Mjesto ugljene prašine u klasifikaciji eksplozivnih prašina prema međunarodnim standardima i kriterijima Mevludin Delalić JP Elektroprivreda BiH, d.d.- Sarajevo ZD Rudnici Kreka,, d.o.o.-tuzla 1
UVOD Sve zapaljive prašine su kategorisane prema njihovim eksplozivnim osobinama međunarodnim standardom ISO 6184/1 u tri, odnosno četiri klase prema vrijednosti eksplozionog indeksa Kst. Eksplozioni indeks (pokazatelj eksplozivnosti) Kst predstavlja maksimalnu m vrijednost prirasta pritiska (dp/dt) preračunat na zapreminu posude u kojoj je izvršen opit, odnosno: Kst=dp/d tmax. V 1/3 (bar m s - 1 ) Ugljena prašina predstavlja poseban segment ove problematike obzirom na specifičnosti uglja kao materijala od kojeg je nastala. Specifičnost se ogleda u nekonzistentnosti ove vrste prašine, odnosno njenoj promjenjivoj hemijskoj formi. Prije svega, postoje razlike u ugljenoj prašini kod ugljeva različite ite starosti (ligniti, mrki ugljevi, kameni, antraciti..), ali i u jednom ugljenom sloju, ovisno od lokacije uzimanja uzoraka, postoje značajne ajne razlike. Ova činjenica izdvaja ugljenu prašinu u posebnu kategoriju. TakođerT akođer,, treba imati u vidu i ambijent u kojem se generiše, e, a to je prije svega jamska eksploatacija uglja gdje se treba imati u vidu ograničen prostor kao važan an 2 faktor u razvijanju i propagaciji eksplozije.
Podzemna eksploatacija uglja-ambijent ambijent Podzemna eksploatacija uglja ambijent generisanja zapaljivih gasova i prašine karakteriše: e: - Oblik jamskih prostorija u geometrijskom smislu čini sistem cijevi kroz koji struji zrak u jednom smjeru-sa sa aspekta prenosa eksplozije, idealni uslovi. - Korištenje minsko eksplozivnih sredstava. - Nemogućnost postizanja kontinuiteta nivoa čistoće e prostorija i radilišta u smislu sprečavanja potencijalne rizične koncentracije prašine. - Postavljanje barijera (vodene ili kamene brane) za prekid prenosa eksplozije samo po sebi govori o mogućnosti postizanja sigurne zaštite od eventualne eksplozije). - Ugljena prašina po svojim fizičko ko-hemijskim svojstvima je promjenjiva obzirom da je sam ugljeni sloj promjenjive hemijske strukture, prije p svega po vertikalli, ali i lateralno po pružanju sloja. - Također,, takva prašina je i dodatno izložena fizikalnim promjenama nakon taloženja u jamskim prostorijama. 3
Standardi Holtzwart i Meyer (1891.god.) su vjerovatno prvi naučnici koji su dokazali da se oblak prašine može zapaliti pomoću električne iskre. Oni su proučavali eksplozivnost prašine smeđeg uglja u malim staklenim posudama kapaciteta od 50 cm 3, opremljenih sa par platinastih elektroda, između kojih se mogla formirati induktivna iskra. Također, u sad-u je U.S.Bureau of Mines, od njegovog uspostavljanja 1910.g. počeo provoditi studije o ispitivanjima zapaljivih i eksplozivnih osobina prašina. u početku se istraživanja radila samo na ugljenoj prašini obzirom na, a 1936.g, istraživanja su se proširila na sve vrste zapaljivih prašina (industrijske, agrikulturne...) u svijetu se ispitivanja eksplozivnih parametara provode u skladu sa slijedećim standardima: 1.Američka udruga za ispitivanje i materijale (ASTM) metoda E 226, 2.(American Society for Testing and Materials) 3.Državna asocijacija za zaštitu od požara (NFPA) standardi 68 (1994), (Nacional Fire Protection Association) 4.Njemačka udruga inženjera (VDI) Metoda 3673 (1995), (Verein Deutscher Ingeniere) 5.Međunarodna organizacija za standarde (ISO) Metoda 6184 / 1. (International Standards Organization) 4 6.Evropski standardi (EN 26184...)
Klasifikacije eksplozivnih prašina 1. Klasificikacija prema eksplozinonoj konstanti (pokazatelj eksplozivnosti) Kst max ISO i EN standardi 6184/1, EN 26184/1 2. A/B Klasifikacija A-zapaljive prašine (koje prenose plamen dalje od izvora upale) B-nezapaljive prašine (koje ne prenose plamen dalje od izvora upale ) Ne postoji evropski standard, trenutno je u pripremi 5
Eksplozioni parametri Osnovni parametar po kojem se klasificiraju zapaljive prašine je pokazatelj eksplozivnosti K st.. Ovaj parametar predstavlja maksimalni prirast pritiska u jedinici i vremena, preračunato na zapreminu ispitne posude. K st = dp/d tmax. V 1/3 (bar m s - 1 ) Brojnim ispitivanjima eksplozivnih osobina ugljene prašine u svijetu, pa tako i u BiH, kompletirana je slika vrijednosti eksplozivnih parametara kao što su: 1.Maksimalni pritisak eksplozije, P max (bar) 2.Maksimalni prirast pritiska eksplozije, dp/dt max (bar/s) 3.Prosje Prosječni prirast pritiska eksplozije, P max /Δt (bar/s) 4.Eksploziona karakteristika 5.Donja granica eksplozivnosti DGE g/m 3 ) 6.Minimalna doza eksplozivnosti MDE (g/m 3 ) 7.Minimalna temperatura upale oblaka prašine, t z ( 0 C) 8.Minimalna temperatura upale prašine u sloju, t 5mm ( 0 C) 9.Minimalna energija upale, E min (mj) 10.Pokazatelj eksplozivnosti Kst, max (m bar bar s - 1 ) 6
Eksploziona karakteristika Ek Ugljena prašina Ek 7
Pokazatelj eksplozivnosti Kst = dp/d tmax. tmax. V 1/3 (m (m bar s - 1 ) 8
Osnovna razlika između ova dva parametra je u tome što se kod Eksplozione karakteristike u obzir uzima, pored maksimalnog prirasta pritiska i prosječni prirast pritisak u jedinici vremena, odnosno u obrascu figurira maksimalni pritisak eksplozije proizveden tokom eksperimenta, što nije slučaj kod Pokazatelja eksplozivnosti. Klasifikacija prašina na slabo, srednje i jako eksplozivne se može posmatrati u okviru laboratorijskih rezultata, ali i u okviru prakti aktičnih tehnoloških uslova pri kojima se generišu, zadržavaju avaju u vazduhu i talože na radne površine. ( jamska eksploatacija uglja! ) Poljska je izradila svoju klasifikaciju ugljene prašine prema eksplozivnosti za jamske uslove eksploatacije kako slijedi: Slabo eksplozivne K st,max 70m bar/s Srednje eksplozivne 70mbar/s K st,max 110m bar/s Jako eksplozivne K st,max > 110 m bar/sm U poređenju sa međunarodnom klasifikacijom,, jako eksplozivne ugljene prašine odgovaraju slabo eksplozivnim klasificiranim po ISO 6184/1 (EN 26184/1), i to sa značajnom ajnom razlikom u vrijednosti parametra K st. 9
Isti princip se može e primijeniti i za prašinu ugljenih slojeva u BiH, obzirom da imamo dovoljno spoznaje o vrijednost K st,max parametra. Sljedeća a tabela prikazuje parametre eksplozivnosti prašine ugljenih slojeva u Bosni i Hercegovini prema poslednjim ispitivanjima, iz elaborata o klasifikaciji i kategorizaciji jama po stepenu opasnosti od opasne ugljene prašine. Vidljivo je da Pokazatelj eksplozivnosti K st kreće e između 41 i 107 m bar/s. m Prema međunarodnom standardu to su slabo eksplozivne prašine. Prema Poljskoj nacionalnoj normi, srednje eksplozivne, obzirom da K st ne prelazi vrijednost 110 m bar/s. m 10
11
12
Ostali parametri eksplozivnosti prašine ugljenih slojeva u BiH prikazani u tabeli kreću u se u relacijama: Maksimalini pritisak (P max ): 6,6 8,6 bara Donja granica eksplozivnosti (DGE): 40 140 g/m 3 Temperatura upale oblaka prašine (t cl ): 415 549 0 C Temperatura tinjanja prašine u sloju (t 5mm ): 220 - >400 0 C Minimalna energija upale oblaka prašine (MIE): 6,15<W min <7,20 do > 7400mJ Maksimalni prirast pritiska dp/dt (bar/s): 149-500 bar/s Eksploziona karakteristika kao parametar eksplozivnosti se ne prikazuje u izvještajima laboratorije u kojoj su rađeni opiti (GIG Katowice-Poljska). Izvještaj laboratorije u kojem nije prikazan ovaj parametar ne limitira korisnika da u njegovom korištenju obzirom da se taj parametar dobije računskim putem, prema ranije navedenom obrazcu. 13
Minimalna energija upale oblaka prap rašine je bitan parametar eksplozivnosti koji predstavlja osjetljivost suspenzije prašina/vazduh na određenu energije izvora upale.. Klasifikacija prašina po ovom parametru se naziva A/B klasifikacija, odnosno, zapaljiva i nezapaljiva. Klasificiranje se zasniva na vizualnom promatranju upale i širenja plamena, a kod paljenja hemijskim upaljačem na praćenju porasta pritiska. Evropski standard za testiranje eksplozivnosti i klasifikaciju po kriteriju minimalne energije upale oblaka prašine je trenutno u pripremi. Ispitivanjem u modifikovanoj Hartmann-ovoj aparaturi prašina se klasificira u A i B klasu, odnosno zapaljivu i nezapaljivu. Takozvana A/B klasifikacija. Skupina A (opasna prašina) podrazumijeva da se plamen od izvora paljenja širi po oblaku i takva prašina se klasificira kao goriva i potencijalno eksplozivna. Skupina B (neopasna) plamen se ne propagira dalje od izvora paljenja i klasificira se kao negoriva (neopasna) prašina Ovo je, kao što vidimo prilično jednostavna klasifikacija. Evropski standard koji je u pripremi će e sigurno dati odgovore na pitanja koja se postavljaju kod ovakve klasifikacije obzirom na to da će e se sigurno u klasi B naći i manji broj prašina. 14
Primjeri rezultata laboratorija u svijetu R. Stahl 15
Primjeri rezultata laboratorija u svijetu Explosion Hazard Testing Ltd - GBR 16
Poređenje energija upale gasova i prašina Brašno graška kukuruzni škrob hidrogen sumpor Sumpor-ugljik Uporedne vrijednosti MIE smješe e gas/zrak prašina/zrak (Wolfgang Bartknecht ) Raspon minimalnih energija paljena prašine i plinova u zraku, s ekvivalentom energije različitih itih vrsta elektrostatičkog kog pražnjenja. Vertikalni dijelovi stupaca predstavljaju približne maksimalne i minimalne granice područja (Eckhoff Rolf K. ) 17
Iskra energije 16 mj Iskra energije 7000 mj Ilustracije radi, na slikama je prikazan izgled električne iskre različite energije. (Modificirana Hartmann aparatura, udruženje AtEx -Tuzla) 18
Rezultati istraživanja ivanja MIE u BiH 19
Rezultati istraživanja ivanja MIE u BiH 20
Tipične upale oblaka prašine lignita i mrkih ugljev u BiH Tipična upala lignitske prašine (Mramor-Mari Marići) i) Gašenje nakon punog plamena traje upale do početka gašenja tv iznosi 3/100 dijela sekunde, a ukupan proces traje 89/100 dijela sekunde. Tipična upala prašine mrkih ugljeva (Banovići) i) Od upale do početka gašenja tv iznosi 3/100 dijela sekunde, gašenje nakon punog plamena traje 6/100 dijela sekunde, dok ukupan proces do potpunog gašenja traje 9/100 dijela sekunde 21
Iskra energije 16mJ je u stanju upaliti oblak ugljene prašine određenog uzorka,, uz uslove koji podrazumijevaju optimalnu koncentraciju, sadržaj aj vlage i granulometrijski sastav. Ovaj podatak nas upućuje uje na poređenje ugljene prašine i aluminijskog praha koji spada u najzapaljivije prašine sa niskom energijom upale i visokim vrijednostima eksplozionh parametara (K st ). Na sljedećoj slici su date uporedne vrijednosti parametara maksimalnog prirasta pritiska (dp/dt) max i maksimalnog pritiska P max za ove dvije vrste prašina. Rolf K Eckhoff Dust explosions in the process industries-second second edition str.342 8 (Bartknecht 1971.) 22
Svakako da, kada se poredi ugljena prašina sa drugim zapaljivim prašinama i daju uporedne vrijednosti eksplozionih parametara, kao što je u ovom slučaju, treba imati u vidu činjenicu da predmetni uzorak ugljene prašine nije generalni reprezent ugljenih prašina uopšteno, nego samo ugljenog sloja, pa čak i njegovog dijela, odnosno mikrolokcije sa koje je uzet. Osobine ugljene u prašine ovise od vrste uglja, geološke starosti, odnosno stepena karbonifikacije, njegovog mineraloškog i petrografskog sastava itd. Iskustva kod laboratorijskih opita eksplozivnih osobina ugljene prašine pokazuju da se, i kod uzoraka istog ugljenog sloja, uzetih sa različitih itih lokacija dobivaju različiti iti rezultati. Na sljedećoj slici je dat presjek lignitskog ugljenog sloja (I krovni sloj,, Rudnik Bukinje - Rudnici Kreka u Tuzli). 12 23
24
ZAKLJUČAK Klasifikacija zapaljivih/eksplozivnih prašina prema parametru eksplozivnosti K st je mjerilo rezultata dobivenih laboratorijskim putem prema standardnim metodama. Terminologija kojom se karaketrišu prašine u slabo/umjereno, jako i izuzetno jako eksplozivna je također u skladu sa rezultatima opita u laboratorijskim uslovima. Realne opasnosti od moguće upale i eksplozije prašina ne korespondiraju sa redoslijedom podjele od slabo do jako eksplozivne. Uslovi u kojima nastaju ovakve prašine kao i ambijent u kojem egzistiraju čine slabo/umjereno eksplozivne opasnijim od jako eksplozivnih. Ugljena prašina u jamskim uslovima eksploatacije je sigurno jedna od takvih. Realna procjena opasnosti od eksplozije na osnovu koje se određuju zaštitne mjere, mora počivati na poznavanju svih fizikalnih osobina predmetne prašine. Prvobitnim ispitivanjima ugljene prašine, poseban značaj je pridavan donjoj granici eksplozivnosti (DGE) kao odlučujućem parametru u procjeni opasnosti jamskog pogona i eksplozionoj karakteristici (Ek) kao parametru kojim se utvrđuje mogućnost širenja eksplozije duž jamskih prostorija. 25
Kasnijim ispitivanjima se, a povodeći se međunarodnim standardom ISO 6184/1 (EN 26184/1) u laboratorijskim izvještajima izuzima Ek i zamjenjuje sa parametrom pokazatelj eksplozivnosti K st. Pored ovog parametra, u laboratorijskim izvještajima se u poslednje vrijeme prikazuje i parametar minimalne energije upale oblaka prašine MIE. Vrijednosti ovog prametra upozoravaju na statički elektricitet kao mogući uzrok upale eksplozivne smješe prašina/zrak. Imajući u vidu navedene specifičnosti ugljene prašine u smislu njene nekonzistentnosti, parametar eksploziona karakteristika ima svoje mjesto u sagledavanju opšte slike eksplozivnih osobina ispitivanog uzorka kao i parametar minimalne energije upale oblaka prašine MIE. Električni otpor prašine u slojevima prema (EN 61241-2-2:1995) 10 se do danas nije istraživao i za ovaj parametar nema podataka za prašinu BiH ugljenih slojeva. Realna i potpuna slika eksplozivnih osobina može se dobiti samo uz 26 sveobuhvatno sagledavanje svih eksplozionih parametara ugljene prašine, a procjena opasnosti uz uvažavanje tehnoloških specifičnosti nastajanja i vremenskog faktora rizika stvaranja potencijalne eksplozivno opasne koncentracije prašine. Primjenjene mjere zaštite su najvažniji faktor sigurnosti.