Pozární ochrana

Pozárne technické charakteristiky prachu a jejich význam v technické praxi

22.12.2006 | ZDROJ: CHEMagazín | AUTOR: Korínek K.

Pojem pozárne technická charakteristika látky najdeme v ceské legislative v zákonu c. 133/85 Sb. o pozární ochrane a ve vyhlásce c. 246/2001 Sb. o stanovení podmínek pozární bezpecnosti a výkonu státního pozárního dozoru (vyhláska o pozární prevenci), pricemz oba tyto prepisy neuvádejí, co konkrétne si muzeme pod tímto pojmem predstavit. Obecne se hovorí o tom, ze je to soubor údaju potrebných ke stanovení preventivních opatrení k ochrane zivota a zdraví osob a majetku.

KLÍCOVÁ SLOVA: prach, výbuchy, pozární ochrana

Z pohledu protipozární a protivýbuchové prevence tedy muzeme mezi pozárne technické charakteristiky prachu zaradit napr. tyto zkouskami zjistované parametry:

• spodní mez výbusnosti
• maximální výbuchový tlak, maximální rychlost nárustu tlaku, výbuchová konstanta KSt
• minimální iniciacní energie
• teplota vzplanutí,vznícení a zhnutí usazeného prachu
• teplota vznícení rozvíreného prachu
• stanovení náchylnosti k samovznícení
• limitní obsah kyslíku

Zjistování pozárne technických charakteristik

Na rozdíl od plynu a kapalin, u nichz je mozné vetsinu pozárne technických charakteristik zjistit v bezpecnostních listech, prípadne v jiných zdrojích (odborná literatura apod.) je situace v oblasti horlavých prachu odlisná. K mnohým z nich jsou bezpecnostní parametry rovnez dohledatelné v odborné literature, avsak hodnoty jsou uvádeny jako intervaly vetsího rozsahu a mají spís informativní charakter. Charakter horlavých prachu a jejich bezpecnostní parametry závisí vzdy na konkrétní technologii a manipulaci s látkou (obrábení kovu, energetika, prumysl zpracování dreva, farmaceutický prumysl, zpracování odpadu apod.).

Nejspolehlivejsí zpusob, jak získat co nejpresnejsí informace o výbusnosti a horlavosti dané horlavé látky, je odber konkrétního vzorku napr. z technologie, filtracního zarízení, prasného sedimentu apod., experimentální overení jejich vlastností v akreditované laboratori a následné popsání výsledku zkousek pomocí pozárnetechnické charakteristiky v souladu s vyhláskou c. 246/2001 Sb. Ministerstva vnitra.

Overování vlastností látek v akreditované laboratori je obecne nutné i v dalsích prípadech, kdy bezpecnostní parametry nejsou známy – v prípade nových chemických produktu, smesí látek, suspenzí apod. Pri experimentálním získávání bezpecnostních parametru v akreditované laboratori se postupuje dle platných norem nebo vlastních zkusebních postupu, které jsou vsak rovnez akreditovány. Pozárne technické charakteristiky nejsou, az na výjimky, fyzikálními konstantami, nýbrz konvencními velicinami, jejichz reprodukovatelnost závisí ve znacné míre na kvalite materiálu, zpusobu provedení zkousek a na podmínkách zkousení. Rozsah zkousek je nutné stanovit v úzké spolupráci mezi zkusební laboratorí a uzivatelem, aby mohly být co nejpresneji stanoveny pozárne technické charakteristiky zkouseného materiálu a tím i co nejlépe vyresen cíl celého sledu zkousek, návrh vhodných ochranných opatrení proti vzniku pozáru a výbuchu, resp. proti jejich úcinkum.

Výbusnost prachu

Obecne se o výbusnosti prachu hovorí méne, nez o výbusnosti plynu a kapalin, kde je tato problematika dobre známa. Na výbusnost prachu má podstatný vliv stupen rozmelnení látky. Jsou mozné stavy, ze látka, která je v kompaktním stavu a za normálních podmínek nehorlavá, ve forme prachu velice dobre horí a vybuchuje. 

Lze ríci, ze ve forme prachu horí témer vsechny látky s výjimkou ciste anorganických, jako je dolomit, vápenec a dalsí oxidy a soli kovu. Ze samostatných prvku jsou nebezpecné prachy kovu jako hliník, který má nejvetsí rychlost narustání tlaku a jednu z nejvyssích hodnot maximálního výbuchového tlaku, dále horcík, prípadne titan, zirkon, zelezo a dalsí. Z nekovových prachu je nebezpecný prach síry, která má nízkou teplotu vznícení a sklon k tvorbe elektrostatických náboju. Uhelný prach je nebezpecný výbuchem hlavne v dolech, výbusnost závisí na kvalite uhlí a výbuch uhelného prachu bývá vetsinou následný po výbuchu metanu, který rozvírí uhelný prach a iniciuje ho. Samozrejme rozvírený uhelný prach je výbusný i v jiných uzavrených technologiích.

Rada prírodních výbusných prachu je skoro neomezená. Veskeré organické prachy jsou výbusné, at uz vznikají jako nezádoucí produkt pri zpracování nebo jsou hlavním produktem výroby. Je to senný a obilní prach, skroby a mouky, cukr, kakao, caj, korení, tabák, kávoviny, susené mléko, drevený a korkový prach, prachy vláknitých látek – lnu, bavlny, buniciny, koudele, konopí, juty. Jsou velmi náchylné k tvorbe elektrostatického náboje a mají nízké dolní meze výbusnosti. Patrí sem i prachy vyrábených látek, jako jsou mýdlové prásky, barviva, léciva, výbusiny, tuhé uhlovodíky, plasty aj.

V tabulce c. 1 jsou pro porovnání uvedeny spodní meze výbusnosti (SMV) a výbuchové konstanty ruzných druhu prachu. 

Stanovení spodní meze výbusnosti

Spodní mez výbusnosti je nejnizsí koncentrace smesi horlavého prachu se vzduchem, pri které je tato smes jiz výbusná. Tato hodnota je dulezitá pro stanovení prostredí dle CSN 33 2000-3 a CSN 33 2330 a pro ochranu zarízení pred nebezpecím výbuchu. Pokud je tato hodnota pozitivní, je treba se u dané technologie ci provozu vázne zabývat protivýbuchovou prevencí.

Spodní mez výbusnosti se stanovuje v akreditované zkusební laboratori VVUÚ, a.s. ve výbuchové komore VA 250, ve které se rozvírí definované mnozství prachu a vzniklá prachovzdusná smes se iniciuje definovanou energií. Pokud je prekrocena spodní mez výbusnosti, dojde po iniciaci k zapálení/výbuchu smesi v komore. Poté se pokus opakuje s mensím mnozstvím prachu a to tak dlouho, nez je výsledek zkousky negativní. Na základe takovéto série zkousek je pak mozné spodní mez stanovit. Pokud je spodní mez výbusnosti pozitivní, je na míste se zabývat stanovením dalsích parametru výbusnosti prachu, jako je maximální výbuchový tlak, rychlost nárustu tlaku a konstanta výbusnosti KSt.

Stanovení výbuchových parametru

Pozáry a exploze prachu v prumyslu mohou napr. vznikat pri mletí, drcení, plnení zásobníku, odprasování, vysávání a preprave horlavého prachu do filtru a odlucovacu, brousení lakovaných ci jinak upravených dílu. Aby bylo mozno navrhnout úcinná protivýbuchová opatrení, je treba znát dalsí údaje o výbusnosti daného prachu, jako jsou maximální výbuchový tlak, pmax, který se pri výbuchu dané látky vyvine, rychlost nárustu tlaku po iniciaci (dp/dt)max. Charakteristický prubeh výbuchové krivky je znázornen obrázku c. 2.

 

Z techto hodnot je pak mozné podle kubického zákona vypocítat tzv. konstantu výbusnosti KSt = (dp/dt)max . V1/3

Podle velikosti této konstanty je mozné prachy zatrídit dle norem CSN ISO 6184-1 nebo VDI 3673 do trídy výbusnosti St 1 az St 3, pricemz trída výbusnosti St 3 je nejvíce nebezpecná

 

Hodnoty výbuchových parametru jsou nezbytné pro kvalifikovaný výpocet a návrh prvku protiexplozní ochrany (membrány, ventily).

Výbuchové parametry se stanovují ve výbuchovém autoklávu, coz je tlakové zarízení tvaru koule o definovaném objemu. V nasí zkusební laboratori pouzíváme autokláv VA 250 o objemu 250 litru. Do tohoto autoklávu se rozvírí definované mnozství prachu a po iniciaci se snímají tlaky a casy, z nich se pomocí rídicího pocítace po provedení serie zkousek príslusné výbuchové parametry stanoví.

Minimální iniciacní energie Emin

Minimální iniciacní energie Emin je nejmensí energie kapacitní jiskry, která je schopna zapálit nejsnadneji iniciovatelnou smes horlavé  látky (plyn, pára, prach) ve smesi s oxidacním prostredkem. Pro prachy se stanovuje pro celou radu koncentrací prachu ve vzduchu. S rostoucí iniciacní energií se rozsiruje rozsah výbusnosti, pricemz se zejména horní mez posouvá k vyssím hodnotám. Znalost hodnot této veliciny je dulezitá pro posuzování potenciálního nebezpecí iniciace horlavých plynných smesí elektrostatickými a indukovanými výboji. Hodnota Emin je rovnez podkladem pro zatrídení látky do trídy jiskrové citlivosti dle CSN 33 2030 (viz Tab. 3). 

 

Limitní obsah kyslíku

Limitní obsah kyslíku je nejvyssí koncentrace kyslíku ve smesi horlavina- kyslík-inert, pri které jeste nedochází k horení nebo explozi. Znalost tohoto parametru má velký význam pro ochranu zarízení, technologie pred nebezpecím výbuchu pomocí inertního plynu (N2, CO2, atd.). U vetsiny organických látek se limitní obsah kyslíku pohybuje kolem 10 az 12 %, tzn. pri inertizaci napr. sil s horlavým prachem je nutno udrzovat hodnotu kyslíku pod touto hranicí.

Teplota vznícení rozvíreného prachu

Teplota vznícení rozvíreného prachu je definována jako nejnizsí teplota prostredí, pri které dojde k samovolnému zapálení smesi plynných produktu rozkladu bez prítomnosti vnejsího zápalného zdroje. Tato hodnota umoznuje posoudit moznost vznícení prachovzdusné smesi od horkých teles.

Teploty vzplanutí,vznícení a zhnutí usazeného prachu

Teplota vzplanutí usazeného prachu je definována jako nejnizsí teplota prostredí, pri které dojde pusobením vnejsího zápalného zdroje k zapálení smesi plynných produktu rozkladu.Tato hodnota umoznuje urcit nejnizsí teplotu horkého povrchu, pri kterém dojde priblízením napr. plamene k povrchu prachu k jeho vzplanutí.

Teplota vznícení usazeného prachu je definována jako nejnizsí teplota prostredí, pri které dojde k samovolnému zapálení smesi plynných produktu rozkladu bez prítomnosti vnejsího zápalného zdroje. Tato hodnota umoznuje posoudit moznost vznícení usazené  vrstvy prachu od horkých povrchu. Nekdy je tato hodnota vyuzívána pro stanovení teplotní trídy pro nevýbusná elektrická zarízení.

Teplota zhnutí usazeného prachu je definována jako nejnizsí teplota prostredí, pri které dojde k trvalému zhnutí prachu. Tato hodnota umoznuje urcit nejnizsí teplotu horkého povrchu, pri kterém dojde k trvalému zhnutí prachu a tím i ke vzniku iniciacního zdroje prípadné prachovzdusné smesi. Tato hodnota rovnez umoznuje porovnání s teplotní trídou zarízení v nevýbusném provedení do prostredí s nebezpecím výbuchu horlavých prachu.

Stanovení náchylnosti k samovznícení

Výsledky zkousky vypovídají o sklonech práskových materiálu pri skladování se samovznecovat. Tato hodnota je dulezitá pro stanovení indukcní doby, kdy dojde za urcitých podmínek k samovznícení práskové hmoty a pro zarazení materiálu do tríd pro zeleznicní a silnicní dopravu dle predpisu RID/ADR.

Záver

Pozárne technické charakteristiky jsou jedny z nejdulezitejsích podkladu pro posuzování bezpecnosti provozu v souvislosti s narízením vlády c. 406/2004 Sb. o blizsích pozadavcích za zajistení bezpecnosti a ochrany zdraví pri práci v prostredí s nebezpecím výbuchu. Bez techto základních údaju nelze jednoznacne rozhodnout, zda daná technologie nebo daný provoz má instalována vhodná zarízení k omezení nebo potlacení exploze a tudíz, zda je její provozování bezpecné.

V soucasné dobe se objevují nové prístupy (metody) v resení ochrany proti explozi, které nejsou zalozeny na exaktních vedeckých poznatcích a tím ve znacné míre mohou prispet k vytvárení mylných  poznatku, jejichz prevzetím muze dojít k velkým prumyslovým haváriím.

Tento stav vzniká z duvodu ruzného prístupu k resení bezpecnostních problematik ve svete. Následnou instalací nedusledne vybavených zarízení do technologického procesu dochází ke vzniku reálného nebezpecí exploze s odpovídajícími následky.

Tyto situace mohou vyvolat nesprávné hodnocení výbusných vlastností materiálu, které jsou závislé na pocátecních podmínkách (tlak, iniciacní zdroj) a také na samotné kvalite zkouseného prachu. Jako príklad lze zde uvést drevitý prach (piliny, hobliny), kdy se v podstate vzdy jedná o základní hmotu drevo, ale hodnocení takového materiálu muze být od nevýbusného az po velmi výbusný, pricemz toto hodnocení je závislé pouze na sítové analýze tohoto prachu. Tyto údaje vsak v bezne dostupné literature chybí a pouhým prevzetím techto údaju muze dojít k rozsáhlým prumyslovým haváriím. 

ZDROJ:
Korínek, K. Pozárne technické charakteristiky prachu a jejich význam v technické praxi. In CHEMagazín [online]. Pardubice : CHEMagazín, 2006 [cit. 22-12-2006]. Dostupný z WWW: < http://www.chemagazin.cz/Texty/CHXVI_6_cl1.pdf>. Dokument v PDF formátu.

TISKNOUT | POSLAT MAILEM