Krajowy rynek gazu ziemnego w ciągu ostatnich lat dynamicznie się rozwija, toteż bardzo ważne jest zapewnienie bezpieczeństwa procesowego.

Zgodnie z wymaganiami rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. z 2010 r. Nr 109, poz. 719): w obiektach i na terenach przyległych, gdzie są prowadzone procesy technologiczne z użyciem materiałów mogących wytworzyć mieszaniny wybuchowe lub w których materiały takie są magazynowane, dokonuje się oceny zagrożenia wybuchem. Jedną z substancji, która w Polsce najczęściej związana jest z występowaniem zagrożenia wybuchem, jest gaz ziemny. W jego skład wchodzą przede wszystkim lekkie węglowodory (głównie metan), w związku z czym w warunkach atmosferycznych jest lżejszy od powietrza.

Na łańcuch technologiczny gazu ziemnego składa się m.in.: wydobycie, magazynowanie, uzdatnianie, przesył, dystrybucja i użytkowanie przez konsumentów. Charakter tych procesów jest związany z użyciem bardzo różnych instalacji i dla każdej z osobna, zgodnie z przytoczonymi
zapisami rozporządzenia, należy dokonać oceny zagrożenia wybuchem. Jednym zaś z elementów tej oceny jest wyznaczenie stref zagrożenia wybuchem. Są one przestrzeniami, w których może występować mieszanina substancji palnych z powietrzem lub innymi gazami utleniającymi, o stężeniu zawartym między dolną i górną granicą wybuchowości. O samym zagrożeniu wybuchem mówi się natomiast wówczas, gdy istnieje możliwość tworzenia przez palne gazy, pary palnych cieczy, pyły lub włókna palnych ciał stałych, w różnych warunkach, mieszanin z powietrzem, które pod wpływem czynnika inicjującego zapłon wybuchają, czyli ulegają gwałtownemu spalaniu połączonemu ze wzrostem ciśnienia. Innymi słowy jest to możliwość tworzenia się atmosfer wybuchowych, powstałych w wyniku mieszania się substancji palnych z utleniaczem (np. powietrzem), lecz także zgodnie z rozszerzeniem definicji możliwość wystąpienia w przypadku wybuchu skutków niosących ze sobą uszkodzenia ciała, utratę życia lub powstania strat materialnych [2].

 

Rys. 1 Diagram wybuchowości ciśnienie-temperatura dla utleniania węglowodorów z uwzględnieniem obszaru powolnej reakcji spalania (A), zimnych płomieni (B i C), zapłonu (D) oraz wielostopniowego zapłonu (E) [4]

 

Zagrożenie wybuchem

Przy projektowaniu oraz użytkowaniu obiektów, w których procesy technologiczne związane są z użyciem gazu ziemnego, bardzo ważne jest określenie warunków, w których może wystąpić zagrożenie wybuchem, oraz znalezienie takich rozwiązań, które zagrożenie to ograniczą. W przypadku każdej mieszaniny palnej ogromne znaczenie ma określenie temperatury, ciśnienia oraz składu mieszaniny, w jakich może nastąpić jej zapłon. Dla przykładu, jeśli mieszanina palnej substancji i powietrza znajduje się w rozgrzanym zbiorniku, w określonych wartościach temperatury i ciśnienia może nastąpić nagły wybuch po pewnym czasie opóźnienia samozapłonu (ang. ignition-delay time). Opóźnienie samozapłonu, nazywane również czasem indukcji, może wynosić od kilku mikrosekund do kilku godzin [3]. Koniecznie podkreślić należy, że jeśli wspomniane wartości nie zostaną osiągnięte, dojdzie jedynie do powolnej reakcji. Zjawisko to obrazują diagramy wybuchowości w zależności od ciśnienia i temperatury z charakterystyczną dla danej mieszaniny krzywą wybuchowości. W przypadku węglowodorów, np. gazu ziemnego, z powodu kilku procesów chemicznych, jakie mogą zachodzić podczas ich spalania, wykres ten jest zdecydowanie bardziej skomplikowany przy wysokich ciśnieniach. Oprócz zapłonu występować mogą bowiem wielostopniowy zapłon oraz zimne płomienie, co przedstawia wykres (rys. 1), sporządzony na podstawie [4]. Cały diagram zawierający schematyczną krzywą wybuchowości dla węglowodorów przedstawiono na rys. 2. Wielostopniowy zapłon oznacza emisję krótkich impulsów świetlnych. Zimne płomienie powstają natomiast podczas reakcji spalania niskotemperaturowego. Obszar wielostopniowego zapłonu oraz zimnych płomieni zaczyna występować powyżej pewnego ciśnienia, określonego dla danego związku. Poniżej tej wartości występuje wyraźna granica między stanem, w którym mieszanina ulegnie zapłonowi, doprowadzając do nagłego wybuchu, a stanem przebiegania powolnej reakcji chemicznej [5].

 

Tabela 1. Granice wybuchowości metanu w powietrzu przy ciśnieniu normalnym, w 7-litrowym zbiorniku [6]

Energia zapłonu E [J]

DGW [% obj.]

GGW [% obj.]

Przedział DGW - GGW [% obj.]

1

4,9

13,8

8,9

10

4,6

14,2

9,6

100

4,25

15,1

10,8

10 000

3,6

17,5

13,9

 

Granice wybuchowości

O ile zagadnienia krzywej wybuchowości dotyczyły warunków ciśnienia i temperatury, przy których możliwy jest zapłon prowadzący do wybuchu, o tyle by powstało zagrożenie wybuchem, musi również istnieć możliwość wystąpienia atmosfery wybuchowej. Zgodnie z wcześniej podaną definicją z możliwością jej powstania ściśle powiązane są dolna (pl. DGW, ang. LEL - Lower Explosive Limit) oraz górna granica wybuchowości (pl. GGW, ang. UEL - Upper Explosive Limit). Reakcja spalania charakteryzuje się m.in. tzw. normalną prędkością spalania. Zależy ona od ilości powietrza oraz substancji palnej. W ramach tych ilości istnieją takie stężenia, przy których reakcja wybuchu nie jest w stanie propagować w mieszaninie palnej ze względu na zbyt małą prędkość spalania [6]. Stąd też granicą wybuchowości nazywa się takie stężenie palnych substancji, przy którym w mieszaninie z powietrzem może nastąpić wybuch wskutek zapłonu. Jeżeli stężenie palnych składników mieszaniny znajduje się poza granicami wybuchowości, wybuch nie nastąpi. Powyżej górnej granicy wybuchowości mieszanina ulegnie spalaniu dyfuzyjnemu [7]. Znając wartości granic wybuchowości poszczególnych składników mieszaniny, można obliczyć ich wartość dla całej mieszaniny [8], [6].

Co ciekawe, jeśli mówimy o powietrzu jako ośrodku, w którym rozchodzi się palna substancja, nie ma dużego znaczenia, jaki jest stosunek tlenu i azotu, jeśli dojdzie już do zapłonu mieszaniny wybuchowej. Te dwa pierwiastki mają prawie takie same wartości ciepła właściwego, a zatem ciepło spalania przekazywane zarówno do jednego, jak i drugiego doprowadzą do osiągnięcia praktycznie tej samej temperatury spalania [6].

Warto zaznaczyć, że na wartość DGW oraz GGW ma również wpływ energia zapłonu. Aby możliwy był zapłon mieszaniny, jego energia powinna być odpowiednio wysoka. Im wyższa energia, tym większa różnica między DGW a GGW, pozwalająca na autonomiczną propagację zapłonu. Dla danych warunków ciśnienia i temperatury oraz określonego zakresu granic wybuchowości istnieje zatem pewna minimalna wartość energii zapłonu Emin, która musi zostać dostarczona, żeby doszło do wybuchu. Zmianę granic wybuchowości dla metanu przedstawiono w tablicy. Poza wymienionymi czynnikami na zmianę granic wybuchowości ma oczywiście wpływ wiele innych, m.in. udział składników intertnych [7].

 

Rys. 2 Diagram wybuchowości ciśnienie-temperatura dla utleniania węglowodorów [5]

 

Strefy zagrożenia wybuchem

Jedną z czynności składających się na zapewnienie odpowiedniego bezpieczeństwa wybuchowego jest wyznaczenie stref zagrożenia wybuchem. Na podstawie posiadanej wiedzy i doświadczenia istnieje możliwość wyznaczenia stref samodzielnie, jednak zdecydowanie łatwiej i często pewniej jest posiłkować się gotowymi wytycznymi w przedmiotowym zakresie. Wśród nich wyróżnić można polski standard techniczny Izby Gospodarczej Gazownictwa [9], standard brytyjski [10] oraz normę PN-EN 60079-10-1 [11]. W kwestii wymagań prawnych, w przytoczonym na wstępie rozporządzeniu MSWiA (Dz.U. z 2010 r. Nr 109, poz. 719), spotykamy jedynie dwa zapisy, które wskazują wprost, w jakich okolicznościach należy korzystać z konkretnych opracowań. Pierwszym z nich jest pkt 3 art. 36 mówiący o konieczności wykonania graficznej dokumentacji klasyfikacyjnej zgodnie z zasadami określonymi w PN. Punkt 6 tego samego artykułu nakłada obowiązek stosowania klasyfikacji stref zagrożenia wybuchem podanej w normie dotyczącej zapobiegania wybuchowi i ochronie przed wybuchem (PN-EN 60079-10-1). Należy podkreślić, że wszelkie rozważania na temat stref zagrożenia wybuchem powinny się opierać na właściwej ich klasyfikacji. Ogólnie przyjętą zasadą jest dzielenie stref na trzy główne klasy: strefa 0, 1 oraz 2, i taki też główny podział występuje we wszystkich wspomnianych opracowaniach. Im mniejsza wartość liczbowa oznaczenia klasy, tym większe zagrożenie wybuchem, przy czym podział uzależniony jest od częstotliwości i czasu występowania atmosfery wybuchowej. Ponadto bardzo duże znaczenie ma tutaj charakter źródła, stopień wentylacji i mieszalności gazu w powietrzu. Strefa 0 jest to przestrzeń, w której atmosfery wybuchowe występują ciągle, przez długi okres lub z dużą częstotliwością. Strefa 1 zagrożenia wybuchem oznacza przestrzeń, w której prawdopodobne jest wystąpienie atmosfer wybuchowych związanych z normalną pracą instalacji. Strefa 2 natomiast określa przestrzeń, w której wystąpienie atmosfer wybuchowych jest mało prawdopodobne podczas normalnej pracy instalacji, a jeśli występują, to przez krótki okres.

Samo określenie czasu i prawdopodobieństwa wystąpienia atmosfer wybuchowych nie jest w normie wyrażone ilościowo, lecz jakościowo. W zakresie nadania odpowiedniej klasyfikacji strefy sporo zatem zależy od oceny osoby, która ją wyznacza. Należy łączyć rodzaj strefy z charakterem źródła emisji i wspomniane wytyczne podają wskazówki pomagające w nadaniu odpowiedniej klasy. Istnieją jednak przypadki, które dotyczą elementów niepodanych w opracowaniach i wówczas dokonujący oceny zagrożenia wybuchem sam powinien ustalić stopień emisji. Wśród stopni emisji wyróżnia się ciągły, pierwszy oraz drugi i to ich odzwierciedleniem są rodzaje stref. Stopnie te bowiem również się rozróżnia w zależności od częstotliwości wystąpienia oraz czasu trwania emisji łatwopalnych substancji. Jako że istnieje możliwość przechodzenia z niższego stopnia do wyższego (np. z drugiego do wyższych), należy prawdopodobieństwo takich zdarzeń jak najbardziej zminimalizować albo sklasyfikować strefę jako wyższego rzędu. Sposobem na obniżenie klasy strefy może być zastosowanie odpowiedniej wentylacji. Dzięki takiemu zmniejszeniu możliwości wystąpienia atmosfery wybuchowej przy odpowiednich warunkach możliwe jest dla przykładu obniżenie klasy strefy ze strefy 1 na strefę 2. Im wyższa klasa strefy, tym większe wymagania do spełnienia w zasięgu jej występowania.

W zakresie dokumentacji graficznej norma obowiązująca w Polsce wymaga, aby przedstawiała ona przede wszystkim takie informacje, jak rzuty i przekroje zagrożonych obszarów lub ich modele trójwymiarowe, które zawierają w sobie zarówno rodzaj, jak i zasięg strefy, grupę sprzętu ochronnego, temperaturę zapłonu i/lub klasę temperaturową palnej substancji. Ponadto w przypadku każdego budynku powinny zostać przedstawione wszelkie otwory (drzwi, okna, otwory wentylacyjne i inne). Norma zawiera też graficzne przedstawienie stref za pomocą konkretnych wzorów i choć jest to jedynie propozycja, a nie wymaganie, przyjęło się w ten właśnie sposób oznaczać odpowiednie rodzaje stref i w celu unifikacji prezentowania danych powinno być to dalej wykorzystywane. W tym zakresie pewne udogodnienie dla czytelności rysunków wprowadza standard brytyjski, w którym proponowanym wzorom nadano również konkretne kolory. Taki sposób przedstawiania stref spotyka się najczęściej w projektach obiektów gazowych.

 

Rys. 3 Proponowane kształty stref zagrożenia wybuchem w przypadku wysokiego ciśnienia gazu ziemnego, gdzie r - główny wymiar strefy określony według oszacowanego zasięgu; r' oraz r” - pozostałe wymiary strefy określone według charakteru emisji; SR - źródło emisji [11]

 

Wyznaczanie stref zagrożenia wybuchem

Norma obowiązująca w Polsce wskazuje na możliwość wykorzystywania jednej z czterech metod podczas wyznaczania stref zagrożenia wybuchem. Jako pierwszą podaje metodę klasyfikacji za pomocą charakteru źródła emisji. Jej najważniejsze kroki to: identyfikacja źródła emisji; określenie stopnia i wydatku emisji dla każdego źródła oraz jej prawdopodobnej częstotliwości i czasu trwania; określenie rodzaju wentylacji i stopnia mieszalności substancji palnej z powietrzem. Wydatek emisji oraz zasięg strefy powinno się tutaj obliczyć, korzystając z dotychczasowej wiedzy z zakresu mechaniki płynów i na przykład przy wykorzystaniu modelowania komputerowego.

Drugim sposobem wyznaczania stref zagrożenia wybuchem jest stosowanie metod uproszczonych. Polegają one na wykorzystaniu wiedzy i doświadczenia płynących z praktyki przemysłowej i dotychczasowej pracy przy danych elementach. Pomijane jest wówczas indywidualne podejście do każdego elementu oddzielnie, a odpowiednią klasyfikację przeprowadza się dla przyjętych kategorii elementów. Umożliwia to zdecydowane skrócenie czasu wyznaczania stref. Dla przykładu, powtarzające się urządzenia działające w podobnych warunkach będą się charakteryzowały takimi samymi strefami. Charakterystyczną cechą tej metody jest obecność stref o większym zasięgu niż w przypadku podejścia indywidualnego, gdyż obecny jest większy współczynnik bezpieczeństwa.

Jednym z ważniejszych sformułowań zawartych w opisywanej normie oraz w pozostałych wytycznych jest wyraźne wskazanie na możliwość korzystania ze wskazówek zawartych w innych opracowaniach. Norma dodatkowo uznaje to za jedną z metod stosowanych w wyznaczaniu stref (metoda trzecia).

Metodą ostatnią jest korzystanie z zapisów różnych opracowań w zależności od etapów prac. Pewną pomocą w przypadku każdego dokumentu jest zawarcie wskazówek z określonymi krokami, które należy podjąć w celu uzyskania stref w rozpatrywanym przypadku. Wytyczne te w zależności od opracowania zawierają przykłady źródeł emisji, tabele ich charakterystyk, stopnie wentylacji i mieszalności powietrza, wykresy zasięgów stref w odniesieniu do konkretnych parametrów oraz gotowe wzory do stosowania, prowadzące do otrzymania ostatecznych obszarów zagrożonych wybuchem na analizowanych obiektach.

 

Strefy zagrożenia wybuchem na przykładach

Różnice w wynikach zasięgów i kształtów stref zagrożenia wybuchem dla tych samych przypadków mogą być znaczące w zależności od przyjętej metodologii. Często są one tak duże, że ten sam wymiar według jednych wytycznych jest dwukrotnie większy niż wymiar obliczony za pomocą wskazówek zawartych w innych opracowaniach [12].

W celu przybliżenia problemu, zdecydowano się na przedstawienie sposobów wyznaczania stref zagrożenia wybuchem dla dwóch różnych przypadków w oparciu o wskazówki zawarte we wspomnianych opracowaniach: polskiej normie, standardzie brytyjskim oraz standardzie IGG.

Eksploatacja sieci przesyłowej gazu ziemnego wiąże się co jakiś czas z potrzebą odgazowania danego odcinka gazociągu wynikłą z awarii lub prac inwestycyjnych i remontowych. Wówczas jedną z możliwości jest wykorzystanie rur upustowych, montowanych na zespołach zaporowo-upustowych. Doprowadzany z odgazowywanego odcinka rurociągu gaz ziemny jest przez nie upuszczany do atmosfery na odpowiedniej wysokości (co najmniej 3 metry powyżej poziomu obsługi).

Analizowany pierwszy przykład dotyczy rury upustowej o średnicy 80 mm i wysokości, na której znajduje się jej wylot równej 3 metry od poziomu gruntu. Parametry charakteryzujące upuszczany gaz ziemny w punkcie emisji to: nadciśnienie 2,5 MPa, temperatura 15 °C. W celu uproszczenia, przyjęto następujący skład gazu ziemnego (udziały objętościowe): metan 96%, etan 1%, azot 3%. Wylot rury upustowej skierowany jest pionowo do góry, o pełnym przekroju kołowym i niedławiony, wpływ turbulencji i lepkości na wypływ gazu jest znikomy (współczynnik Cd jest równy 1,00). Przyjęcie idealnego charakteru wypływu gazu zrekompensowano maksymalną wartością współczynnika bezpieczeństwa (k = 1,00, przy czym wartość powinna zawierać się w przedziale 0,50-1,00). Oba współczynniki Cd oraz k użyte są wyłącznie w normie spośród trzech analizowanych opracowań.

Standardy IGEM oraz IGG podają wskazówki, które umożliwiają obliczenie konkretnych zasięgów stref zagrożenia wybuchem dla analizowanego przypadku. Według samej normy można co prawda oszacować promień kuli lub wysokość walca i ściętego stożka, w zależności od tego, jaki kształt strefy uzna się za najwłaściwszy, jednak zasięgi poziome walca i stożka pozostają do oceny projektanta. Ich wartość ma być związana z charakterem emisji, który można opisać za pomocą wzorów (1) oraz (2). Z tego powodu na rysunku schematycznie przedstawiającym kształty stref analizowanego przypadku nie uwzględniono szacunków opartych na normie.

Dla analizowanego przypadku, standard brytyjski proponuje strefę zagrożenia wybuchem złożoną z kuli o promieniu 1 m (strefa 1 związana z małą odległością od źródła emisji) oraz dwóch walców o różnych wymiarach. Pierwszy (główny) obrazuje zasięg potencjalnej atmosfery wybuchowej w wyniku upuszczania do atmosfery. Drugi wynika z dyspersji gazu ziemnego w kierunku dolnym. W celu oszacowania poszczególnych wymiarów brył przedstawiających strefę zagrożenia wybuchem, najistotniejsze jest właściwe oszacowanie strumienia masowego upuszczanego gazu. Dla wartości 0,8 współczynnika Cd (dla kryz stosowanych w rurach upustowych zalecana wartość to 1 a ciśnienie 110% wartości ciśnienia gazu, jednak dla uproszczenia przyjęto brak zwężki), wyrażającego charakter wypływu, oraz składu i parametrów gazu podanych wyżej, strumień ten wynosi blisko 20 kg/s. Standard ten zawiera tabelaryczne wartości wymiarów zależne między innymi od strumienia masowego. Wyniki przedstawiono w tabeli 2.

W przypadku standardu IGG, przy obliczaniu zasięgu strefy zagrożenia wybuchem w kształcie kuli, skorzystano ze wzoru (3), gdzie pr to ciśnienie robocze gazu w źródle emisji [MPa], a F to powierzchnia przekroju otworu będącego źródłem emisji gazu [mm2]. Zasięg strefy u podstawy stożka obliczono, korzystając ze wzoru (4), gdzie d to średnica otworu wylotowego rury upustowej [mm].

 

Tabela 2. Zasięgi stref zagrożenia wybuchem dla rury upustowej DN80 przy p=2,5 MPa, wg [10]

Standard IGEM/SR/25 Edition 2

Wielkość

Symbol

Wartość

Jednostka

Wysokość strefy 2 poniżej otworu wynikającej z dolnej dyspersji

XL+0,2hs

0,16+0,60

m

Wysokość strefy powyżej otworu rury upustowej

Xh

80,00

m

Promień strefy 2 od otworu rury upustowej wynikającej z dolnej dyspersji

Xk

10,00

m

Promień strefy 1 od otworu rury upustowej

Xs

1,00

m

Promień strefy 2 od otworu rury upustowej

Xr

15,00

m

 

Tabela 3. Zasięgi stref zagrożenia wybuchem dla rury upustowej DN80 przy p=2,5 MPa, wg [9]

Standard ST-IGG-0401:2015

Wielkość

Symbol

Wartość

Jednostka

Promień kuli - strefa 2

Zr

37,73

m

Promień podstawy stożka - strefa 2

Zs

14,00

m

Promień kuli - strefa 1

Z

1,00

m

 

Tabela 4. Maksymalny zasięg stref zagrożenia wybuchem dla rury upustowej DN80 przy p=2,5 MPa, wg [11]

Norma PN-EN 60079-10-1

Wielkość

Symbol

Wartość

Jednostka

Zasięg strefy (wysokość walca lub promień kuli)

r

31,67

m

 

Drugi przypadek, dla którego wyznaczono strefy zagrożenia wybuchem, dotyczy rury wydmuchowej stacji gazu ziemnego niskiego ciśnienia o zakończeniu innym niż pionowy. Przyjęto średnicę rury równą 50 mm, natomiast nadciśnienie gazu równe 7,5 kPa. Dla pozostałych wielkości założono wartości jak w poprzednim przykładzie. Wyznaczanie stref dla niskiego ciśnienia różni się przede wszystkim charakterem mieszania się gazu ziemnego z powietrzem. Przekłada się to na inną postać wzorów wcześniej wykorzystywanych, choć zasady pozostają podobne. By wskazać dodatkowe przykłady różnic pomiędzy opracowaniami, zakończenie rury wydmuchowej nie przebiega już pionowo, lecz nachylone jest pod kątem 30°. Wyniki obliczeń przedstawiono w tabelach oraz w postaci graficznej na schematycznym rysunku. Wartość strumienia masowego wg standardu IGEM wyniosła w tym przypadku 0,017 kg/s.

Tabela 5. Zasięgi stref zagrożenia wybuchem dla rury wydmuchowej DN15 przy p=7,5 kPa, wg [9]

Standard ST-IGG-0401:2015

Wielkość

Symbol

Wartość

Jednostka

Promień kuli - strefa 2

Zr

1,95

m

Promień podstawy stożka - strefa 2

Zs

2,63

m

Promień kuli - strefa 1

Z

1,00

m

 

Tabela 6. Zasięgi stref zagrożenia wybuchem dla rury wydmuchowej DN15 przy p=7,5 kPa, wg [10]

Standard IGEM/SR/25 Edition 2

Wielkość

Symbol

Wartość

Jednostka

Wysokość strefy 2 poniżej otworu wynikającej z dolnej dyspersji

XL+0,2hs+0,25Xk

0,03+0,70

m

Wysokość strefy powyżej otworu rury upustowej

Xh ang

3,00

m

Promień strefy 2 od otworu rury upustowej wynikającej z dolnej dyspersji

Xk

2,00

m

Promień strefy 1 od otworu rury upustowej

Xs

0,50

m

Promień strefy 2 od otworu rury upustowej

Xr

2,00

m

Promień strefy 2 od otworu rury upustowej w kierunku upustu

Xr ang

2,50

m

 

Tabela 7. Maksymalny zasięg stref zagrożenia wybuchem dla rury wydmuchowej DN15 przy p=7,5 kPa, wg [11]

Norma PN-EN 60079-10-1

Wielkość

Symbol

Wartość

Jednostka

Zasięg strefy (wysokość walca lub promień kuli)

r

1,52-3,17

m

 

Podsumowanie

Wszędzie tam, gdzie ocena zagrożenia wybuchem wskaże konieczność wyznaczenia stref zagrożenia wybuchem, należy dokładnie przeanalizować indywidualny charakter każdego potencjalnego źródła emisji substancji palnych. W zależności od decyzji oceniającego zasięgi stref oraz ich kształty można oszacować dla każdego źródła osobno lub na zasadzie podobieństw przyjąć te same wartości dla źródeł o zbliżonym charakterze wycieku. Stosowane metody różnią się od siebie zarówno ilością czasu potrzebnego na wyznaczenie stref, jak i dokładnością. W przypadku skorzystania z gotowych wskazówek, zawartych w różnych opracowaniach przedmiotowego tematu, istnieje ryzyko przeszacowania wielkości stref, jednak w zamian otrzymuje się zarówno sporą ilość zaoszczędzonego czasu, jak i często potwierdzenie jakości za sprawą wieloletniego doświadczenia ich autorów. Wyznaczanie stref zagrożenia wybuchem zawsze się wiąże z dwoma podstawowymi problemami. Pierwszy z nich to wybór odpowiedniej metody. Jak pokazały obliczenia, wyniki maksymalnych poziomych zasięgów na podstawie różnych opracowań przy bardzo podobnych założeniach mogą się różnić nawet ponaddwukrotnie. Wynik mniejszy niekoniecznie musi być prawdziwy i bezpieczny. Z kolei wynik większy może być zdecydowanie przewymiarowany, jeśli się porówna go z wynikami symulacji tworzenia się atmosfery wybuchowej.

Drugim poważnym problemem jest właściwe ocenienie najbardziej niebezpiecznego zdarzenia dla danego źródła emisji wybranego z najbardziej prawdopodobnych. Chodzi tutaj o określenie na tyle dokładnego charakteru potencjalnej emisji, by z jednej strony nie wyznaczać stref dla zdarzeń, których prawdopodobieństwo jest znikome, a z drugiej, by przyjęte parametry emisji nie zaniżały zasięgów stref. Dodatkową kwestią do rozstrzygnięcia jest również przyjęcie odpowiedniego kształtu strefy. Oceniający musi zdecydować, w jakich kierunkach możliwe jest tworzenie się atmosfery wybuchowej oraz z jaką szybkością. Najwłaściwszym podejściem podczas wyznaczania stref zagrożenia wybuchem wydaje się być zatem mimo wszystko indywidualne rozpatrywanie każdego przypadku oraz umiejętne wykorzystywanie opracowanych w różnych standardach wytycznych. Trzeba w związku z powyższymi rozważaniami podkreślić jedno: aby móc mówić o zachowywaniu bezpieczeństwa wybuchowego na wysokim poziomie, musi się ono wiązać nierozerwalnie ze stosowaniem właściwie dobranych środków prewencyjnych oraz ciągłą wymianą doświadczeń w inżynierskiej praktyce przeciwwybuchowej.

 

mgr inż. Łukasz Zabrzeski

dr inż. Krystian Liszka

dr hab. inż., prof. AGH Mariusz Łaciak

AGH w Krakowie, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu

 

Bibliografia

  1. A. Szurlej, M. Ruszel, T. Olkuski, Czy gaz ziemny będzie paliwem konkurencyjnym?, „Rynek Energii" nr 5/2015.
  2. M. Woliński, G. Ogrodnik, J. Tomczuk, Ocena zagrożenia wybuchem, Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Warszawa 2002.
  3. J. Warnatz, U. Maas, R.W. Dibble, Combustion: Physical and Chemical Fundamentais, Modeiing and Simulation, Experiments, Pollutant Formation, Springer Science & Business Media, 2006.
  4. P. Gray, M.E. Sherrington, Self-heating, Chemical Kinetics, and Sponaneously Unstable Systems, „Gas Kinetics and Energy Transfer", pod red. PG. Ashmore i R.J. Donovan, Royal Society of Chemistry, 1977.
  5. J. Warnatz, Chemistry of Stationary and Non-Stationary Combustion, „Modelling of Chemical Reaction Systems", tom 18, pp. 162-188, 1981.
  6.  W. Bartknecht, Explosions, Berlin Heidelberg Nowy Jork, Springer-Verlag, 1981.
  7. M. Łaciak, Bezpieczeństwo eksploatacji urządzeń, Instalacji i sieci gazowych, IV red., TAR- BONUS, Kraków 2016.
  8. M.-M. Tong, G.-Q. Wu, J.-F Hao i X.-L. Dai, Expiosion Umits for combustible gases, „Mining Science and Technology" (China), nr 19, 2009.
  9. ST-IGG-0401:2015 Sieci gazowe. strefy zagrożenia wybuchem. Ocena i wyznaczanie, Izba Gospodarcza Gazownictwa, Warszawa 2015.
  10. iGEM/SR/25 Edltlon 2 - with Amendments August 2013 Communication 1748, Hazardous area classification of Natural Gas installations, The Institution of Gas Engineers and Managers, 2010.
  11. PN-EN 60079-10-1 Atmosfery wybuchowe - Część 10-1: Klasyfikacja przestrzeni - Gazowe atmosfery wybuchowe, Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa 2016.
  12. Ł. Zabrzeski, Ł. Drążkiewicz, R. Kowalski, K. Liszka, Strefy zagrożenia wybuchem na gazociągach wysokiego ciśnienia, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna" nr 4/2017.