PROTECTIA IMPOTRIVA EXPLOZIILOR
Introducere
Pe timpul incendiilor se pot produce explozii. In unele cazuri exploziile sunt urmate de incendii. Alteori se produce numai explozia.
Consecintele exploziilor sunt adesea mult mai grave decat ale incendiilor datorita faptului ca pericliteaza iminent viata si sanatatea oamenilor, care nu mai dispun de timpul necesar pentru evacuare si protectie.
Concepte cheie: explozia = proces de ardere foarte rapid; limitele si intervalul de explozie; energia minima de aprindere; suprapresiunea, protectia antiexploziva sau ,,antiex”.
1. Explozia – proces de ardere rapida.
Explozia este un proces de ardere foarte rapida si 242c28c violenta a amestecurilor explozive, care se produce in fractiuni de secunda, cu degajare de caldura si lumina si care genereaza presiuni mari.
Exploziile se pot declansa datorita:
energiei eliberate in urma oxidarii rapide (arderea unui amestec de vapori de substante combustibile cu aerul),
descompunerii rapide a unor compusi chimici (ex. azotatul de amoniu),
eliberarii bruste a energiei degajate prin fuziune sau fisiune nucleara (bomba atomica si cu hidrogen),
polimerizarii necontrolate cu eliberare rapida de energie.
Parametri care caracterizeaza exploziile:
viteza de ardere (reactie) si de descompunere a amestecurilor explozive,
limitele de explozie sau de ardere si intervalul de explozie,
suprapresiunea, presiunea exploziei sau unda de soc.
In functie de vitezele de ardere (reactie) sau descompunere, exploziile pot fi:
deflagratii, cu viteza de cativa centimetri pe secunda,
explozia propriu-zisa, cu viteza de 10-100m/s,
detonatii, cu viteze de 1000-4000 m/s.
Rabufnirea poate fi considerata un efect limita al exploziei, fiind o ardere de cativa metri pe secunda, cu presiune nu prea mare. (exemplu: rabufniri in focarele cazanelor).
Limitele de explozie sau de ardere sunt:
inferioara = concentratia minima a amestecurilor la care se poate produce explozia;
superioara = concentratia maxima a amestecurilor la care se poate produce explozia.
Sub limita inferioara amestecul nu se aprinde, deci nu prezinta pericol, iar peste limita superioara amestecul in contact cu o sursa de caldura se aprinde si arde.
Limitele de explozie ale unui amestec exploziv se pot calcula cu formula lui Chatelier:
in care:
L = concentratia, in %;
a,b,c,..n = continutul, in % de volum al fiecarui component combustibil din amestecul considerat,
A,B,C,N = limitele inferioare sau superioare de explozie ale componentelor combustibile din amestecul considerat.
Zona dintre limita inferioara si limita superioara se numeste intervalul de explozie.
Amestecul exploziv este format dintr-o substanta combustibila sub forma de gaze, vapori sau pulberi si aer (oxigenul).
Limitele de explozie sunt date in tabele si memoratoare, ori lucrari de specialitate, sub forma de concentratie volumetrica (% volum) sau de masa (g/m3).
Printr-o formula, concentratia in volum se poate transforma in concentratie de masa si invers.
Energiile minime de aprindere a amestecurilor explozive sunt foarte reduse.
2. Substante si amestecuri cu pericol de explozie.
Substantele si amestecurile cu pericol de explozie pot fi grupate astfel:
gaze combustibile,
prafuri combustibile,
pulberi metalice combustibile,
lichide inflamabile.
2.1.Gaze combustibile cu pericol de explozie:
- hidrogenul cu limita de explozie intre 4 si 75 % hidrogen in aer; in intervalul 17-60% detoneaza usor in contact cu sursa de aprindere; presiunea creste de aproape 20 de ori fata de cea initiala; energia minima de aprindere a unei scantei (0,019 mJ.).
- metanul cu interval de explozie intre 6-16 %; viteza de explozie este de circa 2300 m/s; este mai usor ca aerul (densitate 0,55).
- acetilena: cu limite de explozie intre 3,5 – 82%; cele mai periculoase sunt amestecurile intre 7 si 13 % in volum, in spatii inchise presiunea exploziei poate fi de circa 12 ori mai mare decat cea initiala; arderea acetilenei in oxigen produce temperaturi de 3500o C.
- amoniacul: cu intervale de explozie intre 15 si 27 % vol. in aer si intre 13,5 – 79% vol. in oxigen; energie minima de aprindere – 680 mJ; presiune de explozie – 6 kgf/cm2:
- clorul: in amestecuri cu acetilena, amoniac gazos, hidrogen, hidrocarburi etc. reactioneaza ; cu metanul si etanul se autoinflameaza.
- gaze petroliere lichefiate: propan, butan, propilena, izobutan, butadiena si amestecurile dintre acestea formeaza cu aerul amestecuri explozive; limitele de explozie variaza, cea inferioara intre 1,5 si 2 %, iar cea superioara intre 2,5 si 9,5 %.
2.2.Prafuri si pulberi combustibile
Prafurile combustibile, in suspensie, sub forma de particule fin divizate, pot forma cu aerul amestecuri explozive. Exemple:
carbune: limita inferioara 35-44 g/m3, limita superioara 4200 g/m3;
carbune de Petrila: limita inferioara 100-1000 g/m3; limita superioara 2000-7000 g/m3.
cereale: limita inferioara 20 g/m3, limita superioara 2000 g/m3.
faina de lemn: limita inferioara 30,2 g/m3; limita superioara 60 g/m3;
faina: limita inferioara 32,2 – 63 g/m3; limita superioara 2000 g/m3.
pulberea de aluminiu:
limita inferioara 43 g/m3; energie minima de aprindere 15-50 mJ:, in
contact cu apa
pulberea de magneziu:
limita inferioara 20-
pulberea de zirconiu cu o granulatie de 3 microni: limita inferioara 45 g/m3; energia minima de aprindere 15 mJ;
pulberea de fier: limita inferioara 105g/m3; energia minima de aprindere 20mJ.
In unele procese chimice, ca urmare a reactiilor dintre substante, a produselor de reactie rezultate si a parametrilor de lucru (temperaturi, presiuni etc.), catalizatorilor, se pot produce explozii fara sa fie o cauza exterioara. Exemple de procese: de oxidare, de hidrogenare, de dezalchilare, etc.
2.3. Lichide combustibile
O categorie larga de substante cu pericol de explozie este formata din lichidele inflamabile. Explozia propriuzisa are loc in amestecul de aer cu vaporii lichidelor respective. Exemple:
- acetona: intervale 2,15 – 12,8 % vol.sau 60-310g/m3;
- alcool etilic: intervale 3,28-18,95 % vol.sau 50-365 g/m3.
- benzen: intervale 1,2-8,0% vol.sau 39-370g/m3;
- benzina auto: intervale 1,4-7,6 % vol.sau 44-317 g/m3;
- gazolina: interval 1,4-7,6 % vol;
- sulfura de carbon: interval 1,0-60,0 % vol;
- toluen: intervale 1,20-7,3 % vol.sau 41-268 g/m3;
- titei: intervale 1,0-7,60 vol.sau 44-335 g/m3.
Un tip de explozii particulare sunt cele declansate pe timpul incendiilor, in faza arderii active, denumite backdraft, a amestecului de produse de ardere, ca urmare a unui aflux de aer (oxigen) in spatiul inchis incendiat ca urmare, arderea se generalizeaza.
3. Mijloace si masuri de protectie impotriva exploziilor.
3.1. Echipamente electrice pentru medii cu pericol de explozie.
In mediile cu pericol de explozie se folosesc de regula instalatii, aparatura si utilaje electrice.
Intrucat una din principalele surse de energie capabila de aprinderea amestecurilor explozive este de natura electrica, sub forma de scantei electrice, arcuri electrice, scurtcircuite, electricitate statica sau efectul termic al curentului electric, se impune ca in mediile cu pericol de explozie sa se utilizeze echipamente electrice protejate antiex.
Reglementarea de baza in acest domeniu este ,,Normativul pentru proiectarea, executarea, verificarea si exploatarea instalatiilor electrice in zone cu pericol de explozie”, indicativ N.P.099-04 aprobat prin ordinul MTCT Nr. 176/2005. Acesta se refera la instalatiile electrice de iluminat, forta, automatizare, control, semnalizare, comunicatii, etc. indiferent de tensiunea de lucru si de faptul ca sunt permanente, temporare, portabile, transportabile sau purtate in mana.
Normativul urmareste asigurarea din punct de vedere al nivelului de performanta si cerinta esentiala de securitate la incendiu (siguranta la foc).
Normativul se aplica numai la aparatura electrica din grupa a II-a definita de standardele de referinta, adica de aparatura electrica destinata pentru toate locurile de munca cu atmosfera exploziva, cu exceptia minelor grizutoase (care intra in grupa I). Grupa a II-a poate fi divizata pe subgrupe (A, B, C).
In functie de temperatura maxima de suprafata a aparaturii electrice sunt stabilite 6 clase de temperatura:
T.1-450oC – ex. metan, hidrogen, propan,
T.2-300oC – ex. alcool etilic, motorina, acetilena,
T.3 – 200oC – ex. benzina, gazolina, hidrogen sulfurat, titei,
T.4 – 135oC- ex.aldehida acetica, eter etilic, dioxan,
T.5 – 100oC – ex.sulfura de carbon,
T.6 – 85oC
Din exemplele date, metanul face parte din grupa I de protectie antigrizutoasa, iar celelalte substante A, B sau C. Hidrogenul, acetilena si sulfura de carbon fac parte din grupa IIC.
Explozia unei atmosfere explozive este definita ca o crestere brusca a presiunii si temperatura, datorita oxidarii sau altei reactii exoterme.
Atmosfera exploziva poate fi: gazoasa sau cu praf, aflata intr-o anumita arie periculoasa sau nepericuloasa.
In functie de permanenta atmosferei explozive si de probabilitatea acesteia, aria se imparte pe zone (0,1 si 2 pentru gaze, 20,21 si 22 pentru pulberi).
In standarde de referinta sunt stabilite 8 tipuri de protectie antiexploziva pentru echipamentele electrice:
protectie antideflagranta ,,d”
protectie tip securitate marita ,,e”
protectie tip capsulare presurizata ,,p”
protectie tip securitate intrinseca ,,i”
protectie prin inmersiune in ulei ,,r”
protectie prin inglobare in nisip ,,q”
protectie tip incapsulare ,,m”
protectie speciala tip ,,n”
Aparatura folosita in zone periculoase cu gaze si vapori este codificata cu litera ,,G” iar aparatura folosita in zone periculoase cu praf combustibil este codificata cu ,,D”.
Aparatura se clasifica functie de zona, pe trei categorii: 1 (zona 0 sau 20); 2 (zona 1 sau 21); 3 (zona 2 sau 22).
Exemple de marcare a aparaturii: II1G sau II1D; II3G sau II3D;
Pentru alegerea corecta a aparaturii electrice pentru arii periculoase trebuie cunoscute:
clasificarea ariei periculoase in zone (conform standardelor de referinta SR EN 60079-10);
clasa de temperatura sau temperatura de aprindere a gazelor sau vaporilor;
grupa (subgrupa) aparaturii electrice;
conditiile locale (temperatura ambianta si factorii care pot influenta negativ protectia la explozie).
Circuitele si echipamentele electrice situate in zone cu pericol de explozie, exceptandu-le pe cele cu securitate intrinseca, trebuie prevazute cu urmatoarele protectii:
la suprasarcina,
la scurtcircuit,
la defecte de punere la pamant
contra reanclansarii automate in caz de defect.
Pentru motoarele electrice se asigura si protectia la scaderii tensiunii de alimentare sub limitele admise si protectia contra ramanerii in doua faze (la motoarele de joasa tensiune).
Sunt prevazute masuri pentru conductoarele si cablurile electrice referitoare la intrarea in aparate, la jonctiuni, la trecerea acestora prin pereti si plansee, la pozarea lor etc.
De asemenea, sunt prescriptii tehnice speciale privind electricitatea statica si instalatiile de paratrasnet, indeosebi la rezervoarele de produse petroliere si la gazometre.
Este stabilit un program de inspectii pentru instalatii si aparatura.
3.2. Sisteme si mijloace de protectie impotriva exploziilor.
O categorie importanta de mijloace de protectie impotriva incendiilor o reprezinta explozimetrele. Cu ajutorul acestora se masoara concentratia amestecului de aer si substante explozive gazoase.
Explozimetrele pot fi construite:
pentru un singur gaz (metan, hidrogen sau propan etc.)
pentru doua sau mai multe gaze, aflate in amestec, de regula cu proprietati fizico-chimice apropiate.
Alta categorie de aparate utilizate pentru protectia impotriva exploziilor este constituita din analizoarele de gaze si din cromatografe. Acestea detecteaza prezenta gazelor combustibile si vaporilor inflamabili in mediul supus supravegherii si indica dupa caz concentratia. Sunt utilizate indeosebi in industrie.
In locurile unde exista pericolul formarii electricitatii statice se realizeaza sisteme de protectie pentru scurgerea acestei energii la pamant prin:
legare la nul (in retele cu neutrul legat la pamant) sau
legare la pamant (in retele cu neutrul izolat).
Prin aceste sisteme se asigura legarea la pamant a instalatiilor aparatelor si echipamentelor din mediul exploziv, a masinilor si utilajelor alimentare si actionate cu energie electrica, precum si a conductelor ce transporta fluide ce pot genera electricitatea statica.
Sistemele se realizeaza conform Normativului NP 099-04 si normelor de tehnica securitatii muncii.
Cladirile si instalatiile tehnologice cu pericol de explozie se protejeaza cu instalatii de paratrasnet executate conform Normativului I-20.
Conform Normativului P-118 de siguranta la foc, la constructiile cu pericol de explozie se folosesc elemente (pereti, plansee etc.) rezistente la explozie (RF), golurile din pereti se protejeaza prin incaperi tampon antiex si in unele cazuri cu tamburi deschisi antiex.
Usile nu trebuie sa produca scantei capabile sa initieze aprinderea amestecurilor explozive.
Incaperile
si spatiile inchise din categoriile A si B de pericol de incendiu se prevad cu
goluri de decomprimare in caz de
explozie, cu aria de cel putin
Diminuarea riscurilor de formare a amestecurilor explozive se poate realiza si prin sisteme adecvate substantelor gazoase si lichide volatile, precum si materialelor sub forma fina (pulberi, faina, prafuri etc.) adica prin sisteme de ventilare sau sisteme de exhustare, executate in conditii ,,antiex”.
Practic se diminueaza cantitatea de substante combustibile din mediul respectiv.
O alta masura este presurizarea spatiilor cu pericol de explozie (la o suprapresiune minima de 25 Pa) cu ajutorul instalatiei care introduce un gaz de protectie sau aer.
Prevenirea producerii exploziilor in spatii inchise (ex. rezervoarele avioanelor) se poate face si cu instalatii automate care detecteaza conditiile de amorsare a exploziei si inertizeaza rapid mediul. O alta modalitate de prevenire a izbucnirii incendiului sau de producere a exploziei este introducerea in rezervoarele autovehicolelor sau aeronavelor, in tancurile de combustibil ale navelor ori in conducte de lichide inflamabile, a produsului denumit „expocontrol”(asemanator cu spanul metalic).
3.3. Masuri de protectie antiexploziva.
Principalele surse potentiale de aprindere a amestecurilor explozive in conditii normale sunt:
scantei electrostatice,
scantei si arcuri electrice,
scantei mecanice,
descarcari electrice atmosferice,
cresterea temperaturii suprafetei utilajelor si aparatelor,
frecarea,
radiatia (caldura) solara.
Bineinteles ca sursele de aprindere cu flacara, de natura termica si altele cu energii ridicate sunt interzise din start.
Principalele metode pentru limitarea efectelor negative ale acumularilor electrostatice sunt:
limitarea posibilitatilor de aparitie a sarcinilor electrice,
neutralizarea rapida a acestor sarcini,
respectarea normelor si masurilor specifice pentru evitarea formarii amestecurilor inflamabile cu concentratii de aprindere sau de explozie.
Masurile de protectie impotriva electricitatii statice, in esenta constau in:
legarea la pamant,
marirea conductivitatii mediului prin:
sporirea umiditatii aerului, in cazul substantelor hidrofile,
aplicarea unor straturi conductoare subtiri pe materiale, straturile sunt puse la pamant in mai multe puncte,
eliminarea sarcinilor electrostatice prin folosirea mijloacelor antistatice, cum este cazul la fabricarea maselor plastice,
ionizarea aerului prin instalatii de neutralizare cu surse electrice sau radioactive, ori prin echipamente de inductie,
generarea sarcinilor electrice de semne contrare, cum este cazul la incarcarea cu carburant a aeronavelor sau la transportul pneumatic al pulberilor.
Se utilizeaza si o gama larga de masuri punctuale, cum sunt cele privind:
echipamentul operatorului sa fie antistatic,
incaltamintea sa nu produca scantei,
sculele si uneltele utilizate sa nu produca scantei,
pardoseli antistatice,
folosirea legaturilor echipotentiale la diferite operatiuni: incarcare-descarcare gaze si lichide combustibile,
interzicerea folosirii vaselor sau ambalajelor din mase plastice pentru benzina, petrol etc.,
oprirea motoarelor cu ardere interna ale autovehiculelor pe timpul operatiunilor de alimentare cu carburant,
oprirea manevrelor in zonele de incarcare – descarcare produse inflamabile pe timp de furtuna,
introducerea in recipientii cu lichide inflamabile a unor materiale sau substante care nu permit amorsarea exploziei,
echipamentele electrice trebuie sa fie ,,antiex” si mentinute in buna stare,
interzicerea refularii sub forma de jet a produselor volatile (gaze petroliere lichefiate, benzine, petrol etc.),
racirea unor rezervoare sau instalatii supraincalzite de la soare,
zonarea ,,antiex” a locurilor de munca,
instruirea personalului.
|
