Bezpieczeństwo procesowe i wybuchowe w przemyśle

Każde przedsiębiorstwo działające w nowoczesnej gospodarce wolnorynkowej musi nieustannie rozwijać się aby nie wypaść z rynku. W tym celu stosuje nowe technologie lub modernizuje i intensyfikuje istniejące procesy produkcyjne. Rozwój ten musi mieć jednak na uwadze zapewnienie bezpieczeństwa.

 

Bezpieczeństwa rozumianego jako braku nieakceptowanego poziomu ryzyka, które dotyczyć może zarówno ludzi, środowiska jak i samego obiektu (czyli zainwestowanego kapitału). Ryzyko, w ujęciu technicznym, jest kombinacją prawdopodobieństwa wystąpienia zdarzenia niepożądanego i jego skutków.

 

Instalacje przemysłowe (ciepłownicze, petrochemiczne, chemiczne, energetyczne, gazownicze i procesowe) są obiektami o wysokim stopniu złożoności. Różnorodność występujących substancji, skala reakcji, ich przebieg i uwalniane energie a także poziom zautomatyzowania samego procesu powodują, że związane z nim ryzyko jest złożone i trudne do oszacowania. Niemniej nie można tego ryzyka lekceważyć. Konsekwencje zdarzeń awaryjnych w przemyśle procesowym mogą być opłakane. Zastanawiając się nad kwestią ekonomiczną związaną z inwestycją w bezpieczeństwo, warto zadać sobie pytanie: ile dla nas jest warte zapewnienie bezpieczeństwa i ciągłości produkcji?

 

Solidnie i rzetelnie przeprowadzona ocena ryzyka procesowego jest narzędziem dającym odpowiedź na pytanie – czy w procesie nie występuje ryzyko na poziomie nieakceptowalnym (czy proces jest „bezpieczny”). Dzięki temu wiemy, czy opłaca się inwestować w dodatkowe elementy warstw zabezpieczeń, modernizować układy sterowania czy dodawać elementy mające za zadanie zmniejszenie konsekwencji ewentualnych zdarzeń awaryjnych. Takie podejście zapewni nam optymalizację poniesionych wydatków w stosunku do wielkości osiągniętej redukcji ryzyka.

 

Pierwszym krokiem w tym kierunku jest identyfikacja zagrożeń. Istnieje wiele narzędzi i metod wspomagających identyfikację. Wybór odpowiedniej metody zależy od takich czynników jak wielkość obiektu, jego złożoność, dostępność danych historycznych czy etap cyklu życia (projektowanie, eksploatacja, modernizacja).

 

Następnym etapem jest oszacowanie możliwych konsekwencji i prawdopodobieństwa wystąpienia zdarzenia niebezpiecznego. Do tego stosuje się różne techniki jakościowe, półilościowe i ilościowe. Wybór konkretnej metody znów będzie uzależniony od dostępności parametrów ilościowych, stopnia złożoności procesu i występującej aparatury kontrolno-pomiarowej.

 

Bardzo ważną częścią ogólnie pojętego systemu bezpieczeństwa jest układ sterowania obiektu, a w szczególności jego części odpowiadająca za realizację funkcji bezpieczeństwa czyli przyrządowy system bezpieczeństwa (SIS), który jest zdefiniowany przez normy serii PN-EN 61508 i związaną z nią grupę norm sektorowych PN-EN 61511. Normy te określają niezawodność układu sterowania realizującego funkcje bezpieczeństwa za pomocą poziomów nienaruszalności bezpieczeństwa SIL (Safety Integrity Level). Wyznaczenie wymaganego poziomu SIL powinno stanowić integralną część procesu szacowania ryzyka. Częstym błędem popełnianym przez projektantów systemów bezpieczeństwa jest traktowanie instalacji jako całości. Określanie poziomu ryzyka czy wymaganego poziomu niezawodności układu sterowania na poziomie całego zakładu może być przyczyną przeszacowania lub niedoszacowania wymagań dla poszczególnych funkcji bezpieczeństwa. Należy zawsze pamiętać aby obiekt i należącą do niego aparaturę kontrolno-pomiarową podzielić na zespoły realizujące określone funkcje. Dopiero na takim poziomie szczegółowości powinno się przeprowadzić dobór odpowiedniego wymaganego SIL. Może to być zrealizowany na kilka sposobów. Do najpowszechniejszych metod należą: macierzy ryzyka, grafu ryzyka, wskaźnikowa oraz określenie wymagań na podstawie analizy warstw zabezpieczeń – LOPA.

 

Proces redukcji ryzyka instalacji procesowych możemy podzielić na następujące kroki :

- projektowanie procesu wewnętrznie bezpiecznego,

- stosowanie warstw zabezpieczeń zapobiegania i ograniczania zdarzeń niebezpiecznych,

- procedury awaryjne i ewakuacyjne.

 

Pierwszym i mogącym w największym stopniu ograniczyć ryzyko etapem jest projekt procesu. Dobór odpowiednich substancji, przyjęcie odpowiednich wartości parametrów procesowych, dobór materiałów i projekt instalacji wykonany zgodnie z szeroko pojętą dobrą praktyką inżynierską może zapewnić największy poziom redukcji ryzyka. Jednocześnie dotyczy on tylko etapu projektowania obiektu, a późniejsze próby wdrożenia rozwiązań mogą okazać się bardzo kosztowne.

 

W praktyce ograniczenie ryzyka na etapie projektowym okazuje się bardzo często niemożliwe lub nieopłacalne. W związku z tym następnym krokiem powinien być dobór i wdrożenie odpowiednich warstw zabezpieczeń związanych z zapobieganiem i ograniczaniem ewentualnych skutków zdarzeń niebezpiecznych. Należy tutaj zwrócić szczególną uwagę na odpowiedni dobór elementów pełniących funkcje bezpieczeństwa. Urządzenia zabezpieczające mechanicznie, powinny być obliczone zgodnie ze spodziewanymi, krytycznymi wartościami parametrów fizycznych procesu. Poprawny dobór i podłączenie urządzeń obiektowych jest gwarantem osiągnięcia odpowiedniego poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa przez przyrządowe systemy bezpieczeństwa sterowania, zapobiegania i ograniczania.

 

SIL czyli poziom nienaruszalności bezpieczeństwa, jest miarą bezpieczeństwa, urządzeń elektrycznych, elektronicznych oraz mechanicznych, przy czym może się również odnosić do oprogramowania. Poziom SIL określany jest miarą liczby zadziałań do wystąpienia usterki/ błędu definiowaną poprzez THR (ang. tolerable hazard rate – współczynnik tolerowanego zagrożenia). Poziomy SIL wykorzystywane są przy projektowaniu urządzeń, które muszą spełniać wymagania bezpieczeństwa. Normy odnoszące się do poszczególnych dziedzin (sterowanie ruchem kolejowym, sterowanie procesami produkcji) określają gdzie i jaki poziom powinien zostać przyjęty, np. systemy sterowania ruchem kolejowym, których parametry niezawodnościowe zostały określone w normie EN50129, powinny spełniać SIL 4. Występują dwa różne podziały poziomów SIL: dla pracy na żądanie oraz dla pracy ciągłej.

 

Dodatkowo normy dot. bezpieczeństwa funkcjonalnego zalecają aby w zależności od struktury organizacyjnej przedsiębiorstwa korzystać z pomocy wewnętrznie wydzielonego i niezależnego zespołu zajmującego się sprawami bezpieczeństwa funkcjonalnego. W przypadku gdy organizacja nie ma środków na wydzielenie takiej wyspecjalizowanej komórki, zaleca się korzystanie z pomocy konsultantów zewnętrznych. Ważne jest aby w skład grupy dokonującej oceny bezpieczeństwa funkcjonalnego (Functional Safety Assessment – FSA) wchodziły osoby niezależne – niezwiązane bezpośrednio z projektem. Ma to na celu osiągnięcie obiektywizmu oceny. Normy zalecają również okresowe wykonywanie audytów bezpieczeństwa funkcjonalnego. Celem takich kontroli– jest upewnienie się czy poziom redukcji ryzyka realizowany przez SIS nie uległ obniżeniu. Takie podejście jest cechą charakterystyczną organizacji o wysokiej kulturze bezpieczeństwa.

 

Bezpieczeństwo przeciwwybuchowe

 

Unormowania prawne w zakresie ochrony życia i zdrowia pracowników zatrudnionych w miejscach zagrożonych wybuchem określa Dyrektywa 99/92/WE z dnia 16 grudnia 1999 r. w sprawie minimalnych wymagań mających na celu poprawę stanu bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników potencjalnie narażonych na ryzyko spowodowane atmosferami wybuchowymi.

 

Zgodnie z dyrektywą 99/92/WE (tzw. ATEX 137) od prowadzącego zakład przemysłowy wymaga się, aby:

- zagwarantował bezpieczeństwo podczas normalnej pracy w zakładzie,

- zapobiegał tworzeniu się stężeń wybuchowych w zakładzie,

- zapobiegał powstawaniu efektywnych źródeł zapłonu, zdolnych zainicjować wybuch,

- w najgorszym wypadku - zredukował szkodliwe efekty wybuchu do poziomu, w którym gwarantowane jest zachowanie zdrowia i bezpieczeństwa pracowników.

 

Ponieważ niejednolite przepisy dotyczące bezpieczeństwa w poszczególnych krajach UE stanowiły znaczne utrudnienia w swobodnym przepływie towarów pomiędzy państwami członkowskimi, postanowiono ujednolicić te przepisy. W przypadku urządzeń przeznaczonych do pracy w strefach zagrożonych wybuchem dnia 23 marca 1994 r. Parlament Europejski i Rada Unii Europejskiej wydały dyrektywę 94/9/EC ATEX, która weszła w życie 1 lipca 2003 roku, oraz dyrektywę 1999/92/EC ATEX137 – zwaną również ATEX USERS (z 16 grudnia 1999 r.) dotyczącą minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa pracy, w miejscach pracy, w których może wystąpić atmosfera wybuchowa.

Rozpoczęte w II połowie 2011 roku w Radzie Unii Europejskiej prace mające na celu ujednolicenie dyrektywy 94/9/WE z wymaganiami Nowych Ram Prawnych Decyzji 768/2008/WE zostały zakończone wydaniem nowej dyrektywy ATEX 2014/34/UE, która zacznie obowiązywać od 20 kwietnia 2016 r. zastępując dotychczasową dyrektywę 94/9/WE.

 

W Polsce wytyczne dyrektywy 99/92/WE wprowadzają Rozporządzenia Ministra Gospodarki:

- z dnia 29 maja 2003 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa (Dz. U. Nr 1007 z 2003 r., poz. 1004) oraz

- z dnia 8 lipca 2010 r. w sprawie minimalnych wymagań, dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej (Dz. U. 2010 nr 138 poz. 931).

 

Bezpieczeństwo w środowiskach o warunkach krytycznych

 

Ochrona przed wybuchem i związane z tym bezpieczeństwo to niezwykle ważne aspekty produkcji przemysłowej. Nie tylko służą ochronie ludzkiego życia i zapobieganiu obrażeniom ciała, ale też pozwalają uniknąć strat finansowych. Występowanie atmosfery wybuchowej i zagrożenia z nią związane dotyczą górnictwa, przemysłu ciężkiego, sektorów procesowych i wielu innych branż - nie tylko przemysłowych. W celu minimalizacji niebezpieczeństwa dla pracowników oraz instalacji technicznych - i jednocześnie spełnienia wymogów prawnych - korzysta się z szeregu środków technicznych i rozwiązań bezpieczeństwa.

 

Chociaż w powszechnej świadomości atmosfera wybuchowa kojarzona jest przede wszystkim z paliwami płynnymi i gazami, jej występowanie dotyczy znacznie większej liczby miejsc i branż. Najczęściej typowanymi przez nich obszarami były: górnictwo (i generalnie sektor wydobywczy), branża petrochemiczna, gazownictwo oraz przemysł chemiczny. Oczywiście hasła te są dosyć ogólne, gdyż w każdym z przypadków obejmować to może różne aplikacje i miejsca zastosowań.

 

Przykładowo gazownictwo dotyczy zarówno wydobycia gazu, jego przetwarzania (np. do postaci LNG), zapewniania bezpieczeństwa systemu przesyłowego, jak też procesu wytwarzania gazu płynnego (LPG) oraz bezpiecznej dystrybucji. Trzy dalsze pozycje zajęły branże: cementowa, zbożowa oraz drzewna.

 

Atmosfera wybuchowa może także pojawiać się w obszarach instalacji technologicznych czy w zakładach, które generalnie nie są uważane za wysoce zagrożone wybuchem. Przykładami są oczyszczalnie ścieków, gdzie w procesie oczyszczania powstaje biogaz, czy fabryki farmaceutyczne, w których używa się alkoholi. Oczywiście w każdym z przypadków obecność substancji łatwopalnych nie musi też automatycznie oznaczać możliwości ich wybuchu - jak wiadomo zwykle dopiero w połączeniu z powietrzem tworzą one atmosferę wybuchową, a także muszą występować w określonym stężeniu.

 

Jak już pisaliśmy najważniejsze przepisy dotyczące tematyki obszarów zagrożonych wybuchem to w przypadku krajów Unii Europejskiej dyrektywa 99/92/WE (ATEX 137) dotycząca minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, gdzie wystąpić może atmosfera wybuchowa oraz dyrektywa 94/9/WE (ATEX 100).

 

W tej pierwszej przedstawione są m.in. zasady oceny ryzyka eksplozji i podziału miejsc w zakładzie na strefy ze względu na możliwość powstawania atmosfer wybuchowych wraz z kryteriami doboru urządzeń i systemów ochronnych do poszczególnych stref.

 

Z kolei w ATEX 100 znalazły się informacje dla producentów urządzeń używanych w miejscach zagrożonych wybuchem - m.in. procedury oceny zgodności i znakowania CE, kryteria podziału urządzeń na grupy i kategorie oraz wymogi projektowe. Te ostatnie szczegółowo opisane są w normach zharmonizowanych z dyrektywą 94/9/WE - m.in. PN-EN 60079 Atmosfery wybuchowe oraz PN-EN 13463 Urządzenia nieelektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

 

Konieczność użycia zabezpieczających środków technicznych jest związana z prawdopodobieństwem zaistnienia w danej lokalizacji atmosfery wybuchowej. Wprowadzono tu podział na trzy strefy oznaczone jako: 0, 1 i 2. Pierwsza z nich dotyczy miejsc, gdzie mieszanina substancji łatwopalnej w postaci gazu, pary albo mgły z powietrzem występuje cały czas, długo lub często. Przykładem są wnętrza zbiorników albo instalacji. Z kolei w strefie 1 atmosfera wybuchowa w trakcie prawidłowego funkcjonowania pojawia się rzadko (jest to najczęściej sąsiedztwo strefy zerowej). Strefa 2 to zaś miejsce, gdzie podczas normalnego funkcjonowania atmosfera wybuchowa nie występuje prawie w ogóle, a jeżeli się to już zdarzy, to stan taki utrzymuje się bardzo krótko. Analogiczne kryteria odnośnie do możliwości wystąpienia i czasu utrzymania się warunków niebezpiecznych dotyczą stref oznaczanych jako: 20, 21 oraz 22. Różnicą jest typ występującej substancji - w tym przypadku jest nią palny pył.

 

Z perspektywy klientów kluczowy jest dobór odpowiednich urządzeń zabezpieczających, a więc takich, których konstrukcja jest przystosowana do pracy w strefach Ex i do zagrożeń występujących w miejscu ich instalacji. Stosuje się tu sformalizowane oznaczenia, które obejmują: grupę i kategorię, rodzaj ochrony przeciwwybuchowej, a także parametry takie jak klasa temperaturowa czy maksymalna temperatura powierzchni.

 

Jeżeli chodzi o grupy, które stanowią podstawę podziału, to wyróżnia się dwie - oznaczane jako I i II. Do pierwszej zaliczane są urządzenia do zastosowań w górnictwie, tam gdzie występuje zagrożenie wybuchem metanu lub pyłu węglowego. Te należące do grupy II mogą być natomiast używane w miejscach zagrożonych występowaniem atmosfer wybuchowych poza wyrobiskami górniczymi.

 

W obszarach produkcyjnych, w których istnieje zagrożenie wybuchem, warto pracować zgodnie z dewizą „lepiej dbać o bezpieczeństwo niż potem żałować”. Użytkowanie wag kontrolnych w tych niebezpiecznych strefach wymaga od producenta gruntownej znajomości lokalnych i międzynarodowych przepisów z zakresu bezpieczeństwa oraz fizycznych okoliczności, w jakich mogłoby dojść do wybuchu. Jednocześnie operatorzy muszą zdawać sobie sprawę z narzucanych przez te przepisy i warunki wymagań dotyczących lokalizacji i sprzętu, aby mogli je prawidłowo wdrożyć.

 

Krzysztof  Wiśniewski

 

Źródło: www.automatykab2b.pl, www.corona.org.pl, www.dekra-certification.com.pl, www.elkon.pl, www.mt.com

 

30 listopada 2017