Instalacje ATEX - wymagania dla odpylania i wentylacji

Instalacje ATEX dotyczą odpylania i wentylacji w miejscach, w których może powstać atmosfera wybuchowa. W takich układach nie wystarcza dobór pojedynczego urządzenia z odpowiednim oznaczeniem. Bezpieczeństwo zależy od zgodności oceny zagrożenia, projektu, zastosowanych komponentów, montażu oraz późniejszej eksploatacji.

1. Rozpoznaj proces i materiały. Ustal, jakie substancje występują w procesie oraz w których miejscach mogą tworzyć się mieszaniny wymagające szczególnej kontroli. Ocena nie powinna ograniczać się do elementów widocznych z zewnątrz.
2. Wyznacz obszary zagrożenia. Opisz ich przeznaczenie i oznakuj je zgodnie z warunkami pracy. Klasyfikacja powinna wynikać z rzeczywistego przebiegu procesu, a nie wyłącznie z nazwy pomieszczenia.
3. Przeanalizuj drogę pyłu, powietrza lub gazów. Projekt odpylania i wentylacji powinien ograniczać odkładanie się pyłu oraz odpowiadać faktycznemu przebiegowi procesu.
4. Dobierz komponenty do warunków strefy. Każdy element musi odpowiadać przeznaczeniu instalacji i warunkom występującym w chronionym obszarze. Dopasowanie mechaniczne nie jest wystarczającym kryterium.
5. Kontroluj wykonanie. Sprawdź połączenia, prowadzenie instalacji, montaż urządzeń oraz ciągłość uziemienia i połączeń wyrównawczych.
6. Udokumentuj rozwiązanie. Opisz przyjęte założenia, zasady użytkowania, czynności kontrolne i zmiany wprowadzane w układzie. Obsługa nie powinna odtwarzać istotnych ustaleń z pamięci.

Odpylanie i wentylacja należy traktować jako jeden układ powiązany z procesem technologicznym. Decyzje eksploatacyjne powinny wynikać z rozpoznanego zagrożenia, projektu i kontroli wykonania. Rozpoznanie zagrożeń najlepiej przeprowadzić przed zmianą procesu, modernizacją instalacji albo doborem nowych urządzeń – uwzględnienie wymagań już na etapie projektu ogranicza późniejsze przeróbki gotowego układu.

Instalacje ATEX – definicja i zastosowanie w odpylaniu oraz wentylacji

Czym jest instalacja ATEX

Instalacje ATEX pracują w strefach zagrożonych wybuchem, czyli tam, gdzie może powstać mieszanina zdolna do zapłonu i wybuchu. Ich zadaniem nie jest wyłącznie transport powietrza, pyłu lub gazów. Cały układ musi zostać zaprojektowany i użytkowany odpowiednio do warunków panujących w danym obszarze.

Nazwa ATEX pochodzi od francuskiego określenia Atmosphères Explosibles. Obejmuje dwie uzupełniające się dyrektywy unijne: jedną odnoszącą się do urządzeń i maszyn przeznaczonych do pracy w atmosferach wybuchowych oraz drugą dotyczącą bezpieczeństwa w miejscach, gdzie taka atmosfera może powstać. Polska wdrożyła do prawa krajowego dyrektywę 2014/34/UE oraz dyrektywę 1999/92/WE.

Instalacja nie staje się rozwiązaniem ATEX przez sam montaż elementu z odpowiednim oznaczeniem. Należy połączyć ocenę warunków pracy, klasyfikację obszaru, dobór urządzeń, prawidłowy montaż i zasady eksploatacji.

• Uwzględnia warunki występujące w strefach zagrożonych wybuchem.
• Łączy wymagania dla urządzeń i maszyn z zasadami bezpiecznej pracy.
• Wymaga doboru komponentów odpowiednich do danego obszaru.
• Obejmuje wykonanie, kontrolę i testy po montażu.
• Wymaga dokumentacji potrzebnej do bezpiecznej eksploatacji.

Klasyfikacja stref i droga substancji

Rozróżnienie atmosfery pyłowej i gazowej jest punktem wyjścia do projektowania odpylania i wentylacji ATEX. Wpływa na ocenę zagrożenia, wyznaczenie obszarów wymagających ochrony i dobór urządzeń. Rozwiązania przeznaczone dla jednego rodzaju zagrożenia nie powinny być stosowane w innym procesie bez ponownej oceny.

Strefy zagrożone wybuchem trzeba sklasyfikować, oznakować i wyposażyć w instalacje oraz urządzenia odpowiadające warunkom pracy. Pracodawca lub użytkownik odpowiada za wyznaczenie tych stref i dostosowanie do nich całości instalacji. W zakładzie produkcyjnym decyzje projektowe powinny uwzględniać miejsca powstawania mieszanin, ich przemieszczanie się oraz punkty, w których mogą się gromadzić.

W instalacji odpylającej istotna jest droga pyłu: od miejsca jego powstawania, przez punkt odbioru i przewody, aż po elementy przechwytujące i transportujące. W przypadku wentylacji należy ustalić, gdzie powietrze lub gazy mogą tworzyć warunki wymagające zabezpieczenia. Ocena jednego fragmentu układu nie wystarcza, ponieważ warunki pracy mogą się różnić między urządzeniem procesowym, przewodem i miejscem obsługi.

Źródłami zapłonu w strefach EX mogą być iskry mechaniczne, elektryczne i elektrostatyczne, a także gorące powierzchnie. Każdy element uczestniczący w pracy instalacji – łącznie z przewodami, złączkami i pomocniczymi elementami wyposażenia – wymaga oceny pod kątem przeznaczenia, sposobu połączenia z resztą układu i warunków eksploatacji. Pozornie drugorzędna część może zmienić działanie całego układu, dlatego ocena ryzyka wybuchu powinna poprzedzać klasyfikację stref i dobór rozwiązań technicznych.

Strefy zagrożenia wybuchem i kategorie urządzeń

Klasyfikacja stref porządkuje obszary według czasu i częstotliwości występowania atmosfery wybuchowej. Dla mieszanin gazowych stosuje się strefy 0, 1 i 2, a dla mieszanin pyłowych – strefy 20, 21 i 22. W strefach 0 i 20 atmosfera wybuchowa występuje stale lub przez długi czas; w strefach 1 i 21 może pojawić się w normalnych warunkach pracy; w strefach 2 i 22 wystąpienie jest mało prawdopodobne i krótkotrwałe. Klasyfikacja wynika z rzeczywistego przebiegu procesu, a nie z ogólnego opisu pomieszczenia.

Do każdej strefy przypisuje się kategorię urządzeń wskazującą wymagany poziom zabezpieczenia. Kategorie 1G, 2G i 3G odnoszą się do atmosfer gazowych, a 1D, 2D i 3D – do atmosfer pyłowych. Urządzenia kategorii 1G/1D nadają się do stref 0/20, kategorii 2G/2D – do stref 1/21, a kategorii 3G/3D – do stref 2/22. Element o niższej kategorii nie może być użyty w strefie wymagającej wyższej kategorii, natomiast urządzenie o wyższej kategorii można stosować w mniej wymagającej strefie, o ile odpowiada rodzajowi atmosfery.

Rozróżnienie grupy gazowej (G) i pyłowej (D) ma znaczenie praktyczne. Urządzenie certyfikowane wyłącznie dla pyłów nie jest przeznaczone do stosowania w atmosferach gazowych i odwrotnie. W instalacji odpylającej najczęściej występują strefy pyłowe, ale w otoczeniu procesu mogą pojawić się także strefy gazowe – wymaga to równoległej oceny obu zagrożeń.

Klasy wybuchowości pyłów

Pyły palne dzieli się na klasy wybuchowości St1, St2 i St3 w zależności od maksymalnego przyrostu ciśnienia w czasie, opisanego wskaźnikiem K_st. Klasa St1 obejmuje pyły o łagodnym przebiegu wybuchu, klasa St2 – o umiarkowanie gwałtownym, a klasa St3 – o gwałtownym. Wartość K_st wpływa na dobór urządzeń ochronnych, w tym powierzchni odciążających i systemu tłumienia, oraz na warunki lokalizacji filtra względem obiektów sąsiednich.

Klasa wybuchowości powinna być ustalona na podstawie badań pyłu z konkretnego procesu, a nie dobierana z tabel ogólnych. Ten sam materiał wyjściowy może dawać różne parametry w zależności od granulacji, wilgotności i zawartości frakcji drobnych. Dla instalacji odpylającej istotny jest pył realnie odkładający się w filtrze – a nie pył materiału podawanego do procesu.

Projekt, montaż i testy

Realizacja systemu ATEX obejmuje projekt, dobór komponentów, montaż i testy. Ta kolejność ma znaczenie: komponenty dobiera się do rozpoznanych warunków pracy, a nie odwrotnie.

W instalacjach odpylających i wentylacyjnych komponentami są zarówno części bezpośrednio uczestniczące w przepływie, jak i elementy niezbędne do działania układu. Każdy z nich musi odpowiadać projektowi oraz warunkom przypisanym do konkretnej strefy zagrożenia wybuchem.

Podczas montażu należy zachować ciągłość uziemienia i połączeń wyrównawczych oraz stosować elementy z certyfikacją przeciwwybuchową. Zmiana części na etapie wykonawczym wymaga oceny, jeżeli może wpłynąć na przeznaczenie instalacji lub sposób jej zabezpieczenia.

Testy po wykonaniu potwierdzają, czy instalacja odpowiada projektowi i czy jej części zostały zmontowane jako spójny układ. Nie zastępują jednak wcześniejszej analizy zagrożenia. Błędne założenie może zostać poprawnie odtworzone zarówno w projekcie, jak i podczas montażu.

Urządzenia, dokumentacja i odpowiedzialność eksploatacyjna

Producent projektuje i certyfikuje urządzenie zgodnie z jego przeznaczeniem – użytkownik weryfikuje, czy warunki pracy w konkretnej instalacji to przeznaczenie spełniają. Dyrektywa ATEX 2014/34/UE rozszerzyła obowiązki producentów dotyczące oznaczania urządzeń i przekazywania informacji; dla producentów weszła w życie 20 kwietnia 2016. Rozporządzenie dotyczące produktów przeznaczonych do zastosowania w przestrzeniach zagrożonych wybuchem nosi datę 6 czerwca 2016.

Wymagania ATEX obejmują urządzenia i maszyny pracujące w atmosferach wybuchowych – nie tylko elektryczne. Analizuje się również elementy mechaniczne, połączenia, montaż oraz możliwe źródła zapłonu. Dyrektywa 1999/92/WE, wprowadzona do polskiego prawa rozporządzeniem z dnia 8 lipca 2010 r., nakłada na pracodawcę obowiązek zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa w miejscach, gdzie może wystąpić atmosfera wybuchowa.

Dokument Zabezpieczenia Przed Wybuchem (DZPW) porządkuje informacje o zagrożeniu, zastosowanych rozwiązaniach i zasadach użytkowania. Obowiązek jego sporządzenia wynika z § 7 Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010 r. (Dz.U. 2010 nr 138 poz. 931).

Zgodnie z § 7 dokument powinien zawierać w szczególności: opis środków ochronnych podjętych w celu ograniczenia szkodliwych skutków wybuchu, wykaz przestrzeni zagrożonych wybuchem wraz z ich klasyfikacją na strefy, oświadczenie pracodawcy o wykonaniu oceny ryzyka i o właściwym projektowaniu, użytkowaniu oraz konserwacji miejsc pracy i urządzeń, terminy przeglądu stosowanych środków ochronnych, a także zasady współpracy w przypadku obecności w tym samym miejscu pracowników różnych pracodawców. Dokument aktualizuje się niezwłocznie, gdy zmiany w miejscu pracy, urządzeniach lub organizacji pracy mogą wpłynąć na wynik oceny ryzyka.

Dokumentacja instalacji obejmuje również wytyczne projektowe EX oraz instrukcje bezpieczeństwa i eksploatacji. Powinna być dostępna dla osób zajmujących się obsługą, konserwacją, kontrolą i wymianą elementów układu – każda z nich musi wiedzieć, jakie działania są dopuszczalne i kiedy zmiana wymaga ponownej oceny. Jest to szczególnie ważne przy modernizacji, wymianie urządzeń oraz zmianach organizacyjnych wpływających na proces.

Zakres prac może obejmować audyt techniczny, ocenę zgodności instalacji oraz ocenę warsztatów remontowych. Kontrola nie kończy się na uruchomieniu – obejmuje utrzymanie instalacji, jakość prac remontowych i zgodność stosowanych części z wymaganiami danego obszaru. Każda wymiana elementu wymaga oceny, gdy może zmienić przeznaczenie instalacji lub sposób jej zabezpieczenia; zastąpienie części o innym przeznaczeniu lub bez wymaganej certyfikacji może naruszyć spójność systemu. Monitoring stężenia gazów w strefach EX jest pomocnym narzędziem kontroli procesu, nie zastępuje jednak właściwego projektu wentylacji ani doboru urządzeń do warunków pracy.

Wymagania ATEX w projektowaniu filtrów, kanałów i wentylatorów

Projektowanie filtrów, kanałów i wentylatorów dla stref zagrożonych wybuchem zaczyna się od rozpoznania warunków pracy w konkretnym obszarze – nie od nazwy pomieszczenia ani ogólnego opisu procesu. Strefy różnią się od siebie, a komponenty dobiera się do wymagań wyznaczonych dla każdej z nich. Dobór oparty wyłącznie na dopasowaniu mechanicznym nie jest wystarczającym kryterium.

Filtry w instalacjach ATEX muszą być zaprojektowane tak, aby nie stanowiły źródła zapłonu w warunkach kontaktu z łatwopalnym pyłem lub gazem. Kanały transportowe muszą być szczelne, a ich montaż – wraz z ciągłością uziemienia i połączeń wyrównawczych – weryfikowany po zakończeniu prac. Wentylatory wymagają oceny pod kątem ryzyka iskrzenia mechanicznego i elektrostatycznego, zarówno w odniesieniu do wirnika, jak i obudowy.

Każdy z tych elementów uczestniczy w drodze pyłu lub gazu: od miejsca jego powstawania, przez przewody, aż po części przechwytujące i transportujące. Pozornie drugorzędny komponent może zmienić działanie całego układu, dlatego każda zmiana elementu wymaga oceny zgodności z projektem i wymaganiami dla danej strefy.

Odciążanie wybuchu i izolacja przeciwwybuchowa

W instalacjach odpylających i wentylacyjnych, w których mimo prawidłowej klasyfikacji stref nie da się wykluczyć wybuchu, projekt musi uwzględniać środki ograniczające jego skutki. Wyróżnia się trzy grupy rozwiązań: odciążanie wybuchu, tłumienie wybuchu i izolację przeciwwybuchową. Każde z nich pełni inną funkcję, a wybór wynika z parametrów pyłu, konstrukcji urządzenia i otoczenia instalacji.

Odciążanie wybuchu polega na kontrolowanym uwolnieniu ciśnienia z wnętrza chronionego urządzenia, najczęściej filtra lub silosu. Realizuje się je przy pomocy paneli dekompresyjnych, klap odciążających albo – w przypadku braku możliwości wyprowadzenia płomienia na zewnątrz – bezpłomieniowych systemów odciążających. Powierzchnia odciążająca dobierana jest do parametrów pyłu, w tym wskaźnika K_st, oraz do wytrzymałości chronionego urządzenia. Wymagania szczegółowe określa norma PN-EN 14491 dla filtrów pyłowych.

Tłumienie wybuchu jest rozwiązaniem stosowanym w miejscach, w których odciążanie na zewnątrz nie jest możliwe lub bezpieczne – na przykład, gdy urządzenie jest zlokalizowane wewnątrz hali. Układ wykrywa początek wybuchu i w krótkim czasie wprowadza do wnętrza urządzenia środek gaszący, ograniczając wzrost ciśnienia. Do właściwej pracy wymaga czujników ciśnienia lub promieniowania oraz butli ze środkiem gaszącym. Wymagania techniczne opisuje norma PN-EN 14373.

Izolacja przeciwwybuchowa oddziela chronione urządzenie od pozostałych elementów instalacji, aby uniemożliwić przeniesienie płomienia i fali ciśnienia do sąsiednich odcinków. Stosuje się między innymi zawory szybkiego zamknięcia, klapy zwrotne, przerywacze płomienia oraz – w wybranych układach – rozwiązania chemicznej izolacji z zaporą gaszącą. Wymagania i badania określają normy PN-EN 15089 dla systemów izolacji oraz PN-EN 16447 dla klap izolujących zwrotnych. Bez izolacji odciążanie lub tłumienie w jednym urządzeniu nie chroni pozostałych część układu.

Rozwiązania te uzupełniają się nawzajem: odciążanie ogranicza ciśnienie w chronionym urządzeniu, tłumienie zatrzymuje wzrost ciśnienia od wewnątrz, a izolacja zapobiega przeniesieniu wybuchu na kolejne odcinki. W praktyce projektowej najczęściej stosuje się zestaw kilku środków dobranych do konkretnego układu – wybór wynika z oceny ryzyka, parametrów pyłu, wielkości i konstrukcji urządzeń oraz z sąsiedztwa instalacji.

Instalacja ATEX jest tak odporna na zapalenie, jak jej najsłabszy element. Każde odejście od projektu – każda wymieniona część bez oceny zgodności – zwiększa ryzyko w strefie zagrożonej wybuchem. Bezpieczeństwo buduje się nie certyfikatem pojedynczego urządzenia, lecz spójnością całego układu: od rozpoznania zagrożeń, przez projekt i montaż, po udokumentowaną eksploatację. Ten łańcuch musi być zamknięty na każdym etapie.

Źródła

• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/34/UE z dnia 26 lutego 2014 r. w sprawie harmonizacji ustawodawstw państw członkowskich odnoszących się do urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej – EUR-Lex
• Dyrektywa 1999/92/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 1999 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa – EUR-Lex
• Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 6 czerwca 2016 r. w sprawie wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w atmosferze potencjalnie wybuchowej (Dz.U. 2016 poz. 817) – ISAP
• 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 (Dz.U. 2010 nr 138 poz. 931) – ISAP
• ATEX – bezpieczeństwo w strefach zagrożonych wybuchem, Urząd Dozoru Technicznego
• Wzorcowy dokument zabezpieczenia przed wybuchem (DZPW) dla pyłowych atmosfer wybuchowych – CIOP-PIB
• Plan działania KT 64 – ds. Urządzeń Elektrycznych w Przestrzeniach Zagrożonych Wybuchem, Polski Komitet Normalizacyjny