© IHAS 2011 Tento projekt je financovaný z prostředků ESF prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost a státního rozpočtu ČR PROJEKT:Nové kompetence lektorů dalšího vzdělávání pro zvýšení konkurenceschopnosti podniků MSK PREZENTACE:Základy teorie výbušnosti a protivýbuchové ochrany (pomůcka pro lektory)

© IHAS 2011 Teorie výbušnosti Tato prezentace slouží pro základní orientaci a úvod do problematiky výbušnosti prachů, plynů a par kapalin pro školené pracovníky Je možno použít před každým modulem nebo během vzdělávání dle jednotlivých modulů v případě nedostatečné orientace školeného personálu v této oblasti. Tato prezentace si neklade za cíl vysokou odbornost, ale přístupnost všem školeným pracovníkům.

© IHAS 2011  Nebezpečné látky  jsou látky, které mohou ohrozit pracovníky v důsledku požáru nebo výbuchu.  Výbušná směs  je směs hořlavých látek ve formě prachů se vzduchem za atmosférických podmínek, ve které se po vznícení šíří hoření do celé nezapálené směsi.  Výbuch  je prudká oxidační nebo rozkladná reakce způsobující zvýšení teploty, tlaku nebo obou současně.  Požárně technická charakteristika (PTCH)  je vlastnost látky vyjádřena měřitelnou hodnotou nebo ustanovená na základě měřitelných hodnot více dílčích vlastností anebo jev vystihující chování látky při procesu hoření nebo s ním související 1 Definice

© IHAS Co je to výbuch (exploze)?  Je to událost, která vede k prudkému nárůstu tlaku. Nárůst tlaku může být způsoben:  nukleární reakcí  roztržení tlakové nádoby  trhavinou  výbuchem kovu a vodní páry  ujetím reakce – tepelný výbuch  hořením prachů, aerosolu nebo plynu (par) ve vzduchu nebo jiném oxidovadle.

© IHAS Výbuch prachové disperze  Výbuch prachu je exotermický chemický proces, ke kterému když dojde v konstantním objemu, způsobí náhlý a významný nárůst tlaku.  Každý pevný hořlavý materiál bude hořet intenzivněji a rychleji s rostoucím stupněm rozdělení materiálu:  Kus dřeva – pomalé hoření  Polínka – zvýšení rychlosti hoření  Prachová disperze – velké zrychlení hoření - výbuch

© IHAS Výbuch prachové disperze Velikost menší než 0,1 mm + Dostatek prostoru k hoření jednotlivé částice = velká rychlost + snadná iniciace = výbuch prachové disperze Podmínky:

© IHAS Definice výbuchu prachové disperze Příklad náhlého a významného nárůstu tlaku – výbuchová křivka

© IHAS 2011  Pro kukuřičný škrob s nízkým obsahem vlhkosti za normálního tlaku a teploty je  SMV cca 70 g.m -3,  stechiometrická koncentrace 235 g.m -3,  nejhorší koncentrace okolo 500 g.m -3 a  HMV je někde mezi 1500 – 2500 g.m Příklad výbušného prachu

© IHAS Co je to výbuch plynu?  Výbuch plynu je definován jako proces, kdy hoření promíseného oblaku plynu (palivo-vzduch, palivo- okysličovadlo) způsobuje rychlý nárůst tlaku.  Může k němu dojít uvnitř procesního zařízení nebo potrubí, v budovách nebo ropných plošinách, v otevřené procesní oblasti nebo v neohraničených oblastech.

© IHAS Dva základní procesy  Deflagrace  Je nejběžnější.  Deflagrace se vzhledem k nevyhořelému plynu šíří podzvukovou rychlostí, typické rychlosti plamene (vztaženo k stojícímu pozorovateli) jsou řádově od 1 do 1000 m.s -1.  Vygenerované přetlaky mohou v závislosti na rychlosti plamene dosáhnout hodnot několika bar.  Detonace  Detonační vlna je nadzvukovou (vztaženo k rychlosti zvuku v nevyhořelém plynu před vlnou) vlnou hoření.  Rázová vlna a vlna hoření jsou v tomto případě spojeny.  Detonační vlna se v oblaku palivo-vzduch šíří rychlostí 1500 – 2000 m.s-1.

© IHAS Deflagrace  Deflagrace je definována jako vlna hoření šířící se podzvukovou rychlostí vztaženou k nevyhořelému plynu přímo před plamenem, to znamená, že rychlost hoření U je menší než rychlost zvuku C v nevyhořelém plynu.  Rychlost nevyhořelého plynu před plamenem je způsobována expanzí zplodin hoření.  Typické rychlosti plamene S jsou řádově od 1 do m.s -1.  Vygenerované přetlaky mohou v závislosti na rychlosti plamene dosáhnout hodnot několika bar. Deflagrace :

© IHAS Detonace  Detonace je definována jako vlna hoření, která se šíří nadzvukovou rychlostí vzhledem k nevyhořelému plynu před plamenem, to znamená, že detonační rychlost D je větší než rychlost zvuku C v nevyhořelém plynu.  Jednoduše lze detonační vlnu popsat jako trojrozměrnou rázovou vlnu přímo následovanou plamenem - reakční zónou (ZND teorie).  Rázové stlačení zahřívá plyn a iniciuje hoření. Detonace:

© IHAS Detonace  Detonační vlna se v oblaku palivo-vzduch šíří rychlostí 1500 – 2000 m.s -1 a maximální vygenerované přetlaky dosahují hodnot 20 bar.  Detonace může být iniciována buď detonací trhaviny nebo může dojít k přechodu do detonace při urychlení deflagrace na překážkách a ohraničeních. ZND teorie Vyhořelý plyn Reakční zóna Rázová vlna Neshořelý plyn

© IHAS 2011  Dolní mez výbušnosti  Teplota vznícení  Bod vzplanutí  Bod hoření  Ukazatel výbuchu (Pmax)  Ukazatel výbuchu (Kmax)  Minimální iniciační energie (Emin)  Limitní obsah kyslíku  Střední velikost zrna, sypná hmotnost 2. Požárně technické charakteristiky

© IHAS 2011 Definice: dolní mez výbušnosti je nejnižší koncentrace směsi hořlavého prachu se vzduchem, při které je tato směs již výbušná. Cílem stanovení dolní meze výbušnosti je zjištění minimální koncentrace prachu ve vzduchu, při níž dojde k šíření výbuchu ve směsi prachu se vzduchem při dané energii iniciace. Disperzní soustava prach-vzduch je iniciována zdrojem o známé energii. Z napětí vyvolaného na termočlánku umístěném uvnitř výbuchové komory a z vizuálního posouzení plamene při různé koncentraci prachu je stanovená dolní mez výbušnosti. Tato hodnota je důležitá pro stanovení nebezpečných zón a pro stanovení podmínek předcházení vzniku výbušné atmosféry v rámci hodnocení rizik. 2.1 Dolní mez výbušnosti (prachu)

© IHAS 2011  Meze výbušnosti  Meze výbušnosti pro směsi paliv se počítá podle Le Chatelierova zákona Charakteristiky hořlavosti 2.1 Dolní mez výbušnosti (směsi)

© IHAS Meze výbušnosti (plyny)

© IHAS Minimální iniciační energie - MIE EN pak definuje MIE jako nejnižší elektrickou energii, nahromaděnou na kondenzátoru, která je při výboji právě dostatečná pro způsobení vznícení nejsnadněji zápalné směsi daného prachu za stanovených zkušebních podmínek. znalost hodnot této veličiny je důležitá pro posuzování potenciálního nebezpečí iniciace hořlavých a výbušných prachových směsí elektrostatickými a indukovanými výboji. Slouží pro vyloučení iniciačních zdrojů v rámci hodnocení rizik dle NV č. 406/2004 Sb.

© IHAS Příklady MIE Minimální iniciační energie MIE

© IHAS 2011 Definice: je definována jako nejnižší teplota prostředí, při které dojde k samovolnému zapálení směsi hořlaviny se vzduchem bez přítomnosti vnějšího zápalného zdroje. Tato hodnota umožňuje posoudit možnost vznícení hořlavé směsi od horkých těles atd. Je rovněž využívána pro stanovení teplotní třídy pro nevýbušná elektrická zařízení. Metodika stanovení teploty vznícení se pro kapaliny a prachy liší. 2.3 Teplota vznícení

© IHAS 2011 Minimální teplota vznícení usazeného prachu Pro stanovování teploty vznícení usazeného prachu se používá horizontální pec s regulací teploty, ve které je železná vložka tvaru U na niž je ohraničena plocha pro hliníkovou podložku, na kterou se vkládá vzorek. 2.3 Teplota vznícení prachů

© IHAS 2011 Minimální teplota vznícení rozvířeného prachu Do vertikální válcové pece se rozvíří vzorek. Měří se čas, za který se vzorek vznítí plamenem od počátku rozvíření při dané teplotě. Hledá se minimální teplota pece při niž se vzorek vznítí. 2.3 Teplota vznícení prachů

© IHAS 2011 analýza nabízí rozdělení částic na základě jejich velikosti. Slouží k stanovení velikosti zrn prachu. Čím je prach jemnější, tím vyšší je maximální výbuchový tlak a maximální rychlost narůstání výbuchového tlaku a tím menší iniciační energie stačí k iniciaci prachovzdušné směsi. Částice o průměru větším než 0,5 mm již obecně nereagují výbušně. Vzorek prachu se prosévá přes známé velikosti ok síta, za pomocí prosévacího přístroje. Příklad řady sít – síta o průměru 200mm – 0,04mm, 0,063mm, 0,1mm, 0,16mm, 0,25mm, 0,4mm, 0,63mm, 1,0mm, 1,6mm, 2,5mm, 4mm 2.4 Střední velikost zrna

© IHAS 2011 Výsledek je procentuální podíl zrn, které jsou zadrženy na daném a větších sítech (nadsitné). 2.4 Střední velikost zrna

© IHAS Limitní obsah kyslíku  Určuje minimální možné procentuální množství kyslíku ve výbušné atmosféře, při kterém je daný prach při jinak optimálních podmínkách výbušný.  Normální obsah kyslíku v atmosféře je necelých 21%.  U většiny organických prachů je limitní obsah kyslíku kolem 10%, ale může být i nižší, v extrémních případech i kolem 7%.  Limitní obsah kyslíku se dále snižuje s rostoucí teplotou.

© IHAS 2011 Rychlost nárůstu tlaku po iniciaci (dp/dt) max. – jedná se o maximální rychlost nárůstu tlaku v závislosti na čase. Konstanta výbušnosti K St – konstanta určující maximální rychlost nárůstu tlaku v závislosti na čase vztažená na m 3 Termogravimetrická analýza –zkoumaný prach je podroben teplotnímu režimu a monitorována je změna vlastnosti materiálu. Snadno a rychle stanovuje tepelnou nebo tepelně-oxidační stabilitu vzorku. Velmi vhodná metoda rovněž pro sledování samovznětlivých procesů a následně i vývin plynu pro sledování procesů samovznícení pomocí detekce. 2.6 Ostatní PTCH

© IHAS 2011 Stanovení náchylnosti k samovznícení – Tato zkouška vypovídá o sklonech práškových materiálu k samovznícení. Základní chemický rozbor – stanovení obsahu vody, popele a prchavé hořlaviny, stanovené spalného tepla a výhřevnosti 2.6 Ostatní PTCH

© IHAS Nebezpečí výbuchu

© IHAS Nebezpečí výbuchu

© IHAS Nebezpečí výbuchu

© IHAS 2011 MODUL 1 – Legislativa v oblasti protivýbuchové ochrany MODUL 2 – Hořlavé látky v provozech MODUL 3 – Klasifikace prostor s nebezpečím výbuchu MODUL 4 – Hodnocení rizik v prostorách s nebezpečím výbuchu MODUL 5 – Předcházení vzniku výbušné atmosféry MODUL 6 – Zamezení působení iniciačních zdrojů MODUL 7 – Snížení účinku výbuchu (tech. opatření) Seznam modulů

© IHAS 2011 MODUL 8 – Protivýbuchová ochrana pro zařízení s hořlavým prachem MODUL 2 – Hořlavé látky v provozech MODUL 9 - Protivýbuchová ochrana pro zařízení s hořlavým plynem MODUL 10 – Organizační opatření v prostředích s nebezpečím výbuchu MODUL 11 – Požadavky na elektrická zařízení určená do prostředí s nebezpečím výbuchu MODUL 12 - Požadavky na neelektrická zařízení určená do prostředí s nebezpečím výbuchu Seznam modulů

© IHAS 2011 MODUL 13 – Statika jako důležitý iniciační zdroj MODUL 14 - Revize a inspekce elektrických zařízení v prostředí s nebezpečím výbuchu MODUL 15 – Certifikace zařízení a posuzování shody výrobků do prostředí s nebezpečím výbuchu MODUL 16 – Havárie v provozech, technologiích a objektech MODUL 17 – Nové technologie, investice a projekce do prostor s nebezpečím výbuchu MODUL 18 – Teorie výbušnosti Seznam modulů

© IHAS 2011 © Copyright 2011 – 2013 IHAS s.r.o. Jakékoliv zneužití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování informací a fotografií je bez souhlasu IHAS s.r.o. zakázáno.

© IHAS 2011 Kontaktní místo zpracovatele projektu: IHAS s.r.o. Borovského 98/ Karviná-Ráj Tel.: