TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO
Provozní bezpečnost - Problematika vzniku, monitoringu a eliminace prašné frakce, stanovení prostředí a zón s nebezpečím výbuchu Ing. Martin Kulich, Ph.D., VVUÚ, a.s., Ostrava – Radvanice Jaromír Matějů, VVUÚ, a.s., Ostrava - Radvanice Abstrakt: Příspěvek obsahuje základní informace o druzích prašné expozice, se kterými se v průmyslových provozech můžeme setkat, a představuje metody, kterými je možno je změřit. Dále jsou v příspěvku uvedeny stručné informace z praktického nasazení systému kontinuálního měření prašnosti společně se závěry charakterizující toto zařízení.
Klíčová slova: Prašná expozice; požár; výbuch; hygiena; měření prašnosti.
1.1
Úvod
Mnoho pracovních činností člověka je spojeno s uvolňováním prachu a emisních polutantů do volného ovzduší. Hořlavé prachy s sebou přináší nejen riziko ohrožení zdraví, ale i nebezpečí vzniku požáru a/nebo výbušné koncentrace v ohroženém prostoru s rizikem následného výbuchu. Jednou z nejúčinnějších metod prevence je měření prašnosti exponovaných oblastí s následným vyhodnocením a přijetím potřebných opatření v přímé návaznosti na požárně technické charakteristiky prachů v souladu s Vyhláškou MV č. 246/2001 (221/2014) Sb., požadavky NV č. 406/2004 Sb., ČSN EN 1127-1, ČSN EN 60079-10-2, a dalších souvisejících. Problematiku spojenou s výskytem prašných expozic na pracovištích a imisní zátěží ve volném ovzduší můžeme obecně rozdělit do tří základních skupin: 1)
problematika výskytu prašné expozice vzhledem k nebezpečí požáru hořlavých prachů / vzniku nebezpečné výbušné atmosféry tvořené hořlavým prachem ve směsi s oxidačním činidlem v koncentračních mezích výbušnosti,
2)
problematika výskytu prašné expozice vzhledem k hygieně a kategorizaci práce,
3)
problematika imisních koncentrací ve volném ovzduší.
1.2
Základní pojmy a definice
Prach: malé pevné částice včetně vláken a polétavých částic v atmosféře, které se usazují vlastní 2) hmotností, avšak mohou zůstat rozprášeny ve vzduchu po nějakou dobu (Dle ČSN ISO 8421-1, čl. NA 1.42: Rozmělněná tuhá látka s velikostí částic menší než 0,5 mm). Hořlavý prach: prach, který může hořet plamenem nebo žhnout ve vzduchu a může tvořit ve směsi 2) se vzduchem za atmosférického tlaku a normální teploty výbušnou směs . Výbušné prostředí s prachem: směs hořlavých látek ve formě prachu nebo vláken se vzduchem 2) za atmosférických podmínek, ve které se po vznícení šíří hoření do celé nespotřebované směsi . 1z9
TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO Přípustný expoziční limit (PEL): přípustný expoziční limit chemické látky nebo prachu je celosměnový časově vážený průměr koncentrací plynů, par nebo aerosolů v pracovním ovzduší, jímž může být podle současného stavu znalostí vystaven zaměstnanec v osmihodinové nebo kratší směně týdenní pracovní doby, aniž by u něho došlo i při celoživotní pracovní expozici k poškození zdraví, 10) k ohrožení jeho pracovní schopnosti a výkonnosti . 15)
Emise - vypouštění látek do atmosféry , (obvykle fyzikální látka “vydávaná“ různým zdrojem). Imise – přenos znečišťujících látek ovzduší k příjemci prostředím).
2
15)
, (emise, vstupující do styku se životním
Měření prašnosti
Nejčastější účel měření prašnosti v praxi: Hodnocení technologického postupu a efektivnosti dopravy materiálu a aspiračních procesů, Zařazení provozů, technologií a technologických částí z pohledu protivýbuchové prevence, Stanovení preventivních protiprašných a protivýbuchových opatření, Stanovení vhodných period úklidu, Celkové posouzení prašných poměrů hodnoceného prostoru, Kategorizace prací z hygienického hlediska.
2.1
Druhy měření prašnosti
Podle druhu odběru rozeznáváme 4 druhy měření: 1. Měření koncentrace polétavého prachu uvnitř technologií. 2. Měření sedimentující prašnosti na a v okolí technologie. 3. Speciální měření koncentrace prachu v dopravních potrubích tzv. izokinetické odběry, měření účinnosti odlučovačů nebo filtračních zařízení. 4. Hygienická měření polétavého prachu na pracovištích pro stanovení kategorizace prací.
2.1.1 Měření koncentrace polétavého prachu Jednorázové měření Principem odběru vzorků u tohoto druhu měření je prosávání známého množství vzdušiny přes filtr. Odebrané vzorky se zpracují v laboratoři a vyhodnotí gravimetricky. Odběry se provádí jak z vnitřních prostor, tak i z prostoru vně technologických zařízení pomocí speciálně upravených sond, např. z uzavřených přesypů, drtičů, odlučovačů, filtračních zařízení, a podobně.
2z9
TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO Obrázek 1: Stacionární měření konc. polétavého prachu
Obrázek 2: Detail sondy - měření prašnosti
Kontinuální měření prašnosti Kontinuální měření prašnosti, prováděné kontinuálním prachoměrem typu GM01-C, je významný provozně-bezpečnostní prvek v místech s nadměrným výskytem prašnosti, jako jsou kupříkladu vnitřní -3 prostory zásobníku uhlí. GM01-C umožňuje nastavení maximální prahové hodnoty 100 g.m . GM01-C pracuje se třemi prahovými hodnotami prašnosti:
PROVOZ – VÝSTRAHA – POPLACH Systém pracuje v plně automatickém režimu a umožňuje plnou integraci svých výstupních signálů do řídícího SW provozní technologie. Toto napojení je zárukou včasné signalizace provozních stavů z hlediska aktuálního výskytu prašnosti ve sledovaném prostoru, což poskytuje prostor pro včasné řešení rizikových stavů. Zařízení je konstruováno v provedení
II 3D Ex TC IIIC T85 °C Dc.
Obrázek 3: GFM01-C
Obrázek 4: GFM01-C
3z9
TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO 2.1.2 Měření sedimentující prašnosti Tento druh měření slouží pro posouzení nebezpečných prašných koncentrací z hlediska výbušnosti, resp. požáru prachu ve vztahu k NV č. 406/2004 Sb. Výsledky měření jsou jedním z faktorů v procesu hodnocení zón v prostorách s nebezpečím výbuchu a slouží například k určení period úklidu pro včasné odstraňování vrstev usazeného prachu.
Obrázek 5: Ukázka mapy sedimentující prašnosti s legendou
2.1.3 Měření koncentrace prachu v dopravních potrubích Slouží ke zjištění prašných koncentrací ve vnitřních prostorách pneumatických dopravních tras a odsávacích potrubních systémů. Měření probíhá v potrubních trasách exponovaných prašnou koncentrací za izokinetických podmínek dle ČSN ISO 9096, ČSN 12 4070. Výsledky měření jsou jedním z hledisek pro posouzení vhodnosti osazení zařízení vhodnými protiexplozními prvky. Odběry se provádějí speciální odběrovou aparaturou se zohledněním rychlost proudění v měřeném potrubí. Je důležitá součinnost s obsluhou technologie tak, aby měření probíhalo v době chodu zařízení nebo zpracovatelské linky, v režimu běžného provozu. Před měřením v potrubí je potřebné znát následující základní parametry měřeného zařízení: Schéma potrubní trasy a její rozměry, Pracovní režim uvnitř potrubí (podtlak, přetlak, rychlost proudění…), Počet předpokládaných měřících míst.
Na základě dodaných parametrů je určeno vhodné místo k odběru (situuje se v místě delšího rovného úseku). Provozovatel zajistí zhotovení odběrového otvoru v určeném místě na potrubí se zřetelem na provozní bezpečnost.
4z9
TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO Obrázek 6: Izokinetický odběr vzorků z potrubí
Obrázek 7: Izokinetický odběr vzorků z potrubí
2.1.4 Hygienické měření polétavého prachu na pracovištích Probíhá za účelem kategorizace pracovišť dle NV č. 361/2007 Sb., Vyhlášky MZ č. 432/2003 Sb., ČSN EN 481, ČSN EN 482, ČSN EN 689, HEM-340-22.1.02/1890. Typy odběrů vzorků: a) osobní odběry v dýchací zóně pracovníka – celosměnové odběry. celková prašnost - pro prachy neobsahující respirabilní frakci (organické prachy, hnědouhelný prach, apod.) respirabilní prašnost - prach obsahující respirabilní částice (např. SiO 2, černouhelný prach, apod.) Měření koncentrace svářečských a paličských dýmů – cca 6 dílčích odběrů po 10 – 30 min. ČSN EN 689. b) stacionární odběry v referenčních místech pro stanovení celkové i respirabilní prašnosti. Ze vzorků je možno laboratorně stanovit koncentraci jednotlivých prvků či jiných pevných toxických látek. Osobní odběry jsou realizovány malými lehkými osobními prachoměry (FOP-10, Capella, apod.). Obrázek 8: Osobní odběr v dýchací zóně
Obrázek 9: Osobní odběr v dýchací zóně
5z9
TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO Porovnání naměřených koncentrací prašnosti s příslušnými PEL dává přehled o konkrétní prašné situaci na pracovišti, stupni prašného rizika i účinnosti protiprašných opatření. Měření slouží pro kategorizace práce dle vyhlášky Ministerstva zdravotnictví č. 432/2003 Sb.
3 Měření imisí Vedlejší produkty průmyslových odvětví, vystupující do volného venkovního prostředí ve formě látek různého fyzikálního skupenství, jsou specifickou problematikou. Polétavá prašnost a plyny zde zaujímají významné postavení. Působení těchto látek, má v drtivé většině negativní dopad na okolí svého výskytu, působení. Tyto látky se nazývají v souhrnu polutanty. Dají se rozdělit na EMISE a IMISE. Obvyklým zdrojem emisí jsou komínové odtahy průmyslových aglomerací, spalovací motory dopravních prostředků, komíny lokálních topenišť a podobně. Re-emise vznikají z posypových materiálů, větrné eroze půd a jiné přírodní procesy.
Mobilní stanoviště měření imisí – Měřící vůz Monitoruje imisní koncentrace ve volném ovzduší při kontinuálním monitoringu meteorologických podmínek se zaměřením na: - oxidy dusíku NOx - oxidy síry SOx - ozón O3 - oxid uhelnatý Co - prachové částice PM10, PM 2,5 Obrázek 10: Měřící vůz
Obrázek 11: Vybavení Měřícího vozu
4 Hodnocení rizik výbuchu Při hodnocení rizik výbuchu je nutné vždy postupovat systematicky, a to pro každém zařízení a možné provozní situace (podle příslušných norem a jiných předpisů, vztahujících se k hodnocenému celku), které pak lze ve shodě se zásadami dobré praxe pro zavádění směrnice 1999/92/EC shrnout do níže uvedeného sledu kroků, a s nimi korespondujícího vývojového diagramu (schéma 1), společně s podmínkami a zásadami jeho použití. Pro hodnocení rizik výbuchu je stěžejní vyhodnocení níže uvedených faktorů: 6z9
TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO identifikace nebezpečných látek v technologickém procesu a stanovení pravděpodobnosti vzniku nebezpečné výbušné atmosféry na základě rozboru provozních podmínek; určení nebezpečí vznícení a stanovení pravděpodobnosti výskytu potenciálních zdrojů vznícení; zhodnocení možných účinků výbuchu v případě vznícení; Po vyhodnocení těchto faktorů pak zpravidla následuje fáze optimalizace bezpečnostní koncepce v podobě: aplikace technických a organizačních opatření pro omezení škodlivých účinků výbuchu; zhodnocení, zda bylo dosaženo stanovené úrovně ochrany*. * Stanovená úroveň ochrany je definována nejméně právními požadavky a, je-li to nutné, dodatečnými požadavky stanovenými uživatelem. Pokud není možné odhadnout pravděpodobnost vzniku nebezpečné výbušné atmosféry, musí se předpokládat, že takováto atmosféra je přítomna vždy [21].
Schéma 1: Zásady postupu při identifikaci a hodnocení rizik výbuchu [autor]
Poznámka: Pojmem “prostor“ zde chápejme celý provoz, jeho jednotlivé části, technologické celky, jejich části a samostatná zařízení. Na veškeré zde vznesené dotazy je nutné odpovídat pro stav normálního provozu, stav najíždění a odstavování technologie a stav předpokládaných poruch.
1) Za bezpečnou úroveň je považován stav, kdy v žádném z definovaných provozních stavů nepřekročí koncentrace látky 50 % koncentrace spodní meze výbušnosti dané látky.
7z9
TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO 4.1 Určení množství a pravděpodobnosti výskytu výbušné atmosféry Hořlavé látky se musí považovat za materiály, které mohou vytvářet výbušné atmosféry, pokud zkoušky jejich vlastností neprokáží, že ve směsi se vzduchem nejsou schopny samovolného šíření výbuchu. Při hodnocení pravděpodobnosti přítomnosti nebezpečné výbušné atmosféry musí být, mimo jiné, zohledněna i možnost jejího vzniku v důsledku chemických reakcí, pyrolýzy a biologických procesů z přítomných materiálů. Ohodnocení, zda se výbušná atmosféra vyskytuje v nebezpečném množství, závisí na možných 3 účincích výbuchu. Dle praktických zkušeností a normativních standardů je souvislý objem 10 [dm ] výbušné atmosféry vždy nebezpečný.
4.2
Klasifikace prostor
Zařazení prostoru s výbušnou atmosférou s prachem se dělí do zón, toto rozdělení je založeno na četnosti a době přetrvávání výbušné směsi prachu se vzduchem – viz tabulka 3. Tabulka 1: Klasifikace nebezpečné výbušné atmosféry s hořlavým prachem Označení
Charakter prostoru
Zóna 20
Prostor, ve kterém je výbušná atmosféra tvořena oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu přítomna trvale nebo po dlouhou dobu nebo často.
Zóna 21
Prostor, ve kterém může výbušná atmosféra tvořena oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu vznikat příležitostně v normálním provozu.
Zóna 22
Prostor, ve kterém není pravděpodobný vznik výbušné atmosféry tvořené oblakem zvířeného hořlavého prachu ve vzduchu za normálního provozu a pokud vznikne, je přítomna pouze po krátké časové období.
Výbušná atmosféra s prachem vzniká od zdrojů úniku prachu. Zdroji úniku prachu jsou body nebo místa, ze kterých hořlavý prach může unikat nebo být rozvířen tak, že může vznikat výbušná atmosféra prachu se vzduchem. Patří zde i vrstvy hořlavého prachu, které mohou být rozvířeny do formy oblaku prachu.
5 Závěr V rostoucí míře se projevuje nutnost snižovat prašnost, tzn. instalovat různá odprašovací zařízení, provádět technologické či technické úpravy. Tyto akce jsou realizovány jak z hlediska hygienického, tak z hlediska bezpečnostního. V současné době je již známý fakt, že problematiku prašnosti v průmyslových provozech nevyřeší nasazení jednoho typu odprašovacího zařízení, byť dokonalého, ale že pouze komplexní přístup k řešení přináší požadované výsledky.
8z9
TVIP 2015, 18. – 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO Použitá literatura: 1)
2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
13) 14) 15)
Pokyn hlavního hygienika ČR č.j.: HEM – 340.22.1.02/1890: Standardní metoda stanovení koncentrace frakcí polétavého prachu v pracovním ovzduší gravimetricky, Spurný, Jech, Sedláček, Štorch: Aerosoly, SNTL, Praha, 1961, ČSN EN 61 241-10 - Elektrická zařízení pro prostory s hořlavým prachem - Část 10: Zařazování prostorů, kde jsou nebo mohou být hořlavé prachy, ČSN ISO 8421-1- Požární ochrana - Slovník Část 1: Obecné termíny a jevy požáru, ČSN EN 481 - Ovzduší na pracovišti. Vymezení velikostních frakcí pro měření polétavého prachu, ČSN EN 482 - Ovzduší na pracovišti. Všeobecné požadavky na postupy pro měření chemických látek, ČSN EN 689 - Ovzduší na pracovišti - Pokyny pro stanovení inhalační expozice chemickým látkám pro porovnání s limitními hodnotami a strategie měření, ČSN EN 1540 - Ovzduší na pracovišti – Terminologie, Nařízení vlády č. 406/2004 Sb. o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu, Vyhláška č. 246/2001 Sb. o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci), Nařízení vlády ČR č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, Vyhláška ČBÚ č. 51/1989 Sb., o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a bezpečnosti provozu při úpravě a zušlechťování nerostů, Vyhláška Ministerstva zdravotnictví ČR č. 432/2003 Sb., kterou se stanoví podmínky pro zařazování prací do kategorií, limitní hodnoty ukazatelů biologických expozičních testů, podmínky odběru biologického materiálu pro provádění biologických expozičních testů a náležitosti hlášení prací s azbestem a biologickými činiteli, ČSN 12 4070 - Zařízení odlučovací - Metody měření veličin, ISO 9096 - Stacionární zdroje emisí - Stanovení hmotnostní koncentrace a hmotnostního toku tuhých částic v potrubí - Manuální gravimetrická metoda, ČSN ISO 4225 - Kvalita ovzduší - Obecná hlediska – Slovník.
Kontakty: Ing. Martin Kulich Vedoucí divize Analýza rizik
E:
[email protected] T: +420 596 252 180
Jaromír Matějů Odborný garant prašnosti a proudění
E:
[email protected] T: +420 596 252 288
9z9
