На деревообробних підприємствах випадки вибухів раніше були рідкими. Переважно причиною нещасних випадків були пожежі. Проте нині 30% реєстрованих на виробництві вибухів припадають на деревообробні підприємства. За статистичними даними найчастішими місцями вибуху э бункери і збірники, пиловловлювачі, пневматичний транспорт і механічні транспортери.
Відходи деревини не тільки займисті, але й можуть утворювати в суміші з повітрям вибухонебезпечне середовище. Деревні відходи з розмірами окремих часток вже менш 1,0 мм вважаються здатними створювати вибухонебезпечну атмосферу, хоча практика свідчить, що справді небезпечні лише ті частки, розміри яких менше 0,1 мм.
На деревообробних заводах використовуються також технологічні процеси, у яких можуть утворюватися небезпечні суміші газів і випарів з повітрям, теж створюючи вибухонебезпечні середовища.
Роботодавці зобов’язані запровадити технічні й організаційні заходи, які:
• попереджають утворення вибухонебезпечних середовищ;
• а там, де це неможливо (специфіка технологічного процесу),
• запобігати загорянню існуючих вибухонебезпечних середовищ і
• мінімізувати можливі наслідки вибуху,
• насамперед, з метою охорони життя і здоров'я працівників, а також майна.
Щоб правильно оцінити ситуацію на деревообробному підприємстві щодо існування вибухонебезпечних середовищ, варто провести «ОЦІНКУ РИЗИКУ ВИБУХУ». Слід взяти до уваги, щонайменше, такі фактори:
• імовірність утворення і збереження вибухонебезпечних середовищ;
• імовірність присутності ефективних джерел загоряння в місцях утворення і збереження вибухонебезпечних середовищ;
• масштаб очікуваних наслідків вибуху;
• приміщення і місця, які прилягають чи можуть з’єднуватися через отвори з зонами, де можливе виникнення і збереження вибухонебезпечних середовищ, повинні бути враховані при оцінці ризику вибуху;
• на тих робочих місцях, де вибухонебезпечні середовища можуть утворюватися в кількості, що створює загрозу для життя і здоров'я працівників, під час присутності людей варто забезпечити належний нагляд, визначений проведеною оцінкою ризику (шляхом застосування відповідних технічних засобів).
Роботодавець повинен вести документацію, назвемо її «ДОКУМЕНТАЦІЄЮ ВИБУХОЗАХИСТУ», яка повинна містити, щонайменше:
• визначення й оцінку вибухонебезпечності;
• опис застосовуваних захисних засобів;
• класифікацію місць заводу за зонами небезпеки;
• перелік місць на заводі, до яких ставляться мінімальні вимоги з підвищення безпеки й охорони здоров'я під час роботи у вибухонебезпечних умовах;
• атестати і сертифікати обладнання, машин і систем;
• підтвердження, щодо гарантій безпечної експлуатації цього обладнання, машин і систем.
Документацію вибухозахисту слід скласти до початку роботи й актуалізовувати її систематично, у випадках змін в організації праці, технічному оснащенні, модернізації тощо. Ця документація може становити частину загальної документації щодо усіх видів небезпек, які існують на підприємстві.
Місця, у яких можливе виникнення вибухонебезпечного середовища, діляться на НЕБЕЗПЕЧНІ ЗОНИ:
зони вибухонебезпечних середовищ, створюваних сумішами газів, випарів і туманів з повітрям
зона 0 – вибухонебезпечне середовище існує постійно, зберігається довгий час чи виникає досить часто;
зона 1 – вибухонебезпечне середовище виникає періодично;
зона 2 – вибухонебезпечна атмосфера відсутня при нормальній роботі, якщо виникає, то на короткий час;
зони вибухонебезпечних середовищ, створюваних сумішшю тумана займистого пороху з повітрям
зона 20 – вибухонебезпечне середовище присутнє постійно (часто), довгий час;
зона 21 – вибухонебезпечне середовище виникає періодично під час звичайної роботи;
зона 22 – вибухонебезпечне середовище не очікується під час звичайної роботи, якщо виникає, то на короткий час.
Мають бути детально визначені вимоги до обладнання і технічного оснащення робочих місць, критерії підбору обладнання по групах і категоріях допущення до роботи в різних зонах небезпеки, організаційні заходи, які повинен вжити роботодавець, а також засоби вибухозахисту.
Деревообробне підприємство, яке систематично прибирається, із правильною організацією зберігання відходів, не має проблем з підтримуванням належної якості повітря на робочих місцях. ГДК (гранично допустима концентрація) на такому підприємстві не перевищує норми. А оскільки ГДК складають 2-4 мг пороху в 1 м3 повітря під час небезпечної ситуації, отже, середовище на робочих місцях деревообробного підприємства значно (приблизно 10000-разово) нижче від нижньої межі вибуховості для деревних матеріалів (нижня межа вибуховості становить в середньому 30 г пороху в 1 м3 повітря). Тож з повною впевненістю можна констатувати, що більшість приміщень деревообробного підприємства не належить до вибухонебезпечних зон.
Вибухонебезпечні середовища
Спочатку наведемо кілька визначень основних термінів.
Вибухонебезпечне середовище – це середовище, у якому залежно від місцевих і експлуатаційних (технологічних) умов може виникнути вибухонебезпечна атмосфера – тобто суміш займистих речовин у вигляді газів, пари, туманів чи пороху з повітрям в атмосферних умовах, у яких після загоряння процес горіння поширюється на всю суміш, яка ще не згоріла.
Вибух – це поширення полум'я в первинній суміші займистих газів чи завислого в повітрі пилу, у замкнутому чи практично замкнутому об’ємі; це бурхлива реакція окиснення чи розкладання, яка викликає зростання температури і (чи) зростання тиску.
Дефлаграція – це вибух, який поширюється з дозвуковою швидкістю.
Детонація – вибух, який поширюється з надзвуковою швидкістю і супроводжується ударною хвилею.
А тепер подивимося, у яких місцях деревообробного підприємства можуть з'явитися вибухонебезпечні середовища?
До них належать:
• внутрішні порожнини верстатів, з яких не видаляється порох, особливо працюючих з високою продуктивністю ( широкострічкові шліфувальні верстати, обробні центри, багатоголовкові верстати, млини – працюючі без витяжної інсталяції);
• витяжна система з її усмоктувальними і напірними трубопроводами, пороховловлювачі різних типів, пневматичний і механічний транспорт;
• бункери і збірники деревних відходів;
• фарбувальні цехи з приміщеннями для сушіння виробів, особливо без витяжних і вентиляційних систем тощо.
Зупинимося докладніше на деяких з цих вибухонебезпечних місць.
Витяжна система (видаляє порох, стружку) повсюдно застосовується на підприємствах деревообробної галузі і є одним з місць, де можуть виникнути вибухонебезпечні середовища. В окремих її елементах під час нормальної експлуатації завжди присутні хмари займистого пороху деревини чи деревних матеріалів. Через технологічну специфіку цих систем не може бути задоволена основна вимога, якою є запобігання утворення саме таких вибухонебезпечних середовищ. Виходячи з того, що концентрації у вибухонебезпечній атмосфері суміші деревного пороху з повітрям лежать у межах значень 30 г/м3 (НМВ – нижня межа вибуховості) і 500 г/м3 (ВМВ – верхня межа вибуховості), визначимо, до яких зон вибухонебезпечності можна віднести елементи витяжної системи.
Зона 20 – це зона, у якій при нормальних робочих умовах вибухонебезпечне середовище присутнє постійно, тривалий час чи з'являється часто – усередині пороховловлювачів (фільтрів), всередині збірників (бункерів), у яких накопичуються деревні відходи, тому що саме там найчастіше існує хмара займистого пороху в повітрі з концентрацією, яка лежить у межах вибуховості (30-500 г/м3).
Зона 21 – це зона, у якій при звичайній роботі обладнання вибухонебезпечна атмосфера з'являється періодично – головним чином у трубопроводах пневмотранспорту, які переміщують значні маси відходів. Це трубопроводи, які з'єднують евакуаційні пристрої пороховловлювачів з порохозбірниками, а також трубопроводи, які з'єднують деякі високопродуктивні верстати з мережею витяжних трубопроводів, наприклад: рубальні машини і млини, які переробляють сухі відходи, що дають багато пороху, обробні центри чи високоспеціалізовані верстати в процесах з великими відходами оброблюваного матеріалу іноді внутрішні порожнини деяких верстатів тощо.
Зона 22 – це зона, у якій вибухонебезпечне середовище не очікується під час нормальної роботи обладнання, а, якщо виникає, то ненадовго. До такої зони зараховуються всі інші трубопроводи витяжної системи, канали повернення повітря, очищеного в пороховловлювачі, внутрішні порожнини машин (особливо тих, що не очищуються). До цієї зони можна віднести і безпосереднє оточення пороховловлювачів, порохозбірників, деяких вентиляторів та інших технологічних пристроїв (кусковловлювачі, циклони, контейнери фірм, що скуповують відходи, тощо).
Фарбувальні цехи. Тут вибухонебезпечну суміш утворюють з повітрям, як правило, гази, пари і тумани, які виділяються під час фарбування, а також і лакофарбовий порох. Тобто маємо справу з гібридними сумішами. Фарбувальні приміщення, їхнє технічне оснащення (кабіни для фарбування, вентилятори, фарбувальні лінії, сушильні камери) і місця складування, оточення цих приміщень зі складами фарб, лаків і розчинників також віднесені до небезпечних зон (нагадаємо, це зони, позначені 0, 1 і 2). У кожному випадку їх треба визначати індивідуально, беручи до уваги технологію фарбування (повітряне, гідродинамічне розпилення, валкове нанесення), вид і кількість лакофарбового матеріалу, продуктивність, види застосовуваних технічних засобів (кабіни сухі чи мокрі, вентилятори усередині чи зовні, батареї фільтрів з активованим вугіллям) тощо. На практиці фарбувальні приміщення переважно пожежонебезпечні, ніж вибухонебезпечні, але це не значить, що для них не слід проводити «оцінку ризику вибуху».
На деревообробному підприємстві можуть бути й інші вибухонебезпечні приміщення, пов'язані з застосовуваною технологією, наприклад, ділянка хімічного оброблення деревини.
Індивідуально розроблена «Документація вибухозахисту» повинна однозначно встановити всі небезпечні середовища і визначити категорії машин і обладнання, які працюють у цих приміщеннях.
Групи і категорії захисних пристроїв і систем обладнання, призначених для застосування у вибухонебезпечних середовищах, поділяються на такі види:
• група I (із двома категоріями M1 і M2) стосується гірничодобувних підприємств (де небезпеку становить метан і вугільний порох);
• група II (із трьома категоріями 1, 2 і 3 - D чи G) охоплює всі інші випадки виникнення вибухонебезпечних середовищ. Буква D в позначці вказує на порохові зони (20, 21, 22), а буква G – на газові (0, 1, 2).
~
Рекомендується застосовувати захисні пристрої і системи:
• Для зони 0 - категорії 1G
• Для зони 1 - категорії 1G чи 2G
• Для зони 2 - категорії 1G чи 2G чи 3G
• Для зони 20 - категорії 1D
• Для зони 21 - категорії 1D чи 2D
• Для зони 22 - категорії 1D чи 2D чи 3D
Категорія 1 охоплює пристрої, що забезпечують дуже високий рівень захисту, навіть при рідких аваріях. У випадку ушкодження одного із засобів безпеки, другий, незалежний засіб, забезпечить необхідний рівень безпеки.
Категорія 2 охоплює пристрої, що забезпечують високий рівень захисту, навіть при частих несправностях чи ушкодженнях обладнання.
Категорія 3 охоплює пристрої, що забезпечують нормальний рівень захисту при звичайному режимі роботи обладнання.
ВИБУХ може мати місце тільки тоді, коли одночасно виникне вибухонебезпечна атмосфера і виділиться відповідно велика порція енергії від ефективного джерела загоряння. Якщо через особливості технологічні у деяких місцях деревообробного заводу неможливо уникнути вибухонебезпечних середовищ, слід усунути існуючі ефективні джерела загоряння. Тільки тоді можна уникнути вибуху. З-посеред усіх потенційних джерел загоряння слід зарахувати до ефективних тільки ті, котрі здатні запалити вибухонебезпечне середовище.
Займиста здатність джерела загоряння має бути завжди співвіднесена зі здатністю загоряння займистої речовини (пороху деревини і деревних матеріалів, випару лаків і фарб тощо). Імовірність появи ефективного джерела загоряння повинна оцінюватися не тільки для нормальних умов експлуатації обладнання, але й для випадків технічного догляду й очищення, а також несправностей. Ефективні джерела загоряння кваліфікуються за ймовірністю їхнього існування (присутні постійно чи часто, з'являються рідко чи лише у виняткових випадках).
Якщо імовірність їх появи неможливо оцінити, слід вважати, що джерело загоряння присутнє завжди. Розрізняють 13 ефективних джерел загоряння:
• гарячі поверхні;
• полум'я і горючі гази (у тому числі горючі частинки);
• механічне іскроутворення;
• електрообладнання;
• блукаючі струми і катодний захист від корозії;
• статична електрика;
• удар блискавки;
• електромагнітні хвилі від 104 Гц до 3x1012 Гц;
• електромагнітні хвилі від 3x1011 Гц до 3x1015 Гц;
• іонізуюче випромінювання;
• ультразвуки;
• адіабатичний стиск і ударні хвилі;
• екзотермічні реакції, включаючи самозапалювання пороху.
Навіть швидкий аналіз (обмежимося, наприклад, тільки пороховловлювачем) приводить до висновку, що більшість перерахованих джерел загоряння пов'язана з місцем встановлення пороховловлювача, і лише частина їх пов'язана із конструкцією пороховловлювача.
Отже, роботодавець (інвестор) повинен одержати всю необхідну інформацію, пов'язану з планованим установленням пороховловлювача, щоб вірогідно визначити ймовірність появи джерел загоряння.
Близкість залізничної лінії з електротягою, автозаправної станції з катодним захистом сталевих конструкцій від корозії, трансформаторних підстанцій тощо можуть призвести до виникнення блукаючих струмів, здатних створювати в межах елементів пороховловлювача навіть невеликі різниці потенціалів, які викликають загоряння вибухонебезпечного середовища.
Неправильно встановлена система блискавкозахисту може стати причиною виникнення сильних струмів та іскроутворення в момент удару блискавки . Навіть грози без ударів блискавки можуть індукувати високу напругу в елементах пороховловлювача.
Повсюдна наявність у місцевості багатьох антен, які генерують електромагнітні хвилі вищевказаних частот, може стати причиною того, що при неправильному розміщенні пороховловлювача всі його електропровідні частини, що перебувають в цих полях, будуть діяти як приймальні антени. Якщо ці поля достатньо сильні, а антени достатньо великі, виникаюча при цьому порція енергії може стати джерелом загоряння вибухонебезпечного середовища.
Близкість до запланованого місця встановлення пороховловлювача процесів, які супроводжуються високою температурою, присутність полум'я і горючих газів, технологій з використанням ультразвуків, що іонізують випромінювання, лазерних технологій, що фокусують сонячне та інше світло, тощо. можуть впливати на пороховловлювач і викликати загоряння в ньому вибухонебезпечного середовища.
Усунення ефективних джерел загоряння, пов'язаних з розташуванням і встановленням пороховловлювача, покладається на роботодавця (інвестора). Розглянемо, які ефективні джерела загоряння можуть з'явитися в конструкції пороховловлювача – на конкретному прикладі пульсаційного пороховловлювача з механічним прийомом відходів.
Нагрівання поверхонь усередині пороховловлювача через наявність в ньому механічних пристроїв. До них варто віднести обертові елементи вивантажувачів, які труться, елементи скребкових вивантажувачів, шнекових конвеєрів чи коміркових дозаторів, недостатньо змазані вузли підшипників з елементами ущільнень, муфти і гальма.
Механічне іскроутворення – при терті, ударі. Іскри можуть з'явитися унаслідок потрапляння усередину пороховловлювача сторонніх матеріалів (каменів, обрізки металу тощо). Удари чи тертя в присутності іржі, легких металів та їх сплавів можуть викликати загоряння вибухонебезпечного середовища.
Електрообладнання пороховловлювача може стати причиною іскроутворення при вмиканні та вимиканні, якщо ослаблені електричні з'єднання. Застосування низьких напруг для захисту від ураження також не є вибухозахистом.
Статична електрика, яка накопичується усередині пороховловлювача, може спричинити загоряння. Розряд заряджених, хоч і ізольованих електропровідних частинок чи заряджених елементів, виготовлених з неелектропровідних матеріалів, може призвести до іскроутворення.
Ударні хвилі, які виникають у результаті різкого розширення (пульсаційний метод регенерації фільтрів) повітря, викликають повітряні потоки в місцях з нижчим тиском зі швидкостями, які перевищують швидкість звуку: вони можуть стати причиною появи високих температур у місцях клапанів, звужень, з'єднань, прогинів і відгинів.
Усунення ефективних джерел загоряння, пов'язаних з конструкцією пороховловлювача, покладається на його виробника.
Роботодавець повинен створити для свого підприємства концепцію забезпечення вибухобезпеки для кожного індивідуального випадку. Планування і застосування заходів із запобігання вибуху і захисту від вибуху вимагає ґрунтовних знань і досвіду, тому потрібно користатися порадами експертів, які об'єктивно проаналізують нормальну роботу обладнання (в тому числі пуск і зупинку), можливі технічні несправності і неправильну експлуатацію.
Потрібно керуватися такими основними принципами:
Уникати вибухонебезпечних середовищ, але якщо на деревообробному підприємстві існують вибухонебезпечні середовища, які неможливо усунути з технологічних міркувань, слід уникати ефективних джерел загоряння – ідентифікувати всі можливі джерела загоряння, вжити необхідні заходи для їх усунення чи мінімізації імовірності їхнього виникнення.
Слід визначити наслідки вибуху (раптове поширення полум'я, емісія сильного теплового випромінювання, утворенням ударної хвилі, розкид уламків тощо) залежно від кількості вибухонебезпечного середовища, хімічних і фізичних властивостей горючих речовин, геометрії оточення, міцності корпусів і опор, фізичних властивостей об'єктів, виду засобів особистого захисту, персоналом.
Очікувані травми людей і ушкодження об'єктів, можуть оцінюватися тільки індивідуально для кожного окремого випадку.
Застосування конструктивних засобів захисту обмежує наслідки вибуху до допустимих меж, прийнятих на підставі проведеної оцінки ризику. Усунення чи мінімізація ризику можуть здійснюватися шляхом дотримання одного з наведених вище принципів чи їх комбінацій. Якщо визнано факт імовірності вибуху, слід застосовувати таке обладнання та технології, які зменшують наслідки вибуху. Технічні засоби досягнення цієї мети розглянемо на прикладі пороховловлювача.
Найефективнішим є використання пороховловлювача, спроектованого як вибухостійке обладнання. Якщо його внутрішня частина розділена на секції, варто врахувати той факт, що при вибуху в одній секції початковий тиск в інших секціях підвищується і виникаючі в них наступні вибухи досягають вищих пікових значень, ніж очікувані.
Розрізняють два види обладнання: стійке до тиску вибуху (повинно витримати очікуваний тиск вибуху без деформацій), і стійке до удару тиску вибуху (повинно витримати очікуваний тиск вибуху, але може бути деформовано).
Широко застосовуваним у пороховловлювачах засобом, що зменшує наслідки вибуху, є розвантаження вибуху, завдяки якому вивільняється суміш палаючих газів і газів згоряння для зниження тиску вибуху. Розвантаження вибуху досягається застосуванням видувних панелей, пластин безпеки, мембран, убудованих у декомпресійні отвори. Запобіжні клапани не підходять для цієї мети. Залежно від форми і розмірів корпуса пороховловлювача (який у цьому випадку трактується як оболонка) передбачається відповідна площа декомпресійних отворів. Сумарна площа цих отворів залежить, крім того, від міцності самого корпуса пороховловлювача, інтенсивності вибуху, яка залежить від виду пороху, параметрів застосованих панелей, пластин чи мембран. Якщо передбачено канали для відводу палаючих газів і газів згоряння, то їхні розміри і форма теж впливають на величину площі розвантажувальних отворів. Рекомендується забезпечити скидання тиску найкоротшим, прямим шляхом у безпечне місце з призначеною захисною зоною. Скидання тиску не повинно здійснюватися в робочі приміщення. Потрібно враховувати силу віддачі, яка діє на конструкцію пороховловлювача в результаті скидання тиску.
Придушення вибуху є черговим технічним засобом, який використовується для обмеження наслідків вибуху. Системи придушення вибуху запобігають досягненню під час вибуху максимальних тисків шляхом швидкого упорскування пожежогасильних засобів у простір пороховловлювача, де розвивається вибух. Основні компоненти систем придушення вибуху – детектори, які виявляють вибух у його початковій фазі, і працюючі під тиском вогнегасники, розміщені у відповідних місцях на корпусі пороховловлювача, виходи яких вчасно відкриваються системою детектування. Рівномірне впорскування пожежогасильних засобів забезпечує ефективне гасіння полум'я вибуху, який розвивається, і, завдяки цьому, зниження тиску вибуху. Це дозволяє захистити конструкцію пороховловлювача і пов'язаного з ним обладнання.
Останнім способом захисту й обмеження наслідків вибуху є запобігання поширенню вибуху (переривання переносу вибуху). Застосовуються активні і пасивні захисні пристрої, які запобігають поширенню вибуху. Активна відсікаюча система включена через датчик і/чи контрольно-показовий пристрій (CIE), і ефективно запобігає поширенню вибуху. Пасивна відсікаюча система, залишаючись неактивною, ефективно затримує поширення вибуху.
До захисних відсікаючих пристроїв належать:
• швидкодіючі клапани і відкидні клапани з досить коротким часом закриття, причому операція закриття може виконуватися за допомогою механізмів, які запускаються датчиками, чи ж самою хвилею тиску, наприклад, пасивний відкидний клапан;
• оборотні клапани (частіше їх називають комірковими дозаторами) спеціально запроектовані для відсікання полум'я і тиску, які у момент вибуху повинні бути автоматично приведені в дію системою детектування;
• вибухові канали являють собою спеціальний сегмент трубопроводу, у якому, унаслідок зміни напрямку потоку при одночасному скиданні тиску, знижується імовірність поширення вибуху, завдяки зменшенню швидкості полум'я;
• у пороховловлювачах такі канали застосовуються на їхніх виходах, зокрема, у системах повернення очищеного повітря в цех;
• подвійні клапани для систем транспортування матеріалу ефективно затримують поширення вибуху.
Незалежно від представлених вище засобів, які зменшують наслідки вибуху, можуть знадобитися спеціалізовані аварійні засоби як-от аварійне вимикання всієї системи, аварійне випорожнювання системи, переривання потоків матеріалів між частинами системи чи наповнення частини системи відповідними речовинами, наприклад, азотом, або ж заливання водою.
Сподіваюся, що дана стаття допоможе краще зрозуміти проблематику вибухових середовищ на деревообробних підприємствах. Запрошуємо всіх зацікавлених обмінятися досвідом.
Януш ВОЙЦЕШАК,
фірма Aerotech.
Польща
