Určování nebezpečných prostorů pro elektrická zařízení

Na základě správného zařazení do zón se pak provádí analýza nebezpečí výbuchu v dané technologii a přijímají se technická nebo organizační opatření. Určení nebezpečných prostorů je proto v této souvislosti velmi důležité a může velmi ovlivňovat investiční náklady na zvýšení bezpečnosti na požadovanou úroveň.
Výběr elektrických zařízení podle zařazení do zón se provádí podle ČSN EN 60079-14 ed. 4 a neelektrických zařízení podle ČSN EN 1127-1 ed. 2 a ČSN EN 13463-1.

Bezpečnost a určování prostorů

Bezpečnostní principy
Ochrana a prevence proti výbuchu se provádí v následujících krocích:

• a) vyloučení pravděpodobnosti, že vznikne výbušná plynná atmosféra;
• b) vyloučení iniciačních zdrojů;
• c) přijetí ochranných opatření pro omezení nebezpečných účinků výbuchu.

Vyloučení vzniku výbušné atmosféry je možno zajistit změnou používaných látek v technologii. Tento postup je však možný pouze výjimečně, např. při odmašťování před povrchovou úpravou výrobků apod. Mnohem používanějším způsobem je vyloučení přítomnosti kyslíku inertizací.

Vyloučení iniciačních zdrojů lze jednoduše zajistit použitím elektrických a neelektrických zařízení, vyhovujících odpovídající kategorii podle Nařízení vlády č. 23/2003 Sb.
Ochranná opatření pro omezení nebezpečných účinků jsou poslední možností, nelze-li splnit předchozí dvě podmínky.

Účel určování prostorů
Určování prostorů se provádí na základě pravděpodobnosti vzniku výbušné plynné atmosféry podle definic zón 0, 1 a 2. Provádí se pro zajištění bezpečnosti technologií a pracovišť pro usnadnění výběru elektrických a neelektrických zařízení a pro přijetí ochranných a organizačních opatření pro zajištění bezpečnosti obsluhy na pracovištích. Tato opatření zahrnují vybavení bezpečnostními přístroji (analyzátory plynů, úniku kapalin apod.), vyškolení obsluhy, klasifikace nebezpečných činností a zavedení systému povolování nebezpečných prací v těchto prostorech, vybavení obsluhy vhodnými osobními ochrannými pomůckami a bezpečnými nástroji a nářadím. Pro praktické použití a jednodušší přiblížení definic jednotlivých zón platí dále uvedené obecně uznávané zásady:

• do zóny 2 se zařazují prostory trvale pracujících technologií, ve kterých může vzniknout koncentrace vyšší než je dolní mez výbušnosti (i pouze několik vteřin), ale není pravděpodobný výskyt výbušné atmosféry po dobu delší než 10 hodin ročně; u technologií pracujících přerušovaně se za kritérium bere 1/1 000 jejich provozní doby;
• do zóny 1 se zařazují prostory trvale pracujících technologií, ve kterých může vzniknout koncentrace vyšší než je dolní mez výbušnosti po dobu delší než 10 hodin ročně, ale zároveň není pravděpodobný výskyt výbušné atmosféry po dobu delší než 1 000 hodin ročně; u technologií pracujících přerušovaně se do zóny 1 zařazují prostory, ve kterých je pravděpodobný vznik výbušné atmosféry po dobu v rozmezí 1/1 000 až 1/10 jejich provozní doby;
• do zóny 0 se zařazují prostory trvale pracujících technologií, ve kterých může vzniknout koncentrace vyšší než je dolní mez výbušnosti po dobu delší než 1 000 hodin ročně; u technologií pracujících přerušovaně se do zóny 0 zařazují prostory, ve kterých je pravděpodobný vznik výbušné atmosféry po dobu delší než 1/10 jejich provozní doby.

Odhady nebo výpočty doby pravděpodobnosti výskytu výbušné směsi se provádějí na základě znalostí technologie a způsobu manipulace s hořlavými látkami.

Postup při určování prostorů

Velmi důležitým požadavkem normy je provedení předběžného odhadu zařazení do zón již při zahájení projektování v rámci úvodního projektu. Tento předběžný odhad zařazení by měl být vždy konzultován a odsouhlasen s provozovatelem technologie.
Zařazování do zón se musí provádět všude, kde může vzniknout nebezpečné množství výbušné atmosféry. Toto množství závisí na velikosti prostoru, ve kterém se nachází a je to množství, při jehož výbuchu nedojde k ohrožení lidí ani škodám v důsledku tlakové vlny. Za nebezpečné množství se obecně považuje 10 I výbušné směsi pro prostor 100 m³.

Zdroje úniků
Základním prvkem potřebným pro stanovení typu nebezpečné zóny je identifikace zdrojů úniku a stanovení stupně úniku.
Za zařízení bez úniku lze považovat i zařízení trvale technicky těsná, jako jsou například:

• svařovaná zařízení s nerozebíratelnými součástmi;
• průchody hřídelí s dvojitou ucpávkou s těsnícím médiem v meziprostoru;
• kompaktní čerpadla s obtékaným rotorem motoru;
• bezucpávková čerpadla s magnetickou spojkou;
• armatury s utěsněním hřídelky pomocí vlnovce a automaticky utěsňované (dotlačované) ucpávky v kombinaci s pravidelnými kontrolami;
• spoje potrubí s:
  - drážkou a perem;
  - s nákružkem a výkružkem;
  - s V-drážkou a V-drážkovým těsněním;
  - s plochým těsněním s těsnicí lištou, se speciálním těsněním, s těsněním z měkkého materiálu do tlaku 25 bar nebo s těsněním s kovovým pláštěm nebo kovovým zpevněním okrajů, u kterého nemůže dojít k roztržení a vytlačení částí těsnění ze spoje;
• spoje armatur některým ze způsobů uvedených pro potrubí;
• závitové spoje NPT nebo jiné kuželové spoje s těsněním závitem, do průměru 50 mm, pokud nejsou vystaveny teplotám nad 100 °C.

Zařazení do stupně úniku je také možno ovlivnit zajištěním pravidelné kontroly a přezkušováním těsnosti zařízení.

Typ zóny
Stanovení typu zóny lze provést porovnáním zdrojů úniku s větráním podle postupu uvedeného v normě nebo jednoduchým výpočtem nebo odhadem doby pravděpodobné přítomnosti výbušné atmosféry v technologii na základě znalosti provozních stavů (četnosti manipulace s kapalinou, dobu po kterou je technologie otevřená, četnosti úniku hořlavé látky z technologie apod.).
Zařazení do zón není závislé na koncentraci hořlavé látky ve vzduchu, pokud je překročena dolní mez výbušnosti.

Rozsah zóny
Rozsah zón se ve většině evropských zemí nevypočítává, ale volí se podle odpovídajících pravidel a příkladů uvedených v národních předpisech. V ČR takový předpis dosud nebyl vydán, a proto je nutné volit některý z dále uvedených postupů:

• použít některý ze zahraničních předpisů (seznam je uveden v bibliografii), do češtiny byl však přeložen pouze německý národní předpis ExRL;
• využít pro odhad velikosti zóny vypočtený hypotetický objem podle normy ČSN EN 60079-10-1 ed. 2 a tento objem převést do odpovídajícího tvaru zóny. Tento výpočet je však možný pouze pro nepřetržité provozy, kde se počítá s únikem po delší dobu. Hypotetický objem je objem, ve kterém je průměrná koncentrace rovna 25 % (pro trvalé a primární zdroje úniku) nebo 50 % (pro sekundární zdroje úniku) dolní meze výbušnosti po ustálení. Po vzniku zdroje úniku bude nebezpečná koncentrace pouze v těsném okolí zdroje a s časem se tento prostor s nebezpečnou koncentrací rozšiřuje. Po určité době (až několik hodin) dojde k rovnováze mezi rychlostí úniku a větráním a prostor s nebezpečnou koncentrací se již dále nerozšiřuje. Výpočet pomocí hypotetického objemu nelze použít pro krátkodobé jevy, jako je zapůsobení pojistného ventilu, odběr vzorku apod.;
• použít pro stanovení rozsahu zóny speciální výpočty např. pomocí rychlosti odpařování z povrchu kapaliny a difúzních koeficientů, apod.;
• pro danou technologii použít odpovídající předmětové normy, které uvádějí i doporučené zařazení v technologii a jejím okolí do zón. Takovými normami jsou např. ČSN 650202, kde jsou uvedeny zóny pro výdejní stojany benzínových čerpacích stanic, ČSN EN 1539 pro sušičky a pece sloužící pro odpařování hořlavých látek a celá řada připravovaných norem pro oblast lakoven, stříkacích boxů a různých druhů nanášení nátěrových hmot.

Při zařazování do zón v prostorech, kde je více zdrojů úniku, se doporučuje dodržovat dále uvedená pravidla:

• pokud mezi zónami s nebezpečím výbuchu vzniknou mezery menší než 1,5 m, mají být zóny spojeny tak, aby mezi nimi nebyl žádný prostor bez nebezpečí výbuchu;
• je-li jako nebezpečný prostor zařazeno více než 40 % objemu uzavřené místnosti, má být nebezpečný prostor rozšířen na celou místnost;
• pokud průmět zón s nebezpečným prostorem do roviny podlahy zaujímá více než 75 % podlahové plochy, má být nebezpečný prostor rozšířen na celou místnost.

Rychlost úniku plynu nebo páry
Rozsah zóny vždy závisí na množství uvolňované látky a dimenzování větrání. I při velkém množství uvolňované látky lze omezit rozsah zón na přijatelnou míru, pokud je použito lokálního odsávání, a naopak i malé množství uvolňované látky dokáže vytvořit časem výbušnou směs ve velké části prostoru, pokud je větrání slabé nebo je špatně navrženo. Nelze proto stanovit zóny pouze z množství unikajících látek nebo pouze z parametrů větrání.
U kapalin, které tvoří technologické lázně apod., lze často rychlost úniku stanovit velmi přesně jednoduchým sledováním spotřeby kapaliny za určité období (doplňovaná množství kapaliny do lázně za týden, měsíc apod.).

Meze výbušnosti
Meze výbušnosti téměř všech hořlavých látek lze najít v ČSN EN 60079-20-1 nebo odborné literatuře či internetu. Tyto hodnoty jsou však vždy vztaženy na atmosférické podmínky, tj. na atmosférický tlak, teplotu 20 °C a obsah kyslíku ve vzduchu 21 %. Při změně těchto parametrů se však výrazně mění meze výbušnosti. Se stoupajícím tlakem, teplotou a obsahem kyslíku se dolní mez výbušnosti snižuje, a naopak horní mez výbušnosti se výrazně zvyšuje. Pro výpočet velikosti zón je důležitá dolní mez výbušnosti.

Větrání
Skutečné větrání lze u nuceného větrání snadno zjistit z výkonu instalovaných ventilátorů, u přirozeného větrání se vychází z rychlosti větru rovné 0,5 m/s, z čehož vyplývá výměna vzduchu asi 100krát za hodinu. V místnostech nad úrovní terénu (bez nucené ventilace), které mají okna, dveře a ve kterých se pohybují lidé, lze počítat s výměnou vzduchu přirozeným větráním 1 krát za hodinu. Pokud má místnost navíc v protilehlých stěnách odpovídající větrací otvory, lze počítat s výměnou vzduchu přirozeným větráním 2krát za hodinu. U suterénních místností lze počítat pouze s výměnou vzduchu přirozeným větráním 0,4krát za hodinu.

Relativní hustota plynů a par při jejich úniku
Páry hořlavých kapalin jsou vždy hustější než vzduch. Plyny jsou obvykle hustší než vzduch, např. propan. Čím jsou plyny a páry těžší, tím rychleji klesají, rychle se míchají s přítomným vzduchem a hromadí se v prohlubních, žlabech a šachticích. Takové nahromadění má tendenci klesání a dalšího rozšiřování, a často také „zatékání" na velké vzdálenosti do míst, kde mohou být plyny a páry vzníceny.
Některé plyny mají přibližně stejnou hustotu jako vzduch, např. acetylén, kyanovodík, ethylen, oxid uhelnatý. Tyto plyny mají malou přirozenou tendenci se rozptylovat nebo klesat.
Málo plynů je o hodně lehčí než vzduch, např. vodík, methan. Tyto plyny mají přirozenou tendenci se rozptylovat do atmosféry, pokud nejsou v uzavřeném prostoru.
Odpaření i malého množství zkapalněného plynu může způsobit vznik velkého množství hořlavých par. 1 litr kapalného propanu po přeměně na plyn a rozředění ve vzduchu na dolní mez výbušnosti vytvoří 13 000 litrů výbušné atmosféry.
I lehký pohyb vzduchu (přirozené proudění, pohyb lidí v okolí, proudění tepla) může výrazně urychlovat míchání se vzduchem.
Pro kapaliny a mlhy je důležité znát:

• rychlost odpařování, charakterizující množství výbušné atmosféry, které vzniká při dané teplotě
• velikost odpařovací plochy a pracovní teploty, např. pokud jsou kapaliny rozstřikovány nebo rozprašovány
• přetlak, pod kterým jsou rozstřikované kapaliny uvolňovány a tvoří výbušné mlhy.

Při hodnocení relativní hustoty par hořlavých kapalin je třeba vzít v úvahu, že vzhledem k tlaku nasycených par je ve vzduchu vždy pouze určitý poměr par, a proto je nutno relativní hustotu par z tabulek přepočítat.