Inżynieria Bezpieczeństwa Pracy, sem.IV Czynniki zagrożeń

Inżynieria Bezpieczeństwa Pracy, sem.IV
Czynniki zagrożeń pożarowych - laboratorium
Klasyfikacja pomieszczenia produkcyjnego pod względem
zagrożenia wybuchem
•
ROZPORZĄDZENIE MINISTRA SPRAW WEWNĘTRZNYCH I ADMINISTRACJI
z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych
obiektów budowlanych i terenów
norma PN-EN 1127-1:2011 Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi
i ochrona przed wybuchem. Pojęcia podstawowe i metodyka.
Opracował:
Dr inż. Waldemar Machnowski
Politechnika Łódzka
Wydział Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów
Katedra Materiałoznawstwa, Towaroznawstwa i Metrologii Włókienniczej
ROZPORZĄDZENIE MINISTRA SPRAW WEWNĘTRZNYCH I ADMINISTRACJI
z dnia 7 czerwca 2010 r.
w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów
(Dz.U. 2010 nr 109 poz. 719)
http://isap.sejm.gov.pl/DetailsServlet?id=WDU20101090719
[ fragmenty ]
Rozdział 8
Prace niebezpieczne pod względem pożarowym oraz ocena zagrożenia wybuchem
§ 37. 1. W obiektach i na terenach przyległych, gdzie prowadzone są procesy technologiczne z
użyciem materiałów mogących wytworzyć mieszaniny wybuchowe lub w których materiały takie są
magazynowane, dokonuje się oceny zagrożenia wybuchem.
4. Oceny zagrożenia wybuchem dokonują: inwestor, projektant lub użytkownik decydujący o
procesie technologicznym.
6. Klasyfikację stref zagrożenia wybuchem określa Polska Norma dotycząca zapobiegania
wybuchowi i ochronie przed wybuchem.
7. Pomieszczenie, w którym może wytworzyć się mieszanina wybuchowa, powstała
z wydzielającej się takiej ilości palnych gazów, par, mgieł lub pyłów, której wybuch mógłby
spowodować przyrost ciśnienia w tym pomieszczeniu przekraczający 5 kPa, określa się jako
pomieszczenie zagrożone wybuchem.
8. Wytyczne w zakresie określania przyrostu ciśnienia w pomieszczeniu, jaki mógłby zostać
spowodowany przez wybuch, zawiera załącznik do rozporządzenia.
9. W pomieszczeniu należy wyznaczyć strefę zagrożenia wybuchem, jeżeli może w nim występować
mieszanina wybuchowa o objętości co najmniej 0,01 m3 w zwartej przestrzeni.
---------------------------------------------------------------
Podany wyżej fragment Rozporządzenia przywołuje Polską Normę właściwą do
klasyfikowania stref zagrożenia wybuchem.
PN-EN 1127-1:2011
Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. Pojęcia
podstawowe i metodyka.
Definicje:
zakres wybuchowości – zakres wartości stężenia substancji palnej w powietrzu, w granicach którego
może dojść do wybuchu.
przestrzeń zagrożona wybuchem – przestrzeń, w której zależnie od warunków lokalnych
i ruchowych może wystąpić atmosfera wybuchowa.
atmosfera wybuchowa – mieszanina substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł lub pyłów z
powietrzem w warunkach atmosferycznych, w której po zapaleniu spalanie rozprzestrzenia się na
całą nie spaloną mieszaninę.
2
Załącznik do rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych
i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. (poz. 719)
WYTYCZNE W ZAKRESIE OKREŚLANIA PRZYROSTU CIŚNIENIA
W POMIESZCZENIU, JAKI MÓGŁBY ZOSTAĆ SPOWODOWANY PRZEZ WYBUCH
1. Przy dokonywaniu oceny zagrożenia wybuchem pomieszczeń należy brać pod uwagę najbardziej
niekorzystną z punktu widzenia ewentualnych skutków wybuchu sytuację mogącą wytworzyć się w
procesie ich eksploatacji, uwzględniając najbardziej niebezpieczny występujący tam rodzaj
substancji oraz największą jej ilość, jaka mogłaby brać udział w reakcji wybuchu.
2. Przyrost ciśnienia w pomieszczeniu ∆P (w Pa), spowodowany przez wybuch z udziałem
jednorodnych palnych gazów lub par o cząsteczkach zbudowanych z atomów węgla, wodoru, tlenu,
azotu i chlorowców, jest określany za pomocą równania:
∆P =
mmax ⋅ ∆Pmax ⋅ W
V ⋅ cst ⋅ ρ
[1]
gdzie:
mmax - maksymalna masa substancji palnych, tworzących mieszaninę wybuchową, jaka może
wydzielić się w rozpatrywanym pomieszczeniu (kg);
∆Pmax - maksymalny przyrost ciśnienia przy wybuchu stechiometrycznej mieszaniny gazowolub parowo-powietrznej w zamkniętej komorze (Pa);
W-
współczynnik przebiegu reakcji wybuchu, uwzględniający niehermetyczność
pomieszczenia, nieadiabatyczność reakcji wybuchu, a także fakt udziału w reakcji niecałej
ilości palnych gazów i par, jaka wydzieliłaby się w pomieszczeniu - równy 0,17 dla palnych
gazów i 0,1 dla palnych par;
V-
objętość przestrzeni powietrznej pomieszczenia, stanowiąca różnicę między objętością
pomieszczenia i objętością znajdujących się w nim instalacji, sprzętu, zamkniętych
opakowań itp. (m3);
Cst -
objętościowe stężenie stechiometryczne palnych gazów lub par:
cst =
1
1 + 4,84 ⋅ β
[2]
β - stechiometryczny współczynnik tlenu w reakcji wybuchu:
β = nC +
nH − nCl nO
−
4
2
[3]
nC, nH, nCl, n0 - odpowiednio ilości atomów węgla, wodoru, chlorowców
i tlenu w cząsteczce gazu lub pary;
ρ-
gęstość palnych gazów lub par w temperaturze pomieszczenia w normalnych warunkach pracy
(kg·m-3).
3
3. Przyrost ciśnienia w pomieszczeniu ∆P (w Pa), spowodowany przez wybuch z udziałem substancji
palnych niewymienionych w punkcie 2, jest określany za pomocą równania:
∆P =
mmax ⋅ q sp ⋅ Po ⋅ W
V ⋅ ρ p ⋅ cp ⋅T
[4]
gdzie:
qsp — ciepło spalania (J · kg–1);
Po — ciśnienie atmosferyczne normalne, równe 101 325 Pa;
ρp — gęstość powietrza w temperaturze T (kg・m–3);
cp — ciepło właściwe powietrza, równe 1,01・103 J・kg–1・K–1;
T — temperatura pomieszczenia w normalnych warunkach pracy (K);
W = 0,17 dla palnych gazów i uniesionego palnego pyłu;
W = 0,1 dla palnych par i mgieł;
pozostałe wielkości – jak we wzorze [1].
------------------------------------------
Zadania do wykonania:
Należy dokonać oceny niżej opisanego pomieszczenia produkcyjnego pod względem
zagrożenia wybuchem w oparciu o wytyczne przedstawione w ROZPORZĄDZENIU MINISTRA
SPRAW WEWNĘTRZNYCH I ADMINISTRACJI z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony
przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów
Zadanie 1:
W pomieszczeniu produkcyjnym o wymiarach 10m×15m×5m znajduje się aparat służący do
rozpuszczalnikowego mycia osprzętu urządzeń drukarskich. Jako rozpuszczalnik stosowany
jest octan etylu. Podczas pracy w urządzeniu znajduje się ok. 10 dm3 czystego
rozpuszczalnika. Zakładając, że może nastąpić rozszczelnienie jednego z zaworów, grożące
wyciekiem w krótkim czasie całej ilości rozpuszczalnika na metalowy element obudowy
rozgrzany do ok. 70oC, ocenić, czy pomieszczenie to należy klasyfikować jako zagrożone
wybuchem?
Do obliczeń przyjąć:
masa cząsteczkowa octanu etylu (M) – 88 g/mol, temperatura w pomieszczeniu (T) – 22oC,
ciśnienie (p) – 1013 hPa, stała gazowa (R) – 8,31 J/mol·K, gęstość octanu etylu (ρc) – 900 kg/m3.
4
Zadanie 2:
W pomieszczeniu produkcyjnym o wymiarach 10m×10m×4m odbywa się pakowanie
mąki ziemniaczanej do torebek. W procesie tym następuje dość intensywne pylenie
produktu. Określ masę pyłu w tym pomieszczeniu (łącznie: osiadłego i zawieszonego),
której przekroczenie spowoduje klasyfikację analizowanego pomieszczenia jako
zagrożonego wybuchem.
Do obliczeń przyjąć:
Ciepło spalania skrobi (qsp) — 17 MJ/kg; temperatura w pomieszczeniu (T) – 22 °C,
gęstość powietrza pod ciśnieniem 1013 hPa, w temperaturze 22°C (ρp) – 1,197 kg/m3
5