Wybuchowość pyłów palnych – istota zjawiska i ocena ryzyka

1. Wprowadzenie

Zjawisko wybuchowości pyłów stanowi jedno z najpoważniejszych zagrożeń w przemyśle, szczególnie w branżach związanych z przetwarzaniem materiałów organicznych i nieorganicznych w stanie sypkim. Wybuch pyłu, w przeciwieństwie do wybuchu gazu, może wystąpić niemal w każdej instalacji, w której występują procesy rozdrabniania, transportu lub magazynowania drobnych cząstek materiału.

W Polsce badaniami właściwości wybuchowych pyłów zajmuje się m.in. Kopalnia Doświadczalna „Barbara” Głównego Instytutu Górnictwa (GIG-PIB), gdzie opracowano wiele metod badawczych i kryteriów oceny zagrożeń wybuchowych.

2. Definicja i klasyfikacja pyłów

Zgodnie z normą PN-EN 60079-0, termin „pył” obejmuje zarówno pyły palne, jak i palne aglomeraty włókien.

• Pył palny to drobne cząstki ciała stałego o rozmiarze ≤ 500 µm, które mogą tworzyć z powietrzem mieszaniny wybuchowe.

• Palne unoszące się cząstki (powyżej 500 µm) mogą przez pewien czas pozostawać w powietrzu i ulegać zapłonowi lub żarzeniu.

Rozróżnia się także trzy podgrupy pyłów:

• IIIA – palne unoszące się cząstki,

• IIIB – pyły nieprzewodzące (rezystywność > 10³ Ω·m),

• IIIC – pyły przewodzące (rezystywność < 10³ Ω·m).

Ta klasyfikacja odnosi się głównie do urządzeń stosowanych w strefach zagrożonych wybuchem (Ex).

3. Kiedy pył jest wybuchowy?

Nie istnieje jedno bezwzględne kryterium określające, czy dany pył jest wybuchowy – jego właściwości zależą od warunków, takich jak wilgotność, granulacja czy temperatura. Zgodnie z normą PN-EN 1127-1, pył palny należy traktować jako potencjalnie wybuchowy, dopóki nie zostanie wykazane inaczej w drodze badań laboratoryjnych.

4. Parametry określające wybuchowość pyłów

Do oceny skłonności pyłu do zapalenia i wybuchu wykorzystuje się kilka kluczowych parametrów:

Parametr	Znaczenie
pmax	Maksymalne ciśnienie wybuchu
(dp/dt)max i KSt max	Maksymalna szybkość narastania ciśnienia i stała wybuchu – miara „dynamiki” wybuchu
MIE	Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu (miliżule)
TCL	Minimalna temperatura zapłonu obłoku pyłu

5. Podział pyłów według łatwopalności

a) Pyły bardzo łatwo zapalne (MIE < 10 mJ)

• Charakteryzują się bardzo niską energią zapłonu i wysoką dynamiką wybuchu.

• Przykłady: siarka, cukier, pyły w przemyśle farmaceutycznym, chemii gospodarczej, gumowym, drobny pył drzewny.

• Wymagają stosowania środków antyelektrostatycznych i rygorystycznych zasad utrzymania czystości.

b) Pyły łatwo zapalne (10 mJ < MIE < 1 J)

• Typowe w przemyśle drzewnym, spożywczym, energetycznym.

• Przykłady: pył drzewny, pyły zbożowe, biomasa, żywice, węgiel brunatny.

c) Pyły trudno zapalne (MIE > 1 J)

• Wybuch może nastąpić tylko w sprzyjających warunkach.

• Przykłady: pyły węgli kamiennych, niektóre pigmenty i biomasy.

  
  

6. Badania i ocena wybuchowości

Badania prowadzi się w standardowych komorach o pojemności 1 m³ lub 20 l, w zakresie różnych koncentracji pyłu. Pył uznaje się za niewybuchowy, jeśli:

• przyrost ciśnienia nie przekracza 0,5 bar (komora 1 m³) lub

• 0,3 bar (komora 20 l).

Przy małej ilości próbki wykonuje się test w piecu G-G w temperaturze do 1000 °C. Dodatkowo stosuje się rurę Hartmanna do badania zapłonu od iskry (1 J) i spirali (1000 °C).

Badania i klasyfikację prowadzi się zgodnie z normą PN-EN ISO IEC 80079-20-2:2016-05.

7. Znaczenie praktyczne i wnioski

Ocena wybuchowości pyłów jest kluczowym elementem oceny ryzyka wybuchu (ATEX) i przygotowania Dokumentu Zabezpieczenia przed Wybuchem.

W praktyce oznacza to konieczność:

• identyfikacji miejsc, w których mogą występować mieszaniny pyłowo-powietrzne,

• określenia właściwości zapalnych materiałów,

• wdrożenia środków technicznych i organizacyjnych zapobiegających zapłonowi i rozprzestrzenianiu się wybuchu.

Nie istnieje jedno uniwersalne kryterium wybuchowości pyłów — każda ocena musi uwzględniać specyfikę procesu, warunki otoczenia i charakter materiału.

8. Podstawa normatywna

• PN-EN 1127-1:2019-10 – Atmosfery wybuchowe – Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem – Pojęcia i metodologia.

• PN-EN 60079-0:2018-09 – Atmosfery wybuchowe – Sprzęt – Podstawowe wymagania.

• PN-EN ISO IEC 80079-20-2:2016-05 – Atmosfery wybuchowe – Właściwości materiałowe – Metody badań pyłów palnych.

9. Podsumowanie

Zjawisko wybuchowości pyłów ma charakter złożony i zależy od wielu czynników – od właściwości fizykochemicznych materiału po warunki środowiskowe. W każdej instalacji przemysłowej, gdzie występują pyły palne, należy przyjąć zasadę ostrożności: traktować je jako potencjalnie wybuchowe, dopóki nie zostanie udowodnione inaczej. Świadoma ocena ryzyka, zgodna z aktualnymi normami, stanowi podstawę bezpiecznej eksploatacji urządzeń i ochrony życia oraz mienia.