Článek má na cíl seznámit čtenáře s nebezpečím výbuchu spojeným s dopravou sypkých materiálů, se zaměřením na korečkové elevátory, které jsou široce používaným zařízením, zejména v zemědělském, krmivářském a potravinářském průmyslu, a které by při posuzování rizik výbuchu v technologickém procesu neměly být nikdy opomenuty.
Úvod
Nebezpečí výbuchu hořlavého prachu je spojeno s celou řadou průmyslových procesů, souvisejících s výrobou, či zpracováváním hořlavých pevných látek jako je uhlí, dřevo, plasty, obiloviny, ale i práškové kovy jako je hliník, zinek, či titan. Hořlavý prach může být v těchto procesech přítomen jako surovina, meziprodukt výroby, či jako odpad. K tvorbě výbušné směsi prachu se vzduchem může docházet při mletí, drcení, prosévání a dopravě hořlavých pevných látek, či v systémech odsávání prachu od technologických zařízení.
Korečkové elevátory
Kolečkové elevátory představují zařízení určené k dopravě sypkých nebo drobných kusových materiálů ve vertikálním směru. Korečkový elevátor se skládá z paty, kde materiál vstupuje do zařízení, šachty nebo šachet, ve kterých je materiál dopravován nahoru do tzv. hlavy, kde je materiál vysypáván do navazující technologie. Materiál je pomocí naběráků (korečků) upevněných na pásu transportován do horní výpadové hlavy, kde se korečky odstředivou silou vyprazdňují a materiál z korečků vypadává samospádem do dalších dopravních cest technologie. Hlavní části korečkového elevátoru jsou znázorněny na následujícím obrázku:
Obrázek 1 : Hlavní části korečkového elevátoru [3]
Elevátor je obvykle poháněn elektromotorem s převodovkou a pro zamezení zpětného chodu se používá mechanická nebo elektromagnetická brzda. Jako tažný prostředek je využíván článkový nebo pouzdrový řetěz nebo se korečky montují na gumové či PVC pásy. Tažný prostředek musí být dostatečně napnut, aby na něj mohl být přenesen kroutící moment hnacího bubnu. Napnutí je realizováno napínacím bubnem a v případě potřeby jej lze zvýšit pomocí napínacích šroubů či závažím. Běžné rychlosti pohybu pásu jsou mezi 1 a 4 m.s-1. Nosná konstrukce korečkového elevátoru je obvykle uzavřená prachotěsná šachta, přičemž šachta může být společná pro obě větve nebo může mít každá větev šachtu samostatnou (zvedací a zpětnou).
3. Nebezpečí výbuchu v korečkových elevátorech
Pro vznik výbuchu je nutno, aby byly současně a na jednom místě splněny tři níže uvedené podmínky
- přítomnost hořlavé látky v koncentračních mezích výbušnosti,
- přítomnost oxidačního prostředku (např. vzdušného kyslíku) v dostatečném množství pro průběh výbuchového děje,
- přítomnost účinného iniciačního zdroje.
Korečkové elevátory představují zařízení, jejichž běžná dopravní kapacita se pohybuje v řádech desítek tun materiálu za hodinu. Zároveň představují zařízení, které i při značné výšce vykazují relativně malý vnitřní objem. Hodnoty dolní meze výbušnosti materiálů běžně dopravovaných korečkovými elevátory se pohybují v řádu desítek g.m-3 (viz tabulka 1). Přítomnost hořlavého prachu v koncentračních mezích výbušnosti ve vnitřním prostoru elevátoru tedy nelze vyloučit již při velmi malém podílu (i v řádu jednotek procent) prašné frakce v dopravovaném materiálu.
Tabulka 1 : Příklady požárně technických charakteristik prachů vybraných materiálů [4]
|
Prach |
Střední velikost zrna [mm] |
Dolní mez výbušnosti [g/m3] |
Max. výbuchový tlak [bar] |
K st
[m.bar/s]
|
Třída výbušnosti |
|
Prach obilnin |
172 |
60 |
8,7 |
79 |
St 1 |
|
Cukr |
34 |
60 |
8,2 |
90 |
St 1 |
|
Mouka |
180 |
60 |
9,7 |
63 |
St 1 |
|
Káva |
80 |
45 |
6,2 |
55 |
St 1 |
|
Dřevný prach |
27 |
30 |
9,5 |
211 |
St 2 |
Dle technické normalizační informace TNI CEN/TR 16829 není vyloučení výbušné atmosféry uvnitř korečkových elevátorů skutečně fyzicky možné. Jedinou možností, jak zabránit výbuchu je inertizace vnitřního prostoru elevátoru, a to po celou dobu, kdy se v korečkovém elevátoru může výbušná atmosféra vyskytovat. Inertizace elevátoru však není ve většině případů realizovatelná [1].
Zároveň korečkový elevátor představuje zařízení, u kterého prakticky nejsme schopni zcela zajistit eliminaci veškerých účinných iniciačních zdrojů. TNI CEN/TR 16829 (dále jen TNI) rozděluje iniciační zdroje na iniciační zdroje spojené se zařízením (vznik horkých povrchů třením pásu, poškozením ložisek a převodovky, mechanické jiskry korečků narážejících na stěnu pláště, nedostatečné uzemnění apod.), vytvořené nebo působící z vnějšku (vniknutí cizích předmětů, šíření požáru z venku apod.) vytvořené samotným produktem (zda lze očekávat samovznícení nebo exotermický rozklad v závislosti na vlastnostech sypkého materiálu) [1].
Pravděpodobnost vzniku potencionálních iniciačních zdrojů může být snížena technickými prostředky. Proto je nutné jejich monitorování (detekce prokluzování pásu, detekce teploty na ložiscích apod.). TNI však v poznámce uvádí, že při spouštění se může výstražná signalizace zpožďovat o max. 10 s. čili téměř 10 s nebude signalizace hlásit potencionální problém, což je s ohledem na možnost výbuchu velice dlouhý čas [1].
Pokud není prevence dostatečná (zabránění vzniku výbušné atmosféry a možné přítomnosti iniciačních zdrojů) musí být přijata dodatečná opatření, vybavení zařízení dodatečnými ochrannými systémy pro odlehčení / potlačení a zabránění přenosu výbuchu.
4. Havárie v minulosti
Continental Grain Elevator - Westvego 1977
Výbuchy prachu v korečkových elevátorech nejsou nijak výjimečným jevem, jako příklad si můžeme uvést výbuch obilného prachu z roku 1977 v korečkovém elevátoru velkokapacitního sila ve městě Westvego ve státě Louisiana. Tento výbuch vyvolal sekundární ničivé exploze a požár. Silo bylo zcela zničeno, při explozi zemřelo 35 osob a dalších 9 osob bylo těžce zraněno.
Bartlett Grain – Atchinson 2011
Jako další příklad můžeme uvést výbuch v korečkovém elevátoru a sile ve městě Atchinson ve státě Kansas.
- Počet usmrcených osob: 6
- Počet hospitalizovaných: 2
- Příčina výbuchu: nahromaděný obilný prach
- Zdroj iniciace: elektrické zařízení nevhodné pro pracovní prostředí s nebezpečím výbuchu
Obrázek 2 : Bartlett Grain [5]
Společnost Anderson Grain – Sioux City 2018
Příkladem nedávné mimořádné události je výbuch v korečkovém elevátoru a sile ve Sioux City, ve státě Nebraska.
- Výbuch kukuřičného prachu v horní části elevátoru
- Počet usmrcených: 1
- Počet zraněných: 1
- Zdroj iniciace: neurčen
Obrázek 3 : Anderson Grain 2018 [6]
V tabulce 2 jsou uvedeny počty prověřených mimořádných událostí, spojených s výbuchy prachu, v letech 2006–2017 americkou vládní agenturou U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board:
Celkový počet zaznamenaných incidentů činí 105, celkový počet zraněných osob 303, celkový počet fatálně zraněných 59 [7].
Tabulka 2 : Počet prověřeních incidentů s výbuchy prachu v letech 2006–2017 [7]
Závěr
Zkušenosti z minulosti ukazují, že korečkové elevátory patří, co do možnosti vzniku výbuchu prachovzduchové směsi, k jedněm z nejohroženějších zařízení. Příčinou je jejich konstrukce, kdy se v relativně malém vnitřním objemu pohybuje velké množství materiálu, které téměř vždy obsahuje určitý podíl prachu. Zároveň se jedná o zařízení značně problematické z hlediska možnosti výskytu účinných iniciačních zdrojů výbušné atmosféry.
Obecně je příčinou výbuchu prachu v technologii (nejen korečkových elevátorů) příčinou jeden z následujících negativních vlivů nebo jejich kombinace. Nezajištění dostatečné preventivní údržby, či úklidu, využívání necertifikovaných zařízení, které nesplňují parametry pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu prachu, nedostatečné znalosti obsluhy a nedodržení pracovních postupů. Škody v technologických procesech způsobené účinky výbuchu jsou obvykle značné, a to nejen na technologii, ale i lidských životech.
Prostory, ve kterých je možno očekávat výskyt výbušné atmosféry, je dle nařízení vlády č. 406/2004 Sb., nutno zařadit do příslušných zón (20, 21 a 22) na základě četnosti výskytu výbušné atmosféry a doby jejího trvání [2]. Zaměstnavatelé musí pro tyto prostory zajistit systematické provádění opatření bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a vytvořit písemnou Dokumentaci o ochraně před výbuchem, která komplexně hodnotí nebezpečí výbuchu v jejich provozu.
Použitá literatura
[1] TNI CEN/TR 16829 (378394) - Ochrana a prevence proti požáru a výbuchu pro korečkové elevátory.
[2] Nařízení vlády č. 406/2004 Sb., o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu.
[3] EAMOS: Dopravníky. [online]. [cit. 2018-12-03]. Dostupné z: http://eamos.pf.jcu.cz/amos/kat_fyz/modules/low/kurz_text.php?identifik=kat_fyz_7356_t&id_kurz=&id_kap=24&id_teach=&kod_kurzu=kat_fyz_7356&id_kap=24&id_set_test=&search=&kat=&startpos=4.
[4] Beck, H.; Glienke, N.; Möhlmann, C.: Combustion and explosion characteristics of dusts. BIA-Report 13/97. Publisher: Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften, Sankt Augustin 1997. ISBN: 3-88383-469-6. ISSN: 0173-0387.
[5] Bartlett Grain – Atchinson 2011. In: Newspressnow [online]. St. Joseph - Missouri: St. Joseph News-Press, 2011 [cit. 2018-12-03]. Dostupné z: http://www.newspressnow.com/news/business/osha-slashes-fine-in-atchison-explosion/article_4daa5935-2a21-5727-8723-80b54e2918df.html.
[6] South Sioux City grain elevator explosion siouxcityjournal.com. In: Sioux City Journal [online]. Iowa: Peterson, 2018 [cit. 2018-12-03]. Dostupné z: https://siouxcityjournal.com/news/local/photos-south-sioux-city-grain-elevator-explosion/collection_8cc617bc-d361-528b-9df7-549d57bb713d.html.
[7] Dust Incidents 2006–2017. U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board [online]., 4 [cit. 2018-12-03]. Dostupné z: https://www.csb.gov/assets/1/17/csb_dust_incidents.pdf?16406.