Pod pojmem požárně technická charakteristika látky (zkráceně PTCH), případně technicko bezpečnostní parametr, si lze obecně představit údaj, nebo soubor údajů které jsou potřebné pro stanovení preventivních opatření k ochraně života, zdraví osob a majetku. Tento pojem můžeme nalézt v české legislativě v zákonu č. 133/85 Sb., o požární ochraně a ve vyhlášce č. 246/2001 Sb. O stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru
(vyhláška o požární prevenci. Ovšem ani v jednom z těchto citovaných dokumentů se konkrétně nehovoří co se za tímto pojmem skrývá.
Stanovení požárně technických charakteristik
Na rozdíl od plynů a kapalin, u nichž je možné většinu požárně technických charakteristik zjistit v bezpečnostních listech, případně v jiných zdrojích (odborná literatura apod.) je situace v oblasti hořlavých prachů odlišná. K mnohým z nich jsou bezpečnostní data rovněž dohledatelné v odborné literatuře, popř. databáze na internetu atd., avšak tyto hodnoty mají spíš informativní charakter. U hořlavých prachů bezpečnostní parametry závisí vždy
na konkrétních technologiích a manipulací s nimi.
Nejspolehlivější způsob, jak získat co nejpřesnější informace o výbušnosti a hořlavosti dané hořlavé látky je experimentální ověření a následné popsání zkoušek pomocí požárně - technické charakteristiky v souladu s Vyhláškou MV č. 246/2001 Sb. Ověření vlastností látek v akreditované laboratoři je obecně nutné i v dalších případech, kdy bezpečnostní parametry nejsou známy (nové chemické produkty, suspenze apod.)
Při experimentálním zjišťování bezpečnostních parametrů se postupuje dle platných norem nebo vlastních akreditovaných zkušebních postupů.
PTCH – nejsou až na výjimky, fyzikální konstanty, nýbrž konvenční veličiny, jejichž reprodukovatelnost závisí ve značné míře na kvalitě materiálu, způsobu provedení zkoušek a na podmínkách zkoušení. Rozsah zkoušek je nutné stanovit v úzké spolupráci mezi zkušební laboratoří a uživatelem, aby mohly být co nejpřesněji stanoveny tyto parametry. A v návaznosti na tyto výsledky byl co nejlépe vyřešen cíl zkoušek – návrh vhodných ochranných opatření proti vzniku požáru a výbuchu, resp. proti jejich účinkům.
Z pohledu protipožární a protivýbuchové prevence tedy můžeme mezi požárně technické charakteristiky prachů zařadit tyto zkouškami zjištěné parametry:
Jednotlivé technicko bezpečnostní parametry potřebuje znát uživatel jak z hlediska technologického procesu - např. výhřevnost, z hlediska bezpečnosti - výbušnost, vzplanutí a vznícení a s tím souvisejících rizik při používání těchto paliv.
1.1. Spodní mez výbušnosti
Je definovaná jako nejnižší koncentrace směsi hořlavého prachu se vzduchem, při které je tato směs již výbušná.
Účel stanovení:
tato hodnota je velmi důležitá pro stanovení prostředí dle ČSN 33 2000-3 a ČSN 33 2330 a pro ochranu zařízení před nebezpečím výbuchu tím, že koncentrace hořlavého prachu ve vzduchu bude pod nebezpečnou koncentrací.
1.2. Teplota vznícení rozvířeného prachu
Je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde k samovolnému zapálení směsi plynných produktů rozkladu bez přítomnosti vnějšího zápalného zdroje.
Účel stanovení:
tato hodnota umožňuje posoudit možnost vznícení prachovzdušné směsi od horkých těles atd.
1.3. Teplota vznícení usazeného prachu
Je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde k samovolnému zapálení směsi plynných produktů rozkladu bez přítomnosti vnějšího zápalného zdroje.
Účel stanovení:
tato hodnota umožňuje posoudit možnost vznícení usazené vrstvy prachu od horkých povrchů. Někdy je tato hodnota využívána pro stanovení teplotní třídy pro nevýbušná elektrická zařízení.
1.4. Teplota žhnutí usazeného prachu
Je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde k trvalému žhnutí prachu.
Účel stanovení:
tato hodnota umožňuje určit nejnižší teplotu horkého povrchu, při kterém dojde k trvalému žhnutí prachu a tím i ke vzniku iniciačního zdroje případné prachovzdušné směsi. Tato hodnota rovněž umožňuje porovnání s teplotní třídou zařízení v nevýbušném provedení do prostředí s nebezpečím výbuchu hořlavých prachů.
1.5. Teplota vzplanutí usazeného prachu
Je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde působením vnějšího zápalného zdroje k zapálení směsi plynných produktů rozkladu.
Účel stanovení:
tato hodnota umožňuje určit nejnižší teplotu horkého povrchu, při kterém dojde přiblížením např. plamene k povrchu prachu k jeho vzplanutí.
1.6. Výbuchové parametry
Tvar výbuchové křivky, a tím také naměřené hodnoty s výrazně mění s koncentrací výbušné směsi. Nejvyšších hodnot výbuchového tlaku a rychlosti nárůstání výbuchového tlaku je dosaženo při optimální koncentraci Copt.. Tyto hodnoty nazývají:
Ukazatel výbuchu pmax je maximální tlak pro velký rozsah koncentracíreagujících složek.
Ukazatel výbuchu (dp/dt)max je maximální rychlost nárůstu tlaku v závislosti na čase určená zkouškami.
Konstanta výbušnosti K je konstanta určující maximální rychlost nárůstu tlaku v závislosti na čase při výbuchu v objemu V, určená podle rovnice (Kubický zákon):
K = (dp/dt)max . V1/3
Hodnota výbušnosti Kmax je maximální hodnota konstanty výbušnosti K určená zkouškami provedenými u velkého rozsahu koncentrací reagujících složek. Intenzita výbuchu se určí z hodnoty Kmax. Optimální koncentrace je u plynů a par o málo vyšší než stechiometrická, u prachů je:
C opt = (2 až 3) * C stech
Se zvyšováním nebo snižováním koncentrace od C opt se výbuchový tlak i rychlost narůstání výbuchového tlaku snižují až k mezím výbušnosti LEL a UEL. Dolní a horní meze výbušnosti ohraničují rozsah výbušnosti. Mimo tyto meze není možné samostatné šíření výbuchu ve směsi. Dolní mez výbušnosti LEL představuje nedostatek hořlavé látky ve směsi s oxidačním prostředkem. Naopak horní mez výbušnosti UEL představuje nedostatek oxidačního prostředku ve směsi.. Tyto meze mají velký praktický význam, protože slouží zejména ke stanovení prostředí s nebezpečím výbuchu a tím k upozornění na hrozící nebezpečí.
Účel stanovení:
hodnoty ukazatelů výbuchu (výbuchových parametrů) jsou nezbytné pro kvalifikovaný výpočet a návrh prvků protiexplozní ochrany (membrány, ventily).
Časový průběh tlaku při explozi výbušné směsi v uzavřeném prostoru
1.7. Limitní obsah kyslíku
Je nejvyšší koncentrace kyslíku, při které již není prachovzdušná směs schopna explozivní reakce.
Účel stanovení:
znalost tohoto parametru má velký význam pro ochranu zařízení, technologie před nebezpečím výbuchu pomocí inertního plynu (N2, CO2, atd.).
1.8. Minimální iniciační energie Emin
Je energie jiskry, která je nutná pro zapálení prachovzdušné směsi, stanovuje se pro celou řadu koncentrací prachu ve vzduchu. S rostoucí iniciační energií se rozšiřuje rozsah výbušnosti, přičemž se zejména horní mez posouvá k vyšším hodnotám
Účel stanovení:
znalost této veličiny umožňuje vyloučit případný zdroj iniciace. Tento údaj je v praxi využíván zejména pro ochranu zařízení před elektrostatickými výboji. Pro prachovzdušné systémy se Emin pohybuje řádově v joulech.
1.9. Stanovení náchylnosti k samovznícení
Tato zkouška vypovídá o sklonech práškových materiálů při skladování se samovzněcovat.
Účel stanovení:
stanovení indukční doby, kdy dojde za určitých podmínek k samovznícení práškové hmoty. Zařazení materiálů do tříd pro dopravu dle předpisů RID/ADR.
Stupeň rozmělnění pevné látky má podstatný vliv na požární nebezpečí látky. Snižuje teplotu vznícení, a tak se může stát, že látka v kompaktním stavu, za normálních podmínek nehořlavá, ve formě prachu velice dobře hoří a vybuchuje. Lze říci, že ve formě prachu hoří téměř všechny látky s výjimkou čistě anorganických, jako je dolomit, vápenec a další oxidy a soli kovů.
Ze samostatných prvků jsou nebezpečné prachy kovů jako hliník, který má největší rychlost narůstání tlaku a jednu z nejvyšších hodnot maximálního výbuchového tlaku, dále hořčík, případně titan, zirkon, železo a další.
Z nekovových prachů je nebezpečný prach síry, která má nízkou teplotu vznícení a sklon k tvorbě elektrostatických nábojů. Uhelný prach je nebezpečný výbuchem hlavně v dolech, výbušnost závisí na kvalitě uhlí a výbuch uhelného prachu bývá většinou následný po výbuchu metanu, který rozvíří uhelný prach a iniciuje ho. Samozřejmě rozvířený uhelný prach je výbušný i v jiných uzavřených technologiích.
Řada přírodních výbušných prachů je skoro neomezená. Veškeré organické prachy jsou výbušné, ať už vznikají jako nežádoucí produkt při zpracování nebo jsou hlavním produktem výroby. Je to senný a obilní prach, škroby a mouky, cukr, kakao, čaj, koření, tabák, kávoviny, sušené mléko, dřevěný a korkový prach, prachy vláknitých látek – lnu, bavlny, buničiny, koudele, konopí, juty. Jsou velmi náchylné k tvorbě elektrostatického náboje a mají nízké dolní meze výbušnosti. Patří sem i prachy vyráběných látek jako jsou mýdlové prášky, barviva, léčiva, výbušniny, tuhé uhlovodíky, plasty aj.
Výbuchy prachů jsou známy více než 200 let. Jejich výskyt je spojen s mletím obilí. Od samého počátku mletí obilí na mouku ve větrných mlýnech docházelo k výbuchům přímo v mlecích stolicích, dopravnících a silech. Dále pak v továrnách na výrobu škrobu, v rafineriích cukru a v zařízeních, v nichž se zpracovával hliník, čokoláda, papír, guma nebo koření.
Mylný dojem, že zařízení zpracovávající prach není nebezpečné, pokud mnoho let nedošlo k výbuchu, bylo už mnohokrát vyvráceno. Skutečnost, že asi jedna třetina výbuchů prachů je spojena s lidským selháním, lehkovážností, nedbalostí nebo lhostejností, předurčuje odbornou veřejnost ke stálému vysvětlování této problematiky.
Prostředí s nebezpečím výbuchu hořlavých prachů je v prostoru, kde se může vytvořit nebezpečné množství výbušné směsi prachu se vzduchem. K výbuchu pak dochází přímým nebo nepřímým iniciačním zdrojem zapálení.
Aby se mohla vytvořit výbušná směs hořlavého prachu se vzduchem, musí být k dispozici dostatečné množství prachových částic. Nebezpečná koncentrace hrozící výbuchem se nazývá spodní mezí výbušnosti a určuje se v gramech rozvířeného prachu v daném prostoru (g.cm-3).
V uzavřeném prostoru (zařízení) je nutno nezávisle na velikosti prostoru považovat za nebezpečné množství již 10 litrů výbušné směsi. V prostorách menších než 100 m3 se za nebezpečné množství považuje množství výbušné směsi tvořící desetitisícinu objemu prostoru (jen několik litrů). Přitom se za prostor s nebezpečím výbuchu nepovažuje celý prostor, ale jenom ta část prostoru, kde se může vyskytnout výbušná směs.
Horní mez výbušnosti se při bezpečnostních úvahách u prachů nepoužívá, protože provoz při koncentraci nad horní mez výbušnosti není možno považovat za bezpečný.
Meze výbušnosti
Z hlediska výbušnosti je důležitá jejich koncentrace ve směsi se vzduchem. Toto pásmo je pro každou látku specifické a je omezeno horní mezí, známou jako Horní mez výbušnosti (HMV, anglicky UEL) a spodní mezí, známou jako Dolní mez výbušnosti (DMV, anglicky LEL). Uvnitř tohoto pásma tvoří látka se vzduchem hořlavou (výbušnou) směs. U plynů a par hořlavých kapalin se dolní a horní mez udává v objemových procentech nebo u par kapalin [g.m-3]
Vytváření výbušné směsi ovlivní níže uvedené pracovní podmínky: Je-li látka v uzavřeném zařízení, je zde možnost úniku látky, např. potrubními spoji, netěsností ventilů apod.
Odvětrání a prostorové uspořádání, např. s přítomností hořlavých látek a směsí je nutno počítat v místech, která nejsou dostatečně odvětrána, např. jámy, kanály a podobně. V těchto mnohdy uzavřených objektech nebo neventilovaných prostorách může nastat situace, kdy koncentrace hořlavého plynu je trvale vyšší než horní mez výbušnosti. Při vstupu do takovýchto prostor (nádrže, zásobníky, atd.) dochází při otevření ke zředění této vysoké
koncentrace okolním vzduchem a vzniká hořlavá směs.
Technicko - bezpečnostními parametry a požárně technické charakteristiky jsou jedny z nejdůležitějších podkladů pro posuzování bezpečnosti provozů v souvislosti s nařízením vlády č. 406/2004 Sb. Bez těchto základních údajů nelze jednoznačně rozhodnout, zda daná technologie nebo daný provoz má instalovány vhodná zařízení k omezení nebo potlačení exploze a tudíž, zda její provozování je bezpečné.
V současné době se objevují nové přístupy (metody) v řešení ochrany proti explozi, které nejsou založeny na exaktních vědeckých poznatcích a tím ve značné míře mohou přispět k vytváření mylných poznatků, jejichž převzetím může dojít k velkým průmyslovým haváriím.
Tento stav vzniká z důvodů různého přístupu k řešení bezpečnostních problematik ve světě. Následnou instalací nedůsledně vybavených zařízení do technologického procesu dochází ke vzniku reálného nebezpečí exploze s odpovídajícími následky.
Tyto situace mohou vyvolat nesprávné hodnocení výbušných vlastností materiálu, které jsou závislé na počátečních podmínkách (tlak, iniciační zdroj) a také na samotné kvalitě zkoušeného prachu. Jako příklad lze zde uvést dřevitý prach (piliny, hobliny), kdy se v podstatě vždy jedná o základní hmotu dřevo, ale hodnocení takového materiálu může být od nevýbušného až po velmi výbušný. Přičemž toto hodnocení je závislé pouze na sítové analýze tohoto prachu. Tyto údaje však v běžně dostupné literatuře chybí a pouhým převzetím těchto údajů může dojít k rozsáhlým průmyslovým haváriím.
[1] Bártlová, I.; Damec, J. Prevence technologických zařízení. Ostrava: Edice SPBI Spektrum 30, 2002
[2] Novotný M., Sedláček S. Zážehové a výbuchové charakteristiky směsí hořlavých látek se vzduchem. VŠCHT Pardubice 1980
Jeruzalémská 1283/9
110 00 Praha 1 - Nové Město
IČO: 00025950
DIČ: CZ00025950