Взрывоопасная среда: что это, как образуется и какое оборудование допускается применять

Взрывоопасная среда — это смесь воздуха с горючим веществом в виде газа, пара, тумана, пыли, волокон или летучих частиц, в которой после воспламенения происходит самостоятельное распространение пламени.

Простыми словами, взрывоопасная среда возникает, когда горючее вещество смешивается с воздухом в опасной концентрации и появляется источник зажигания. Таким источником может стать открытое пламя, электрическая или механическая искра, нагретая поверхность, электростатический разряд либо химическая реакция.

Пространство, в котором такая смесь присутствует или может образоваться, называют взрывоопасной зоной. Эти понятия связаны, но не равнозначны: среда — это опасная смесь, а зона — место её возможного появления.

Для предприятия важно определить не только наличие горючего вещества. Необходимо установить, в каких операциях оно может поступить в воздух, где способно накопиться, как долго будет сохраняться опасная концентрация и какое оборудование может стать источником воспламенения.

Что такое взрывоопасная среда

В соответствии с техническим регламентом ТР ТС 012/2011 взрывоопасная среда представляет собой смесь с воздухом при атмосферных условиях горючих веществ в виде:

• газа;
• пара;
• тумана;
• пыли;
• волокон;
• летучих частиц.

После воспламенения такой смеси пламя распространяется на её несгоревшую часть без постоянного воздействия внешнего источника огня.

Опасность может возникнуть как внутри технологического аппарата, так и в производственном помещении, воздуховоде, резервуаре, фильтре, бункере или на открытой площадке.

При этом само присутствие горючего материала ещё не подтверждает образование взрывоопасной среды. Например, закрытая неповреждённая ёмкость с растворителем создаёт потенциальную опасность, но опасная паровоздушная смесь появляется при выходе паров наружу и их смешивании с воздухом в соответствующей концентрации.

Какие условия необходимы для возникновения взрыва

Для воспламенения газовой или паровоздушной смеси необходимо одновременное сочетание нескольких условий:

1. Горючее вещество. Газ, пар жидкости, туман или дисперсная пыль должны обладать способностью к горению.
2. Окислитель. В производственных условиях им обычно является кислород воздуха.
3. Опасная концентрация. Горючего вещества должно быть достаточно для распространения пламени, но смесь не должна быть чрезмерно богатой.
4. Источник зажигания. Его энергия должна быть достаточной для воспламенения конкретной смеси.
5. Условия распространения. Геометрия помещения или аппарата, препятствия, турбулентность и наличие замкнутого объёма могут усиливать последствия.

Для пылевой среды дополнительно имеет значение нахождение частиц во взвешенном состоянии. Слой горючей пыли может тлеть или воспламеняться на горячей поверхности, а после поднятия в воздух — образовать взрывоопасное облако.

Какие вещества могут образовывать взрывоопасную среду

К потенциальным источникам относятся не только природный газ или пропан. Взрывоопасная смесь может образоваться при обращении со многими производственными веществами и материалами.

Пожаровзрывоопасные свойства материала зависят от его состава, температуры, давления, размера частиц и способа обработки. Подробнее эти показатели рассмотрены в статье «Пожароопасные свойства веществ и материалов».

Взрывоопасная газовая среда

Взрывоопасная газовая среда образуется при смешивании воздуха с горючим газом, паром жидкости или туманом. Она может возникнуть:

• при разгерметизации газопровода;
• во время слива и налива горючей жидкости;
• при открытии технологической ёмкости;
• возле дыхательного клапана резервуара;
• при отборе проб;
• в окрасочной камере;
• в месте зарядки аккумуляторов с выделением водорода;
• при испарении пролившейся жидкости;
• внутри аппарата, резервуара или трубопровода.

Пары отдельных жидкостей и некоторые газы тяжелее воздуха. Они могут распространяться возле пола, поступать в приямки, каналы и подвальные помещения. Лёгкие газы способны накапливаться под перекрытиями и в верхних застойных зонах.

Поэтому место отбора воздуха и размещение газоанализатора выбирают не произвольно, а с учётом плотности вещества, расположения источника выделения и движения воздушных потоков.

Взрывоопасная пылевая среда

Пылевой взрыв возможен, когда горючие частицы достаточно мелкого размера поднимаются в воздух и образуют облако опасной концентрации.

Такая ситуация встречается при:

• дроблении и измельчении сырья;
• пересыпке порошков;
• загрузке бункеров и силосов;
• пневматическом транспортировании;
• работе фильтров и циклонов;
• обработке древесины;
• шлифовании металлов и полимеров;
• опорожнении мешков;
• неправильной уборке пылевых отложений.

Особая опасность связана со вторичными взрывами. Первоначальная вспышка или ударная волна поднимает осевшую на конструкциях пыль, после чего воспламеняется значительно больший объём пылевоздушной смеси.

Поэтому безопасность зависит не только от работы аспирационной системы. Необходимо исключать накопление пыли на балках, кабельных конструкциях, светильниках, оборудовании и других труднодоступных поверхностях.

Чем взрывоопасная среда отличается от взрывоопасной зоны

Взрывоопасная среда — это смесь горючего вещества с воздухом.

Взрывоопасная зона — это часть помещения, аппарата или открытого пространства, где такая смесь присутствует либо может образоваться в объёме, требующем специальных мер защиты.

Например, пары растворителя с воздухом являются взрывоопасной средой. Участок около места перелива растворителя, где эти пары могут выделяться, является взрывоопасной зоной.

Для газов, паров и туманов применяются зоны 0, 1 и 2, а для пыли — зоны 20, 21 и 22. Подробная классификация приведена на отдельной странице, чтобы не смешивать два поисковых интента.

Что такое взрывоопасная технологическая среда

Выражение «взрывоопасная технологическая среда» обычно используют для описания содержимого аппарата, трубопровода или производственной установки, которое при предусмотренных или возможных режимах способно воспламениться либо вызвать взрыв.

Опасная смесь может существовать:

• внутри резервуара;
• в реакторе;
• в смесителе;
• в сушильной установке;
• в системе пылеулавливания;
• в газопроводе;
• в технологическом воздуховоде;
• в ёмкости с горючей жидкостью.

При оценке рассматривают не только штатный режим. Учитывают пуск, остановку, заполнение, опорожнение, очистку, ремонт, нарушение герметичности и возможное попадание воздуха внутрь системы.

Нижний и верхний пределы воспламенения

Газ, пар или пыль способны воспламеняться не при любой концентрации.

Нижний концентрационный предел показывает минимальное содержание горючего вещества, при котором пламя может распространяться по смеси. При меньшей концентрации смесь слишком бедная.

Верхний концентрационный предел соответствует максимальному содержанию вещества, при котором ещё возможно распространение пламени. При большей концентрации смесь слишком богатая и содержит недостаточно кислорода.

Однако выход за верхний предел нельзя считать безопасным состоянием. При поступлении воздуха, снижении концентрации или открытии аппарата смесь может войти во взрывоопасный диапазон.

Пределы зависят от температуры, давления, состава среды и условий испытания. Поэтому значения необходимо брать из документации на конкретное вещество и применимых технических источников.

Основные причины аварий на взрывопожароопасных объектах

Возникновение аварии обычно связано не с одним, а с несколькими совпавшими факторами.

• разгерметизация оборудования или трубопровода;
• переполнение ёмкости;
• отказ вентиляции;
• отключение или неисправность газоанализатора;
• накопление пыли;
• нарушение технологического режима;
• использование неподходящего оборудования;
• образование статического заряда;
• проведение огневых работ без подготовки;
• перегрев подшипников и других деталей;
• искрение электрооборудования;
• несовместимость материалов;
• ошибочные действия работников;
• отсутствие блокировок или их отключение.

Даже небольшая утечка может привести к тяжёлым последствиям, если вещество поступает в плохо проветриваемое помещение и одновременно присутствует постоянно действующий источник зажигания.

Какие источники могут воспламенить взрывоопасную среду

ТР ТС 012/2011 требует учитывать различные потенциальные источники воспламенения. К ним относятся:

• открытое пламя;
• электрические искры;
• механические искры от трения или удара;
• нагретые поверхности;
• электростатические разряды;
• блуждающие токи и токи утечки;
• электромагнитное излучение;
• оптическое и ионизирующее излучение;
• ультразвуковое воздействие;
• перегрев вследствие трения;
• удар молнии;
• экзотермические реакции;
• самовоспламенение пылевого слоя.

Поэтому замена обычного светильника на взрывозащищённый не решает задачу полностью. Необходимо анализировать электрооборудование, механические узлы, инструмент, одежду работников, статическое электричество, температуру поверхностей и порядок выполнения работ.

О безопасности оборудования во взрывоопасных средах

В Беларуси и других государствах ЕАЭС требования к выпускаемому в обращение оборудованию определяет ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах».

Регламент распространяется на:

• электрическое оборудование;
• неэлектрическое оборудование;
• машины и аппараты;
• стационарные и передвижные установки;
• элементы систем управления и защиты;
• контрольно-измерительные приборы;
• Ex-компоненты.

Оборудование идентифицируют по наличию предусмотренных изготовителем средств взрывозащиты, специальной маркировки и соответствующей технической документации.

Технический регламент регулирует безопасность оборудования, выпускаемого в обращение. Он не заменяет проектирование объекта, классификацию зон, организацию работ, техническое обслуживание и контроль производственной среды.

Какое оборудование предназначено для взрывоопасных сред

Оборудование должно соответствовать виду среды, классу зоны и условиям эксплуатации. При выборе проверяют:

• группу оборудования;
• уровень взрывозащиты;
• вид применённой взрывозащиты;
• газовую или пылевую подгруппу;
• температурный класс;
• максимальную температуру поверхности;
• условия окружающей среды;
• допустимый диапазон температур;
• требования к монтажу;
• сертификат соответствия;
• маркировку и документацию изготовителя.

ТР ТС 012/2011 предусматривает три основные группы оборудования:

Наличие высокого класса защиты оболочки IP не означает, что изделие является взрывозащищённым. Водонепроницаемость или защита от проникновения обычной пыли не заменяет Ex-исполнение.

Что означает маркировка Ex

Маркировка взрывозащиты содержит сведения, необходимые для определения допустимой области применения изделия.

В зависимости от оборудования в ней могут отражаться:

• специальный знак взрывобезопасности;
• группа оборудования;
• уровень взрывозащиты;
• вид взрывозащиты;
• подгруппа газа или пыли;
• температурный класс;
• уровень взрывозащиты оборудования EPL;
• допустимая температура окружающей среды;
• номер сертификата.

Например, буквы после обозначения Ex не являются произвольным кодом производителя. Они показывают применённый принцип защиты: взрывонепроницаемую оболочку, повышенную защиту, искробезопасную цепь, продувку под избыточным давлением, герметизацию компаундом или другой предусмотренный вид.

Подбирать изделие только по слову «взрывозащищённый» нельзя. Две модели Ex-оборудования могут быть рассчитаны на разные зоны, газы, пыль и температуры.

ГОСТ 31610.0-2019 «Взрывоопасные среды. Часть 0»

ГОСТ 31610.0-2019 устанавливает общие требования к конструкции, испытаниям и маркировке оборудования и Ex-компонентов, предназначенных для применения во взрывоопасных средах.

Это базовый документ серии стандартов по взрывозащите, но он не содержит всех требований для каждого вида защиты. В зависимости от конструкции дополнительно применяются специальные части серии, посвящённые взрывонепроницаемым оболочкам, повышенной защите, искробезопасным цепям, защите от пыли и другим решениям.

Перед применением конкретной редакции ГОСТ на объекте в Беларуси необходимо проверить:

• статус документа в национальном фонде технических нормативных правовых актов;
• наличие изменений и поправок;
• включение стандарта в применимые перечни к ТР ТС 012/2011;
• область его распространения;
• редакцию, указанную в сертификате и документации оборудования.

Нельзя автоматически переносить сведения о введении стандарта в Российской Федерации на практику белорусского предприятия.

Работы во взрывоопасных средах

Перед выполнением работ необходимо определить, может ли опасная смесь присутствовать в месте проведения операции или поступить туда после разгерметизации оборудования.

Подготовка может включать:

1. остановку технологического процесса;
2. отключение и изоляцию оборудования;
3. удаление горючего продукта;
4. промывку, продувку или дегазацию;
5. проветривание рабочей зоны;
6. контроль состава воздуха;
7. исключение источников зажигания;
8. заземление и уравнивание потенциалов;
9. подготовку подходящих инструментов и оборудования;
10. оформление требуемых документов;
11. назначение наблюдающих и ответственных работников;
12. подготовку действий на случай изменения среды.

Результат измерения перед началом работ характеризует состояние только на момент контроля. Если газ или пар способен поступать повторно, требуется непрерывный либо повторный контроль в установленном порядке.

Огневые работы нельзя начинать только на основании отсутствия запаха. Многие вещества имеют слабый запах, а способность человека воспринимать его изменяется при длительном воздействии.

Электростатическое электричество во взрывоопасной среде

Опасный заряд может образовываться при:

• переливе горючей жидкости;
• движении продукта по трубопроводу;
• распылении;
• пневматическом транспортировании порошка;
• работе ременных передач;
• движении синтетических материалов;
• использовании изолирующей тары;
• перемещении работника по покрытию пола.

Меры защиты выбирают с учётом процесса. Применяют заземление, уравнивание потенциалов, проводящие материалы, ограничение скорости перемещения продукта, подходящую тару и другие технические решения.

Присоединение заземляющего проводника должно выполняться до начала перелива, а отсоединение — после завершения операции. Сам факт наличия провода не подтверждает исправность всей цепи.

Как вентиляция предотвращает образование опасной среды

Вентиляция снижает концентрацию газа, пара или пыли и препятствует их накоплению. Её эффективность зависит от:

• фактического расхода воздуха;
• места удаления загрязнения;
• положения источника выделения;
• плотности газа или пара;
• наличия застойных участков;
• работы местного отсоса;
• надёжности электроснабжения;
• блокировок технологического оборудования;
• состояния воздуховодов и фильтров.

Наличие вентилятора не доказывает, что требуемый воздухообмен обеспечивается. Фактическую производительность и распределение воздуха проверяют посредством аэродинамических испытаний вентиляции.

При изменении технологического оборудования, производительности или расположения источников выделения ранее выполненное вентиляционное решение может перестать соответствовать фактическим условиям.

Контроль газов, паров и пыли в воздухе

Способ контроля зависит от характера опасности.

Стационарные или переносные газоанализаторы применяют, когда концентрация способна измениться быстро и необходимо немедленное предупреждение работников либо автоматическое отключение оборудования.

Лабораторные исследования используют для оценки воздействия вещества на работников, проверки эффективности мероприятий и выполнения программы производственного контроля.

Пожаровзрывоопасность и вредное воздействие на здоровье оценивают по разным критериям. Концентрация может быть ниже нижнего предела воспламенения, но уже превышать допустимый уровень воздействия на человека.

При необходимости проводят измерения химических факторов воздуха рабочей зоны. Контролируемые вещества, точки и периодичность определяют по используемому сырью, операциям, результатам предыдущих исследований и условиям вентиляции.

Три уровня предотвращения взрыва

Защиту целесообразно организовывать последовательно.

1. Предотвращение образования взрывоопасной среды

• замена вещества менее опасным;
• герметизация оборудования;
• сокращение объёма горючего продукта;
• исключение проливов и пыления;
• местная вытяжная вентиляция;
• уборка пылевых отложений;
• флегматизация или инертизация, когда это предусмотрено технологией.

2. Предотвращение воспламенения

• применение подходящего Ex-оборудования;
• контроль температуры поверхностей;
• исключение открытого огня;
• защита от статического электричества;
• контроль механического искрения;
• молниезащита;
• правильная организация огневых работ;
• техническое обслуживание оборудования.

3. Ограничение последствий

• аварийное отключение;
• системы подавления взрыва;
• взрыворазрядные устройства;
• отсечение распространения пламени;
• безопасное направление сброса давления;
• разделение технологических участков;
• сигнализация и эвакуация работников.

Приоритет следует отдавать предотвращению образования опасной смеси. Оборудование взрывозащищённого исполнения является важной, но не единственной мерой.

Какие документы необходимы предприятию

Состав документов зависит от объекта и выполняемых работ. На практике могут потребоваться:

• перечень горючих газов, жидкостей и пылеобразующих материалов;
• паспорта безопасности химической продукции;
• проектная классификация взрывоопасных зон;
• планы с границами зон;
• перечень установленного Ex-оборудования;
• сертификаты и руководства изготовителей;
• инструкции по охране труда;
• порядок проведения опасных и огневых работ;
• график осмотров и технического обслуживания;
• порядок контроля вентиляции;
• порядок проверки газоанализаторов;
• аварийная инструкция;
• протоколы обучения работников;
• результаты измерений и испытаний.

Локальные требования должны соответствовать реальному оборудованию и технологии. Для подготовки документов можно использовать услугу разработки документации по охране труда.

Когда необходимо пересматривать оценку опасности

Повторная оценка необходима после:

• замены сырья или растворителя;
• увеличения объёма производства;
• изменения давления или температуры;
• переноса оборудования;
• реконструкции вентиляции;
• изменения мест загрузки и слива;
• замены технологических аппаратов;
• появления новых пылевых отложений;
• аварии или значительной утечки;
• изменения режима очистки;
• выявления несоответствия оборудования установленной зоне.

Старая проектная схема не должна автоматически применяться после существенного изменения технологии.

Типичные ошибки предприятий

• смешение понятий среды и зоны;
• оценка опасности только по названию вещества;
• игнорирование горючего тумана;
• учёт газа без оценки пылевой опасности;
• отсутствие данных о пределах воспламенения;
• выбор оборудования только по классу IP;
• покупка Ex-оборудования без проверки полной маркировки;
• использование бытовых переносных приборов во взрывоопасной зоне;
• отключение блокировок вентиляции;
• контроль воздуха только перед началом работ;
• проверка утечки открытым пламенем;
• накопление пыли на конструкциях;
• отсутствие контроля статического электричества;
• сохранение старой оценки после реконструкции.

Частые вопросы

Что такое взрывоопасная среда простыми словами?

Это смесь горючего газа, пара, тумана или пыли с воздухом, которая после зажигания способна самостоятельно распространять пламя.

Всегда ли горючий газ образует взрывоопасную среду?

Нет. Для воспламенения необходимы определённая концентрация газа, воздух и источник зажигания. Однако выход газа требует оценки, поскольку его концентрация может быстро изменяться.

Чем взрывоопасная среда отличается от зоны?

Среда — это горючая смесь с воздухом. Зона — пространство, где такая смесь присутствует или может появиться.

Какие среды бывают взрывоопасными?

Основными являются газовые среды, включающие газы, пары и туманы, а также пылевые среды, образуемые пылью, волокнами и летучими частицами.

Можно ли использовать обычное оборудование, если опасная смесь возникает редко?

Редкое возникновение смеси не означает автоматической допустимости обычного оборудования. Необходимо установить класс зоны и выбрать изделие с соответствующим уровнем и видом взрывозащиты.

Что регулирует ТР ТС 012/2011?

Технический регламент устанавливает требования к электрическому и неэлектрическому оборудованию, предназначенному для работы во взрывоопасных средах, а также правила подтверждения его соответствия и маркировки.

Заменяет ли лабораторный анализ стационарный газоанализатор?

Нет. Лабораторный контроль характеризует условия в момент отбора проб. При риске быстрого и внезапного образования опасной смеси требуется оперативный или непрерывный контроль.

Как организовать безопасность на предприятии

Работу начинают с инвентаризации горючих веществ и анализа технологических операций. Затем выявляют источники выделения, оценивают вентиляцию, определяют взрывоопасные зоны, проверяют оборудование и разрабатывают порядок безопасной эксплуатации.

Контроль химических факторов и вентиляционных систем включают в программу производственного контроля с учётом фактически используемых веществ и выполняемых операций.

ООО «Лабораторные измерения и охрана труда» проводит исследования воздуха рабочей зоны и аэродинамические испытания вентиляции, а также помогает разрабатывать документацию для предприятий Минска, Бреста, Гомеля, Гродно, Могилёва, Витебска и других населённых пунктов Беларуси.