Strefy zagrożenia wybuchem (Ex) – wymagania prawne i stosowane rozwiązania
Strefy zagrożenia wybuchem, które mogą występować w halach produkcyjnych i innych obiektach przedsiębiorstw przemysłowych z różnych branż, stwarzają potencjalnie duże ryzyko wybuchu i pożaru. Kluczowym czynnikiem dla zapewnienia bezpieczeństwa w tych obszarach jest dostosowanie pracujących tam instalacji do wymagań poszczególnych stref.
Spis treści
- Czym są strefy zagrożenia wybuchem?
- Strefy zagrożenia wybuchem a regulacje prawne
- Urządzenia ATEX – grupy i kategorie
- Wymagania dotyczące urządzeń i instalacji ATEX
- Przykłady rozwiązań stref zagrożonych wybuchem
- Jak zapobiegać powstawaniu atmosfery wybuchowej?
- Podsumowanie
Czym są strefy zagrożenia wybuchem?
Strefy zagrożenia wybuchem to różnego rodzaju przestrzenie, w których występuje ryzyko powstania tzw. atmosfery wybuchowej, czyli mieszaniny powietrza (tlenu) z substancjami łatwopalnymi w postaci gazów, oparów, mgieł lub wysokiego stężenia pyłów, która po zaistnieniu odpowiednich warunków może się zapalić i wybuchnąć. W strefach ATEX (od. Atmosphère Explosible) lub Ex konieczne jest więc szczególne podejście do projektowania, instalowania i eksploatowania urządzeń oraz systemów ochronnych, które mają minimalizować ryzyko wybuchu i zapewniać bezpieczeństwo.
W zależności od występowania w strefie Ex substancji łatwopalnej dzieli się je (zgodnie z normą IEC 60079-10-1 i jej polskim odpowiednikiem – PN-EN 60079-10-1) na strefy gazowe (czynnikiem, który może spowodować wybuch są różnego rodzaju gazy, ciecze lub ich opary) i oznacza literą G oraz strefy pyłowe (czynnikiem tym są palne pyły), które oznacza się literą D. Oba powyższe rodzaje stref zagrożenia wybuchem dzieli się, ze względu na częstotliwość pojawiania się atmosfery wybuchowej, na 3 podstrefy:
- Strefa 0 (G) lub 20 (D) – obszar, w którym atmosfera wybuchowa jest obecna stale, często lub przez długie okresy. Do takich stref zaliczamy np. wnętrza zbiorników z gazem czy młyny zbożowe.
- Strefa 1 lub 21 – obszar, w którym w normalnych warunkach pracy może sporadycznie wystąpić atmosfera wybuchowa. Przykładem są okolice zaworów gazowych lub urządzeń do mielenia.
- Strefa 2 lub 22 – obszar, w którym w normalnych warunkach nie występuje atmosfera wybuchowa, a jeśli się pojawia to tylko na krótko. Często są to okolice urządzeń, gdzie może gromadzić się pył, gaz lub opary.
Strefy Ex najczęściej występują w kopalniach, zakładach chemicznych i petrochemicznych, rafineriach, elektrowniach, cementowniach i lakierniach. Mogą pojawić się także w niektórych zakładach przemysłu spożywczego, drzewnego i papierniczego, a nawet w młynach czy oczyszczalniach ścieków. Występują również w niektórych magazynach (np. chemikaliów i innych substancji łatwopalnych) i na składowiskach odpadów. Jednak ryzyko powstania atmosfery wybuchowej nie jest całkowicie obce również pozostałym przedsiębiorstwom. Atmosfera wybuchowa może bowiem pojawiać się miejscowo, np. w okolicach różnych zbiorników czy urządzeń, którym podczas ich pracy towarzyszy emisja różnego rodzaju zanieczyszczeń.
Strefy zagrożenia wybuchem a regulacje prawne
Zgodnie z międzynarodowymi przepisami i normami, w szczególności z tzw. dyrektywą ATEX, wszelkie urządzenia i systemy przeznaczone do pracy w strefach zagrożenia wybuchem muszą spełniać surowe wymagania dotyczące bezpieczeństwa. Szczegółowe regulacje znajdziemy w normach zharmonizowanych z tą dyrektywą, a także w przepisach krajowych, które mogą precyzować wymagania, jeśli nie znalazły się one w dyrektywie. Powyższe regulacje obejmują m.in. projektowanie, produkcję, montaż i eksploatację urządzeń oraz systemów elektrycznych i mechanicznych, które mogą być narażone na wybuch.
Do najważniejszych norm i przepisów należą:
- dyrektywa ATEX 114 2014/34/UE;
- Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 6 czerwca 2016 r. w sprawie wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej;
- Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej;
- normy z rodziny PN-EN 60079 – Atmosfery wybuchowe, w tym m.in. Część 1: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą osłon ognioszczelnych, Część 11: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą iskrobezpieczeństwa "i", Część 19: Naprawa, remont i regeneracja urządzeń.
Urządzenia ATEX – grupy i kategorie
Wspomniane wyżej różnice w strefach zagrożenia wybuchem powodują, że wprowadzono również podział na dwie grupy i kilka kategorii urządzeń, które są przeznaczone do użytku w różnych strefach Ex. W zależności od tego podziału urządzenia te będą się różnić poziomem zabezpieczeń.
Istnieją dwie główne grupy urządzeń ATEX:
- Grupa I – urządzenia i systemy ochronne przeznaczone do pracy w kopalniach i innych obszarach górniczych, w których istnieje ryzyko wystąpienia atmosfery wybuchowej w wyniku obecności gazów metanowych lub pyłów węglowych.
- Grupa II – urządzenia i systemy ochronne przeznaczone do pracy w pozostałych obszarach przemysłowych, gdzie występuje ryzyko wybuchu w wyniku obecności gazów, oparów, cieczy łatwopalnych lub pyłów przemysłowych.
Kategorie urządzeń określają stopień ochrony urządzenia w zależności od rodzaju atmosfery wybuchowej i częstości jej występowania w danym obszarze. Są one ściśle związane z rodzajem strefy, w której urządzenie ma być stosowane.
Urządzenia dla grupy I (kopalnie):
- Kategoria M1 – urządzenia mają specjalne zabezpieczenia, żeby pył węglowy nie mógł wnikać do ich wnętrza. Ich otwieranie powinno być możliwe tylko w stanie beznapięciowym lub w warunkach, w których zapewnione jest iskrobezpieczeństwo. Przepisy wymuszają ponadto, żeby w przypadku uszkodzenia jednego ze środków zabezpieczających, drugi, niezależny zapewniał wymagany poziom zabezpieczenia, albo żeby wymagany poziom zabezpieczenia był zapewniony w przypadku wystąpienia dwóch niezależnych od siebie uszkodzeń.
- Kategoria M2 – urządzenia wyposażone są w samoczynne wyłączanie zasilania w przypadku wystąpienia atmosfery wybuchowej, a także w środki zabezpieczenia przeciwwybuchowego, które gwarantują wymagany poziom zabezpieczenia podczas normalnego działania tych urządzeń, a także w przypadku trudnych warunków ich eksploatacji.
W grupie II (obszary przemysłowe) rozróżniamy 3 kategorie urządzeń:
- Kategoria 1 (można je stosować w strefach 0 i 20) – urządzenia te są przeznaczone do stref, gdzie atmosfera wybuchowa może występować stale lub przez długi czas i zapewniają wymagany poziom zabezpieczenia nawet w przypadku rzadko występującej awarii urządzenia.
- Kategoria 2 (strefy 1 i 21) – urządzenia przeznaczone do stref, w których atmosfera wybuchowa może występować w trakcie normalnej pracy, ale nie jest to zjawisko częste ani długotrwałe. Posiadają środki zabezpieczenia przeciwwybuchowego, które zapewniają wysoki poziom bezpieczeństwa, ale nie muszą wytrzymywać tak długich okresów ekspozycji na atmosfery wybuchowe, jak urządzenia kategorii 1.
- Kategoria 3 (strefy 2 i 22) – Urządzenia przeznaczone do stref, w których atmosfera wybuchowa rzadko występuje i to tylko przez krótki czas. Urządzenia te zapewniają wystarczający poziom bezpieczeństwa podczas normalnego działania tych urządzeń.
Wymagania dotyczące urządzeń i instalacji ATEX
Urządzenia, które są przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, muszą być zaprojektowane i wykonane w sposób, który zapewnia ich bezpieczeństwo w przypadku obecności atmosfery wybuchowej.
Do najistotniejszych wymagań należą:
- Odpowiednia kategoria urządzenia – urządzenia muszą być certyfikowane w zależności od strefy, w której będą pracować. Urządzenia przeznaczone do stref 0 lub 1 będą spełniać wyższe standardy ochrony niż te przeznaczone do strefy 2.
- Zabezpieczenie przed iskrzeniem i przegrzaniem – urządzenia muszą być tak zaprojektowane, aby nie generowały iskier ani ciepła, które mogą doprowadzić do zapłonu atmosfery wybuchowej. Stosuje się m.in. obudowy odporne na wybuchy (Ex d) lub urządzenia zapobiegające iskrom (Ex i).
- Wybuchoodporność obudowy – obudowy urządzeń muszą być wytrzymałe na działanie ciśnienia wybuchu, aby nie dopuścić do rozprzestrzenienia się wybuchu na zewnętrzne środowisko (Ex d).
- Szczelność obudowy – obudowy urządzeń muszą zapewniać odpowiedni poziom szczelności (Ex p).
- Zabezpieczenie instalacji – instalacje elektryczne i inne muszą być wykonane w sposób zapewniający ochronę przed możliwym zwarciem, przepięciem i niekontrolowanym iskrzeniem.
- Certyfikacja i znakowanie – urządzenia muszą być certyfikowane przez odpowiednie instytucje, a na obudowie musi znaleźć się właściwy symbol Ex i klasyfikacja strefy (np. Ex II 2G Ex d IIC T6).
- Użycie odpowiednich materiałów – materiały użyte do produkcji urządzeń powinny być odporne na korozję, wysoką temperaturę i działanie substancji chemicznych, które mogą występować w danej strefie.
- Zobacz galerię: 10 najnowocześniejszych fabryk na świecie
Przykłady rozwiązań stref zagrożonych wybuchem
Odpowiednio przystosowane do pracy w strefach zagrożenia wybuchem powinny być nie tylko maszyny i urządzenia, ale również wszystkie ich podzespoły, niezbędne instalacje, systemy zabezpieczające, sterujące i kontrolne.
Lista urządzeń, które są dostępne z certyfikatem ATEX, jest długa i obejmuje różne urządzenia. Są to m.in. silniki, napędy i przekładnie wraz z ich podzespołami, okablowanie, obudowy i osłony przemysłowe, oświetlenie wraz z oprawami, czujniki i urządzenia kontrolne, elementy złączne, zasilacze, włączniki i wyłączniki, a także kamery i komputery przemysłowe.
Kluczowe w przypadku wszystkich tych urządzeń jest wyeliminowanie potencjalnych źródeł zapłonu, które mogą przyczynić się do wybuchu, ale również minimalizowanie skutków wybuchu. Produkty w wykonaniu przeciwwybuchowym muszą więc być iskrobezpieczne, mieć zabezpieczenie przed zwarciem i przeciążeniem oraz ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Bardzo ważną rolę w przypadku urządzeń ATEX odgrywają również ich obudowy. Muszą one skutecznie odizolować wnętrze urządzenia, żeby ewentualna iskra lub nadmierne ciepło nie przedostała się na zewnątrz i nie doszło do kontaktu z atmosferą wybuchową.
Jak zapobiegać powstawaniu atmosfery wybuchowej?
Ważną kwestią jest także zapobieganie tworzeniu się atmosfery wybuchowej. Firmy mogą w tym celu korzystać ze środków organizacyjnych, jak i technicznych. Do tej pierwszej grupy zaliczamy wszelkie rozwiązania, które zapobiegają tworzeniu się atmosfery wybuchowej. Z kolei do grupy środków technicznych należą różnego rodzaju rozwiązania, które ograniczają zasięg wybuchu czy płomienia lub odprowadzają je w bezpieczne miejsce.
Pomocne przy zapobieganiu powstawaniu atmosfer wybuchowych zewnętrznych (czyli poza urządzeniem czy inną instalacją technologiczną) jest odpowiednie zaprojektowanie instalacji wentylacyjnej (grawitacyjnej lub wymuszonej), ale również wprowadzenie odpowiednich procedur sprzątania i usuwania warstw pyłów i innych zanieczyszczeń. W celu ograniczenia powstawania atmosfery wybuchowej wewnątrz urządzeń i innych instalacji stosuje się m.in. systemy odpylania wnętrza tych urządzeń, ale również zwiększa się poziom wilgoci lub redukuje poziom tlenu przez zastąpienie go przez inny gaz obojętny.
Podsumowanie
Stosowanie urządzeń z certyfikatem ATEX oraz systemów ochronnych odpowiednio dobranych do stref zagrożenia wybuchem, zapobieganie powstawaniu atmosfer wybuchowych i eliminowanie źródeł zapłonu są kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa w tych strefach. Warto bowiem mieć świadomość, że ewentualna eksplozja to nie tylko potencjalnie duże straty związane z uszkodzeniem infrastruktury produkcyjnej, ale również zagrożenie zdrowia, a nawet życia pracowników.
