Τ.Ε.Ι ΚΑΒΑΛΑΣ
ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ
Αντιεκρηκτική Ασφάλεια Εγκαταστάσεων
(Αίτια και Τεχνικές Πρόληψης)
Εισηγητής
Ταρχανίδης Κωνσταντίνος
Σττουδαστής Πρέκας Δημήτριος
Καβάλα 2003
Αντιεκρηκτική Ασφάλεια Εγκαταστάσεων
(Αίτια και Τεχνικές Πρόληψης)
Ευχαριστώ, την οικογένεια μου, τον καθηγητή μου κ. Κωνσταντίνο Ταρχανίδη για την εττίβλεψη της εργασίας και τον κ. Στέφανο Σαμωνά για τις πολύτιμες συμβουλές του
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΒΑΣΙΚΕΣ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
1.1.1 Εκρηκτικές ατμόσφαιρες αερίων, ατμών και αέρα. Προέλευση και χαρακτηριστικές τιμές. (Χαρακτηριστικά ασφαλείας) 1.1.2 Εξάτμιση
1.1.3 Αριθμός εξάτμισης
1.1.4 Μεταφορά, Διάχυση, Αναλογία ττυκνότητας 1.1.5 Κανονική φυσική κατάσταση
1.1.6 Σημείο ανάφλεξής και Σημείο καύσης 1.1.7 Όρια και περιοχή ανάφλεξης
1.2.1 Εκρηκτικά μίγματα σκόνης και αέρα. Προέλευση και χαρακτηριστικές τιμές.
1.2.2 Επικαθίσεις σκόνης
1.2.3 Προσδιορισμός της αυθόρμητης θερμοκρασίας ανάφλεξης 1.2.4 Ανάφλεξη λόγω πυράκτωσης
1.2.5 Φλόγα 1.2.6 Ταχύτητα καύσης
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΠΡΟΛΗΠΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΦΥΓΗ ΕΚΡΗΞΕΩΝ 2.1 Αρχές προστασίας από τις εκρήξεις
2.2 Αποφυγή των εύφλεκτων υγρών 2.3 Ανύψωση του σημείου ανάφλεξης 2.4 Περιορισμός της συγκέντρωσης 2.5 Απενεργοποίηση
2.6 Εξαερισμός 2.7 Φυσικός εξαερισμός 2.8 Τεχνητός εξαερισμός 2.9 Χρήση ανιχνευτών αερίων
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΝΤΙΕΚΡΗΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ 3.1
3.2 3.3 3.4
Μέθοδος σχεδιασμού για αντοχή στην έκρηξη (Explosion-Proof) Μέθοδος σχεδιασμού με εκτόνωση της πίεσης της έκρηξης (Explosion Pressure Relief)
Μέθοδος σχεδιασμού για καταστολή της έκρηξης (Explosion Suppression)
Προστασία των συσκευών ενάντια στη μετάδοση της φλόγας
ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΕΚΡΗΚΤΙΚΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΣΕ ΖΩΝΕΣ
4.1 Εκρηκτική ατμόσφαιρα
4.2 Προσωρινή τταρουσία εκρηκτικής ατμόσφαιρας (Ταξινόμηση Ζωνών) 4.3 Η σταθερά MAC
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5
ΠΗΓΕΣ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΤΙΣ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ 5.1
5.1 5.1 5.2.
5.2.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.3.
5.4.
5.4.
5.4.3 5.4.4 5.4.5
,1 Πηγές ανάφλεξης .2 Φλόγα ανάφλεξης .3 Σττινθήρες ανάφλεξης
1 Ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης (για μίγματα αερίων και αέρα) .2 Μέγιστη συγκέντρωση αναφλέξιμου μίγματος
1 Παράγοντες ττου επηρεάζουν την αναφλεξιμότητα 2 Ιδιότητες ενός μίγματος
.3 Συστατικά των αερίων
.4 Αναλογία του μίγματος αέρα - καυσίμου 5 Πίεση, Θερμοκρασία, Υγρασία
,6 Επιρροή των επαφών των διακοπτικών συστημάτων 7 Μορφή των επαφών
,8 Υλικά επαφών
,9 Ταχύτητα ανοίγματος των επαφών
,10 Επιρροή των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών του κυκλώματος .11 Επιρροή του τύπου του ρεύματος και της τάσης ,12 Επιρροή της αυτεπαγωγής
.13 Επιρροή της χωρητικότητας του κυκλώματος .14 Επιρροή του μήκους της γραμμής τροφοδοσίας .15 Επιρροή των στοιχείων του κυκλώματος ,16 Επιρροή των ηλεκτρικών πεδίων υψηλής συχνότητας
Ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης (για μίγματα σκόνης και αέρα) Απόσταση απόσβεσης και ικανότητα μετάδοσης της φλόγας Ανάφλεξη από καυτές επιφάνειες
Ανάφλεξη από συμπίεση και από δονήσεις Ανάφλεξη από φως
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6
ΑΝΤΙΕΚΡΗΚΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ (ΠΡΟΤΥΠΑ)
6.1 Αντιεκρηκτικές εγκαταστάσεις και εξοττλισμός μέσα στο πεδίο εφαρμογής των κανονισμών σχετικά με τα εύφλεκτα υγρά
6.2 Πιθανές εκρηκτικές ατμόσφαιρες
6.3 Αποθήκευση των εύφλεκτων υγρών στις περιοχές εργασίας 6.4 Ηλεκτρικές συσκευές σε εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν ασετυλίνη 6.5 Στατική ηλεκτρική ενέργεια
6.6 Αστραπή 6.7 Ευρωπαϊκά πρότυπα
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΤΥΠΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ 7.1 Γενικά 7.2 Γενικές απαιτήσεις 7.3 Oil ϊπΓίπιβΓβίοη »ο«
7.4 Pressurized apparatus »ρ«
7.5 Powder filling »q«
7.6 Flameproof enclosure »d«
7.7 Increased safety »e«
7.8 Intrinsic safety »i«
7.9 Συνδυασμένες ηλεκτρικές συσκευές
7.10 Περιοριστικά κυκλώματα ασφαλείας (Safety Barriers)
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Είναι γνωστό, πως η διαρκώς αυξανόμενη τεχνολογική εξέλιξη, επιδρά σε όλους τους τομείς της δραστηριότητας του ανθρώπου.
Από την εποχή της βιομηχανικής επανάστασης, και ιδιαιτέρως από τα μέσα του 20 αιώνα, η τεχνολογική εξέλιξη απέβλεπε στο να βελτιώσει - με τους αυτοματισμούς της παραγωγής - την παραγωγικότητα, επίσης στη μείωση του κόστους, και αποτελεσματικά στην αύξηση του κέρδους, αφήνοντας σε δεύτερη προτεραιότητα την ασφάλεια των εγκαταστάσεων και του ανθρώπινου δυναμικού.
Μόλις τις τελευταίες δεκαετίες. Οργανώσεις, Επιστήμονες και άλλοι φορείς, αλλά και Επιχειρηματίες, αντιλήφθηκαν, πως η ασφάλεια της εργασίας, των εγκαταστάσεων και η προστασία του περιβάλλοντος, αποτελεί ύψιστη ανάγκη αλλά και έμμεσα προσδίδει βελτιωμένη ροή της παραγωγικότητας, σε μακροπρόθεσμη βάση.
Έτσι η τεχνολογική εξέλιξη, στόχευσε και περιέλαβε στους τομείς της, συστήματα και μεθόδους, που σκοπό έχουν, να διασφαλίσουν την παραγωγή των βιομηχανικών και άλλων μονάδων, με όσο το δυνατόν λιγότερα τυχαία και απρόβλεπτα γεγονότα, που επηρεάζουν την λειτουργία, αλλά βεβαίως να διασφαλίσουν τον άνθρωπο και να προστατεύσουν το γενικότερο περιβάλλον, από τις επιπτώσεις τέτοιων ατυχημάτων.
Ο σκοπός της εργασίας αυτής, είναι να περιγράφει με συνοπτικό τρόπο, τις αιτίες και τους παράγοντες που επηρεάζουν στην ασφάλεια των εγκαταστάσεων καθώς και τις μεθόδους πρόληψης και προστασίας αυτών.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΒΑΣΙΚΕΣ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ
1.1.1 Εκρηκτικές ατμόσφαιρες προέλευση και χαρακτηριστικές τιμές (Χαρακτηριστικά Ασφαλείας)
Υπάρχουν πολλές φυσικές σταθερές που είναι διαθέσιμες σχετικά με τις εύφλεκτες ουσίες, αυτές όμως οι ιδιότητες δεν είναι επαρκείς για την αξιολόγηση της ασφάλειας αυτών των ουσιών. Έτσι λοιπόν δημιουργήθηκαν τα λεγάμενα χαρακτηριστικά ασφαλείας. Τα χαρακτηριστικά ασφάλειας είναι ποσοτικές ιδιότητες σχετικά με τα χαρακτηριστικά των ουσιών. Δεν έχουν το χαρακτήρα των φυσικών σταθερών. Διαφέρουν από αυτούς στο ότι κατά τον καθορισμό τους μπορεί να φθάσεί κανείς σε διάφορες αριθμητικές τιμές, ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη μέθοδο. Αυτό γίνεται γιατί για τον καθορισμό των φυσικών ιδιοτήτων χρησιμοποιούνται και άλλες τιμές φυσικών ιδιοτήτων που δεν είναι σταθερές αλλά προκύπτουν από την αλληλεπίδραση πολλών ιδιοτήτων και συνθηκών ακαθόριστων στο σύνολό τους.
Τα χαρακτηριστικά ασφάλειας εντούτοις είναι εύκολα αναπαραγώγιμα όταν υπολογίζονται σύμφωνα με τις καθορισμένες μεθόδους. Από κοινού με άλλα χημικές και φυσικές ιδιότητες, μας βοηθούν να αξιολογήσουμε και να συγκρίνουμε τα διάφορα υλικά όσον αφορά το βαθμό κινδύνου τους.
1.1.2 Εξάτμιση
Μια εκρηκτική ατμόσφαιρα μπορεί να προκύψει μόνο όταν μια εύφλεκτη ουσία είναι παρούσα στην αεριώδη φάση και βρίσκεται σε μίγμα με το οξυγόνο του αέρα. Εάν η εύφλεκτη ουσία εμφανίζεται όχι ως αέριο αλλά ως υγρό, π.χ. το βενζόλιο, αυτό πρέπει να παρουσιαστεί στην αεριώδη φάση με την αλλαγή της φυσικής κατάστασης του, προτού να μπορέσει να διαμορφώσει μια εκρηκτική ατμόσφαιρα. Τα υγρά αλλάζουν την φυσική κατάσταση τους με τη φυσική διαδικασία της εξάτμισης. Δεδομένου ότι κάθε μόριο ενός υγρού ασκεί μια δύναμη έλξης στα άλλα μόρια, ένα μόριο μέσα στο υγρό προσελκύεται εξίσου έντονα από όλες τις πλευρές υπάρχει επομένως ισορροπία. Ένα μόριο στην επιφάνεια όμως, προσελκύεται μόνο από τα μόρια που βρίσκονται κάτω από αυτό, οπότε η ισορροπία των δυνάμεων είναι διαταραγμένη έτσι εμφανίζονται τάσεις επιφανείας.
Με την υπερνίκηση της επιφανειακής τάσης, τα μόρια μπορούν να διασκορπιστούν στον χώρο επάνω από το υγρό, τότε λέμε ότι το υγρό ατμοποιείτε ή εξατμίζετε.
Η εξάτμιση είναι αυτό που λέμε αργή ατμοποίηση.
Ο αριθμός εξάτμισης δεν είναι μια φυσική σταθερά αλλά ένα χαρακτηριστικό ασφάλειας. Η εξάτμιση, ττοικίλλει ανάλογα με την τάση ατμών και η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης της ουσίας. Ο αριθμός εξάτμισης καθορίστηκε, ως γενική έκφραση που λαμβάνει υπόψη όλες τις παραμέτρους μεγάλης σημασίας για την ταχύτητα της εξάτμισης του υγρού υπό κανονικές συνθήκες και εκφράζεται ως η αναλογία της περιόδου εξάτμισης του εκάστοτε υγρού, προς την περίοδο εξάτμισης του αιθέρα. Κατά συνέπεια ο αριθμός εξάτμισης παρέχει μια ένδειξη του χρόνου που ένα υγρό πρέπει, μετά από το σχηματισμό των ελεύθερων υγρών επιφανειών, να εξατμιστεί εντελώς χωρίς υπόλειμμα, που εκφράζεται σε σχέση με το χρόνο της εξάτμισης του αιθέρα. Για να δοθεί μια εικόνα του μεγέθους της ταχύτητας της εξάτμισης, μπορεί να παρατηρηθεί ότι η ακετόνη (αριθμός εξάτμισης 2,1) που διανέμεται σε μια επιφάνεια 1 και σε θερμοκρασία 25°C αναπτύσσει σε ένα λεπτό τόσο πολύ ατμό ακετόνης (77γρ.) που μια εκρηκτική ατμόσφαιρα όγκου 2m^ μπορεί να διαμορφωθεί από αυτήν.
1.1.3 Αριθμός εξάτμισης
1.1.4 Μεταφορά, διάχυση, αναλογία πυκνότητας
Τα υγρά που είναι ανοιχτά στον αέρα εξατμίζονται εντελώς με ένα γρήγορο ή αργό ρυθμό, λόγω της διάχυσης των ατμών και της μετακίνησης του αέρα. Δεν υπάρχει καμία ισορροπία μεταξύ της τάσης ατμών του υγρού που εξατμίζεται και του όγκου του αέρα που βρίσκεται πάνω από το υγρό. Η διάχυση συμβαίνει, εξ αιτίας της έμφυτης μετακίνησης των μορίων του υγρού, και της μεταφοράς, δηλαδή την μετακίνηση του αέρα, που απαιτεί τουλάχιστον μια διαφορά πίεσης ή διαφορά θερμοκρασίας, επιτρέπει στα αέρια και τους ατμούς για να αναμιχθούν και εδώ μπαίνει ένας σημαντικός παράγοντας ο οποίος είναι η πυκνότητα του αερίου και των ατμών του υγρού. Υπάρχουν μόνο μερικά εύφλεκτα αέρια ή ατμοί με πυκνότητα μικρότερη από ένα (1 = πυκνότητα του αέρα), μεταξύ των όποιων είναι; το υδρογόνο, το αέριο πόλεων, το μεθάνιο, η αμμωνία, η ασετυλίνη, το διοξείδιο του άνθρακα και το αιθυλένιο. Όλα τα άλλα εύφλεκτα αέρια ή ατμοί είναι βαρύτερα από τον αέρα.
Σε χώρους, στους οποίους δεν υπάρχει καμία έντονη μεταφορά αέρα, τα αέρια μπορούν να συμπεριφερθούν ως σύννεφα στις χαμηλότερες περιοχές και να διανύσουν μεγάλες αποστάσεις καθώς και να μεταφερθούν σε άλλους χώρους ή σε χαμηλότερα πατώματα προτού αναμιχθούν με τον αέρα και γίνουν επικίνδυνα.
Εάν, εντούτοις, ένα αέριο με μια υψηλή ταχύτητα διάχυσης, όπως το υδρογόνο, το οποίο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και έτσι δεν συσσωρεύεται στις χαμηλότερες περιοχές, η πολύ γρήγορη μίξη του με τον αέρα το σε ολόκληρο δωμάτιο είναι δυνατή, έτσι ώστε ο προσδιορισμός του στο χώρο να γίνεται ιδιαίτερα δύσκολος. Ας δείξουμε τη διαφορά μεταξύ της διάχυσης και της μεταφοράς με δύο παραδείγματα.
Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο δοχεία, ένα που περιέχει αέρα και το άλλο υδρογόνο, ενώνονται με έναν σωλήνα διατομής 1 cm^.
-Διαδικασία διάχυσης, δηλαδή αυθόρμητη μίξη των αερίων:
Υπό σταθερές συνθήκες και με ίσες πιέσεις στα δοχεία έχουμε ροή 0,6 ml/sec υδρογόνου στον αέρα.
-Διαδικασία μεταφοράς, δηλαδή μίξη των μέσων από ρεύματα;
Με μια διαφορά πίεσης μόνο 0,01 bar έχουμε ροή 15ml/sec υδρογόνου στον αέρα.
Είναι γνωστό ότι ένα αέριο μπορεί να μετατραπεί σε ένα υγρό με αύξηση της πίεσης και μείωση της θερμοκρασίας. Η απαραίτητη θερμοκρασία είναι η κρίσιμη θερμοκρασία, η απαραίτητη πίεση είναι η κρίσιμη πίεση. Κατά συνέπεια η φυσική κατάσταση στην οποία βρίσκεται ένα υλικό, ποικίλλει με την πίεση και τη θερμοκρασία της. Η φυσική κατάσταση στην οποία μια ουσία υπάρχει υπό κανονικές συνθήκες, δηλαδή θερμοκρασία 0 °C και 1.013 bar πίεση, καλείται κανονική φυσική κατάσταση. Εάν μια ουσία είναι αέρια κατάσταση υπό κανονικές συνθήκες, καλείται αέριο. Εάν μια ουσία είναι υγρή ή στερεά υπό κανονικές συνθήκες, η αεριώδης φάση, που δημιουργείται μετά από αύξηση της θερμοκρασίας ή μείωση της πίεσης, καλείται γενικά ατμός. Στην πράξη η φυσική διαφορά μεταξύ των αερίων και των ατμών είναι ότι οι ατμοί παρεκκλίνουν κατά πολύ από την συμπεριφορά ενός ιδανικού αερίου.
Στους κανονισμούς για την ασφάλεια, η διαφοροποίηση μεταξύ των αερίων και των ατμών καθορίζεται με έναν άλλο τρόπο. Όλα τα υλικά που είναι αέρια περιβαλλοντικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, αναφέρονται ως αέρια. Εάν, λόγω εξωτερικής εφαρμογής θερμότητας, η θερμοκρασία ενός υγρού αυξηθεί και η πίεση του ατμού του υγρού αυξηθεί και γίνει μεγαλύτερη από αυτή της εξωτερικής πίεσης, τότε φυσαλίδες ατμού ανατπύσσονται μέσα στο υγρό. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως βρασμός, και η θερμοκρασία στην οποία αρχίζει να βράζει ένα υγρό καλείται σημείο βρασμού. Η ανάπτυξη ατμού από ένα υγρό που βράζει είναι πιο έντονη από αυτή ενός υγρού που εξατμίζεται.
1.1.5 Κανονική φυσική κατάσταση
1.1.6 Σημείο ανάφλεξης και σημείο καύσης
Το γεγονός ότι μπορεί να διαμορφωθεί ένα μίγμα ατμών και αέρα επάνω από μια ελεύθερη υγρή επιφάνεια δεν σημαίνει απαραίτητα ότι αυτό το μίγμα μπορεί να είναι και εύφλεκτο. Όταν η εξάτμιση λόγω της διάχυσης και της μεταφοράς είναι αδύναμη ο εμπλουτισμός του ατμού με αέρα επάνω από την υγρή επιφάνεια μπορεί να είναι τόσο μικρός ώστε να μην μπορεί οδηγήσει στην ανάφλεξη του μίγματος. Σε μια αρκετά υψηλή θερμοκρασία, εντούτοις, το υγρό αναπτύσσει πιο μεγάλη ποσότητα ατμού από την εξάτμιση ώστε να διαμορφώνει ένα εύφλεκτο μίγμα με τον αέρα επάνω από το υγρό. Η θερμοκρασία στην οποία επιτυγχάνεται η απαιτούμενη παραγωγή ατμού είναι το σημείο ανάφλεξης. Παρόλα αυτά η ποσότητα του ατμού που αναπτύσσεται δεν είναι και πάλι επαρκής για να εξασφαλίσει συνεχή καύση.
Αφότου επιτυγχάνεται το σημείο ανάφλεξης η μικρή ποσότητα ατμού παρούσα επάνω από την υγρή επιφάνεια καίγεται με μια γρήγορη και απότομη φλόγα. Η φλόγα τότε εξαφανίζεται πάλι, επειδή οι εύφλεκτοι ατμοί σε αυτήν την θερμοκρασία δεν παράγονται αρκετά γρήγορα για να στηρίξουν τη συνεχή καύση. Για αυτό η θερμοκρασία πρέπει να αυξηθεί περαιτέρω ακόμα. Η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία το μίγμα ατμού και αέρα, που αναφλέγεται από μια εξωτερική πηγή ανάφλεξης, συνεχίζει να καίει συνεχώς επάνω από το υγρό, υποδεικνύεται ως σημείο καύσης. Για να καθοριστεί το σημείο ανάφλεξης και το σημείο καύσης, μια εξωτερική πηγή ανάφλεξης απαιτείται. Άλλοι παράγοντες, όπως η μεταφορά και η διάχυση, παραδείγματος χάριν, παίζουν επίσης έναν ρόλο στον καθορισμό του σημείου ανάφλεξης. Οι τιμές του σημείου ανάφλεξης και του σημείου καύσης δεν είναι επομένως φυσικές σταθερές αλλά χαρακτηριστικά ασφάλειας.
Λόγω της εξάτμισης επάνω από μια ελεύθερη υγρή επιφάνεια, ένα μίγμα ατμού με αέρα που βρίσκεται σε χαμηλή συγκέντρωση δεν είναι ακόμα εύφλεκτο. Το μίγμα λέγεται ότι είναι αδύναμο. Μόνο σε μια θερμοκρασία που αντιστοιχεί στο σημείο ανάφλεξης είναι το μίγμα εύφλεκτο. Σε αυτήν την συγκέντρωση το μίγμα είναι επίσης εκρηκτικό υπό ορισμένους όρους. Αυτή η συγκέντρωση στην οποία το μίγμα γίνεται εκρηκτικό υποδεικνύεται ως το χαμηλότερο σημείο ανάφλεξης, και τη σχετική θερμοκρασία το χαμηλότερο σημείο έκρηξης. Εάν, η συγκέντρωση του μίγματος αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, τότε επιτυγχάνεται ένας βαθμός συγκέντρωσης τελικά, στον οποίο το μίγμα λόγω του υψηλού ποσοστού των αερίων και των ατμών, έχει επίσης λίγο οξυγόνο και δεν είναι έτσι πλέον εκρηκτικό. Αυτή η συγκέντρωση του μίγματος υποδεικνύεται την ανώτερο σημείο ανάφλεξης, και η θερμοκρασία στην οποία το λαμβάνεται το μίγμα ανώτερο σημείο έκρηξης. Επάνω από αυτήν την συγκέντρωση το μίγμα λέγεται ότι είναι πάρα πολύ πλούσιο και δεν είναι πλέον εκρηκτικό. Μπορεί, εντούτοις, να καεί αν βρεθεί κοντά σε έναν φορέα οξείδωσης π.χ. ο αέρας. Μεταξύ του χαμηλότερου σημείου ανάφλεξης και του ανώτερου σημείου ανάφλεξης υπάρχει μια ζώνη συγκέντρωσης οριζόμενη σαν περιοχή ανάφλεξης. Μέσα στην περιοχή ανάφλεξής, ένα μίγμα εύφλεκτων αερίων ή ατμών με τον αέρα είναι εκρηκτικό. Η περιοχή ανάφλεξης αναφέρεται για θερμοκρασία 20°C και πίεση 1 bar και εκφράζεται ως το επί τοις εκατό ποσοστό του όγκου του καυσίμου προς τον συνολικό όγκο του μίγματος καυσίμου-αέρα ή σε gr/m^. Είναι προφανές ότι μια εύφλεκτη ουσία με μια ευρεία περιοχή ανάφλεξης είναι πιο επικίνδυνη από μια ουσία με μια στενότερη περιοχή ανάφλεξης.
1.1.7 Όρια και περιοχή ανάφλεξης
Σημείο Ανάφλεξης
% όγκου gr/m^
Μεθάνιο CH4 5 15 33 100
Βενζόλιο C6H6 1.2 8 39 270
Αιθυλαιθέρας Αιθυλική
(C2H5)20 1.7 36 50 1100
Αλκοόλη C2H50H 3,5 15 67 290
Διθειάνθρακας CS2 1 60 30 1900
Υδρογόνο Η2 4 75,6 3,3 64
Ασετυλίνη C2H3 1.5 82 16 880
Περιοχή ανάφλεξης μερικών τεχνικά σημαντικών ουσιών Πίνακας 1
1.2.1 Εκρηκτικά μίγματα σκόνης και αέρα. Προέλευση και χαρακτηριστικές τιμές.
Μέχρι τώρα έχει δειχθεί, πώς τα αέρια ή οι ατμοί που προκύπτουν από τα εύφλεκτα υγρά και πως οι φυσικές σταθερές ή τα χαρακτηριστικά ασφάλειας συσχετίζονται με αυτά. Εάν όμως η εύφλεκτη ουσία υπάρχει ως στερεό, οι διαδικασίες είναι διαφορετικές. Μια στερεά εύφλεκτη ουσία πρέπει επίσης να μετατραπεί στην αεριώδη μορφή προτού να μπορέσει να αναφλεχτεί. Δεδομένου ότι οι θερμοκρασίες απαραίτητες να εξαερώσουν τις στερεές εύφλεκτες ουσίες είναι πολύ υψηλές, σπάνια έχουμε έκρηξη ενώ πιθανότερο είναι να προκληθεί πυρκαγιά.
Οι στερεές εύφλεκτες ουσίες δεν έχουν ούτε σημείο ανάφλεξης ούτε σημείο καύσης.
Εάν η στερεά εύφλεκτη ουσία υπάρχει όμως σαν σκόνη, τότε μπορούν να εμφανιστούν εκρήξεις.
1.2.2 Επικαθίσεις σκόνης
Η σκόνη είναι ο γενικός όρος για τις στερεές ουσίες που είναι σε κοκκώδη μορφή. Η σκόνη αποτελείται από έναν μεγάλο αριθμό λεπτών μεμονωμένων μορίων που μπορούν να είναι τόσο μικρά ώστε να μην υπόκειται στη δράση της βαρύτητας.
Λόγω της μικρής τριβής με τα περιβάλλοντα αέρια, ένα σωματίδιο σκόνης κατά τη διάρκεια ελεύθερης πτώσης πολύ γρήγορα επιτυγχάνει την μέγιστη ταχύτητά του.
Αυτή η ταχύτητα ποικίλλει ανάλογα με το μέγεθος του κόκκου. Κατά συνέπεια σε περιβάλλον όπου δεν υπάρχει έντονη ροή αέρα το μίγμα σκόνης με τον αέρα χωρίζονται συνήθως στα διαφορετικά μεγέθη των κόκκων της σκόνης. Όταν όμως υπάρχει έντονη ροή αέρα αποτρέπεται η τακτοποίηση της σκόνης. Με ένα κατευθυντικό ρεύμα αέρα τα μόρια σκόνης μεταφέρονται σε διαφορετικές αποστάσεις ανάλογα με το μέγεθος του κόκκου τους. Η εκτροπή του ρεύματος οδηγεί στην πτώση τους, εξ αιτίας της αδράνειας των μορίων σκόνης. Η συγκέντρωση μορίων σκόνης αναφέρεται σαν ένα ίζημα σκόνης. Τέτοια ιζήματα είναι συγκρίσιμα με ένα πορώδες σώμα, όπου το πορώδες είναι περισσότερο από 90% όταν τα μόρια σκόνης έχουν όλα το ίδιο μέγεθος. Όταν υπάρχουν διαφορετικά μεγέθη μεταξύ των κόκκων σκόνης τα μικρότερα γεμίζουν τους πόρους που αφήνουν τα μεγαλύτερα και έτσι μειώνεται το πορώδες. Οι κόκκοι σκόνης με μικρό μέγεθος αντιδρούν γρήγορα στην ροή του αέρα και είναι επομένως είναι περισσότερο εύφλεκτες παίζοντας έναν αποφασιστικό ρόλο στη διαδικασία της καύσης. Η περιοχή επιφάνειας αυξάνεται πολύ γρήγορα με την αυξανόμενη αποσύνθεση των μορίων.
Ένας κύβος μήκους ακρών 1 cm έχει μια έκταση επιφάνειας 6 cm^. Η αποσύνθεση αυτού του όγκου σο κύβους με μήκος ακρών 1 mm. παράγει μια έκταση επιφάνειας 60 cm^, και η αποσύνθεση σε κύβους με μήκος ακρών 1 pm μια έκταση επιφάνειας 60000 cm^.
Η διαδικασία της καύσης της σκόνης είναι παρόμοια με αυτήν των στερεών ουσιών, που αλλάζουν μόνο λόγω των αυξανόμενων αναλογιών επιφάνειας-όγκου.
Εάν το οξυγόνο που είναι απαραίτητο για την εξώθερμη χημική αντίδραση είναι διαθέσιμο σε επαρκή ποσότητα κοντά στα μόρια, ο μεγάλος αριθμός μεμονωμένων μορίων σκόνης αντιδρά γρηγορότερα από ένα συμπαγές κομμάτι της ίσης μάζας.
Μετά από μια εξωτερική ανάφλεξη ή θερμική ανάφλεξη, η αντίδραση διαδίδεται εξ αιτίας της θερμότητας αντίδρασης που απελευθερώνεται από ένα μόριο σκόνης που απελευθερώνεται στα περίχωρα και ως εκ τούτου στα γειτονικά μόρια σκόνης, το μεγαλύτερο μέρος της μεταφοράς θερμότητας είναι με ακτινοβολία με αποτέλεσμα να έχουμε μια υψηλή ταχύτητα αντίδρασης. Με τα ιζήματα σκόνης δεν έχουμε το ίδιο αποτέλεσμα, επειδή εδώ το απαραίτητο οξυγόνο που εσωκλείεται στα κενά δεν είναι επαρκές και έτσι δεν επιτρέπεται σε όλα τα μόρια να αντιδράσουν. Εντούτοις, η υψηλή επίδραση θερμικής αντίσταση των χαλαρών ιζημάτων σκόνης επιτρέπουν την αυτανάφλεξη, δεδομένου ότι μειώνεται κατά πολύ η θερμοκρασία απαραίτητη για την έναρξή της διαδικασίας. Κατά συνέπεια, όπου υπάρχουν μεγάλες συσσωρεύσεις σκόνης, π.χ. στα εμπορευματοκιβώτια ή σε αποθήκες, η αυτανάφλεξη μπορεί να εμφανιστεί όταν υπάρχει για μεγάλο χρονικό διάστημα αυξημένη εσωτερική θερμοκρασία ή αυξημένη περιβαλλοντική θερμοκρασία. Η αυθόρμητη θερμοκρασία ανάφλεξης των εύφλεκτων ουσιών που είναι σε σκόνη είναι ο προσδιορισμός που δίνεται στη χαμηλότερη θερμοκρασία, στην οποία προκαλείται η ανάφλεξη.
Υπάρχουν δύο μέθοδοι για την αυθόρμητη θερμοκρασία ανάφλεξης:
1. Προσδιορισμός της αυθόρμητης θερμοκρασίας ανάφλεξης σύμφωνα με τον Gliwitzky.
Σε αυτήν την μέθοδο ένα δείγμα σκόνης υποβάλλεται σε αύξηση θερμοκρασίας από όλες τις πλευρές, ώστε να αποφευχθεί οποιαδήποτε πιθανή αργή προκαταρκτική ή μερική οξείδωση κατά τη διάρκεια της θέρμανσης.
1.2.3 Προσδιορισμός της αυθόρμητης θερμοκρασίας ανάφλεξης
2. Προσδιορισμός της αυθόρμητης θερμοκρασίας ανάφλεξης μετά από τη θερμή αποθήκευση.
Σε αυτήν την μέθοδο ένα δείγμα σκόνης, συνήθως αρκετά μεγάλο, αποθηκεύεται σε ένα ξηραντήρα σε σταθερή θερμοκρασία. Η αυθόρμητη θερμοκρασία ανάφλεξης που καθορίζεται μ' αυτό τον τρόπο είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία που λαμβάνεται σε σχέση με τις αντίστοιχες μεθόδους για τις εύφλεκτες σκόνες.
Η αυθόρμητη ανάφλεξη οδηγεί καταρχήν σε μια καύση χωρίς φλόγα. Κατόπιν, αυτή μπορεί να προκαλέσει μια έκρηξη του μίγματος σκόνης και αέρα.
Η θερμοκρασία πυράκτωσης της σκόνης είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία μιας θερμής ελεύθερης επιφάνειας στην οποία ένα στρώμα σκόνης 5 χιλ. βαθύ όταν βρεθεί σε αυτήν την επιφάνεια οδηγείτε σε καύση (αργή καύση). Η θερμοκρασία πυρακτώσεως, κατά συνέπεια έχει υπολογιστεί και βρίσκεται μεταξύ 230°C και 450°C. Επιπλέον όπου υπάρχει μεγαλύτερη θερμική μόνωση που προκαλείται από μεγαλύτερο ύψος σκόνης ή η σκόνη αποτελείτε από κόκκους εξαιρετικά μικρούς, μπορεί να μειωθεί η θερμοκρασία πυρακτώσεως μέχρι τους 130°C. Η υγρασία δεν έχει επιπτώσεις στη θερμοκρασία πυρακτώσεως. Οι σκόνες που προέρχονται από εύφλεκτες ουσίες με χαμηλό σημείο τήξεως χάνουν την ιδιότητα σκόνης τους προτού να επιτευχθεί η θερμοκρασία πυρακτώσεως με αποτέλεσμα να συμπεριφέρονται ως υγρά ή ως ατμοί.
Η πυράκτωση ενός ιζήματος σκόνης προκαλείται πάντα σε χαμηλότερη θερμοκρασία από την έκρηξη της ίδιας σκόνης όταν αναμιγνύεται με τον αέρα.
Εντούτοις, αν και από τη πυράκτωση δεν υπάρχει άμεσος κίνδυνος μπορεί να διαμορφωθεί η πηγή ανάφλεξης για ένα μίγμα σκόνης με τον αέρα λόγω της αναταραχής των μορίων σκόνης π.χ. λόγω ενός ρεύματος αέρα. Η θερμοκρασία πυράκτωσης είναι ένα ιδιαίτερα σημαντικό χαρακτηριστικό ασφάλειας για τις σκόνες.
Όπως με τα αέρια και τους ατμούς των εύφλεκτων υγρών, έτσι και εδώ υπάρχει ένα χαμηλότερο και ανώτερο όριο ανάφλεξης για τα μίγματα σκόνης και αέρα και ως εκ τούτου επίσης μια περιοχή ανάφλεξης. Για τις γενικά γνωστές εύφλεκτες βιομηχανικές σκόνες το χαμηλότερο όριο ανάφλεξης είναι περίπου από 20 έως 60 g/πι^ και το ανώτερο όριο από 2 έως 6 kg/m^. Στην πράξη το χαμηλότερο όριο ανάφλεξης είναι μεγαλύτερης σπουδαιότητας και μπορεί να υπολογιστεί οπτικά, εάν ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως βολφραμίου 25W δεν μπορεί πλέον να φανεί από μια απόσταση 2m, το μίγμα σκόνης με τον αέρα που βρίσκεται σε αυτήν την περιοχή έχει μια συγκέντρωση περίπου 40 g/m^ . Η χαμηλότερη θερμοκρασία ανάφλεξης ενός μίγματος σκόνης και αέρα είναι η θερμοκρασία μιας καυτής επιφάνειας που οδηγεί στην καύση του μίγματος που οδηγείται μέσο κάποιου ρεύματος επάνω στην επιφάνεια αυτή. Για τις γενικά γνωστές εύφλεκτες σκόνες η θερμοκρασία ανάφλεξης βρίσκεται μεταξύ 300°C και 600°C. Κάτω από 300°C είναι το θείο με μια θερμοκρασία ανάφλεξης 235°C. Όπως με τη θερμοκρασία πυρακτώσεως, έτσι και η θερμοκρασία ανάφλεξης ποικίλλει επίσης με το μέγεθος των κόκκων της σκόνης. Όι σκόνες με εξαιρετικά λεπτούς κόκκους έχουν τόσο χαμηλή θερμοκρασία ανάφλεξης που πρέπει να χαρακτηριστούν ως αυταναφλεγόμενες. Η πίεση που αναπτύσσεται από μια έκρηξη σκόνης μπορεί να φτάσει μέχρι και τα 10 Bar.
1.2.4 Ανάφλεξη λόγω πυράκτωσης
Η φλόγα παρουσιάζεται όταν μίγμα αερίου ή ατμού και αέρα καίγεται και με αυτόν τον τρόπο εκπέμπει φως. Μια φλόγα μπορεί να χωριστεί σε τρεις διαφορετικές ζώνες, ξεκινώντας από κάτω προς τα πάνω έχουμε:
α) Ζώνη αερίου
Στη ζώνη αερίου η υγρή καύσιμη ουσία ή η στερεή καύσιμη ουσία, που έχει γίνει υγρή, ατμοποιείται.
β) Ζώνη πυράκτωσης
Στη ζώνη πυράκτωσης τα εύφλεκτα αέρια και οι ατμοί αποσυντίθεται στον άνθρακα και το υδρογόνο κάτω από την επιρροή της θερμοκρασίας καύσης. Η φωτεινή ακτινοβολία που προέρχεται από αυτήν την ζώνη δεν είναι παρά η πυράκτωση του ραγισμένου άνθρακα των υδρογονανθράκων που υπάρχουν σε λεπτότατη διασπορά.
γ) Ζώνη καύσης
Στην εξωτερική ζώνη, τη ζώνη καύσης, στην οποία η μίξη με το οξυγόνο στον αέρα πραγματοποιείται, γίνεται μια εξωθερμική χημική αντίδραση. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης αυτής η θερμότητα που απελευθερώνεται αυξάνει τη θερμοκρασία της ζώνης καύσης στη θερμοκρασία καύσης. Αυτή η θερμοκρασία επηρεάζει τη ζώνη πυράκτωσης όπου προκαλείται η αποσύνθεση της εύφλεκτης ουσίας. Η ζώνη καύσης είναι το πιο καυτό μέρος της φλόγας είναι ένα λεπτό στρώμα το οποίο περιβάλει την φλόγα, επίσης στη ζώνη καύσης μια ακτινοβολία προκύπτει στην ορατή περιοχή του φάσματος του φωτός. Είναι ευδιάκριτο ως ανοιχτό μπλε φως. Οι θερμοκρασία καύσης των διάφορων ουσιών ποικίλει, ανάλογα με τη θερμική αξία και την ταχύτητα καύσης της κάθε ουσίας. Ο πίνακας 2 παρουσιάζει τις θερμοκρασίες καύσης μερικών ουσιών.
1.2.5 Φλόγα
Ουσία - Υλικό Θερμοκρασία καύσης °C
Φώσφορος 800
Μαγνήσιο 2000...3000
Ξύλο 1100...1300
Κοκ 1400...1600
Ανθρακαέριο 1550
Υδρογόνο 2900
Ασετιλίνη 3100
Πίνακας 2
Η καύση μπορεί να πραγματοποιηθεί με διαφορετικές ταχύτητες. Όταν η καύση είναι σταθερή, όπως με ένα κερί ή έναν καυστήρα Bunsen, η ταχύτητα καύσης είναι αργή.
Η ταχύτητα καύσης αυξάνεται όταν η ποσοτική αναλογία μεταξύ της εύφλεκτης ουσίας και του οξυγόνου βρίσκονται μέσα στα όρια ανάφλεξης της ουσίας. Η ταχύτητα καύσης προωθείται επίσης, όταν υπάρχει πολύ καλή ανάμιξη αέρα- καυσίμου, όταν το καύσιμο ψεκάζεται σε ιδιαίτερα λεπτά σταγονίδια ή όταν απελευθερώνονται μίγματα άφλεκτων ουσιών, όπως το άζωτο και παρόμοιες ουσίες.
Σε όλες τις περιτπώσεις οι διαδικασίες που εμφανίζονται μέσα σε στην φλόγα δεν την αφήνουν πλέον να έχει στρωτή ροή, αλλά τυρβώδη, έτσι οι μεμονωμένες ζώνες της φλόγας αναταράσσονται. Ανάλογα με την ταχύτητα της καύσης, γίνεται διάκριση μεταξύ:
α) Ανάφλεξη
Η ταχύτητα καύσης στην περίπτωση μιας ανάφλεξης βρίσκεται στην τάξη μεγέθους cm/s. Οδηγεί σε μια μικρή άνοδο στην πίεση και μια μικρή επίδραση θορύβου. Τα μίγματα σε μια θερμοκρασία πλησίον στο χαμηλότερο ή ανώτερο σημείο έκρηξής τους καίνε συνήθως υπό μορφή ανάφλεξης.
β)Έκρηξη
Η ταχύτητα καύσης σε περίπτωση έκρηξης βρίσκεται στην τάξη μεγέθους m/s.
Ολόκληρη η διαδικασία καύσης εμφανίζεται με μια αστάθεια, και υπάρχει μια ιδιαίτερη άνοδος πίεσης από 3 έως 10 Bar. Ο θόρυβος που προκύπτει είναι αντιληπτός ως αποτέλεσμα της απότομης εκτόνωσης των αερίων λόγω της υψηλής θερμοκρασίας.
γ)Εκπυρσοκρότηση
Η ταχύτητα καύσης σε περίπτωση εκπυρσοκρότησης βρίσκεται στην τάξη μεγέθους km/s. Το εκρηκτικό μίγμα αποσυνθέτει σχεδόν στιγμιαία, και η άνοδος πίεσης μπορεί να είναι περισσότερο από 20 Bar. Ο θόρυβος που προκύπτει εκφράζεται ως αιχμηρός και εξαιρετικά βίαιος.
Η διαφορά μεταξύ μιας έκρηξης και μιας εκπυρσοκρότησης πρέπει ακόμα να αναφερθεί. Η έκρηξη είναι η αντίδραση των εύφλεκτων υλών των οποίων τα σωματίδια βρίσκονται σε λεπτή διανεμημένη μορφή και έχει προηγηθεί μίξη με το οξυγόνο του περιβάλλοντα αέρα. Η εκπυρσοκρότηση είναι η αντίδραση των εκρηκτικών υλών, δηλαδή ουσίες που περιέχουν το οξυγόνο απαραίτητο για την καύση σε μια χημικά συνδυασμένη μορφή. Επομένως μόνο μερικά mm^ των εκρηκτικών υλών μπορούν να προκαλέσουν μια εκπυρσοκρότηση, ενώ ένας μεγαλύτερος όγκος απαιτείται για μια έκρηξη.
Παράδειγμα:
Οι εύφλεκτες ουσίες, π.χ. ένα μίγμα ατμού βενζίνης και αέρα, εκρήγνυνται με μια ταχύτητα καύσης 20 έως 25 m/s. Η έκρηξη της πυρίτιδας εμφανίζεται με μια ταχύτητα 300 m/s. Στην πρώτη περίπτωση έχουμε μια εύφλεκτη ουσία (μίγμα ατμού βενζίνης και αέρα) ενώ, στη δεύτερη περίτπωση έχουμε μια εκρηκτική ουσία.
1.2.6 Ταχύτητα καύσης
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΠΡΟΛΗΠΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΦΥΓΗ ΕΚΡΗΞΕΩΝ
2.1 Αρχές προστασίας από έκρηξης
Οι εκρήξεις μπορούν να αποτραπούν με την αποφυγή του σχηματισμού μιας εκρηκτικής ατμόσφαιρας. Κάποιος μπορεί, εντούτοις, να προσπαθήσει επίσης να αποτρέψει την ανάφλεξη μιας εκρηκτικής ατμόσφαιρας με τη λήψη ορισμένων μέτρων προφύλαξης. Σύμφωνα με την κατευθυντήρια αρχή: Η πρόληψη ενός κινδύνου είναι πάντα καλύτερη από οποιαδήποτε προστασία από τον κίνδυνο, επομένως, οι προφυλάξεις που αποτρέπουν ή περιορίζουν μια εκρηκτική ατμόσφαιρα έχουν πάντα προτεραιότητα. Οι προφυλάξεις είναι γνωστές ως αρχές προστασίας από έκρηξης.
2.2 Αποφυγή των εύφλεκτων υγρών
Αρχικά πρέπει να εξεταστεί εάν οι εύφλεκτες ουσίες μπορούν να αντικατασταθούν από άλλες οι οποίες δεν είναι σε θέση να δημιουργήσουν μια εκρηκτική ατμόσφαιρα. Κατά συνέπεια οι εύφλεκτοι διαλύτες ή τα καθαριστικά μπορούν να αντικατασταθούν από τις βασισμένες στο νερό λύσεις ή άφλεκτούς υδρογονάνθρακες. Τα εύφλεκτα υγρά που βρίσκονται υπό πίεση μπορούν να αντικατασταθούν από υδρογονάνθρακες που βρίσκονται σε ελαιώδη μορφή και τα εύφλεκτα κονιώδη υλικά πληρώσεως από τα άφλεκτα υλικά πληρώσεως. Αυτές, φυσικά, είναι προφυλάξεις που μπορούν να υιοθετηθούν μόνο σε μια περιορισμένη έκταση.
2.3 Ανύψωση του σημείου ανάφλεξης
Τα μεγαλύτερα αποτελέσματα λαμβάνονται δουλεύοντας με εύφλεκτα υγρά το των οποίων σημείο ανάφλεξης βρίσκεται αρκετά επάνω από τις περιβαλλοντικές και εργασιακές συνθήκες. Σύμφωνα με τον κώδικα προστασίας από εκρηκτική συμπεριφορά μια διαφορά θερμοκρασίας 5 Kelvin κρίνεται αρκετή για να υπάρχει ασφάλεια.
Με τον ττεριορισμό της ποσότητας μιας εύφλεκτης ουσίας και ως εκ τούτου με τον περιορισμό της συγκέντρωσής της, ο σχηματισμός μιας επικίνδυνης ποσότητας εκρηκτικής ατμόσφαιρας μέσα σε μια συσκευή μπορεί να αποτραπεί ή να περιοριστεί. Κατά την υιοθέτηση αυτού του μέτρου τη συγκέντρωση των εύφλεκτων ουσιών πρέπει να κρατηθεί κάτω από το χαμηλότερο, ή επάνω από τον ανώτερο, όριο ανάφλεξης. Για πολλές διεργασίες μπορεί να διατηρηθεί ένα κορεσμένο περιβάλλον όσον αφορά την εύφλεκτη ουσία με την επιλογή των κατάλληλων συνθηκών λειτουργίας σε ολόκληρη την περιοχή οπού λαμβάνει χώρα η διεργασία.
Σε πολλές όμως περιπτώσεις, π.χ. στην αποθήκευση, η συγκέντρωση μειώνεται προς την κορυφή, έτσι ώστε σε ορισμένη απόσταση από την υγρή επιφάνεια το μίγμα να μπορεί να είναι εκρηκτικό. Μόνο μετά από εξαιρετικά μακρόχρονη αποθήκευση και εφόσον υπάρχει κακός εξαερισμός π.χ. σε εμπορευματοκιβώτια και όταν βρίσκεται η θερμοκρασία της επιφάνειας πολύ επάνω από το ανώτερο σημείο έκρηξης κάνει τη συγκέντρωση σε όλα τα σημεία του χώρου αποθήκευσης τόσο μεγάλη ώστε να μπορούμε να πούμε ότι η περιοχή είναι ακίνδυνη γιατί η συγκέντρωση βρίσκεται επάνω από την ανώτερη περιοχή ανάφλεξης. Στην πράξη, επομένως, ο περιορισμός της συγκέντρωσης στην περιοχή μεταξύ μηδενός και του χαμηλότερου σημείου ανάφλεξης υιοθετείται κατά προτίμηση. Με τις σκόνες η πρόληψη για την αποφυγή μιας εκρηκτικής ατμόσφαιρας με τον περιορισμό της συγκέντρωσης είναι δύσκολο να επιτευχθεί.
2.4 Περιορισμός συγκέντρωσης
2.5 Απενεργοποίηση
Η απενεργοποίηση είναι μια γνωστή, παραδοσιακή προφύλαξη που μπορεί να υιοθετηθεί ως αρχική προστασία έκρηξης. Εδώ το άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμός ή ο υδρογονάνθρακας και επίσης οι κονιώδεις αδρανείς ουσίες υιοθετούνται. Γενικά κάποιος μπορεί να πει ότι όταν στην ατμόσφαιρα το περιεχόμενο οξυγόνο είναι λιγότερο από 10% τότε δεν θεωρείται πλέον εκρηκτική.
Όταν σε ένα αέριο μίγμα η ογκομετρική αναλογία του αδρανούς αερίου στο εύφλεκτο αέριο είναι τουλάχιστον 25%, μια εκρηκτική ατμόσφαιρα δεν μπορεί πλέον να προκόψει. Ο πίνακας 3 δείχνει τις περιοριστικές τιμές για την απενεργοποίηση των εύφλεκτων αερίων και των ατμών σε θερμοκρασία μιγμάτων περίπου 20 “C και περίπου 1 Bar συνολική πίεση.
Ελάχιστη τιμή για την αναλογία, κατ'όγκο, μεταξύ αδρανούς αερίου (Άζωτο ή Διοξείδιο του Άνθρακα) και της καύσιμης ουσίας (Β) όταν προστεθεί οποιαδήποτε ποσότητα αέρα.
Ελάχιστη τιμή για την αναλογία, κατ'όγκο, μεταξύ αδρανούς αερίου (Άζωτο ή Διοξείδιο του Άνθρακα)και του αέρα (L) όταν προστεθεί οποιαδήποτε ποσότητα καύσιμης ουσίας.
Μέγιστη επιτρεπτή ποσότητα 0 2 συνολικά στο μίγμα καύσιμου, αδρανούς αερίου και αέρα κατά την απενεργοποίηση όταν χρησιμοποιούνται Άζωτο ή Διοξείδιο του Άνθρακα.
Ν2 / Β C02 / Β Ν2 / L C02 / L
Ν2 / 02 0 0 2 / 02
% %
1
Άιθάνιο Αιθυλένιο Άιθυλαιν. οξύ Βενζόλιο Βουταδιένιο Βουτάνιο Κυκλοπροπάνιο Εξάνιο 0 0 Μεθάνιο Πεντάνιο Προπάνιο προπυλένιο υδρογόνο
13.00 16.00 17,20
21,00
19.50 17.00 15.50 25.00 4.00 6.00 22.00 15.00 14.50 17.00
7.50 9.00 15,50 13.00 13.00 9.50 8.00 14.00 2,20
12.00
3,30 8,0010,00
8,00 0,821,00
0,79 0,89 0,70 0,75 0,72 2,13 0,61 0,75 0,75 0,75 3,00
0,49 0,67 0,45 0,51 0,39 0,45 0,41 1,13 0,34 0,41 0,43 0,43 1,56
11,00 10,00
13,30 11,70 11,20 13,90 10,40 13,00 12.10 14,50 11,70 13,90 12.10 14,50
5,40 5,40
12.10 14,60 11,60 14,40 11,80 14,20 11,50 14,10 5,00_______ 5,10
*Οι τιμές αυτές δεν υπάρχουν λόγο της αδιαλυτότητας αιθυλαινικού οξέος.
Πίνακας 3
2.6 Εξαερισμός
Ο σχηματισμός μιας εκρηκτικής ατμόσφαιρας μπορεί επίσης να αποτραπεί με την χρήση εξαερισμού και είναι ουσιαστικό να εξασφαλιστεί, από τον τύπο εξαερισμού, ότι δεν μπορεί να προκόψει επικίνδυνη εκρηκτική ατμόσφαιρα σε οποιοδήποτε σημείο ή οποιαδήποτε στιγμή. Ο σταθερός εξαερισμός των δωματίων εργασίας μπορεί να αποτρέψει μια επικίνδυνη ατμόσφαιρα όταν είναι δυνατό να υπολογιστεί η μέγιστη ποσότητα αερίων και ατμών που προκύτττουν καθώς και όταν η θέση των πηγών και των συνθηκών διάδοσής τους είναι επαρκώς γνωστές. Στην περίτπωση των σκονών, ο εξαερισμός προσφέρει επαρκή προστασία μόνο όταν επιπλέον επικίνδυνα κατάλοιπα σκόνης μπορούν αξιόπιστα να αποφευχθούν.
Σε χώρους που βρίσκονται πάνω από το επίπεδο της γης χωρίς ειδικές εισόδους και εξόδους εξαερισμού τουλάχιστον μια αλλαγή του αέρα ανά ώρα παρέχεται κανονικά από τις ατμοσφαιρικές επιρροές ή λόγω του τρόπου με τον οποίο έγινε η οικοδόμηση του κτηρίου. Για τα κελάρια 0,4 αλλαγές του αέρα ανά ώρα πρέπει να υποτεθούν, δεδομένου ότι υπάρχει γενικά λιγότερη μεταφορά αέρα σε τέτοιους χώρους. Οι αναφερθείσες τιμές μπορούν να αυξηθούν περίπου στο διπλάσιο με εγκατάσταση ανοιγμάτων εισαγωγής και εξαγωγής του αέρα. Οι συνθήκες γίνονται πιο κατανοητές όταν είναι γνωστή η ποσότητα εύφλεκτης ουσίας που ρέει προς τα έξω ανά μονάδα χρόνου και τα αέρια και οι ατμοί που απελευθερώνονται αναμιγνύονται ομοιόμορφα με το ρεύμα αέρος εισαγωγής.
Εντούτοις, τέτοιες απλές εγκαταστάσεις συνήθως δεν υπάρχουν, και έτσι πρέπει να λάβουμε υπόψη τις πραγματικές συνθήκες ροής στον χώρο. Ιδιαίτερα με τα αέρια και τους ατμούς που είναι βαρύτεροι από τον αέρα μόνο ένας ειδικός εξαερισμού μπορεί να κρίνει εάν ο φυσικός εξαερισμός είναι επαρκής ως προστατευτική προφύλαξη.
2.7 Φυσικός εξαερισμός
2.8 Τεχνητός εξαερισμός
Σε σύγκριση με το φυσικό εξαερισμό, ο τεχνητός εξαερισμός μας καθιστά δυνατό να χρησιμοποιήσουμε μεγαλύτερες ποσότητες αέρα και με πιο εντατική κυκλοφορία. Είναι, εντούτοις, σημαντικό να εξασφαλιστεί ότι οι συσκευές που παρέχουν τον τεχνητό εξαερισμό, όπως οι ανεμιστήρες, οι αγωγοί εξαερισμού, τα διαφράγματα, και τα ανοίγματα εισαγωγής και εξαγωγής του αέρα, δεν καθίστανται ανενεργά. Η αποτελεσματικότητά τους πρέπει να ελεγχθεί από ειδικό προσωπικό.
Η πιθανότητα απώλειας εξαερισμού πρέπει να αποτραπεί με απόλυτη βεβαιότητα, τουλάχιστον κατά τις στιγμές που υπάρχει δυνατότητα διαμόρφωσης μιας εκρηκτικής ατμόσφαιρας.
2.9 Χρήση ανιχνευτών αερίων
Σε συνδυασμό με την χρήση αυτόματων ή χειροκίνητων προστατευτικών διατάξεων ή με την χρήση λειτουργιών έκτακτης ανάγκης για το κλείσιμο τον μονάδων παραγωγής, πρέπει να χρησιμοποιούνται επίσης και ανιχνευτές αερίων.
Αυτές οι συσκευές πρέπει να ελέγχονται πριν την τοποθέτηση αλλά και μετά από αυτήν σε τακτά χρονικά διαστήματα, από εξειδικευμένο προσωπικό, προκείμενου να διαπιστώνεται η καταλληλότητα τους για την χρήση για την οποία προορίζονται, αλλά και η συνεχής καλή και αξιόπιστη λειτουργία. Προϋπόθεση για την χρήση ανιχνευτών αερίων είναι να μπορούμε να παρέμβουμε και χειροκίνητα στους αυτοματισμούς εκείνους που ελέγχονται από τους ανιχνευτές. Επίσης η συγκέντρωση ενεργοποίησης στην οποία ρυθμίζονται οι ανιχνευτές πρέπει να βρίσκεται αρκετά κάτω από το όριο εκείνο όπου συνίσταται εκρηκτική ατμόσφαιρα ώστε να υπάρχει αρκετός χρόνος ώστε να παρθούν τα απαραίτητα προστατευτικά μέτρα.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΝΤΙΕΚΡΗΚΤΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
3.1 Μέθοδος σχεδιασμού για αντοχή στην έκρηξη (Explosion-Proof) Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται σε αυτή τη μέθοδο σχεδιάζεται έτσι ώστε να μπορεί να αντισταθεί στη μέγιστη πίεση έκρηξης ή εκπυρσοκρότησης. Εάν οι εκπυρσοκροτήσεις δεν αναμένονται, είναι ικανοποιητικό τότε να σχεδιαστούν οι συσκευές σύμφωνα με το υπόμνημα AD που δημοσιεύεται από τη Γερμανική Επιτροπή για Δοχεία υπό Πίεση και αντιστοιχεί σε μια πίεση τουλάχιστον 8 φορές την υψηλότερη απόλυτη πίεση εργασίας.
3.2 Μέθοδος σχεδιασμού για ανακούφιση της πίεσης έκρηξης (Explosion Pressure Relief)
Εάν οι απαιτήσεις σχεδιασμού της μεθόδου Explosion-Proof δεν μπορούν να ικανοποιηθούν, ένα αποτελεσματικό σύστημα ανακούφισης πίεσης θα πρέπει να ενσωματωθεί στην εγκατάσταση. Ο όρος ανακούφιση της πίεσης έκρηξης με την ευρύτερη έννοια καλύτπει όλες εκείνες τις διατάξεις που προσωρινά ή μόνιμα ανοίγουν τις αρχικά κλειστές συσκευές στις οποίες η έκρηξη πραγματοποιείται, οδηγώντας ταυτόχρονα τα αέρια την φλόγα και ίσως κάποια εξαρτήματα της συσκευής σε ένα ασφαλές σημείο, είτε αμέσως, είτε αφού επιτευχθεί μια ορισμένη οριακή πίεση. Όταν οι διατάξεις ανακούφισης της πίεσης χρησιμοποιούνται στις συσκευές φροντίζουμε έτσι ώστε τα αέρια εκτόνωσης να απομακρύνονται μακριά στον ελεύθερο αέρα και ταυτόχρονα ακολουθώντας την συντομότερη ευθεία. Η συσκευή ανακούφισης της πίεσης πρέπει να βρίσκεται πάνω στις συσκευές, δηλ.
στην αρχή του σωλήνα εκρήξεων. Η ανακούφιση της πίεσης σε κλειστούς χώρους πρέπει να γίνεται στην σωλήνωση πριν μπει αυτή στο κτήριο. Οι συσκευές ανακούφισης της πίεσης, που κλείνουν πάλι μετά την ανακούφιση αυτόματα, πρέπει να ελεγχθούν ώστε να διαπιστωθεί ότι λειτουργούν σωστά για να χρησιμοποιηθούν ξανά.
3.3 Μέθοδος σχεδιασμού για καταστολή της έκρηξης (Explosion Suppression)
Υπό ορισμένες συνθήκες όταν γίνονται εκρήξεις μέσα σε δοχεία αμέσως μετά την ανάφλεξη, οι φλόγες μπορούν να εξαφανιστούν πολύ γρήγορα μετά από την ταχύτατη εφαρμογή των κατάλληλων πυροσβεστικών ουσιών με αποτέλεσμα να εμφανίζεται μια μικρή μόνο έκρηξη και έτσι έχουμε χαμηλότερη μέγιστη πίεση. Η αρχή της καταστολής έκρηξης είναι βασισμένη στη χρήση, κατά προτίμηση, των οπτικών ανιχνευτών που ελέγχουν την συσκευή εκτόξευσης πυροσβεστικού υλικού και αναγκάζουν ένα παχύ σύννεφο του πυροσβεστικού μέσου να βρεθεί μπροστά στο μέτωπο της φλόγας με αποτέλεσμα να την καταπνίξουν. Η αποτελεσματικότητά τους εξαρτάται από την επιλογή του μέσου πυρόσβεσης και της μεθόδου διανομής του. Το σχέδιο και η εγκατάσταση των συστημάτων καταστολής έκρηξης πρέπει να ελεγχθούν από έναν εμπειρογνώμονα πριν τεθούν σε λειτουργία.
