie pary nasyconej nad cieczą przekroczy górną granicę wybuchowości, jej mieszanina z powietrzem będzie zbyt bogata w składnik palny (a jednocześnie zbyt uboga w utleniacz), zatem będzie niewybuchowa.
Granice wybuchowości dla mgieł (aerozoli) zależą od wielkości cząstek cieczy. Nie ma tu prostej zależności, bo dla pewnych zakresów rozmiarów cząstek DGW może być niższa niż dla par tej cieczy.
Wartości granic wybuchowości dla gazów i par wyrażamy w % objętościowych.
bhpGranice wybuchowości odnoszą się do stężeń palnych substancji w powietrzu, ale w procesie spalania bierze udział tylko jeden jego składnik – tlen, którego zawartość w powietrzu wynosi w warunkach normalnych około 21%. Zmiana stężenia tlenu znacząco wpływa na zakres wybuchowości mieszaniny. Jeśli stężenie tlenu spadnie poniżej granicznego (GST), mieszanina staje się niewybuchowa. Zjawisko to wykorzystuje się w procesie inertyzacji, czyli zapobieganiu tworzenia się mieszaniny wybuchowej poprzez rozcieńczanie jej gazem obojętnym.
Do wybuchu niekoniecznie musi dojść w przestrzeni zamkniętej. Znane jest zjawisko określane jako vapour cloud explosion (VCE) – wybuch chmury oparów. Polega ono na tym, że w pierwszym etapie, wskutek awarii np. zbiornika magazynowego wydostaje się z niego palny gaz lub pary palnej cieczy, tworząc w powietrzu chmurę, będącą mieszaniną palnego składnika z powietrzem. Chmura osiąga duże rozmiary. Gdy stężenie palnego składnika wewnątrz chmury osiągnie wartość w granicach wybuchowości, a następnie dojdzie do zapłonu (jego przyczyny mogą być różne), nastąpi wybuch w postaci fali ciśnieniowej o znacznej sile niszczącej.

Warunkiem koniecznym do powstania wybuchu VCE jest opóźnienie zapłonu w stosunku do uwolnienia się ze zbiornika palnej substancji – chmura musi zdążyć się uformować. Wybuch VCE jest najbardziej prawdopodobny, gdy czas opóźnienia wynosi 1–5 minut. Jeśli zapłon nastąpi wcześniej, nie zdąży powstać mieszanina wybuchowa i uwolniona substancja po prostu ulegnie spaleniu. Najbardziej chyba znany jest wybuch VCE, zaistniały w 1974 r. w zakładzie NYPRO w Flixborough (Wielka Brytania), gdzie z instalacji kaprolaktamu uwolniło się w wyniku awarii około 30–40 ton cykloheksanu. Powstała chmura miała objętość ponad 400 tys. m3, długość 300 m i szerokość 130 m. Zapłon nastąpił po upływie około 1 minuty. W wyniku wybuchu zginęło 28 osób, a 89 zostało rannych. Całkowitemu zniszczeniu uległ zakład i 1821 domów zlokalizowanych w jego pobliżu.

Mechanizm wybuchu pyłu

DGW obłoku pyłu to jego najniższe stężenie w powietrzu, przy którym płomień może jeszcze przemieszczać się samoczynnie. Wartości granic wybuchowości dla pyłów wyrażamy w gramach na 1 m3 powietrza. DGW większości palnych pyłów wynosi od kilkunastu do kilkuset g/m3.
Pomiędzy wybuchem mieszanin gazowych a wybuchem palnych pyłów jest kilka różnic. W pierwszym przypadku wybuch ogranicza się do spalenia istniejącej mieszaniny, natomiast w drugim  – wybuchająca mieszanina pyłowo powietrzna uruchamia kolejne złoża pyłu zalegające na podłodze, konstrukcjach, maszynach itp., powstaje kolejna mieszanina, wybucha – i w ten sposób może ulec zniszczeniu cały duży obiekt. Może też wystąpić przypadek wybuchu pyłu w pomieszczeniu, w którym nie ma mieszaniny pyłowo powietrznej, jest natomiast pył zaległy na podłożu. Taka warstwa pyłu podlega utlenianiu, co prowadzi do wzrostu jej temperatury. Wzrost temperatury przyspiesza reakcję utleniania, a jej gazowe produkty mogą uwolnić się w drodze tzw. wyfuknięcia, czyli szybkiej reakcji niebędącej jeszcze wybuchem, ale wystarczającej do uniesienia pyłu z podłoża i utworzenia chmury. Jeśli stężenie pyłu w chmurze przekroczy DGW, może dojść do wybuchu. Własności wybuchowe pyłów zależą nie tylko od ich rodzaju, ale również od stopnia rozdrobnienia. Im pył jest drobniejszy, tym mniejsza energia jest potrzebna do jego zapłonu (drobny pył ma bardzo rozwiniętą powierzchnię ziaren, co sprzyja łatwiejszemu utlenianiu), ale nie jest to regułą. Na przykład ziarna skrobi, znajdujące się w roślinach, mają różne rozmiary – spośród najczęściej spotykanych najdrobniejsza jest skrobia ryżowa, najgrubsza ziemniaczana, a kukurydziana ma wymiary pośrednie. Jednak skrobia kukurydziana jest bardziej wybuchowa niż ryżowa, ponieważ zawiera tłuszcz.

Wybuch typu BLEVE

BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion – wybuch rozprężającej się pary wrzącej cieczy) jest zjawiskiem fizycznym. Jego mechanizm jest następujący. W dużym zamkniętym zbiorniku znajduje się ciecz, ulegająca podgrzaniu wskutek działania czynnika zewnętrznego, np. pożaru. Jednocześnie wzrasta ciśnienie wewnątrz zbiornika. Jeśli temperatura cieczy przekroczy jej temperaturę wrzenia pod ciśnieniem atmosferycznym (ciecz w zbiorniku w tych warunkach nie wrze, gdyż ciśnienie w nim jest wyższe od atmosferycznego), a następnie ulegnie zniszczeniu zbiornik (wskutek pożaru lub przekroczenia wytrzymałości jego ścian), uwolniona ciecz znajdzie się pod ciśnieniem atmosferycznym i ulegnie wrzeniu tak gwałtownemu, że powstanie fala uderzeniowa o dużej sile niszczącej. Zjawisko ma zatem charakter czysto fizyczny, a ciecz wcale nie musi być palna. Jeśli jednak jest palna, powstająca chmura może ulec zapłonowi, wskutek działania siły wyporu może unieść się w górę i przybrać kształt kulisty. Zjawisko to określa się jako fireball (kula ognista). Niszczące działanie kuli ognistej wynika przede wszystkim z emitowanej przez nią energii cieplnej. Przykładem takiej katastrofy jest zdarzenie zaistniałe w 1984 r. w Mexico City. W magazynie LPG nastąpił wyciek, powstała chmura uległa zapłonowi, który spowodował serię wybuchów, w tym również typu BLEVE. W ich wyniku śmierć poniosło około 500 osób, 7 tys. zostało rannych, a ponad 200 tys. ewakuowano. Zniszczeniu uległa instalacja składająca się z kilkudziesięciu zbiorników oraz zabudowania na przyległym terenie.

Skutki wybuchu

Nadciśnienie spowodowane wybuchem powoduje obrażenia u ludzi i uszkodzenia obiektów. Zależność rozmiarów tych skutków od wielkości nadciśnienia przedstawiono w tabeli.

Skutki dla konstrukcji budowlanych

Nadciśnienie [bar]

Budynki praktycznie całkowicie zniszczone 0,7
Ciężkie uszkodzenia budynków 0,35
Uszkodzenia do usunięcia 0,10
Znaczne zniszczenie powierzchni szklanych 0,05
10% zniszczenia powierzchni szklanych 0,02

Skutki dla ludności

Nadciśnienie [bar]

100% ofiar śmiertelnych od 5 do 8
50% ofiar śmiertelnych od 3,5 do 5
Graniczna wartość wystąpienia ofiar śmiertelnych od 2 do 3
Znaczne uszkodzenia płuc od 1,33 do 2
50% zniszczenia błony bębenkowej ucha od 2 do 2,33 (powyżej 20 roku życia)
50% zniszczenia błony bębenkowej ucha od 1 do 1.33 (poniżej 20 roku życia)

Jak widać z powyższych danych, organizm ludzki jest bardziej odporny na działanie podmuchu niż konstrukcje budowlane. Stosunkowo niewielu ludzi ginie wskutek bezpośredniego działania nadciśnienia. Większość ginie wskutek oparzeń, uderzenia miotanymi odłamkami oraz gwałtownego przemieszczenia ciała i uderzenia o przeszkody. Do tego dochodzą zatrucia toksycznymi produktami spalania.

Literatura
M. Borysiewicz, B. Kucnerowicz Polak: Zagrożenia pożarowe i wybuchowe, CIOP, Warszawa 1998.
R. Porowski, E. Ziębaczewski: Wybuchy chemiczne gazów i par cieczy palnych, „Przegląd Pożarniczy”, nr 7, 2005.
T. Ostrowski: Wybuchy pyłów w przemyśle, IW CRZZ, Warszawa 1980.
S. Nowak: Przestrzenie zagrożone wybuchem, cz. I, „Magazyn Ex”, nr 1, 2006. R. Porowski, E. Ziębaczewski: Ogniste kule śmierci, „Przegląd Pożarniczy”, nr 1, 2006.

dr Aleksander Stukowski

stały współpracownik redakcji

Artykuł został opublikowany w miesięczniku Atest 12/2011

W tym wydaniu m.in.:

- Opinia o pracowniku a problem naruszenia dóbr osobistych
- Urządzenia techniczne
- Wypadek przy obsłudze wiertarki
- Nowe normy dla maszyn spożywczych
- Gwarancje dla urzędników państwowych

Zobacz pełny spis treści

DZIĘKUJEMY ŻE JESTEŚ Z NAMI!

Zainteresował Cię ten artykuł?
Podziel się nim ze znajomymi !


Bezpieczeństwo

5,9 wypadków na 100 osób. Amazon zastąpi pracowników autonomicznymi robotami


Jak podaje branżowy raport „Primed for Pain” opracowany przez Strategic Organizing Center, wskaźnik poważnych obrażeń wśród pracowników Amazon (2020 r.) był o blisko 80 proc. wyższy niż wszystkich pozostałych pracodawców w branży magazynowej. Ponad 27 tys. zatrudnionych przez Amazon pracowników wymagało na skutek wypadku opieki medycznej wykraczającej poza udzielenie pierwszej pomocy lub nie było w stanie kontynuować pracy. (więcej…)


Kontynuuj

Bezpieczeństwo

Zagrożenia związane z pyłami palnymi


Amerykańska Chemical Safety Board (CSB) zebrała dane o 105 wybuchach pyłu zaistniałych w latach 2006-2017, które zostały następnie podzielone na kilka typów branż. Wykres CSB pokazuje, że wybuchy palnych pyłów występują w wielu branżach i operacjach. (więcej…)


Kontynuuj

Bezpieczeństwo

Środki i Technologie Ochrony Indywidualnej? W pandemii technologia wkracza do BHP.


Pandemia doprowadziła do rozproszenia pracy. Obok najpopularniejszego tzw. home office, funkcjonuje grupa pracowników fizycznych, którzy ze względu na obostrzenia sanitarne swoją pracę wykonują w pojedynkę, bez odpowiedniego nadzoru (samotny pracownik, ang. lone worker). Stwarza to dodatkowe problemy z zapewnieniem im bezpieczeństwa czy reagowania w sytuacjach awaryjnych. (więcej…)


Kontynuuj

Bezpieczeństwo

108,9 mln USD kary za wybuch w zakładzie firmy ConAgra Foods


W dniu 9 czerwca 2009 roku eksplozja gazu ziemnego zniszczyła zakład przetwórstwa mięsnego Slim Jim firmy ConAgra Foods. W wyniku wypadku zginęły 4 osoby, a 71 trafiło do szpitali. Do środowiska wyciekło ponad 8 ton szkodliwego amoniaku. W rezultacie firma ConAgra została obarczona 70% winy i zobligowana do wypłaty odszkodowań, których wartość wyniosła 108,9 mln USD. Zakład nigdy nie został odbudowany. (więcej…)


Kontynuuj

akcja partnerska

Wyższy poziom bezpieczeństwa w wymagającym środowisku produkcyjnym


Dzięki radarowemu systemowi LBK firma Leuze rozszerza ofertę rozwiązań bezpieczeństwa dla swoich klientów. System bezpieczeństwa 3D niezawodnie monitoruje strefy zagrożenia - nawet w warunkach występowania iskier i oparów spawalniczych, zanieczyszczeń oraz zapylenia.

Bezpieczeństwo operacyjne posiada najwyższy priorytet w środowiskach przemysłowych. Firma Leuze zapewnia obecnie klientom nowe możliwości w tym zakresie, w postaci radarowego systemu bezpieczeństwa LBK - pierwszego na świecie rozwiązania 3D do użytku w środowiskach produkcyjnych narażonych na wpływ zanieczyszczeń, iskier spawalniczych, wiórów/trocin, zadymienia, wilgoci lub oparów. Opracowany przez włoskiego producenta Inxpect S.p.A. i dystrybuowany przez Leuze system LBK zabezpiecza strefy zagrożenia w pobliżu maszyn i instalacji - nawet w trudnych warunkach procesowych.
- Dużą zaletą radarowego systemu bezpieczeństwa LBK jest jego odporność na wpływ środowiska produkcyjnego, przy jednoczesnym zachowaniu bardzo dużej czułości i niezawodnym wykrywaniu ruchu - mówi Jörg Packeiser, Marketing Safety w Leuze. - Warto również podkreślić, że technologia radarowa LBK monitoruje przestrzeń trójwymiarową, a nie tylko dwuwymiarową powierzchnię.

Radarowy system bezpieczeństwa LBK umożliwia niezawodne trójwymiarowe monitorowanie stref ochronnych w wymagających środowiskach produkcyjnych

Radarowy system bezpieczeństwa LBK umożliwia niezawodne trójwymiarowe monitorowanie stref ochronnych w wymagających środowiskach produkcyjnych

Czujniki rejestrują każdy ruch

System radarowy LBK reaguje na ruch i generuje sygnał przełączający, gdy tylko operator wkroczy na obszar monitorowany. W ten sposób firma Leuze chroni zarówno pracowników, jak i procesy technologiczne. Dzieje się tak, ponieważ rozwiązanie 3D przerywa procesy produkcyjne tylko wtedy, gdy ktoś faktycznie znajduje się w strefie zagrożenia. W ten sposób system unika niepotrzebnych przestojów i jednocześnie zwiększa dyspozycyjność maszyny lub instalacji. Po opuszczeniu przez personel strefy niebezpiecznej, maszyny mogą ponownie się uruchomić. Zastosowana technologia radarowa niezawodnie rozróżnia ludzi i obiekty statyczne, ponieważ bezbłędnie wykrywa nawet nieruchome osoby znajdujące się w chronionym obszarze. Obiekty statyczne, takie jak palety lub pojemniki z materiałami, można bez problemu pozostawić w strefie ochronnej, ponieważ nie powoduje to zakłócenia działania systemu.

System LBK bezbłędnie rozróżnia obiekty statyczne i dynamiczne

System LBK bezbłędnie rozróżnia obiekty statyczne i dynamiczne

Łatwa instalacja, elastyczność użytkowania

Radar bezpieczeństwa LBK jest wykorzystywany przede wszystkim do blokady restartu maszyn oraz do monitorowania obszarów ukrytych. Użytkownicy mogą dostosować go do swoich indywidualnych wymagań, określając liczbę i położenie czujników, zakres działania oraz kąt otwarcia dla wąskiej i szerokiej strefy ochronnej. System wykorzystuje również technologię radaru 3D do monitorowania obszarów na stopniach lub cokołach oraz znajdujących się za niemetalicznymi zasłonami. W celu zabezpieczenia większych obszarów można za pomocą kontrolera połączyć ze sobą do sześciu czujników radarowych.
W ten sposób system oferuje maksymalny obszar monitorowania o wymiarach 15 x 4 m. Poszczególne czujniki można łączyć w grupy, które w razie potrzeby można wyłączyć, umożliwiając w ten sposób dostosowanie systemu do wymagań dynamicznych procesów produkcyjnych. Kolejną zaletą radaru bezpieczeństwa LBK jest proste w obsłudze oprogramowanie konfiguracyjne, umożliwiające użytkownikom bezproblemowe zdefiniowanie parametrów systemu. Na życzenie klienta certyfikowani eksperci ds. bezpieczeństwa firmy Leuze mogą przeprowadzić konfigurację i uruchomienie systemu.

Więcej informacji o systemie można uzyskać na stronie leuze.com lub wysyłając wiadomość na adres Info.PL@leuze.com

DZIĘKUJEMY ŻE JESTEŚ Z NAMI!

Zainteresował Cię ten artykuł?
Podziel się nim ze znajomymi !


Kontynuuj

Bezpieczeństwo

Przygotuj organizację na nowy standard ISO 45003


Międzynarodowy standard zdrowia i bezpieczeństwa psychologicznego w miejscu pracy (ISO 45003) ma zostać opublikowany już w lipcu 2021 roku. Zagrożenia psychospołeczne zyskają więc należne miejsce w regulacjach, mając realny wpływ na pracowników, a przez to i na funkcjonowanie organizacji. (więcej…)


Kontynuuj

Popularne