Eksplozije prašina - opasnosti, uzroci i sprječavanje Dust explosions hazards, causes and prevention

Transcription

1 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k1 k9) Eksplozije prašina - opasnosti, uzroci i sprječavanje Dust explosions hazards, causes and prevention Dr. sc. Slavko Rumbak, dipl. ing. stroj. slavkorumbak@gmail.com Sažetak Unatoč istraživanju i razvoju tijekom više od 200 godina, čime se nastojalo spriječiti i ublažiti eksplozije prašine u procesnoj industriji, ova opasnost i dalje prijeti. Uz kratak pregled nekih primjera tehnoloških eksplozija u industrijskim postrojenjima s eksplozivnom atmosferom zapaljive prašine u svijetu i Republici Hrvatskoj, navedeni su posebni uvjeti i čimbenici utjecaja o kojima ovisi mogućnost iniciranja i razvoja takvih eksplozija te mogući učinci i posljedice. Člankom se, usuprot tradicionalnom modelu pristupa protueksplozijskoj zaštiti koji se temelji na raščlambama i prosudbama pojedinih vrsta zaštite od eksplozije, zalaže za suvremeniji analitički i proaktivan sustav općeg i sveobuhvatnog pristupa sigurnosti i protueksplozijskoj zaštiti. Takav pristup poduprt je stručnim i znanstvenim spoznajama te znalačkom primjenom raspoloživih suvremenih mjera zaštite i tehnika raščlanjivanja opasnosti i prosuđivanja naravi i razmjera rizika, ugroze i opasnosti, uz primjenu zaštitnih sustava. Summary Despite research and development over the course of more than 200 years, which strove to prevent and reduce explosive dust in the process industry, this danger still poses a threat. With a brief overview of some examples of explosions in industrial plants with explosive atmospheres of flammable dust, in the world and the Republic of Croatia, this article lists the specific conditions and influential factors that can generate the possible initiation and development of such explosions, and possible effects and consequences. In opposition to the traditional model of approach to explosion protection that is based on analysis and assessment of certain types of explosion protection, this article favours the more modern analytical and proactive system of a general and comprehensive approach to safety and explosion protection. Such an approach is supported by expert and scientific knowledge and the professional application of current protection measures and techniques of analyzing threats and assessing the nature and extent of the risks, dangers and threats, with the application of protection systems. Key words dust explosions, source of ignition, protection systems I. PRAŠINA Sukladno HRN EN zapaljive prašine su fino usitnjene krute čestice nazivne veličine 500 µm ili manje. Prema BS 2955:1958, čestice s veličinom manjom od 1000 µm definiraju se kao prah, a čestice manje od 76 µm, nazivaju se prašine. Prema NFPA 68, prašina su čestice s veličinom manjom od 420 µm. Industrije posebno podložne eksploziji prašine su farmaceutske, cementne i prehrambene, pa sve do prerade drveta i postrojenja s ugljenom (termoelektrane, cementna industrija) te skladištenja i transporta žitarica (iz brodova ili u vozila i sl.). Zapravo, sva postrojenja u kojima se barem u jednom dijelu procesuiraju, transportiraju ili skladište zapaljive prašine organskog podrijetla (šećer, brašno itd.), metalne prašine (aluminij, magnezij, cink, čelik itd.), anorganske prašine (nitrati, karbidi itd.), ugljene prašine ili sintetički materijali (polimeri, pesticidi itd.) posjeduju veliku opasnost od eksplozije. Postoje dva tipa eksplozivne atmosfere zapaljive prašine. Prvi je tip uzvitlana prašina (oblak) u zraku koja može činiti eksplozivnu atmosferu. Drugi tip eksplozivne atmosfere zapaljive prašine čini nataložena prašina (slika 1.). Međutim, ona se može na bilo koji način uzvitlati i stvoriti eksplozivnu atmosferu. Jedan od mogućih uzroka uzvitlavanja je tinjavo paljenje koje posredno ili neposredno može izazvati tzv. buktanje ili intenzivnije gorenje koje redovito uzvitla ostatak prašine i ujedno čini uzročnik paljenja tako uzvitlane prašine. Drugi uzroci uzvitlavanja prašine mogu biti razna strujanja zraka izazvana predviđenim ili nepredviđenim tehnološkim ili atmosferskim uvjetima. c) d) Slika 1. Akumulacija prašine na a) ležaju pužnice, b) reduktoru, c) zagrijanim neelektričnim instalacijama, d) konstrukcijskim dijelovima objekta II. ELEMENTI UZROKA EKSPLOZIJA PRAŠINA Danas je dobro poznato kako je uzrok eksplozija prašina uvijek komponiran od odgovarajuće ugođenih vrijednosti pet relevantnih značajki nužno potrebnih i istodobno nazočnih elemenata.

2 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k2 k9) Uzročnik paljenja Zrak (kisik) Ograničeni prostor Raspršenost Prašina kada je podvrgnuta plinskom plamenu ili vrućoj žici platine: (i) CC1: nema paljenja, nema samoodržavanja plamena (ii) CC2: kratko paljenje i brzo gašenje, lokalno izgaranje kratkog trajanja (iii) CC3: mjestimično gori ili žarenja bez širenja; lokalno izgaranje, ali ne i rasprostiranje (iv) CC4: širenje požara, propagacija tinjanjem i izgaranjem (v) CC5: širenje otvorenom vatrom; propagiranje otvorenim plamenom (vi) CC6: eksplozivno gori; eksplozivno izgaranje. Slika 2. Uvjeti za nastanak eksplozije zapaljive prašine [i] Uvjeti za nastanak eksplozije se literaturno ponegdje pojednostavnjeno slikovito prikazuju geometrijskim likom peterokuta (slika 2.) koji sadržava nazočnost: gorive tvari (gorive prašine), oksidacijske tvari (kisika iz zraka), djelotvornog uzročnika paljenja, smjesu gorive i oksidacijske tvari unutar (polu)zatvorenog prostora (unutar dijelova ili cjeline tehnoloških jedinica ili građevine postrojenja) i raspršenost smjese gorive i oksidacijske tvari unutar područja njezine zapaljivosti. Jedna od najvažnijih značajki prašina je da se smanjivanjem veličine čestice prašine znatno povećava ukupna površina koja je u kontaktu s kisikom, a samim tim veća je i mogućnost za oksidaciju. Što su čestice finije, to je veća ukupna površina same čestice prašine te je zbog toga i veća vjerojatnost da se takav oblak prašine zapali i eksplodira jer je potrebna manja inicijalna energija za njegovo paljenje. Na primjer, kocka nekog materijala brida 1cm ima površinu 6 cm 2. Ako tu kocku usitnimo na manje kocke koje imaju brid 1 μm, površina će se povećati na 6 m 2, tj. povećala se puta. Također, sitne čestice talože se mnogo sporije od velikih čestica zbog velikog otpora zraka i male mase. Konkretan primjer je npr. drvo. Drvo mase 5 kg približno ima površinu od 0,25 m 2, a 5 kg drvene prašine ima m 2. A. Karakteristike prašine Sloj prašine smatra se "zapaljivim" ako se može zapaliti vanjskim izvorom i ako lokalna vatra propagira u dovoljnoj mjeri kad se vanjski izvor ukloni [ii]. Sva eksplozivna prašina trebala bi biti zapaljiva, ali nije sva zapaljiva prašina jednostavno eksplozivna [iii]. Više od 70% prašina koje se pojavljuju u procesnoj industriji je zapaljivo [iv]. Na primjer, antracit i grafit nisu lako eksplozivni iako imaju visoku toplinu izgaranja. Druga mjera zapaljivosti sloja prašine i intenziteta gorenja sloja prašine je razred gorenja [v, vi]. Ova klasifikacija temelji se na ponašanju definirane količine prašine Treća kategorizacija prašina temelji se na vrijednosti K St. K St predstavlja najveću stopu porasta tlaka u posudi volumena 1 m 3. K St koncept je uveo Bartknecht [vii, viii] koji je prikazao to kao kubni zakon: dp dt max V 1 3 = konst. K St (II.1) K St vrijednost u (bar m/s), što se brojčano identificira s (dp/dt) max u (bar/s) u 1 m 3 normom ISO 6184/1 je definiran kao "specifična konstanta prašine". Kratica St ima svoje podrijetlo u njemačkoj riječi staub, što znači prašina. Razredi eksplozivnosti su podijeljeni prema vrijednostima K St (tablica I.). TABLICA I. PODJELA PRAŠINA NA OSNOVI EKSPLOZIVNIH KARAKTERISTIKA Razred eksplozivnosti prašine K St (bar m/s) Karakteristika St 0 0 Nema eksplozije St Slaba eksplozija St 2 > Jaka eksplozija St 3 > 300 Vrlo jaka eksplozija No, mora se naglasiti da kubni zakon vrijedi samo u geometrijski sličnim posudama, ako je širina plamena zanemariva u odnosu na radijus posude i ako je brzina gorenja funkcija tlaka i temperature identična u cijelom volumenu [ix]. Udio zapaljivih prašina u pojedinom razredu eksplozivnosti je sljedeći: 87% zapaljivih prašina je razreda St 1, 10% je St 2, a 3% je u razredu St 3. Treba uzeti u obzir da na zapaljivost i eksplozivnost prašine utječe niz čimbenika: kemijski sastav prašine, granulacija, raspodjela i kretanje koncentracije čestica, sadržaj i kretanje vlage ili relativna vlažnost, koncentracija kisika u prostoru, energija mogućih uzročnika paljenja, geometrija uzročnika paljenja, razina turbulencije pri strujanju zaprašene atmosfere, stupanj zatvorenosti i dimenzije prostora, položaj, veličina i geometrija čvrstih zapreka, ispušni kapacitet naprava za odušak i dr.

3 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k3 k9) III. ZNAKOVITI PRIMJERI EKSPLOZIJA PRAŠINE Tijekom povijesti zastrašujućih primjera eksplozija zapaljive prašine bilo je napretek. Počevši od davnih vremena kada su se gradila prva veća ili zajednička skladišta žitarica, zatim kroz razna iskapanja u rudnicima, sve do industrijske revolucije. Nažalost, proteklo je još mnogo vremena, sve do 14. prosinca kada se u skladištu pekarnice g. Giacomellija u Torinu, Italija, oko 18 sati dogodila eksplozija zapaljivog oblaka uskovitlanog pšeničnog brašna, slučajno upaljenog plamenom svijeće. Taj događaj je godine detaljno analizirao i opisao Carlo Lodovico Morozzo di Bianzè ( ) u svom članku [x], a koji predstavlja prvu dokumentiranu analizu eksplozije prašine. Morozzo u njemu [10] navodi i rezultate istraživanja paljenja te također (apsolutno prvi) predlaže i norme koje bi trebale biti prihvaćenje u svrhu zaštite javne sigurnosti. Članak [10] završava vrlo "modernim" shvaćanjem: " nepoznavanje i ignoriranje navedenih okolnosti i nemar u svezi mjera opreza koje treba poduzeti su često uzrokovali više nesreća i gubitaka, štete i patnji, stoga je od velike važnosti da se s tim činjenicama upoznaju radnici kako bi se moglo iz toga izvući sve moguće prednosti". Druga (nakon Morozzove analize 1795.) u literaturi opisana i analizirana najteža nesreća izazvana eksplozijom zapaljive prašine dogodila se u Leidenu, u Nizozemskoj 12. siječnja [xi]. Brod s oko kg baruta stigao je iz Ouderkerka (blizu Amsterdama) i pristao u centru Leidena. Eksplozija broda uzrokovala je pogibiju 151 čovjeka, a ranila ih je oko Pretpostavlja se da je uzročnik paljenja bio plamen. Eksplozija prašina kroz noviju povijest ima napretek. Sve su one bile manje-više zastrašujuće. Jedna od takvih zasigurno je eksplozija koja je u travnju pogodila golemi silosni kompleks žitarica u gradu Corpus Christi, Teksas, SAD, i uzrokovala pogibiju 9 ljudi (slika 3.a). se 7. veljače u tvrtki Imperial Sugar Company u Port Wentworthu, Georgia, SAD (slika 3.b). Sljedeća vrlo razorna eksplozija, odnosno niz sukcesivnih eksplozija dogodio se 8. lipnja u golemom (800 metara dugom) silosnom kompleksu tvrtke DeBruce Grain, Kanzas, SAD, ukupnog kapaciteta m 3 s ukupno 310 skladišnih silosa (slika 4.). Slika 4. Eksplozija silosnog kompleksa tvrtke DeBruce Grain Uzrok eksplozije u kompleksu silosa tvrtke DeBruce Grain (slike 5.a, b) je snažno trenje (zaribavanje) jednog od valjkastih ležaja (slika 5.c) trakastog transportera [xii]. c) Slika 5.a) Detalj eksplozije elevatora b) Sukcesivna eksplozija kompleksa silosa u tvrtki DeBruce Grain, c) Uzrok eksplozije valjkasti ležaj u silosnom kompleksu tvrtke DeBruce Grain [xiii] U Republici Hrvatskoj jedna od posljednjih velikih eksplozija prašine dogodila se 14. srpnja oko 8.30 sati u dijelu silosa tvrtke Agroprerada d.d. u Ivanić-Gradu (slika 6.). Pritom je smrtno stradala jedna osoba, a teško su ozlijeđene dvije. Smatra se kako je eksplozija najvjerojatnije inicirana užarenim česticama nastalim pri zavarivanju metalne zakrpe na cijev Y profila (račve elevatora). Slika 3.a) Eksplozija silosa u gradu Corpus Christi, SAD, b) Posljedice eksplozije uzrokovane ležajem u postrojenju tvrtke Imperial Sugar Company Smatra se da su paljenje prouzročili tinjajući grumeni (gnijezda) zrnja afričkog prosa koji su upalili oblak prašine u vjedričastom elevatoru. Jedna od najvećih eksplozija prašine koja se dogodila u posljednje vrijeme uzrokovana je ležajem, a dogodila Slika 6. a) Detalj silosa tvrtke Agroprerada d.d. nakon eksplozije b) izgled mjesta eksplozije i proboja gornje armiranobetonske deke silosne jedinice br. 26 [xiv] Unatoč uobičajenom mišljenju, u Republici Hrvatskoj moguće je u nizu različitih postrojenja

4 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k4 k9) uvidjeti moć i učestalost razaranja pri eksploziji prašina. U industrijskoj zoni Skorotinci u Otoku 18. svibnja 2012., u sati dogodila se tehnološka eksplozija na transportnom elevatoru u tornju silosa zbog kvara na elevatoru. U tehnološkoj eksploziji oštećen je silos, elevator, a ozlijeđen je jedan radnik [xv]. Nadalje, u četvrtak 21. kolovoza 2012., oko sati dogodila se eksplozija u pilani Hrast u Strizivojni, a plamen se pojavio u silosu za otpadnu piljevinu kapaciteta 80 m 3 (slika 7.a, b). Smatra se da je uzrok vjerojatno pila koja je pri rezanju drveta u kojem je bilo metala izazvala iskru koju je ventilacija uvukla u silos, nakon čega je nastala eksplozija. c) Slika 7.a) Posljedice eksplozija silosa pilane Hrast [xvi], b) Trenutak eksplozije silosa pilane Hrast c) Dio rudnika Raša nakon eksplozije Najteža eksplozija u Republici Hrvatskoj dogodila se 28. veljače u rudniku Raša oko 4.45 sati. Tada je došlo do strahovite eksplozije na dubini od 240 metara (slika 7.c). Nekoliko je teorija, no točan uzrok nesreće nikada nije utvrđen. Najbliži je istini broj od 185 poginulih rudara na mjestu nesreće, a još toliko ih je podleglo ozljedama i trovanju u sljedećim danima. Ta je podzemna katastrofa druga po veličini u Europi, dok tužni primat drži ona koja se dogodila 10. ožujka godine u rudniku ugljena Courriers u francuskom mjestu Calais kada je život izgubilo više od 1000 ljudi. IV. STATISTIČKE RAZDIOBE UZROKA TEHNOLOŠKIH EKSPLOZIJA SA ZAPALJIVOM PRAŠINOM U radu [4] prikazani su desetci statističkih razdioba uzročnika paljenja kod zapaljivih prašina. Sve one upućuju na primaran i znatan utjecaj mehaničkih uzročnika paljenja (vruće površine, mehaničke iskre, trenje, plamen i dr.). Studija ugledne institucije, njemačkog instituta IFA, u svojem izvješću ("BIA report") [4] također navodi mehaničke uzročnike sa 68,3% kao najučestalije uzročnike paljenja eksplozivne atmosfere prašina. Veliki proizvođači opreme Stahl [4] i Bartec [4] navode također mehaničke uzročnike kao najučestalije uzročnika paljenja eksplozivne atmosfere zapaljive prašine. V. POVIJESNI RAZVOJ PROTUEKSPLOZIJSKE ZAŠTITE OPREME KOD ZAPALJIVIH PRAŠINA Malo je poznato tko je zaslužan za razvoj prvoga uređaja kao i (konstrukcijskih) mjera u svrhu povećanja sigurnosti sa stajališta protueksplozijske zaštite. Prema današnjoj metodologiji protueksplozijske zaštite koja razmatra opremu i zaštitne sustave, prvi uređaj u povijesti je rudarska svjetiljka (slika 8.a). Ona je usavršena (slika 8.b) te nazvana Davyjeva svjetiljka na temelju rezultata istraživanja koje su proveli dr. William Reid Clanny, Sir Humphrey Davy i George Stephenson (poslije izumio i prvu parnu lokomotivu). Zapravo, razvoj rudarske svjetiljke tekao je tako što se otkrilo prvo načelo, izoliranje plamena koje je razvio dr. Clanny godine. Otprilike u isto vrijeme, 1815., Sir Humphrey Davy otkrio je da ako su dvije posude napunjene zapaljivim (eksplozivnim) plinom i povezane međusobno uskom cijevi te ako plin u jednoj od posuda bude upaljen, odnosno eksplodira, neće biti prijenosa eksplozije u drugu posudu. George Stephenson je započeo razvoj konstrukcije svjetiljke ispitivanjem dvaju načela: 1) "sagoreni zrak" (CO 2 ) u svrhu sprječavanja prijenosa eksplozije i 2) brzina gorenja jamskog plina je spora. Tijekom vremena slijedila su važna istraživanja vezana za sprječavanje i suzbijanje paljenja eksplozivne atmosfere. Slika 8.a) Prva rudarska sigurnosna svjetiljka, b) Davyjeva svjetiljka VI. POVIJESNI RAZVOJ PROTUEKSPLOZIJSKE ZAŠTITE ZAŠTITNIH SUSTAVA KOD ZAPALJIVIH PRAŠINA Nažalost, do spoznaja o mogućnostima i načinima paljenja eksplozivne atmosfere dolazilo se nakon velikog broja eksplozija i pogibija stotina radnika. Istraživanja eksplozije prašina u 18. stoljeću ponajprije su usredotočena na eksplozije ugljene prašine u rudnicima. Međutim, to se promijenilo nakon velikog broja eksplozija prašine s obiju strana Atlantika, kao što su Tradeston mlin u Glasgowu, 9. srpnja 1872., 18 osoba poginulo; Werdermühle u Hamelnu, 7. studenoga 1887., 11 ljudi poginulo; Washburn, mlin u Minneapolisu, 2. svibnja 1878., 18 ljudi poginulo itd.

5 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k5 k9) Ipak, prekretnica je eksplozija mlina brašna Washburn koji je u to vrijeme bio najveći mlin u SAD-u (slika 9.). Slika 9.a) Ilustracija iz tadašnjeg tiska St. Paul Globe, b) Detalj, posljedica eksplozije mlina brašna u Minneapolisu, SAD Večernja smjena 2. svibnja počela je kao i prethodna. Međutim, oko 19 sati uskovitlano brašno se zapalilo mehaničkom iskrom u mlinu. Eksplozija je raznijela krov, uništila ostalih pet mlinova i zahvatila nekoliko gradskih blokova u plamenu. Nažalost, posljedica te eksplozije pogibija je 18 radnika i 137 teško ozlijeđenih. Kada je g. Cadwallader C. Washburn, osnivač General Millsa, čuo vijest, odlučio je spriječiti slične katastrofe u budućnosti razvojem novog uređaja. Konstruktor tog uređaja bio je inženjer William de la Barre. Uređaj se temelji na sprječavanju stvaranja oblaka prašine brašna u mlinu ispuhom. Nakon prezentacije djelotvornosti tog uređaja, Washburn je bio zadivljen i odmah je dao da se instalira u svim drugim njegovim tvornicama. To se može smatrati jednim od prvih zaštitnih sustava u procesu sa zapaljivim prašinama. VII. STRATEGIJE SPRJEČAVANJA EKSPLOZIJE PRAŠINA Uvjeti za eksploziju prašina vidljivi su iz peterokuta eksplozije prašine (slika 2.). Najočitiji način da se spriječi nastajanje eksplozije prašina je sprječavanje "zatvaranja" peterokuta, a to se može na sljedeće načine: a) učinkovito mijenjanje procesa b) ograničavanje koncentracije zapaljive prašine c) potpuno uklanjanje ili smanjenje prisutnosti uzročnika paljenja d) inertiziranje. A. Učinkovito mijenjanje procesa Najočitiji i najsigurniji način kojim bi se spriječile eksplozije prašina je zamijeniti postojeće procese onima koji ne sadržavaju zapaljive prašine. No, nažalost, pri tome se potvrđuje aksiom "lakše reći nego učiniti" jer, naravno, nemoguće je zamijeniti u nekim industrijama radne tvari (šećerana i dr.). U literaturi se mogu pronaći četiri elementa povezana sa smanjivanjem opasnosti od eksplozija prašine: 1. Smanjivanje: rabiti manje količine opasne tvari kada se taj materijal ne može izbjeći 2. Zamjena: zamijeniti opasnu tvar onom koja je manje opasna ili u opasnom dijelu procesa ukloniti opasnu tvar 3. Ograničenje: uporaba opasne tvari u svojim najmanje opasnim oblicima ili identificirati opcije koje uključuju manje opasne radne uvjete 4. Pojednostavnjenje: tehnologija procesa i pravilna konstrukcija te odabir opreme za uklanjanje mogućnosti pogreške, prepoznajući načine za uklanjanje pretjerane uporabe sigurnosnih značajki. Nadalje, moguće konkretnije preporuke su: - upotrijebiti inertni plin (dušik) kao transportni medij umjesto zraka - rabiti inertni plin (dušik) u silosima - puniti silos s pomoću ciklona kako bi se umanjilo stvaranje oblaka prašine - kontrolirati veličinu čestica - smanjiti mogućnost pojave statičkog elektriciteta u silosima, filtrima te provjeravati potencijal metalnih dijelova - kontrolirati vlagu u cijevima i silosima - rabiti niže stope protoka mase - konstrukcija silosa i uporaba izolacijskih ventila između silosa - održavati koncentraciju prašine ispod DGE - pravilna konstrukcija cijevi kojima se transportira prašina i dr. B. Ograničavanje koncentracije zapaljive prašine Teško je držati zapaljivu koncentraciju oblaka prašine ispod određene razine kako bi se spriječila eksplozija jer je obično najmanja eksplozivna koncentracija znatno ispod ekonomskih uvjeta rada. Zbog nehomogenosti raspodjele prašine mjestimice mogu nastajati eksplozivne koncentracije prašine. Međutim, sljedeće mjere mogu biti djelotvorne: (i) u slučajevima gdje se ne može izbjeći velika koncentracija prašine bilo bi uputno raditi s manjim količinama prašine nego s jednom velikom (ii) treba izbjegavati okolnosti poput slobodnog pada prašine s visine, što može potaknuti stvaranje oblaka prašine (iii) postupak uklanjanja prašine, iz struje plina, mora se obaviti u ranoj fazi kako bi se izbjegla suspenzija prašine (iv) postrojenja za rukovanje zapaljivom prašinom trebaju biti primjereno konstruirana kako bi se smanjilo nakupljanje prašine. Čišćenje prašine nakupljene u mjestima kao što su cijevi mora biti što je više olakšano.

6 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k6 k9) Na temelju analize šest nesreća koje su se dogodile između i 2003., Frank [xvii] je identificirao sljedeće organizacijske imperative: 1. Posebne karakteristike prašine (MIT najniža temperatura paljenja, vodljivost, kemijska nekompatibilnost) treba uzeti u obzir u planiranju sigurnih radnih postupaka 2. Programi čišćenja moraju cjelovito rješavati sva područja u kojima se može akumulirati zapaljiva prašina 3. Ograničiti formiranje oblaka prašine tijekom čišćenja, nakon što su se isključili svi uzročnici paljenja 4. Uspostavljanje periodike redovitog čišćenja 5. Svakako izbjegavati komprimirani zrak za čišćenje 6. Edukacija mora sadržavati i učenje iz pogrešaka i prethodnih događaja koje treba smatrati upozorenjima. C. Potpuno uklanjanje ili smanjenje prisutnosti uzročnika paljenja Osim primjene drugih sigurnosnih tehnika, općenito treba težiti izbjegavanju uzročnika paljenja. Pritom je često, posebno kod složenih postrojenja, vrlo teško ustanoviti sve moguće uzročnike paljenja. Ponajprije zato što identificiranje uzročnika paljenja koji nastaju u radu procesne tehnološke opreme nije nimalo jednostavno zbog vrlo složenog postupka procjene kritičnih mjesta te njihovih opasnih temperaturnih stanja. Od velike pomoći kod sprječavanja uzročnika paljenja mogu biti zakonska regulativa, norme, posebice HRN EN , razni vodiči i priručnici, primjena pogonskih uputa, ali ono što je posebice važno, primjena znanja stručnjaka protueksplozijske zaštite. D. Inertiziranje Inertiziranje se odnosi na načine i sredstva kojima se koncentracija kisika u procesnom dijelu ili u posudi smanjuje dodavanjem inertnih plinova (ili vodene pare) u količinama u kojima oblak prašine ne može više održavati oksidaciju. Inertiziranje će usporiti ili potpuno spriječiti zatvaranje peterokuta eksplozije prašine (slika 2.) čime se smanjuje opasnost od eksplozije. Inertiziranje se također upotrebljava, iako puno rjeđe, miješanjem zapaljive prašine s jednom negorivom. Za velik broj organskih prašina, ako se ne postigne najviša dopuštena koncentracija kisika od 8 vol.%, ne postoji više ni opasnost od eksplozije. Iznimka su metalne prašine kod kojih se treba pridržavati još nižih vrijednosti za kisik. VIII. KRATAK PRESJEK ZAHTJEVA ZAKONSKE REGULATIVE ZA ZAŠTITNE SUSTAVE Protueksplozijska zaštita zaštitnih sustava propisana je u Republici Hrvatskoj zakonskom regulativom: Pravilnikom NN 34/10 [xviii] i Pravilnikom NN 39/06 [xix]. A. Presjek zahtjeva Pravilnika NN 34/10 vezanih za zaštitne sustave Europska direktiva 94/9 EC te istoznačni Pravilnik NN 34/10 [xviii] već u svojim naslovima jasno navode da se odnose i na zaštitne sustave. U čl. 1 Direktive 94/9 EC i Pravilnika NN 34/10 definira se pojam "zaštitni sustavi", i to kao uređaji koji nisu komponente opreme, a koji su namijenjeni trenutačnom zaustavljanju razvoja eksplozije i/ili ograničavanju područja djelovanja. Općenito se može utvrditi da se kroz cijeli Pravilnik (Direktivu) i za opremu i za zaštitne sustave navode jednaki zahtjevi. Posebno se još u tč. 3 priloga II "Bitnih zahtjeva" navode "Dodatni zahtjevi za zaštitne sustave". Kroz tu točku navode se opći zahtjevi, zahtjevi kod projektiranja i planiranja zaštitnih sustava, definiraju se zahtjevi na materijale, sustave otpusta tlaka, sustave za gušenje eksplozije i sustave odvajanja eksplozije. B. Presjek zahtjeva Pravilnika NN 39/06 vezanih za zaštitne sustave Kroz cijeli sadržaj Pravilnika NN 39/06 navode se mjere zaštite od eksplozije, a u što se svakako ubrajaju i "zaštitni sustavi". U Prilogu II tč. B "Kriteriji za odabir uređaja i sustava zaštite" Pravilnika NN 39/06 navodi se jasno da se "u svim prostorima u kojima se može pojaviti eksplozivna atmosfera, odabiru uređaji i zaštitni sustavi prema već gore spomenutom Pravilniku NN 34/10 (Direktivi 94/9 EC). Mjere protueksplozijske zaštite navedene su i u prilogu I Pravilnika NN 39/06 i odnose se na poduzimanje tehničkih i/ili organizacijskih mjera. U to svakako pripada smanjivanje štetnog djelovanja eksplozije kako bi se osiguralo zdravlje i sigurnost radnika. IX. SMANJIVANJE UČINAKA EKSPLOZIJE PRAŠINA S POMOĆU ZAŠTITNIH SUSTAVA U slučaju da eksploziju nije moguće pouzdano izbjeći, treba poduzeti mjere kako bi se učinci eksplozije ograničili i smanjili na sigurnu razinu. Učinci eksplozije mogu se smanjiti na nekoliko načina: a) zadržavanjem eksplozije uporabom eksplozijski otporne izvedbe uređaja (HRN EN 14460) b) suzbijanjem eksplozije (HRN EN 14373)

7 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k7 k9) c) rasterećivanjem eksplozije (HRN EN i HRN EN 14797) d) sprječavanjem plamena i odvajanjem eksplozije (HRN EN 15089). a) Uporabom eksplozijski otporne izvedbe uređaja (slika 10.a). Tlak eksplozije za većinu zapaljivih prašina je u rasponu 7 10 bara. No, statički tlak nije jedini bitan parametar jer porast tlaka u eksploziji je visok te oprema mora izdržati i dinamički tlak. Stoga oprema mora biti konstruirana na temelju rotacijske simetrije s izbjegavanjem velikih ravnih površina i kutnih dijelova. ako se odušak nalazi u objektu, zapaljena prašina svakako može uzrokovati ozljede ljudi ili izazvati daljnji požar s eksplozijom okolne nataložene prašine. c) Slika 11. Eksplozijski odušak a) Rasprskavajuće ploče b) Reverzibilne zaklopke na silosu c) Smjer otvaranja reverzibilne zaklopke d) Sprječavanjem plamena, a time i širenja eksplozije. Sprječavanje širenja eksplozije (razdvajanje eksplozije) moguće je uporabom aktivne i pasivne naprave za sprječavanje širenja eksplozija, npr. zaustavljača plamena (slika 12.a), tlačnih odušnih ventila (slika 12.b), rotacijskih ventila (slika 13.), pužnog transportera s odbojnom pločom, brzodjelujućih protueksplozijskih izolacijskih ventila (slika 14.) i dr. Slika 10.a) Filtar konstruiran kao eksplozijski otporna izvedba do tlaka 10 bara, b) Filtar sa sustavom za suzbijanje eksplozije injektiranjem Posebnu pozornost treba skrenuti na mjesta na kojima prašina dolazi iz drugih dijelova postrojenja i na mjesta (veze) sa susjednom opremom. Mjera zaštite zadržavanjem eksplozije prijeko je potrebna kod uporabe visokotoksične prašine (farmaceutska industrija). b) Suzbijanjem eksplozije. Sustavi za suzbijanje eksplozije sprječavaju eksploziju postizanjem najvišeg tlaka, i to brzim injektiranjem inertne ili zagušujuće tvari u opremu u slučaju eksplozije. Suzbijanje uključuje povezivanje tlačnog ili optičkog osjetnika s brzodjelujućim uređajem (slika 10.b). c) Rasterećivanjem eksplozije. Ublažavanje eksplozije je načelo zaštite koje se temelji na ispuštanju izgorene i neizgorene smjese te gorivih plinova zbog snižavanja tlaka eksplozije. Zapravo, radi se o tome da bez ikakve zaštite, odnosno odušaka, dolazi do velikih oštećenja opreme. Ova mjera temelji se zapravo na "prirodnom otpuštanju eksplozije". Ovo se postiže ugradnjom npr. rasprskavajućih ploča (slika 11.a.), reverzibilnih eksplozijskih zaklopki (slika 11.b, c), i sl. dovoljnih da spriječe razaranje opreme. Uobičajeno rješenje je izvesti kanal (dovoljne čvrstoće) koji će tlak eksplozije odvesti na sigurno u okoliš jer u suprotnom, Slika 12. Eksplozijski odušak a) Zaustavljač plamena kod zapaljivih prašina b) Tlačni odušni ventil Rotacijski ventili obično djeluju tako da kontroliraju protok prašine ili kao zračni zapor te imaju vrlo male razmake (0,2 0,3 mm) između rotora i kućišta. Slika 13. Rotacijski ventil, primjer ugradnje te primjer mjesta ugradnje

8 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k8 k9) Brzodjelujući protueksplozijski izolacijski ventili (BPIV) sadržavaju osjetnik koji detekcijom eksplozije (tlaka, optički) aktivira ventil, koji dušik tlaka bara iz spremnika injektira ekstremno brzo oko 0,04 s Slika 16. Primjer filtarskog postrojenja s primjenom zaštitnih sustava: 1. Osjetnik eksplozije (tlaka, optički), 2. Ventilator, 3. Protueksplozijski rotacijski ventil, 4. Kontrolna jedinica, 5. Sustav za suzbijanje eksplozije injektiranjem, 6. Filtar Slika 14. Brzodjelujući protueksplozijski izolacijski ventil i primjer mjesta ugradnje Pasivni protueksplozijski ventil sastoji se od kućišta (1) u kojem je "plutajuća" kugla (2) koja se preko priključka (3) pomiče po vodilicama (4). Plutajuća kugla održava se u otvorenoj (centralnoj) poziciji s pomoću opruge u odnosu na procesni tok (5). Najmanja razlika tlaka na ventilu od 0,1 bara nastala zbog eksplozijskog tlaka (6) pomaknut će kuglu na sjedište (7) i načiniti zapreku eksplozijskom tlaku i plamenu (8). Kugla je sigurno zatvorena s pomoću mehanizma (9), a podižući resetni prekidač (10), vratit će kuglu u otvoreni položaj. Slika 15. Pasivni protueksplozijski ventil Na slici 16. prikazan je primjer filtarskog postrojenja s ugrađenim različitim zaštitnim sustavima. Vrijeme koje je potrebno da osjetnik reagira na početak paljenja u filtru iznosi 0,01 s, kontrolna jedinica procesuira podatke u vremenu od 0,02 s, a reakcija sustava za suzbijanje eksplozije, odnosno injektiranje, u vremenu od 0,04. X. ZAKLJUČAK Prašine su izrazito opasne, između ostalog i stoga što je svijest o njihovoj opasnosti vrlo niska te se ne smatraju toliko opasnima kao plinovi. Međutim, dosadašnja praksa to opovrgava. Promatrajući sa stajališta protueksplozijske zaštite industrijskih postrojenja, ne može se ne zamijeti kako su ona sve više opterećena sve većim rizicima i opasnostima, usporedimo li to sa situacijom od prije samo nekoliko godina. To je i razumljivo s obzirom na tehnologiju koja pojednostavnjuje neke radne procese, a koji bi mogli štetiti ljudskom zdravlju, ali i okolini. No, često upravo tehnologija zahtijeva primjenu najnovijih tehničkih znanja uz kontinuirano usavršavanje radnika. Svakako, pri sustavnom raščlanjivanju opasnosti i prosuđivanju rizika od opasnih događaja, svaki slučaj industrijskog postrojenja sa zapaljivom prašinom zahtijeva zasebno stručno razmatranje, oslobođeno svakog paušalnog ocjenjivanja i generaliziranja kroz razne recepte sigurnosti i zaštite. Naime, osim znakovitih mjesta pojave eksplozivne atmosfere, posebna se pozornost mora posvetiti vjerojatnosti/učestalosti njezine pojave, mogućim razdobljima trajanja, vjerojatnosti pojave mogućih uzročnika paljenja te predvidjeti raspon i razine mogućih štetnih i opasnih posljedica za slučaj eksplozije. Kako se eksplozije, općenito gledajući, znatno rjeđe događaju pri normalnim procesima, tehnološkim uvjetima i okolnostima, postupak raščlanjivanja opasnosti prosuđivanja razine ugroze ili stupnja rizika od tehnološke eksplozije treba provesti za svaku redovitu, ali i za svaku izvanrednu (objektivno moguću) radnu, tehnološku ili procesnu opasnost. Tek takav sustavan i glede primjenjivih metoda i tehnika raščlambe opasnosti i prosudbe rizika metodološki ispravan pristup toj problematici može rezultirati najobjektivnijim (nepodcjenjujućim, ali i nepreuveličavajućim), najdjelotvornijim i ujedno, gospodarski (glede troškova implementacije)

9 Slavko Rumbak: Eksplozije prašina opasnosti, uzroci i sprječavanje (k9 k9) najprihvatljivijim rješenjima protueksplozijske zaštite takvih postrojenja. Svakako nam u bližoj budućnosti slijedi nužna potreba za sustavnijem pristupu mjera protueksplozijske zaštite temeljenim na primjeni i zaštitnih sustava kako bi se što pouzdanije izbjegli mogući propusti i previdi koji bi mogli rezultirati katastrofalnim posljedicama za sigurnost i zdravlje ljudi i zaštitu opreme. LITERATURA [i] C.W. Kauffman, Agricultural dust explosions in grain handling facilities, I.C. Fuel-air Explosions,, 1982., pp [ii] R. Siwek, Determination of technical safety indices and factors influencing hazard evaluation of dusts, J. Loss Prevent [iii] G. Vijayaraghavan, Impact assessment, modelling, and control of dust explosions in chemical process industries, M Thesis, [iv] S. Rumbak, Učestalosti uzročnika paljenja eksplozivne atmosfere, Ex- Bilten, [v] ISSA, Determination of the Combustion and Explosion Characteristics of Dusts, International Social Security Agency, Mannheim, [vi] J. Gummer, G.A. Lunn, Ignitions of explosive dust clouds by smouldering and flaming agglomerates, J.LP.P. Ind [vii] W. Bartknecht, Brenngas-und Staubexplosionen, Forschungsbericht F45. Koblenz Bundesinstitut fur Arbeitsschutz, Germany, [viii] W. Bartknecht, Explosionen: Ablauf und Schutzmassnahmen, Springer-Verlag, Berlin [ix] R. K. Eckhoff, Dust Explosions in the Process Industries, 3rd ed., Gulf Professional Publishing, USA, [x] C.L Morozzo di Bianzè, Account of a Violent Explosion Which Happened in the Flour-Warehouse, at Turin, December the 14th, 1785.; To Which are Added Some Observations on Spontaneous Inflammations; From the Memoirs of the Academy of Sciences of Turin. The Repertory of Arts and Manufactures: London, [xi] H. J. Reitsma, The explosion of a ship, loaded with black powder, in Leiden in 1807., Int. J. Impact Eng [xii] GEEIT (Grain elevator Explosuion Investigation Team), Executive Summary of the Report on Explosion of DeBruce Grain Elevator [xiii] Taveau, J., Secondary Dust Explosions: How to Prevent them or Mitigate their Effects?, Wiley Online Library [xiv] [xv] [xvi] [xvii] W. L. Frank, Dust explosion prevention and the critical importance of housekeeping, Process Safety Prog. 23 (2004.) [xviii] Pravilnik o opremi i zaštitnim sustavima namijenjenim za uporabu u potencijalno eksplozivnim atmosferama NN 34/10 [xix] Pravilnik o najmanjim zahtjevima sigurnosti i zaštite zdravlja radnika te tehničkom nadgledanju postrojenja, opreme, instalacija i uređaja u prostorima ugroženim eksplozivnom atmosferom NN 39/06. [xx] P. R. Amyotte, F. I. Khan, A. G. Dastidar, Reduce dust explosions the inherently safer way, Chem. Eng. Prog , [xxi] D.Kulišić, Pogibelji, uzrok i sprječavanje eksplozija prašina/žitarica pri skladištenju, 19. seminar "DDD i ZUPP '07", Dubrovnik, ožujka 2007.