Zagrożenia pożarem i wybuchem

Zagrożenia

pożarem

i wybuchem

Marek Woliński

Zakład

Rozpoznawania

Zagrożeń Obiektów

SGSP

PALIWO

UTLENIAC

ŹRÓDŁO
ZAPŁONU

POŻAR,

WYBUC

POŻAR – spalanie o niekontrolowanym
przebiegu w czasie i przestrzeni

WYBUCH – gwałtowna reakcja utleniania
lub rozkładu, wywołująca wzrost
temperatury i/lub ciśnienia

ZAGROŻENIE POŻAROWE LUB
WYBUCHOWE:

- możliwość spowodowania pożaru lub
wybuchu,

- możliwość utraty życia (lub uszkodzenia
ciała)

i/lub zniszczenia mienia w wyniku pożaru
lub wybuchu

Granice

wybuchowości

(palności,

zapłonu)

są

charakterystycznymi  cechami  mieszanin  palnych.  Poza  tymi
granicznymi  stężeniami  składników  palnych  w  mieszaninie  z
utleniaczem  zapłon  mieszaniny  nie  nastąpi  nawet,  jeśli  źródło
zapłonu będzie miało nieskończenie wielką energię:

- -  dolna  granica  wybuchowości  (DGW)  jest  to  najniższe
stężenie  paliwa  w  mieszaninie  palnej,  poniżej  którego  nie  jest
możliwy zapłon mieszaniny pod wpływem czynnika inicjującego i
dalsze  samoczynne  rozprzestrzenianie  płomienia  w  określonych
warunkach badania,

- -  górna  granica  wybuchowości  (GGW)  jest  to  najwyższe
stężenie  paliwa  w  mieszaninie  palnej,  powyżej  którego  nie  jest
możliwy zapłon mieszaniny pod wpływem czynnika inicjującego i
dalsze  samoczynne  rozprzestrzenianie  płomienia  w  określonych
warunkach badania.

        Zagrożenie  pożarem  i/lub  wybuchem  wzrasta  ze  spadkiem
dolnej  granicy  wybuchowości  i  rozszerzaniem  zakresu
wybuchowości  czyli  różnicy  między  poziomem  górnej  i  dolnej
granicy wybuchowości.

Minimalna energia zapłonu E

min

jest to najmniejsza energia

kondensatora

obwodzie

elektrycznym,

którego

wyładowanie

powoduje

zapłon

mieszaniny

rozprzestrzenianie się płomienia w określonych warunkach
badania. Dla gazów i par minimalną energię zapłonu oznacza
się dla składów stechiometrycznych, zaś dla pyłów – dla
mieszanin

bogatych

paliwo

(powyżej

składu

stechiometrycznego), są to warunki optymalne pod względem
składu mieszaniny.

Wartość  minimalnej  energii  zapłonu  jest  parametrem,  który
pozwala  na  ocenę  zagrożenia  wybuchem  pochodzącego  od
istniejących w rozpatrywanym obszarze źródeł energii takich,
jak  iskry  elektryczne,  elektrostatyczne,  iskry  pochodzące  z
pojemnościowych  lub  indukcyjnych  obwodów  elektrycznych,
a także iskry mechaniczne.

Zależność energii
zapłonowej od składu
mieszaniny na przykładzie
mieszanin wodoru z
powietrzem:

– minimalna energia

zapłonu

min

= 0,019 mJ,

– dolna granica

wybuchowości,

– górna granica

wybuchowości.

Stężeniowe granice zapłonu,

przykłady

Wodór

4,1

74,2

4,0

94,0

Tlenek węgla

12,5

74,2

15,5

94,0

Metan

5,3

14,0

5,1

61,0

Etan

3,2

12,5

3,0

66,0

Propan

2,4

9,5

2,3

55,0

Butan

1,9

8,4

1,8

48,0

Acetylen

2,5

80,0

2,5

98,0

Gaz
koksowniczy

5,6

31,0

---

Gaz wodny

6,2

72,0

---

Gaz ziemny

4,5

17,0

---

Gaz miejski

35,0

74,0

---

Gaz

% gazu w

powietrzu

% gazu w tlenie

DGW

GGW

DGW

GGW

Minimalne energie zapłonu

mieszanin gazów i par z powietrzem,

przykłady

Substancja palna

min

, mJ

Dwusiarczek węgla

0,009

Wodór

0,019

Acetylen

0,019

Tlenek etylenu

0,060

Metanol

0,140

Eter etylowy

0,190

Benzen

0,200

Heksan

0,240

Butan

0,250

Metan

0,280

Aceton

0,600

Klasyfikacja  mieszanin  wybuchowych  palnych  gazów
i  par  z  powietrzem  na  grupy  wybuchowości  (dla
środowisk,  w  których  stosuje  się  urządzenia
elektryczne),  z  uwagi  na  graniczny  doświadczalny
prześwit szczeliny MESG (czyli maksymalny prześwit
szczeliny,  przez  który  nie  jest  możliwe  przeniesienie
wybuchu

środowiska

zewnętrznego,

niebezpiecznego  pod  względem  wybuchowym)  i
wartość  stosunku  minimalnego  prądu,  przy  którym
następuje  zapalenie

badanego gazu lub pary do

minimalnego prądu, przy którym następuje zapalenie
metanu (stosunek MIC):

- grupa I: metan w podziemnych wyrobiskach
górniczych,

- grupa II: gazy i pary z wyjątkiem metanu w
wyrobiskach podziemnych (np. IIA – propan, IIB –
etylen, IICa – wodór, IICb – acetylen).

Parametry temperaturowe wykorzystywane przy ocenie
skłonności palno - wybuchowych różnych substancji i
zagrożenia, jakie te substancje powodują, to:

- temperatura samozapłonu dla gazów, par, aerozoli i
mgieł cieczy palnych oraz dla pyłu osiadłego w warstwie i
chmury pyłu, a także dla mieszanin hybrydowych,

- temperatura zapłonu dla cieczy palnych,

- temperatura zapalenia dla ciał stałych o zwartej
strukturze,

- temperatura wytlewania dla pyłów,

- temperatura tlenia dla pyłów.
Im niższe są wartości tych temperatur tym można się
spodziewać większego zagrożenia pożarem lub wybuchem
powodowanego przez poszczególne substancje (łatwiej
może dojść do zapłonu).

Temperatura  samozapłonu  jest  to  najniższa  temperatura,
przy której następuje zapalenie się substancji palnej w wyniku
zetknięcia  z  gorącą  powierzchnią  lub  wskutek  oddziaływania
promieniowania  cieplnego  tej  powierzchni  (bez  udziału
zewnętrznego płomienia lub iskry).

Klasyfikacja mieszanin wybuchowych gazów i par z

powietrzem

Temperatura

samozapłonu,

Klasa

temperaturow

Przykład substancji

> 450

Wodór, tlenek węgla,
amoniak

>300 – 450

Acetylen, n-butan, tlenek
etylenu

>200 – 300

N-oktan, terpentyna,
akroleina

>135 – 200

Aldehyd octowy, eter
dwuetylowy

>100 – 135

Dwusiarczek węgla

>85 – 100

Fosforowodór

Gazy i pary cieczy o temperaturze samozapłonu poniżej 85

traktowane są jako samozapalające się w temperaturze
pokojowej.

Temperatura  zapłonu  cieczy  palnej  jest  to  najniższa
temperatura,  przy  której  ciecz  tworzy  nad  swoją  powierzchnią
mieszaninę  par  z  powietrzem  o  odpowiednim  stężeniu,  zdolną
zapalić się od bodźca energetycznego w określonych warunkach
badania. Dla celów ochrony przeciwpożarowej wyróżnia się trzy
klasy cieczy:

-klasa I: ciecze o temperaturze zapłonu do 21

C (np. benzyna

samochodowa, aceton, alkohol etylowy),

-klasa II: ciecze o temperaturze zapłonu od 21

C do 55

C (np.

trójchloroetylen, terpentyna, glikol etylowy),

-klasa III: ciecze o temperaturze zapłonu powyżej 55

C do 100

C (np. cykloheksanol, anilina, nitrobenzen).

Pożarowo niebezpiecznymi są ciecze klasy I i II, zaś ciecze klasy
III kwalifikuje się jako ciecze palne.

Efekty pożaru lub wybuchu oddziaływujące na ludzi i
konstrukcje, mogące spowodować śmierć lub
uszkodzenia ciała albo zniszczenia dóbr materialnych:

- promieniowanie cieplne,

- toksyczne produkty spalania i rozkładu termicznego,

- fala ciśnieniowa, podmuch,

- odłamki.

Średnie intensywności promieniowania

cieplnego dla różnych typów pożarów

gazów i cieczy

Pożar

I, kW/m

Temperatura

płomienia,

Pożary
powierzchniowe
LNG
LPG
Benzyna/nafta
Metanol
Pożary
strumieniowe
LPG/benzyna/nafta
LNG/metanol
BLEVE
Wszystkie ciecze

palne

200
100
75
150

350
200

250

1300
1300
1000
1250

1300
1300

1200

Strumi

eń

cieplny

kW/m

Skutki

promieniowania

cieplnego dla sprzętu

Skutki promieniowania

cieplnego dla ludzi

37,5

Uszkodzenie urządzeń
wcho-dzących w skład
instalacji tech-

nologicznych
(procesowych)

100% ofiar śmiertelnych po
1 min. narażenia, 1% ofiar
śmiertelnych po 10 s

narażenia

25,0

Zapalenie się drewna po

bardzo długim okresie
narażenia

100% ofiar śmiertelnych po

1 min. narażenia, znaczne
urazy po 10 s narażenia

12,5

Topienie się rur z
tworzywa sztucznego

1% ofiar śmiertelnych po 1
min. narażenia, oparzenia I

stopnia po 10 s narażenia

4,0

---

Powoduje ból przy
narażeniu dłuż-szym niż 20
s

2,1

---

Wartość minimalna do

wywołania bólu po 1 min.
narażenia

1,2

---

Nie stwarza dyskomfortu

przy długotrwałym
narażeniu

Toksyczność gazów pożarowych,

przykłady

Gaz

, ppm

5 min

, ppm

30 min

Dwutlenek węgla
CO

>150000

Amoniak NH

20000

9000

Chlorowodór HCl

16000

3700

Tlenek węgla CO

3000

Bromowodór HBr

3000

Tlenek azotu NO

10000

2500

Siarkowodór H

2000

Fluorowodór HF

10000

2000

Dwutlenek azotu

5000

500

Dwutlenek siarki SO

500

Cyjanowodór HCN

280

135

Nadciśnie

nie, kPa

Skutki nadciśnienia dla

sprzętu i obiektów

Skutki nadciśnienia dla

ludzi

17,5 – 35

Poważne uszkodzenia

budynków i aparatury

procesowej

1% ofiar śmiertelnych wskutek

uszkodzeń płuc
>50% uszkodzeń bębenków w

uszach
>50% poważnych zranień od

odłamków

7 – 17

Uszkodzenia budynków

nadające się do

wyremontowania,

uszkodzenia fasad

budynków mieszkalnych

1% uszkodzeń bębenków w

uszach
1% poważnych zranień od

odłamków

3,5 – 7

Uszkodzenia przeszkleń

Zranienia odłamkami szkła

1 -2

Uszkodzenia ok. 10%

przeszkleń

Niewielkie zranienia

odłamkami szkła

stąd wynika przyjęcie poziomu nadciśnienia

ΔP = 5 kPa

jako wskaźnika zagrożenia wybuchem
pomieszczeń

URAZY WSKUTEK PODMUCHU

Uderzenie głową o przeszkodę

Skutki

Prędkość przy uderzeniu,

m/s

Praktycznie bez skutków
Lekkie obrażenia (wartość

progowa)
50% prawdopodobieństwo
śmierci
100% prawdopodobieństwo
śmierci

3,05
3,96
5,49
7,01

Uderzenie dowolną częścią ciała o przeszkodę

Skutki

Prędkość przy uderzeniu,

m/s

Praktycznie bez skutków
Wartość progowa dla skutków
śmiertelnych
50% prawdopodobieństwo
śmierci
100% prawdopodobieństwo
śmierci

3,05

6,40

16,46
42,06

Gęstość obciążenia ogniowego jest to energia
cieplna, wyrażona w MJ, która może powstać przy
spaleniu się materiałów palnych składowanych,
wytwarzanych, przerabianych lub transportowanych
w sposób ciągły w pomieszczeniu, strefie pożarowej
lub składowisku materiałów stałych, przypadająca na
jednostkę powierzchni tego obiektu wyrażoną w m

Gęstość obciążenia ogniowego Q

w MJ/m

należy

obliczać według wzoru:





i





w którym:
                     n -- liczba rodzajów materiałów palnych
znajdujących się             w pomieszczeniu, strefie
pożarowej lub składowisku,                       G

-- masa

poszczególnych materiałów, kg,
Q

-- ciepło spalania poszczególnych materiałów,

MJ/kg, F -- powierzchnia rzutu poziomego
pomieszczenia, strefy pożarowej lub składowiska,
m

(PN-B-
02852:2001)

Przedstawiony sposób obliczania gęstości
obciążenia ogniowego nie dotyczy:

- spalania cieczy i gazów palnych znajdujących się
w wolnostoją-cych, na zewnątrz budynków,
zbiornikach i urządzeniach techno-logicznych,

- spalania się stałych materiałów palnych
znajdujących się w zlo-kalizowanych na zewnątrz
budynków zamkniętych silosach lub zasobnikach
wykonanych z materiałów niepalnych (silosy zbożo-
we, zasobniki pyłu węglowego, mąki, tworzyw
sztucznych itp.),

- spalania się materiałów palnych w zasobnikach,
pojemnikach i innych opakowaniach
ognioodpornych, znajdujących się w budynkach.

Ocena zagrożenia wybuchem obejmuje wskazanie

pomieszczeń zagrożonych wybuchem, wyznaczenie w

pomieszczeniach i przestrzeniach zewnętrznych

odpowiednich stref zagrożenia wybuchem oraz

wskazanie czynników mogących w nich zainicjować

zapłon

(oceny tej dokonują: inwestor, projektant lub użytkownik

decydujący o procesie technologicznym)

W pomieszczeniu należy wyznaczyć strefę

zagrożenia wybuchem, jeżeli może w nim

wystąpić mieszanina wybuchowa o objętości co

najmniej 0,01 m

w zwartej przestrzeni

(DZ. U. NR 121 Z 2003 R.,
POZ. 1138)

PRZYROST CIŚNIENIA W POMIESZCZENIU

SPOWODOWANY PRZEZ WYBUCH Z UDZIAŁEM

JEDNORODNYCH PALNYCH GAZÓW LUB PAR O

CZĄSTECZKACH ZBUDOWANYCH Z ATOMÓW WĘGLA,

WODORU, TLENU, AZOTU I CHLOROWCÓW:



max



 

gdzie:

max

– maksymalna masa substancji palnych, tworzących mieszaninę

wybuchową,

jaka może się wydzielić w rozpatrywanym

pomieszczeniu, kg

ΔP

max

– maksymalny przyrost ciśnienia przy wybuchu

stechiometrycznej mieszaniny

gazowo- lub parowo-powietrznej

w zamkniętej komorze, Pa

W –

współczynnik przebiegu reakcji wybuchu, uwzględniający

niehermetyczność

pomieszczenia, nieadiabatyczność reakcji

wybuchu, a także fakt udziału w re-

akcji niecałej ilości

palnych gazów i par, jaka wydzieliłaby się w pomieszcze-

niu –

równy 0.17 dla palnych gazów i 0.1 dla palnych par

V -

objętość przestrzeni powietrznej pomieszczenia, stanowiąca

różnicę między

objętością pomieszczenia i objętością

znajdujących się w nim instalacji, sprzętu, zamkniętych opakowań
itp., m

, Pa

(1)

– objętościowe stężenie stechiometryczne palnych gazów lub

par:

β – stechiometryczny współczynnik tlenu w reakcji wybuchu:

, n

– odpowiednio ilości atomów węgla, wodoru,

chlorowców

i tlenu w cząsteczce gazu

lub pary

ρ -

gęstość palnych gazów lub par w temperaturze

pomieszczenia w normalnych

warunkach pracy, kg/m















(2)

PRZYROST CIŚNIENIA W POMIESZCZENIU

SPOWODOWANY PRZEZ WYBUCH Z UDZIAŁEM

SUBSTANCJI NIE BĘDĄCYCH JEDNORODNYMI

PALNYMI GAZAMI LUB PARAMI O

CZĄSTECZKACH ZBUDOWANYCH Z ATOMÓW WĘGLA,

WODORU, TLENU, AZOTU I CHLOROWCÓW:

max







gdzie:

max

– maksymalna masa substancji palnych, tworzących mieszaninę

wybuchową,

jaka może się wydzielić w rozpatrywanym

pomieszczeniu, kg

– ciepło spalania, J/kg

–

ciśnienie atmosferyczne normalne, równe 101325 Pa

–

gęstość powietrza w temperaturze T, kg/m

–

ciepło właściwe powietrza, równe 1.01*10

J/kg*K

, Pa

(1)

T –

temperatura pomieszczenia w normalnych warunkach pracy,

W –

współczynnik przebiegu reakcji wybuchu, uwzględniający

niehermetyczność

pomieszczenia, nieadiabatyczność reakcji

wybuchu, a także fakt udziału w re-

akcji niecałej ilości

palnych gazów i par, jaka wydzieliłaby się w pomieszcze-

niu –

równy 0.17 dla palnych gazów i uniesionego palnego pyłu oraz 0.1
dla

palnych par i mgieł

V -

objętość przestrzeni powietrznej pomieszczenia, stanowiąca

różnicę między

objętością pomieszczenia i objętością

znajdujących się w nim instalacji, sprzętu, zamkniętych opakowań
itp., m

(2)

PN-EN 1127-1: 2001. Atmosfery wybuchowe.
Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem.
Pojęcia podstawowe i metodologia.
Strefa 0 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa

zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci gazu,
pary albo mgły z powietrzem występuje stale, przez długie
okresy lub często
Strefa 1 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa
zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci gazu,

pary albo mgły z powietrzem może wystąpić w trakcie
normalnego działania
Strefa 2 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa
zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci gazu,
pary albo mgły z powietrzem nie występuje w trakcie

normalnego działania, a w przypadku wystąpienia trwa krótko
Strefa 20 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa w

postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu występuje stale lub
przez długie okresy lub często
Strefa 21 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa w
postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu może czasami

wystąpić w trakcie normalnego działania
Strefa 22 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa w
postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu nie występuje w
trakcie normalnego działania, a w przypadku wystąpienia trwa

krótko

Document Outline