Wybuch pyłu w silosie:
warunki, na które należy zwrócić uwagę przy zabezpieczaniu silosu przed wybuchem
Wybuchy pyłów w silosach nie należą do rzadkości. Wręcz przeciwnie – nawet 36% (dane z 2023) wybuchów pyłów w przemyśle ma swój początek właśnie w tych zbiornikach, gdzie najczęściej wybuchają pyły zbóż.
Częstotliwość wybuchów pyłu w silosie
Informacje o wybuchach pyłów w wielu krajach nie są ewidencjonowane, a tym samym nie zawsze są dostępne powszechne statystyki. Jednym z dostępnych raportów poruszających tematykę ochrony przeciwwybuchowej w przemyśle jest Combustible Dust Incident Report, ukazujący się co roku, który informuje o zaistniałych incydentach, a także przedstawia statystyki. Niestety dotyczy on tylko kilku wybranych krajów, przez co dane nie są globalne. Mimo to, skala, o jakiej mówimy w przypadku wybuchów pyłów, pokazuje jak ważne jest odpowiednio dobrane zabezpieczenie silosu przed wybuchem.
Wybuch w oczyszczalni ścieków Wessex Water
W grudniu 2020 roku w oczyszczalni ścieków Wessex Water w mieście Avonmouth w Wielkiej Brytanii doszło do wybuchu pyłu w silosie. W rezultacie śmierć poniosły 4 osoby w tym 16-letni chłopiec. Oczyszczalnia ścieków jest częścią bardzo dużego centrum recyklingu należącego do firmy Bristol Waste.
Do wybuchu doszło w silosie magazynującym suchy materiał bioorganiczny pochodzący z oczyszczalni. Choć przyczyny wybuchu nie są jeszcze znane to jedna z teorii mówi o zepsutym podajniku, który był połączony z silosem. W związku z awarią na silosie miały być prowadzone prace pożarowo niebezpieczne, które mogły doprowadzić do zapłonu atmosfery wybuchowej w zbiorniku.
Wybuch pyłu w elewatorze w Tilbury Docks
Tilbury Docks jest największym terminalem zbożowym w Wielkiej Brytanii. Jego roczna pojemność przeładunkowa wynosi około dwóch milionów ton. Terminal posiada 200 oddzielnych silosów, z których każdy może pomieścić od 60 do 300 ton ziarna.
3 lipca 2020 roku nastąpił gwałtowny wybuch pyłu zbożowego, który spowodował zniszczenie kilku silosów i wyrzut płomieni na wysokość 75 metrów. Wezwana na miejsce straż pożarna pracowała na miejscu zdarzenia aż 20 dni, musząc co chwilę gasić kolejne tlące się pożary zboża ze zniszczonych silosów. Do tej pory nie ustalono bezpośredniej przyczyny wybuchu, który straż pożarna określa mianem „przypadkowego”.
Wybuch w elewatorze w Ag Partners
Do eksplozji z niewyjaśnionych dotąd przyczyn doszło w silosie, w którym składowana była mieszanka kukurydzy z soją. Zniszczyła ona silos wraz z przylegającymi do niego instalacjami.
Co jest interesujące to fakt, że w chwili wybuchu zbiornik był w większości opróżniony. To sprawiło, że wewnątrz silosu znajdowała się spora objętość powietrza, która mogła tworzyć atmosferę wybuchową z bezsprzecznie zalegającym wewnątrz pyłem. Sytuację tę można przyrównać do wybuchu baku samochodu. Będzie on tym silniejszy, im mniej paliwa będzie w baku, a więcej unoszących się oparów, które tworzą mieszaninę wybuchową z powietrzem.
Gdzie się kryje źródło zagrożenia?
Atmosfera wybuchowa
“W silosach zawsze znajduje się powietrze, a tym samym tlen, który jest niezbędny do powstania wybuchu. Dodatkowo wolną przestrzeń może wypełniać swobodnie unoszący się pył. W zależności od charakteru jego cząstek (kształt, ciężar, wielkość) może on pozostać zawieszony w powietrzu nawet kilka godzin. Jeśli dodamy do tego fakt, że silos „pracuje” – np. jest napełniany lub opróżniany, to w wielu przypadkach atmosfera wybuchowa w jego wnętrzu występuje w sposób ciągły. Tym samym dużo łatwiej o jednoczesne wystąpienie atmosfery wybuchowej i źródła zapłonu. Niezwykle groźna jest sytuacja, gdy mamy do czynienia z opróżnionym silosem, w którym nadal unosi się pył. W takiej sytuacji mamy do czynienia z bardzo dużą atmosferą wybuchową, a tym samym możemy spodziewać się adekwatnie dużych konsekwencji. Zagrożenie dodatkowo zwiększa złudne przeświadczenie pracowników o tym, że silos jest bezpieczny. Nierzadko do wybuchów dochodziło w czasie np. prac remontowanych, gdzie nieświadomi pracownicy używali narzędzi pożarowo niebezpiecznych.”
Mariusz Balicki
Ekspert GRUPY WOLFF w zakresie bezpieczeństwa wybuchowego
Warunki budowy na możliwe do zastosowania zabezpieczenia silosów przed wybuchem
Problem 1: Silosy umieszczone obok siebie na zewnątrz pomieszczeń
Poniższy schemat obrazuje często występującą na terenie zakładów przemysłowych instalację.
Rozważmy więc najpopularniejszy i jednocześnie najtańszy rodzaj zabezpieczeń przed skutkami wybuchu, czyli odciążanie wybuchu przez zastosowanie paneli dekompresyjnych.
Jakie skutki może nieść za sobą wybuch pyłu w niezabezpieczonym silosie lub nawet w silosie teoretycznie chronionym przez panele dekompresyjne umieszczone na cylindrycznej części – pokazuje kolejny schemat. Brak zabezpieczenia lub też zamontowanie paneli dekompresyjnych skierowanych w stronę innych elementów instalacji (co niestety zdarza się bardzo często) zagraża nie tylko innym urządzeniom, ale i życiu oraz zdrowiu pracowników.
Zasięg fali wybuchu
Patrząc na taki schemat instalacji, teoretycznie można by się zastanowić nad umieszczeniem paneli dekompresyjnych na dachu lewego silosu, a w przypadku prawego, na części cylindrycznej z prawej strony. Wówczas kierunek działania sił podczas odciążania wybuchu wyglądałby następująco:
Jednak czy takie rozwiązanie jest możliwe, zależy od budowy silosu. Przede wszystkim decydująca będzie jego smukłość (stosunek wysokości do średnicy H/D), która odpowie na pytanie, czy na dachu lewego silosu będzie odpowiednio dużo miejsca, aby zapewnić wystarczającą powierzchnię do zamontowania paneli dekompresyjnych.
Aby to określić, należy wykonać odpowiednie obliczenia. Wyniki takich przykładowych obliczeń pokazujemy poniżej dla silosów o tej samej objętości V = 1000 m3. Wykonano je dla pyłu o Kst = 150 bar m/sek, Pmax = 9 bar. Ważnym parametrem jest w tym wypadku założona odporność konstrukcyjna silosu Pstat = 0,5 bar g.
Jak widać, smukłość silosu jest kluczowa, gdyż wraz z jej wzrostem rośnie wymagana powierzchnia dekompresji, przy jednoczesnym zmniejszaniu się powierzchni dachu silosu, czyli powierzchni, na której mogą być zamontowane panele.
Dla silosów o smukłości powyżej 3 wymagana powierzchnia dekompresji jest na tyle duża (powyżej 50% powierzchni dachu), że zabezpieczenie silosu panelami dekompresyjnymi zamontowanymi na dachu raczej nie jest możliwe do wykonania. Takie rozwiązanie można zaliczyć do grupy średniego, a nawet w niektórych przypadkach, wysokiego ryzyka, również z powodu zagrożenia dla pracowników podczas okresowych przeglądów czy remontów. Należałoby więc rozważyć inne sposoby ochrony jak np. bezpłomieniowe odciążenie wybuchu czy tłumienie wybuchu.
Problem 2: Silos umieszczony wewnątrz pomieszczenia (np. hali produkcyjnej czy magazynu)
Jeśli silos jest umieszczony wewnątrz pomieszczenia, blisko ściany zewnętrznej lub dachu, teoretycznie można się zastanowić nad zastosowaniem paneli dekompresyjnych wraz z kanałem odpowietrzającym. Kiedy w ogóle jest możliwe, aby stosować panele dekompresyjne w pomieszczeniach opisaliśmy w osobnym materiale.
Zgodnie z normą PN-EN 14491:2012 rozwiązanie to jest możliwe tylko wtedy, kiedy wylot kanału odpowietrzającego na zewnątrz budynku nie będzie skierowany w żadne inne części instalacji, inne budynki, czy drogi. Jednak i w takim wypadku należy dokonać odpowiednich obliczeń, które pokażą opłacalność tego typu zabezpieczenia.
Poniżej pokazujemy przykład tego typu obliczeń dla silosów o różnej objętości. Wykonano je dla pyłu o Kst=150 bar m/sek, Pmax=9 bar. Założona odporność konstrukcyjna silosu Pstat=0,4 bar g (odciążenia wybuchu bez kanału).
Wpływ zabudowy silosu kanałem odciążającym na wytrzymałość konstrukcyjna silosu i wymaganą powierzchnię dekompresji w celu zabezpieczenia silosu przed wybuchem
Aby dobrać odpowiednie zabezpieczenia silosu przed wybuchem, wykonując stosowne obliczenia, można operować dwoma zmiennymi: wymaganą powierzchnią dekompresji oraz wytrzymałością konstrukcyjną silosu. Wzrost jednego parametru powoduje spadek drugiego. To znaczy, że przykładowo, jeśli pozwolimy ujść ciśnieniu z silosu na dużej powierzchni, możemy nie zwiększać wytrzymałości konstrukcyjnej silosu, gdyż zanim ciśnienie to zniszczy zbiornik, to zdąży wydostać się na zewnątrz przez panele dekompresyjne.
Jednak w przypadku silosu znajdującego się wewnątrz pomieszczenia i konieczności stosowania kanałów dekompresyjnych, nie można dowolnie zwiększać powierzchni dekompresyjnej, ponieważ musimy pamiętać, że uwolnione ciśnienie musi jeszcze przemieścić się przez odpowiednio długi i wytrzymały kanał, zanim zostanie wyrzucone na zewnątrz pomieszczenia. W długich kanałach dekompresyjnych może dochodzić też do powstania wybuchu wtórnego, który byłby spowodowany podążaniem, wraz z ciśnieniem i ogniem, palących się i niespalonych cząstek. Taki wybuch mógłby się wręcz cofnąć do silosu.
Dlatego też wykonując obliczenia potrzebne do dobrania zabezpieczeń, często zdarza się, że przy montażu kanału dekompresyjnego, wymagane jest wręcz zmniejszenie powierzchni dekompresyjnej, a tym samym konieczność zwiększenia wytrzymałości konstrukcyjnej silosu – co zwykle bywa nieopłacalne z punktu widzenia finansowego.
W takim przypadku warto zastanowić się nad zastosowaniem bezpłomieniowego systemu odciążania wybuchu zamiast paneli dekompresyjnych. Różnice pomiędzy tymi systemami oraz zasady stosowania systemów bezpłomieniowego odciążania wybuchu opisalismy w osobnym artykule. Kolejną alternatywą może być tłumienie wybuchu pyłu.
Zabezpieczenie silosu przed wybuchem jest sporym wyzwaniem pod wieloma względami. W artykule przedstawiliśmy problematykę związaną z doborem konkretnych systemów bezpieczeństwa, których montaż w obrębie zbiornika ma zmniejszać zagrożenie związane z niekontrolowanym rozerwaniem jego konstrukcji. Określenie zasadności, opłacalności kosztowej, oraz wyznaczenie potencjalnych miejsc montażu np. paneli dekompresyjnych wymaga wykonania wielu skomplikowanych obliczeń. Nie wolno też zapominać, że kolejnym prawnie wymaganym przez Dyrektywę ATEX systemem ochrony jest izolacja wybuchu. Jak pokazaliśmy, wiele z rozwiązań niwelujących skutki wybuchu pyłu w silosie ma także pewne ograniczenia, które należy brać pod uwagę, aby móc je odpowiednio zastosować nie tworząc dodatkowego zagrożenia wynikającego, np. z błędnego umiejscowienia bądź zbyt małej powierzchni dekompresji. Dlatego za każdym razem zachęcamy do kontaktu z inzynierami Grupy Wolff w celu przedyskutowania możliwosci ochrony silosów oraz innych urządzeń produkcyjnych.
Chcesz zapytać o ofertę lub potrzebujesz więcej informacji lub konsultacji?
Wypełnij formularz!
Wypełnij formularz jeśli potrzebujesz dobrać systemy odpowietrzenia wybuchu, tłumienia wybuchu lub izolacji wybuchu. Jeśli nie jesteś pewien, czy Twój zakład przemysłowy potrzebuje ochrony przeciwwybuchowej, lub chcesz skonsultować konkretny przypadek – również wypełnij formularz! Chętnie pomożemy!