Nebezpečí výbuchu v průmyslových provozech - Práškové lakování

1. Úvod

Pro nanášení práškových barev pomocí elektrostatického náboje jsou využívány dvě metody. Jde o tzv. metody Korona a Tribo. U obou zmíněných metod je prášková barva v násypce míchána se vzduchem (fluidizována) a následně je tlakovým vzduchem vedena do pistole (trysek). V případě metody Korona je do pistole přiváděno vysoké napětí, vytvářející elektrické pole mezi elektrodou na konci pistole a povrchem lakovaného dílu. U metody Tribo jsou částečky práškové barvy nabíjeny třením o stěnu výstupní trubice pistole, která je z materiálu dobře přijímajícího elektrony (například teflon). Výhodou práškového lakování je vysoké využití nanášených práškových barev, kdy přestřiky práškové barvy jsou vedeny přes recyklační jednotku zpět do násypky k dalšímu využití. Výhodou je také skutečnost, že pro lakování nejsou zapotřebí žádná těkavá rozpouštědla, která představují značné nebezpečí požáru, či výbuchu. Nicméně i práškové barvy, které jsou tvořeny směsí syntetických pryskyřic, pigmentů, plniv a aditiv, mohou v dostatečné koncentraci ve směsi se vzduchem tvořit výbušné atmosféry. Základními normami, které řeší požární a výbuchovou prevenci práškových lakoven jsou ČSN EN 12981+A1 - Lakovny - Stříkací kabiny pro nanášení organických práškových nátěrových hmot - Bezpečnostní požadavky a ČSN EN 50177 ed. 3 - Stabilní elektrostatické zařízení pro nanášení hořlavých práškových nátěrových hmot - Bezpečnostní požadavky.

2. Klasifikace prostorů práškových stříkacích kabin

Dle požadavků nařízení vlády č. 406/2004 Sb. mají zaměstnavatelé, provozující technologie s možností výskytu výbušné atmosféry, povinnost klasifikovat prostory na prostory s nebezpečím výbuchu a prostory bez nebezpečí výbuchu. Prostory s nebezpečím výbuchu je následně nutno zařadit do jednotlivých zón dle četnosti výskytu a doby trvání výbušné atmosféry dle přílohy č. 1 nařízení vlády. U prachovzduchových atmosfér jsou to zóny 20, 21 a 22. Definice těchto zón jsou uvedeny v tabulce č. 1.

Tabulka 1: Zóny prostorů s nebezpečím výbuchu (1)

Pro značení zón prostorů s nebezpečím výbuchu hořlavého prachu je možno využít symbolů, uvedených v ČSN EN 60079-10-2 (viz obrázek č. 1).

Obrázek 1: Značení zón prostorů s nebezpečím výbuchu hořlavých prachů [4]

Klasifikace práškových stříkacích kabin do zón je uvedena v ČSN EN 12981+A1. Dle této normy musí být vnitřní prostory práškových stříkacích kabin a prostory do vzdálenosti 1 m od trvale otevřených otvorů stříkacích kabin (dveře se za trvale otevřené otvory nepovažují) zařazeny do zóny 22. Vnitřní prostory uzavřených odlučovacích systémů práškové nátěrové hmoty musí být zařazeny do zóny 20. Za uzavřený odlučovací systém se přitom dle výše uvedené normy považuje samostatně uzavřený systém pro odlučování práškové nátěrové hmoty (např. filtr, či cyklónový odlučovač), který je propojen s práškovou lakovací kabinou potrubím. Filtry, které jsou volně vestavěny do práškové lakovací kabiny, této definici neodpovídají, zde se jedná o tzv. otevřené odlučovací systémy.

3. Iniciační zdroje výbuchu

Iniciační zdroje výbušné atmosféry práškové barvy představují, mimo práci s otevřeným ohněm, zejména instalovaná elektrická a neelektrická zařízení ve stříkacích kabinách, které mohou vytvářet elektrické, či mechanické jiskry a horké povrchy, a elektrostatický výboj.

Všechna elektrická a neelektrická zařízení, instalovaná v práškových stříkacích kabinách, musí být v provedení pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu a splňovat základní požadavky nařízení vlády č. 116/2016 Sb. (směrnice 2017/34/EU) pro odpovídající skupinu a kategorii zařízení a musí pro ně být výrobcem, či dodavatelem vystaveno EU prohlášení o shodě. Elektrická zařízení, instalovaná v práškových stříkacích kabinách, musí splňovat požadavky ČSN EN 60079-14 ed. 4. Neelektrická zařízení musí splňovat požadavky normy ČSN EN 13463-1 a ČSN EN 13463-5.

Nežádoucí výboje statické elektřiny musí být vyloučeny pomocí opatření pro uzemnění a pospojování. Dle ČSN EN 12981+A1 všechny vodivé části instalace a všechny vodivé konstrukce ve stříkací kabině, jako jsou podlahy, stěny, stropy, mřížky, ohrazení, dopravníky, lakované díly, zásobníky nátěrové hmoty, automatické pohybové zařízení, apod. s výjimkou těch, které jsou při provozu pod vysokým napětím, musí být vzájemně vodivě pospojovány a spojeny s uzemňovací svorkou vysokonapěťového napájecího systému a ochranným zemnícím systémem elektrického napájení. Je důležité také dbát na pravidelné čištění kovových háků pro zavěšení lakovaných dílů, aby bylo zabráněno vzniku izolačních vrstev. Dle ČSN EN 50177 ed. 3 musí být dále ve vnitřním prostoru stříkacích kabin a v okruhu 2,5 m od otvorů v kabině instalována antistatická podlaha. Odpor podlahy nesmí překročit hodnotu 10⁸ omega.

4. Ochranná opatření pro snížení rizika výbuchu

Omezení koncentrace hořlavých látek

Koncentrace práškové nátěrové hmoty ve stříkacích kabinách musí být vždy udržována pod hodnotou spodní meze výbušnosti (LEL) pomocí nuceného větrání. Dle požadavků ČSN EN 12981+A1 musí být ve stříkacích kabinách zajištěn systém nuceného větrání tak, aby průměrná koncentrace práškové nátěrové hmoty ve vzduchu nepřekročila hodnotu 50 % LEL. Za průměrnou koncentraci je přitom považován poměr hmotnosti práškové nátěrové hmoty přivedené do stříkací kabiny a objemu vzduchu, odvedeného systémem větrání za stejné časové období.

Hodnotu spodní meze výbušnosti práškových nátěrových hmot lze dohledat v bezpečnostních listech. Na tomto místě je však nutno podotknout, že tomu tak není ve všech případech. V praxi se lze často setkat s bezpečnostními listy práškových nátěrových hmot, které sice připouští možnost tvorby výbušné prachovzduchové směsi, konkrétní hodnotu LEL však neuvádí. V případě, že spolehlivé údaje o hodnotě LEL nejsou k dispozici, nesmí průměrná koncentrace práškové nátěrové hmoty ve vzduchu překročit hodnotu 10 g . m^-3.

Práškové stříkací kabiny musí být vybaveny zařízením pro hlídání funkce nuceného větrání a detekci jakýchkoliv poruch systému větrání. Navíc musí být nucené větrání blokováno s přívodem vysokého napětí tak, aby bylo zabráněno zapnutí vysokého napětí, pokud nebude v provozu účinné nucené větrání.

Konstrukční opatření pro snížení rizika výbuchu

Z hlediska možnosti vzniku výbuchu představují největší nebezpečí uzavřené odlučovací systémy stříkacích kabin. Dle ČSN EN 12981+A1 musí být uzavřené odlučovací systémy stříkacích kabin vybaveny:

1. systémem pro potlačení výbuchu dle ČSN EN 14373 (tzv. HDR systém), nebo
2. systémem pro odlehčení výbuchu v kombinaci s oddělením výbuchu dle ČSN EN 14797,
3. nebo oddělením výbuchu v kombinaci s konstrukcí uzavřeného odlučovacího systému odolnou proti výbuchovému tlaku,
4. nebo systémem rychle působícího potlačení požáru pro zabránění přenosu plamene z práškové stříkací kabiny do uzavřeného odlučovacího systému, avšak pouze v případě, že lze vyloučit iniciační zdroje uvnitř uzavřeného odlučovacího systému.

Potlačení výbuchu (HRD systém)

Potlačení výbuchu představuje techniku, při které se ve vnitřním prostoru chráněného zařízení detekuje hoření výbušné atmosféry a potlačí se v počáteční fázi, s cílem zabránit vzniku škodlivých tlaků. Řídící jednotka na základě vyhodnocení údajů z tlakových, či optických detektorů na chráněném zařízení aktivuje HRD - hasicí jednotku a hasící látka se ve velmi krátkém čase (řádově milisekundy) rozpráší do chráněné nádoby.

Odlehčení výbuchu

Principem odlehčení výbuchu je otevření chráněné nádoby při výbuchu, čímž je zabráněno tomu, aby ve vnitřním prostoru nádoby vzrostl tlak na úroveň, která by způsobila její destrukci. Odlehčení výbuchu tedy nezabrání samotnému výbuchu v zařízení, pouze uvolní tlak výbuchu do okolního prostředí chráněné nádoby. U stříkacích kabin jsou však ve většině případů odlučovací systémy umístěny v prostoru s možností výskytu obsluhy. V tomto případě je nutno použít prvky pro odlehčení výbuchu, které jsou navíc doplněny konstrukcí pro zhášení plamene výbuchu a ochlazování zplodin hoření.

Konstrukce odolné výbuchovému tlaku

Konstrukce odolné výbuchovému tlaku vykazuje takovou tlakovou odolnost, že odolá výbuchovému tlaku, aniž by došlo k jejímu porušení. V tomto směru rozeznáváme konstrukce odolné výbuchovému tlaku a výbuchovému rázu. Toto rozdělení vychází z požadavku, zda se mohou na nádobě po výbuchu vyskytovat trvalé deformace. Nevýhodou tohoto druhu ochrany je však značná hmotnost takto dimenzovaných zařízení.

Systémy požární signalizace

Práškové stříkací kabiny musí být dále dle požadavků ČSN EN 12981+A1 vybaveny systémem požární signalizace s dobou odezvy kratší, než 0,5 s, který v případě detekce požáru zajistí v tomto pořadí vypnutí napájení, dodávky práškové nátěrové hmoty, čištění filtru, systému nuceného větrání a spustí vizuální a akustickou výstražnou signalizaci.

Místní automatický požární hasicí systém

Požadavky na stabilní elektrostatické zařízení pro nanášení hořlavých práškových nátěrových hmot jsou uvedeny v ČSN EN 50177 ed. 3. Tato stabilní elektrostatická zařízení jsou zařízení skupiny II, kategorie 2D nebo kategorie 3D dle nařízení vlády č. 116/2016 Sb., pro použití v prostorách s nebezpečím výbuchu zóna 21 nebo zóna 22.

Dle této normy jsou elektrostatické stříkací systémy, v závislosti na maximální energii ve výboji, která může vzniknout, děleny na tři typy:

• Typ A-P s energií ve výboji < 2 mJ
• Typ B-P s energií ve výboji < 350 mJ
• Typ C-P s energií ve výboji > 350 mJ.

Elektrostatické stříkací systémy kategorie 3D typu B-P a C-P je nutno dle ČSN EN 50177 ed. 3 vybavit místním automatickým požárním hasicím systémem, který je okamžitě spouštěn v případě detekce plamene. Po spuštění požárního hasicího systému musí být dle požadavků výše uvedené normy automaticky odpojen přívod vysokého napětí, dodávka nátěrové hmoty a přívod stlačeného vzduchu. Musí být zkontrolováno, zda je přítomný systém ochrany ve stříkací kabině rovněž schopen splnit funkci místního automatického požárního hasicího systému, tedy zda je schopen účinně chránit také prostor mezi výstupem práškové nátěrové hmoty z pistole a lakovaným výrobkem.

5. Závěr

Přestože technologie práškového lakování zdánlivě nepředstavuje tak vysoké riziko požáru a výbuchu v porovnání s nanášením organických tekutých nátěrových hmot, vznik požáru a výbuchu v nich, vzhledem k vlastnostem práškových barev, nelze zcela vyloučit. Nebezpečnou situací je zejména vznik požáru ve vnitřním prostoru stříkací kabiny v důsledku vznícení práškové barvy u stříkací pistole s jeho následným přenesením do filtrační jednotky, ve které může plamen způsobit explozi rozvířené prachovzduchové směsi. Z tohoto důvodu je nutno stříkací kabiny chránit účinnými systémy detekce a hašení požáru, spolu se systémy pro potlačení, či odlehčení výbuchu v uzavřených odlučovacích systémech, doplněnými systémy pro zabránění přenosu výbuchu zpět do stříkacích kabin.

POUŽITÁ LITERATURA

[1] Nařízení vlády č. 406/2004 Sb., o bližších požadavcích na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v prostředí s nebezpečím výbuchu.

[2] ČSN EN 12981+A1 - Lakovny - Stříkací kabiny pro nanášení organických práškových nátěrových hmot - Bezpečnostní požadavky.

[3] ČSN EN 50177 ed. 3 - Stabilní elektrostatické zařízení pro nanášení hořlavých práškových nátěrových hmot - Bezpečnostní požadavky.

[4] ČSN EN 60079-10-2 - Výbušné atmosféry - Část 10-2: Určování nebezpečných prostorů - Výbušné atmosféry s hořlavým prachem.