Tel:+381 (0) / Ivica Bačvanski dipl.el.inž.elem ELGO Beograd

Transkript

1 Eksplozivna zaštita u procesima proizvodnje, prerade i skladištenja eksploziva Zaštita od eksplozije kod proizvodnje, prerade i skladištenja eksploziva Explosion protection in production and storage of explosives Mr Vladimir Kapor dipl.el.inž. TAK Hazardous Areas, Beograd Tel:+381 (0) / vkapor@eunet.rs Ivica Bačvanski dipl.el.inž.elem ELGO Beograd Abstract: Explosion protection in the spaces endangered by commercial and military explosives is the field of the technique which is difficult to understand and that is the reason it is not included in European technical directives. The Serbian standards, the same was once Yugoslav standards, give the rules which are not completely reasonable, so the paper have intention to initiate the discussion on the matter and the forming the body to make the new ones which will be more useful for practical purposes. For example, in the standards, for all explosives we have the same rules, not mentioning the sensitivity, level of minimal ignition energies, or the category of explosives we use. Besides, the proposed protection of electrical devices is of very doubtable values for use in explosives, having in mind their ignition energies, the effects of explosion, etc. In the paper, some proposal of the authors on the matter are given. Uvod: Potreba za izučavanjem algoritama za sigurno korišćenje eksploziva u industrijske svrhe pojavila se u 19. vijeku kada su učestale eksplozije koje su odnosile neprihvatljive gubitke u ljudskim životima kao i materijalnoj šteti. Najveća eksplozija u rudnicima sa podzemnom eksploatacijom desila se u rudniku Laurel Mine u Virđiniji (SAD) 1984 godine koja je dovela do gubitka 112 života. Smatra se da je katastrofu prouzrokovala prekomjerna upotreba crnog baruta za odvijanje rudarskog procesa. U periodu desile su se 111 velikih nesreća, pri čemu se velikom nesrećom smatra ona koja je dovela do gubitka od najmanje 5 života. Ukupan broj poginulih u ovom periodu bio je 3.316, što je postalo neprihvatljivo, a konstatovano je da je najveći broj ovih eksplozija uzrokovan neodgovarajućom upotrebom crnog baruta koji je često inicirao prisutne metanske oblake ili ugljenu prašinu. Kao ilustracija neodgovarajućeg korišćenja eksploziva na fotografiji je prikazan rudar iz tog perioda koji koristi rasvjetnu lampu sa otvorenim plamenom kod pripreme šarže za barut. 109

2 Najveća zabilježena katastrofa u ovom periodu desila se u rudniku Mononga (Monongah) u Zapadnoj Virđiniji SAD koji je, prema nekim izvorima, doveo do gubitka čak 500 života. Mnogobrojne tragedije inicirale su 1910 godine istraživanja u tada novo osnovanom US Bireau od Mines koji je vremenom postao jedna od najvažnijih institucija u ove oblasti. Ovo je dovelo do razvoja prihvatljivijih eksploziva koji su značajno smanjili broj eksplozija i gubitak ljudskih života. Tako je crni barut, koji je u 19. i prvom dijelu 20. vijeka predstavljao glavni eksploziv koji se koristio u podzemnoj eksploataciji uglja zamijenjen je drugim, daleko bezbjednijim vrstama eksploziva. Međutim, od ogromnog značaja je i primjena odgovarajućih mjera koji će rizik u proizvodnji dovesti u prihvatljive granice. Na ovom polju nisu izgrađeni odgovarajući aksiomi i ovo rezultira manjkom nadnacionalne regulative iz ove oblasti koja je od interesa u mnogim područjima industrijskih aktivnosti, kako kod proizvodnje naoružanja, tako i u industrijskim aplikacijama, niskogradnji, te u rudarstvu. Ovaj rad ima želju da sublimira aktuelne stavove o eksplozivnoj zaštiti u prostorima u kojima se proizvodi, prerađuje, ili koristi eksploziv. Kratki pregled i istorijat razvoja eksploziva Poznato je da je sagorijevanje, dakle i eksplozija moguće samo hemijskom reakcijom sa kiseonikom, iz vazduha ili čistim kiseonikom, ili pak nekim drugim agensom koji sadrži kiseonik. Jedan od prvih materijala koji sadrže kiseonik, ako ne i prvi takav materijal, je kalijum nitrat (KNO 3 ) koji se često naziva indijska šalitra. Ovaj materijal, dobro izmješan sa gorivim materijalom, kao što je ugalj može da gori lako i bez kontakta sa vazduhom, sve dok se sav ugljenik ne potroši. Sagorijevanjem ugljenika produkuje se gas i toplota koja ga zagrijava i time dovodi do povećanja zapremina, odnosno do povećanja pritiska u zatvorenom volumenu. Ako se ovoj masi doda sumpor sagorijevanje je lakše, a ako se ona formira u granule dobija se barut, kao jedna od prvih eksplozivnih materija koja se uglavnom, nažalost, koristila za izradu ubojnih sredstava. Dvadesetih godina 19. vijeka, otkriven je natrijum nitrat u prirodnom obliku u Čileu i Peru, nazvan je čileansa šalitra i ona predstavlja natrijum nitrat NaNO 3 dobijen iz prirodnih izvora. Zajedno sa kalijum nitratom on predstavlja jednu od komponenti crnog baruta. Crni barut je smeša sumpora, uglja i kalijum nitrata i svrstava se u kategoriju nižih eksploziva, radi relativno spore dekompozicije i stoga niske brizance. Gasovi koji nastaju kod sagorijevanja baruta imaju dovoljnu energiju da lansiraju zrno, ali ne i da unište čauru. Crni barut ima malu gustinu energije u poređenju sa modernim bezdimnim barutima, a osim toga produkuje dim koji otkriva položaj strelca. Sagorijevanje crnog baruta konvertuje u gas manje od polovine materijala. Ostatak formira sloj čađi koja u prisustvu vlage iz vazduha ima snažno korozivno dejstvo. Osim od čileanske (natrijum nitrat NaNO 3 ) ili indijske šalitre (kalijum nitrat KNO 3 ), kiseonik se može se dobiti i na druge načine, kao na primjer odgovarajućim zagrijavanjem šalitre sa azotnom kiselinom. Pre više od jednog vijeka poznat je kalijum hlorat (kalijumova so hlorne kiseline KClO 3 ) za koga je utvrđeno da, pomiješan sa gorivim materijama, čini veoma snažan eksploziv, ali je ta smješa veoma osjetljiva i može se inicirati niskim energijama trenja, zagrijavanja, ili udara da je rad sa njim ekstremno opasan. Ipak, suv, u malim granulacijama i izmešan sa gorivim materijama, kao što je štirka, može se koristiti kao eksploziv sa pristojnom sigurnošću za korisnike.iskustvo je pokazalo da čist suv pamuk potopljen u azotnu kiselinu (HNO 3 ) predstavlja iskoristiv eksploziv. Umjesto crnog baruta, savremeno pješadijsko ili artiljerijsko oružje koristi bezdimni barut koji je sinonim za određeni broj baruta za vatrena oruđa koji produkuju veoma malo dima kad eksplodiraju, radi toga što kod sagorijevanja nastaju uglavnom gasoviti produkti, za razliku od crnog baruta kod kojeg nastaje cca 55% čvrstih produkata. Bezdimni baruti su tipično klasifikovani kao eksplozivi klase 1.3 prema preporukama UN (Preporuke za transport opasnih produkata). Iako osjetljiviji od crnih baruta, oni su skloni da sagorijevaju u formi deflagracije prije nego u formi detonacije. Noviji baruti su stabilniji i stoga sigurniji u odnosu na one koji su se pojavili ranije, ali su istovremeno i snažnijeg efekta. Oni koji su bazirani na nitrocelulozi (često eter-.alkohol koloid nitroceluloze) nazivaju se često jednofazni baruti, dok su oni kod kojih se koristi nitroglicerin za rastvaranje nitroceluloze poznati kao dvofazni baruti (double base powder). Dvofazni i jednofazni 110

3 baruti su najviše korišćeni u savremenim oružjima, tako da se pod pojmom barut danas praktično podrazumijevaju ovi materijali. Baruti sadrže različite energetske i pomoćne komponente. Kao energetske komponente koriste se nitroceluloza za većinu bezdimnih baruta, nitroglicerin kao energetska komponenta za dvofazne ili trofazne formulacije, nitroguanidin za trofazne formulacije, ali ponekad i D1NA (bisnitroksietilnitramin), fivonit (tetrametilolciklopentanon), DGN (dietil glikol dinitrat) i acetil celuloza. Sredstva za usporenje sagorijevanja mogu biti centraliti (difenil urea), dibutil ftalat, dinitrotoluen, akardit (asimetrični difenil urea), kamfor, itd. Kao stabilizatori se koriste difenilamin, kalcium karbonat, magnezium oksid, natrijum bikarbonat, beta-naftol metil eter, amil alkohol i anilin. Kao aditivi za sprečavanje stvaranja bakarnih ostataka iz čaura koriste se kalaj ili kalaj dioksid, bizmut, bizmut trioksid, bizmut subkarbonat, itd. Za dodatnu redukciju produkcije dima koriste se kalijum hlorid, kalijum nitrat, kalijum sulfat, itd. Ostali aditivi koji se koriste mogu biti vosak, talk, titanium dioksid, etil acetat, grafit koji ima ulogu podmazivanja i sprečavanja spajanja zrnaca i dodatno ulogu disipacije statičkog naelektrisanja. Nitroceluloza ne sadrži dovoljno kiseonika za oksidaciju ugljenika i vodonika, a ovaj se deficit povećava dodavanjem grafita i organskih stabilizatora. Proizvod sagorevanja baruta su vodonik i ugljen monoksid, koji kad zrno napusti cev, inicirani toplotom izlaznih gasova i uz prisustvo kiseonika iz atmosferskog vazduha bivaju upaljeni i time otkrivaju mesto na kome se nalazi strelac noću. Sprečavanja ovog dejstva bljeska postiže se dodavanjem aditiva kao nitroguanadin ili amnonijum nitrat koji smanjuju temperaturu izlaznih gasova. Nitroceluloza kao jedna od osnovnih komponenti baruta dobije se nitriranjem celuloze izlaganjem azotnoj kiselini ili nekom drugom nitrirajućem sredstvu kao što je kalijum nitrat. Proces kojim se celuloza se celuloza pretvara u celulozni nitrat i vodu odvija se na sledeći način: 3HNO 3 + C 6 H 10 O 5 C 6 H 7 (NO 2 ) 3 O 5 + 3H 2 O Nitroceluloza (celulozni nitrat) je veoma zapaljiva smješa, a kao celulozna baza obično se koristi pamuk. Nitroglicerin se dobije laganim dodavanjem glicerina u koncentrovanu azotnu i sumpornu kiselinu, uz stalno miješanje u hladnom stanju, tako da je reakcija između glicerina i natrijumove kiseline slična reakciji sa pamukom. Kao rezultat ove reakcije NO 2 grupe iz kiseline zamenjuju kiseonik u glicerinu, što uzrokuje da se relativno bezazleni materijal postaje opasan i osetljiv eksploziv nitroglicerin u formi tečnosti slične ulju, koja je u čistom stanju bezbojna, mada se na tržištu pojavljuje kao blijedo žuta tečnost. Osim što je jako eksplozivan, on je i otrovan ne samo kod gutanja, nego i kod udisanja njegovih para, pa čak i u dodiru sa kožom, tako da i kap materijala koja padne na primjer na prst izaziva jaku glavobolju. Nakon ponovljenih kontakata, neke osobe nemaju više glavobolje, ali on ipak ostaje otrovan kod eventualnog gutanja. Nitroglicerin se može smrznuti izlaganjem temperaturi ispod 11 o C, ali se mora odmrznuti prije upotrebe kao eksploziv. Nitrocelulozu je razvio Frederik August Abel 1865 godine, a godinu nakon toga usledio je pronalazak dinamita od strane Alfreda Nobela. Kako je nitroglicerin tečan, opasnost od njega je uvećana jer on može isteći iz kontejnera u kojem se skladišti i proizvesti neželjene efekte eksplozije u prostorima, vremenu ili količini u kojima nije očekivana. Ovo je bio uzrok mnogih akcidenata, ali je opasnost redukovana kada se nitroglicerin apsorbuje u poroznoj materiji, kada postaje dinamit. Dinamit je nitroglicerin apsorbovan u čvrstom materijalu koji može biti pasivni i aktivni. Pasivni materijal daje niže efekte, a jedan od tipičnih aktivnih materijala je barut. Kiseonik iz čileanske šalitre može dobiti odgovarajućim zagrijavanje čileanske ili indijske šalitre sa sumpornom kiselinom iz čega se dobija azotna kiselina (HNO 3 ) koja sadrži sav kiseonik koji je sadržala šalitra. Iskustvo, taj osnov i pokretač ljudskog napretka, pokazalo je da se tretiranjem pamuka, ili štirke, ili pak glicerina dobije barutni pamuk od pamuka, ili nitroglicerin iz glicerina pripremljenog na ovaj način, koji su mnogo osjetljiviji i mnogo snažniji eksplozivi od supstanci dobijenih mješanjem gorivih materija sa šalitrom. Ti materijali mogu se detonirati kapislom i dovesti 111

4 do snažnijih detonacija od smješa sa šalitrom. Isto tako je pokazalo iskustvo da dejstvo alkohola na rastvore metala, kao što je bakar srebro, ili živa u azotnoj kiselini dovodi do materijala koji su još mnogo osjetljiviji, ali i koji mogu dovesti do mnogo snažnijih eksplozivnih efekata nego što su ona kod nitro glicerina. Najviše korištena materija dobijena na ovaj način je živin fulminat koji je tako osjetljiv da se može aktivirati i malim trenjem ili zagrijavanjem i dovodi do eksplozije koja je u stanju da uništi većinu materija sa kojima je u dodiru. Osim toga, i mala količina ovog materijala u kontaktu sa barutom, nitroglicerinom, dinamitom, ili sličnim eksplozivima čini da oni eksplodiraju veoma snažno i produkuju veoma razorne efekte. Neki od parametara koji definišu karakteristike eksploziva su, između ostalog, i: Brizanca koja odražava razornu sposobnost eksploziva. Brizantan je eksploziv koji, kod eksplozije, veoma brzo dostiže svoja maksimalni pritisak i tako formira udarni talas koji uzrokuje razaranje okolnog materijala udarnom rezonancom, u kontaktu sa nadzvučnim udarnim talasom. Postoji mnogi testovi kojima se pokušavaju dati upoređenje raznih eksploziva, ali ni jedan nije dovoljan da se sa sigurnošću iskažu osobine eksploziva, te je često potrebno ponekad izvesti više takvih testova da se dobije kvalitetna slika. Jedan od testova je test sa pijeskom je veoma pogodan da se procijeni reletivna brizanca eksploziva u odnosu na trinitro toluol (TNT). Jedan od najbrizantnijih eksploziva je ciklotrimetilen trinitramin koji se još naziva i RDX ili heksogen. Prethodne činjenice, iznesene ukratko ukazuju se da postoje najmanje dve klase eksploziva, od kojih je u prvu grupu čine smeše sa šalitrom koje produkuju jednostavno brzo sagorijevanje i razvoj vrelih gasovitih produkata, pri čemu nakon sagorijevanja, preostaje oko polovine čvrstog ostatka, koji uzrokuju relativno mala razorna dejstva i stoga se nazivaju nižim eksplozivima. Druga klasa su eksplozivi koji reaguju u potpunosti i razvijaju velike količine vrelih gasova, te stoga su efekti ovakvih eksploziva mnogo razorniji. Ovi efekti su razlog da se ovi eksplozivi nazivaju višim eksplozivima, ili po nekad detonirajućim eksplozivima. Niži eksplozivi su oni kod kojih je brzina kroz materijal manja od brzine zvuka, a kod viših eksploziva je ova brzina nadzvučna. Sagorijevanje kod nižih eksploziva je u obliku deflagracije, brzina može se značajno povećati kada je eksploziv pod visokim pritiskom ili temperaturom što je slučaj kada se eksplozija dešava u zatvorenom prostoru. U niže eksplozive svrstavaju se baruti i izvjesne pirotehničke smeše. Niži eksplozivi postavljeni na vrh stijene kod eksplozije ne razore stijenu, jer je brzina eksplozije niska, te gasovi nastali eksplozijom imaju vremena do podignu vazduh iznad sebe i na taj način napuste mjesto eksplozije. Za više eksplozive međutim karakteristično je da je brzina eksplozije, odnosno količina razvijenih vrelih gasova takva da ne postoji mogućnost pražnjenja potiskivanjem vazduha iznad sebe i stoga su efekti razaranja stijene, ili nekih drugih čvrstih materijala u kontaktu sa eksplozivnom materijom. Brzina detonacije kod viših eksploziva je ona kod kojih je udarni talas nadzvučne brzine i obično je od 3000 do 9000 metara u sekundi. U skladu sa njihovom osjetljivošću ovi se eksplozivi dijele na primarne i sekundarne eksplozive. Primarni eksplozivi su jako osjetljivi na udar, trenje, statički elektricitet, pa i elektromagnetno zračenje. Grubo se može reći da su primarni eksplozivi oni koji su osjetljiviji od PETN (Pentaeritritol tetranitrat) koji ima relativni faktor efektivnosti od 1,66. Primarni eksplozivi često služe kao detonatori ili inicijatori većih količina sekundarnih eksploziva, jer je i mala količina reda miligrama dovoljna da inicira veće količine sekundarnih eksploziva. Neki od primarnih eksploziva su aceton peroksid, amonijum permanganat, diazodinitrofenol, olovo azid, olovo pikrat, živin fulminat, natrijum trihlorid, natrijum trijodid, nitroglicerin, srebro azid, fulminat srebra, tetrazin, itd. Sekundarni eksplozivi su manje osjetljivi od primarnih, odnosno potrebna je relativno veća energija za njihovo iniciranje. Međutim, manja osjetljivost omogućava njihovu širu primjenu i čini ih 112

5 bezbjednijim za skladištenje i manipulaciju. Obično se iniciraju malim količinama primarnog eksploziva. Primjeri sekundarnih eksploziva su TNT i već pomenuti RDX. Postoje i tercijarni eksplozivi, ponekad nazvani pirotehničke smješe, koji su tako neosjetljivi da ih je teško aktivirati malim količinama primarnih eksploziva, te je za inicijaciju potrebna i izvjesna količina sekundarnog eksploziva, prethodno iniciranog primarnim eksplozivom. Relativni faktor efektivnosti (R.E.) je mera efektivnosti eksploziva koji se koristi za vojne aplikacije kao uporedni faktor u odnosu na TNT po težini. Njegovo poznavanje omogućava proračun potrebne količine eksploziva koji treba da imaju isti efekat kao odgovarajuća količina TNT. Dakle veći broj R.E. označava veću snagu eksplozije. U tabeli dole date su karakteristike nekih eksploziva. Eksploziv Gustina Brzina udarnog talasa R.E. (g/cm 3 ) (m/s) Amonijum nitrat (AN) 1, ,42 ANFO (75% KNO3 + 15%C + 1, ,55 10%S Eritritol tetranitrat 1, ,6 TNT 1, Amatol (70% TNT + 20% AN 1, ,17 Tetritol (70% Tetril + 20% TNT) 1, ,20 Tetril 1, ,25 PETN 1, ,66 RDX (1,3,5-Trinitro-1,3,5-triazin) 1, ,6 Osim po efektivnosti, eksplozivi se kategoriši i po drugim elementima, od kojih je za temu ovog rada bitna osjetljivost koja označava najmanju energiju udara, trenje ili zagrijavanja koja je potrebna za aktiviranje, odnosno detonaciju određenog eksploziva. Relativna osjetljivost nekog eksploziva nije uvijek proporcionalna po ova tri kriterijuma. Neki od ispitivanja koja služe određivanju osjetljivosti eksploziva su: Osjetljivost na udar koja se izražava u rastojanju sa kog se teg standardne težine mora ispustiti tako da prouzrokuje eksploziju. Osjetljivost na trenje koja se izražava od efekata klatna određene težine koje struže kroz eksploziv dok ne dođe do paljenja, odnosno eksplozije. Osjetljivost na zagrijavanje koja se izražava u temperaturi kod koje dolazi do eksplozije. Osim ovoga, od značaja su i neke druge vrednosti koje se uglavnom relativne, jer je drugačije to teško mjeriti. Druga bitna karakteristika, posebno od značaja za temu ovog rada je stabilnost eksploziva, koja označava sposobnost eksploziva da se skladišti bez uticaja na njegov kvalitet. Na stabilnost utiču faktori kao što su hemijski sastav, temperatura skladištenja, izloženost insolaciji, kao i osjetljivost na elektrostatička pražnjenja. Tako da neke grupe kao što je nitro (NO 2 ), nitrat (ONO 2 ) ili azidi (N 3 ) veoma nestabilne. Primjer je olovo azid Pb(N 3 ) 2. Temperatura skladištenja povećava osjetljivost eksploziva. Svi standardni vojni eksplozivi imaju solidnu stabilnost na temperaturama od o C, a najveći broj eksploziva postaje opasno nestabilan na temperaturama iznad 70 o C. Izlaganjem insolaciji, posebno ultravioletnim dijelom sunčevog spektra mnogi eksplozivi, a posebno oni koji sadrže azotnu grupu biće izloženi brzoj dekompoziciji. Klasifikacija prostora ugroženih eksplozivima Saglasno domaćoj tehničkoj regulativi, odnosno standardima eksplozivi su sve materije kod kojih hemijska reakcija razlaganja protiče u veoma kratkom vremenu uz promenu hemijskog sastava i razvijanje značajnih količina toplote. Eksplozivima se, u smislu standarda SRPS N.S.006 smatraju 113

6 eksplozivi, sredstva za paljenje eksploziva, pirotehnički proizvodi, municija, barut, sirovine za eksplozivnog karaktera za proizvodnju eksploziva. Pod pojmom ugroženog prostora, u smislu srpskih standarda SRPS N.S8.006 i SRPS N.S8.010 podrazumjeva se prostor ugrožen od sagorijevanja ili eksplozije eksploziva prilikom proizvodnje, prerade, ili uskladištenja eksploziva. Ugroženi se prostori dijele na sledeće grupe: - Prostori ugroženi od eksploziva u obliku prašine, sublimata, kristala vlažnog eksploziva, eksploziva u plastičnom, želatinoznom, ili gasovitom stanju, koji se utvrđuju standardom SRPS N.S8.006, - Prostori ugroženi od eksploziva, gasova, para, maglica, koji se utvrđuju standardom SRPS N.S8.006, kao i standardom SRPS EN , - Prostori ugroženi od eksploziva, gasova, para, maglica, koji se utvrđuju standardom SRPS N.S8.006, kao i standardom SRPS EN i standardom SRPS N.S8.008, - Prostori ugroženi od eksploziva i prašina koji se utvrđuju standardom SRPS EN i standardom SRPS N.S Dakle, u prostorima u kojima se radi sa eksplozivima, postoji mogućnost da postoje i prostori koji su ugroženi opasnim gasovitim materijalima i/ili prašinom, i te prostore treba klasifikovati u skladu sa odgovarajućim domaćim standardima. Mada se srpska tehnička regulativa usaglašava sa evropskom, u ovom području ne postoji regulativa na nadnacionalnom nivou, te je jasno da se primjenjuju srpski standardi SRPS N.S8.006 i SRPS N.S U smislu ovih standarda definisane su zone opasnosti kao: Zona opasnosti E0: Prostor u kojem eksploziv praši, isparava, odnosno sublimira stalno, uz mogućnost trajnog dodira eksploziva sa električnim uređajima, Zona opasnosti E1: Prostor u kojem eksploziv praši, isparava, odnosno sublimira samo povremeno, a dodir eksploziva sa električnim uređajima može biti samo u nenormalnim uslovima. Zona opasnosti E2: Prostor u kojem eksploziv ne praši, ne isparava, odnosno ne sublimira ali može doći do inicijacije eksploziva sa električnim uzročnikom samo u izuzetnim okolnostima (na primer skladišta eksploziva u pakovanju za daljnji transport). Za razliku od standarda koji se odnose na gasovite i praškaste materijale koji mogu da, u smješi sa vazduhom, formiraju eksplozivnu smješu, kod standarda za definisanje i klasifikaciju ugroženih prostora eksploziva ne postoji nikakva kvantifikacija, pa čak ni primjeri, koji se mogu koristiti. Osim toga, pod pojmom eksplozivima se podrazumjevaju svi materijali, bez obzira na razlike koje su, dijelom, prikazane u prethodnom tekstu. Jasno je da se o vrsti eksploziva, odnosno o njihovoj osjetljivosti moraju drugačije klasifikovati prostori ugroženi eksplozijom i na ovome se treba raditi u budućnosti. Za razliku od gasovitih, pa i praškastih materijala, mnogi standardni pojmovi koji su bitni kod pomenutih materijala nisu primjenjivi kod eksploziva. Na primjer granice eksplozivnih koncentracija (LEL i UEL) nisu primjenjivi za eksplozive, iz razloga što eksplozivi imaju inkorporiran oksidans, te se mogu inicirati u svim količinama, pri čemu su samo efekti zavisni od vrste i količine eksploziva, ali ne i mogućnost inicijacije koja zavisi od osjetljivosti, ali ne i nepostojećih granicama eksplozivnosti. Jedna od bitnih razlika u odnosu na gasne smješe su i minimalne energije paljenja kod eksploziva. Dok je kod gasova i para eksplozivne grupe IIA minimalna energija paljenja reda 200µJ, kod gasova i para eksplozivne grupe IIB reda 60µJ, a kod gasova eksplozivne grupe IIC reda 20µJ, precizniji podaci o minimalnim energijama paljenja eksploziva nisu dostupni u literaturi, ali se u njoj može pronaći podatak da se su one čak i reda 0,01 µj naravno za osjetljive eksplozive. Za primarne i više eksplozive ove su energije veoma male, te ih je teško mjeriti, ali je moguće je da su ovi podaci poznati, ali ispitivanja nisu javna, obzirom na karakter proizvoda. U italijanskoj regulativi postoji Klasa 1 koja se dijeli na zone 0, 1 i 2, što liči na našu podjelu. Bilo bi potrebno izraditi novu regulativu iz ove oblasti, imajući u vidu izneseno naprijed, sa idejom da se daju jasnije smjernice za klasifikaciju ugroženih prostora. Ovo bi moralo uključiti i smjernice za različite vrste eksploziva, kako za primerne, tako i sekundarne i tercijerne eksplozive, uzimaju u obzir i bitne faktore, kao što je osjetljivost eksploziva, temperatura paljenja, odnosno razlaganja eksploziva. 114

7 Protiveksplozivna zaštita prostora ugroženih eksplozivima Standard SRPS N.S definiše prihvatljivu vrstu zaštite električnih uređaja u prostorima ugroženim eksplozivima kako slijedi: Zona E0: Električni uređaji Upotreba električnih uređaja se u zoni E0 u načelu izbegava, ako to nije neophodno. Ako je ugradnja ipak neizbežna, mora se postići dovoljna sigurnost u odnosu na uticaje okoline kao što su termički, mehanički, korozivni, električni i elektrostatički. U tretiranim prostorima za električne uređaje koji mogu biti uzročnik paljenja u normalnom stanju mogu se koristiti sledeće vrste zaštite: Stepen zaštite IP 65 (prema SRPS IEC 529), uz sve priključke osigurane od popuštanja, U zaštiti ExdIIBT (nepropaljivo kućište neprodorni oklop) ili više uz najmanji stepen zaštite od prodora prašine IP54, U zaštiti ExpIIT uz najmanji stepen zaštite od prodora vode i prašine IP54 ili više, U zaštiti Exm IIT. Za uređaje koji mogu biti uzročnik paljenja samo u nenormalnoj pogonskoj situaciji mogu se koristiti sledeće zaštite: Stepen zaštite IP 65 uz sve priključke osigurane od popuštanja, U zaštiti ExdIIBT (nepropaljivo kućište neprodorni oklop) ili više uz najmanji stepen zaštite od prodora prašine IP54, U zaštiti ExpIIT uz najmanji stepen zaštite od prodora vode i prašine IP54 ili više, U zaštiti Exm IIT, U stepenu zaštite IP54 uz sve priključke osigurane od popuštanja, U povećanoj sigurnosti ExeIIT sa stepenom zaštite IP54 U samosigurnoj izvedbi Exib IIBT. Temperaturna klasa uređaja određuje se temperaturom inicijacije ili razlaganja eksploziva, čije se vrijednosti mogu naći u literaturi. Svetiljke moraju biti izvedene kao napred, ali moraju imati mehaničku zaštitu koja zadovoljava ispitivanjima prema i standarda SRPS N.S8.011 energijom od 7J. Zona E1: Dozvoljena zaštita električnih uređaja u zoni E1 su sve vrste zaštite dozvoljene u zoni E0. Aktivni delovi uređaja koji mogu biti uzročnik paljenja u normalnom pogonu mogu biti u jednoj od vrsta zaštite kako sledi: - U stepenu zaštite najmanje IP54 (prema SRPS IEC 529), uz priključke zaštićene od popuštanja. - U zaštiti ExdIIBT (nepropaljivo kućište neprodorni oklop) ili više uz najmanji stepen zaštite od prodora prašine IP54, - U zaštiti ExpIIT uz najmanji stepen zaštite od prodora vode i prašine IP54 ili više, - U zaštiti Exm IIT, - U zaštiti Exib IIBT uz stepen zaštite od prodora vode i prašine Aktivni dijelovi uređaja koji mogu biti uzročnik paljenja u samo u slučaju kvara mogu biti u jednoj od vrsta zaštite kako sledi: - U stepenu zaštite najmanje IP54 uz priključke zaštićene od popuštanja. - U zaštiti ExdIIBT (nepropaljivo kućište neprodorni oklop) ili više uz najmanji stepen zaštite od prodora prašine IP54, - U zaštiti ExpIIT uz najmanji stepen zaštite od prodora vode i prašine IP54 ili više, - U zaštiti Exm IIT, - U zaštiti Exib IIBT uz stepen zaštite od prodora vode i prašine 115

8 - U stepenu zaštite IP44 (priključne kutije IP54) uz sve priključe osigurane od popuštanja, - U stepenu zaštite ExeIIT, - U zaštiti ExibIIBT Zona E2: U zoni E2 dozvoljena je upotreba svih vrsta zaštite prikladnih za zone E0 i E1. Osim toga, aktivni delovi uređaja koji mogu biti uzročnik paljenja u normalnom pogonu mogu biti z mehaničkom stepenu zaštite IP44 (?). Dozvoljena je upotreba mjernih signalnih, uređaja u zaštiti Exi sa stepenom sigurnosti u skladu sa SRPS N.S8.301, sa zaštitom iskrećih uređaja u stepenu zaštite najmanje IP43. Najmanji stepen zaštite za svetiljke je IP44 (?), a ako je izložen mehaničkim oštećenjima onda je neophodna mehanička zaštita. Za eksplozive temperature paljenja, odnosno razlaganja 160 o C ili više, površinska temperatura ne sme preći 120 o C. Za one niže temperature ona ne sme premašiti 2/3 temperature paljenja eksploziva. Za zonu E2 i kratkotrajna zagrevanja do 5 sekundi, površinska temperatura ne sme premašiti temperaturu paljenja (razlaganja) eksploziva. Ovi zahtjevi se mogu zaista kritički posmatrati, jer je jasno da konvencionalne vrste eksplozivne zaštite namjenjene primjeni u prostorima ugroženim zapaljivim gasovima i parama zapaljivih tečnosti, posebno neke od ovih koje su navedene u standardu SRPS N.S8.010 nisu prikladne za primjenu u prostorima ugroženim eksplozivima. Uzećemo primjer zaštite Neprodorni oklop (nepropaljivo kućište ) Exd koja se bazira na slijedećim premisama: Nosilac zaštite je kućište uređaja koje, u najkraćem, mora da izdrži pritisak eksplozije ugrožavajućeg materijala bez plastičnih deformacija, a da se istovremeno ne desi probojno paljenje iz unutrašnjosti ka spoljnoj atmosferi. To što je odabrana eksplozivna grupa IIB malo znači jer označava praktično samo kvalitet raspora kućišta. Osim toga grupa IIB je kod svih ozbiljnih proizvođača u Evropi predstavlja najnižu grupu uređaja koje uopšte proizvode. Uređaji grupe IIB ispituju se paljenjem stehiometrijske smješe etilena sa vazduhom minimalne energije paljenja cca 60µJ. Nije ispitano kakve bi efekte imala eksplozija eksploziva unutar kućišta, posebno brizantnijih, ali može se realno pretpostaviti da bi efekti bili razorni po kućište koji je jedini nosilac zaštite, dakle zaštita vrlo vjerovatno ne predstavlja nikakvu ili malu sigurnost. Zaštita Ex ib IIBT, ograničava energiju strujnog kola ispod minimalne energije paljenja gasova eksplozivne grupe IIB, Za podsjećanje napomenućemo da je energija paljenja gasova grupe IIA reda veličine 200µJ, za gasove grupe IIB oko 60µJ, dok je za najopasnije gasove (po ovom kriterijumu) gasove grupe IIC minimalna energija paljenja reda 20 µ. Ako to poredimo sa energijama paljenja, a posebno primarnih i osjetljivih eksploziva vidimo da nam čak i zaštita ExibII CT ne pruža, a posebno ne, dokazanu sigurnost. Jedino što možemo u ovom stanju tehničkih saznanja je sprečavanje ulaska eksploziva unutar kućišta, dakle zaštitom od prodora vode i čvrstih tijela (dakle i prašine) unutar kućišta uz istovremeno ograničenje temperature spoljne površine kućišta na vrijednost dovoljno ispod temperature inicijacije ili razlaganja eksploziva. Međutim, zahtjevani stepeni zaštite od prodora čvrstih tijela i prašine su opet, prema standardu SRPS N.S8.010 niži nego oni zahtjevani za zaštitu od eksplozije praškastih materijala. Iz gore navedenog vidi se da su prihvatljivi i uređaji u zaštiti IP44, čak i za zone E1. Iz ovoga bi se moglo zaključiti da je, na primjer prašina ugljena, ili prašine žitarica, opasnija od prašine čak i osjetljivih eksploziva. Naravno da ovo ne odgovara istini, ne potcjenjujući opasnost od eksplozije organskih i neorganskih prašina. Smatramo da je neophodno zahtijevati stepen zaštite od najmanje IP 65, a u zoni E1 i IP66 i IP67, posebno za više eksplozive. Smatramo da je od konvencionalnih zaštita prikladna zaštita Exp, posebno za veća razvodišta, koja opet u principu treba izbjegavati u ugroženom prostoru. Radi podsjećanja dajemo tabelarno i ilustrativno stepene zaštite od prodora čvrstih tijela (uključujući prašine) i od vode. 116

9 Stepen zaštite električnih uređaja od prodora čvrstih tela (prema tome i prašine) označavaju se oznakom IP i dva broja X i Y (IPXY, na primer IP65), od kojih prvi označava stepen otpornosti kućišta na ulazak čvrsti tela, a drugi broj označava otpornost kućišta na ulazak vode. Ovi brojevi imaju sledeće značenje prema tabeli dole. Oznake zaštite od prodora čvrstih tela i vode Zaštita od prodora čvrstih Značenje Zaštita od prodora vode Značenje tela (X) (Y) 0 Bez zaštite 0 Bez zaštite 1 Zaštita od dodira rukom 1 Zaštita od kapajuće vode vertikalno 2 Zaštita od dodira prstom 2 Zaštita od kapajuće vode pod uglom 15 o 3 Zaštita od dodira alatom 3 4 Zaštita od dodira žicom 4 Zaštita od kapajuće vode pod uglom 60 o Zaštita od kapajuće vode iz svih smerova 5 Delomična zaštita od prodora prašine 5 Zaštita od mlaza vode 6 Potpuna zaštita od prodora prašine 6 Zaštita od snažnog mlaza vode 7 Zaštita od kratkotrajnog potapanja 8 Zaštita od potapanja 117

10 Fruška ž ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina septembar Grafički prikaz oznaka dat je na slikama koje slede. OZNAKE ZAŠTITE OD PRODORA CVRSTIH TELA I VODE OZNACAVANJE : IP XY; PRI CEMU "X" OZNACAVA ZAŠTITU OD PRODORA CVRSTIH TELA (I PRAŠINE KAO OBLIKA CVRSTOG TELA), A "Y" ZAŠTITU OD PRODORA VODE. IP 1Y 50mm "X" = 0 - BEZ ZAŠTITE; "X" = 1 - ZAŠTITA OD DODIRA "RUKOM"; ISPITIVANJE SE VRŠI ETALONOM PROMERA 50mm KOJIM SE NE MOŽE DOHVATITI NI JEDAN AKTIVNI DEO UREĐAJA IP 2Y 12mm "X" = 2 - ZAŠTITA OD DODIRA "PRSTOM; ISPITIVANJE SE VRŠI ETALONOM PROMERA 12mm KOJIM SE NE MOŽE DOHVATITI NI JEDAN AKTIVNI DEO U REĐAJA IP 3Y 2,5mm "X" = 3 - ZAŠTITA OD DODIRA "ALATOM"; ISPITIVANJE SE VRŠI ETALONOM PROMERA 2,5mm KOJIM SE NE MOŽE DOHVATITI NI JEDAN AKTIVNI DEO U REĐAJA IP 4Y 1mm "X" = 4 - ZAŠTITA OD DODIRA "ŽICOM"; ISPITIVANJE SE VRŠI ETALONOM PROMERA 1mm KOJIM SE NE MOŽE DOHVATITI NI JEDAN AKTIVNI DEO U REĐAJA IP 5Y "X" = 5 - DELOMICNA ZAŠTITA OD PRODORA PRAŠINE; ISPITIVANJE SE VRŠI U STANDARDIZOVANOJ KOMORI SA UZVITLANOM PRAŠINOM. NAKON ISPITIVANJA IZVESNA KOLICINA PRAŠINE ULAZI U KOMORU, ALI U KOLICINI KOJA NE OMETA NORMALAN RAD UREĐAJA IP 6Y "X" = 5 - DELOMICNA ZAŠTITA OD PRODORA PRAŠINE; ISPITIVANJE SE VRŠI U STANDARDIZOVANOJ KOMORI SA UZVITLANOM PRAŠINOM. NAKON ISPITIVANJA IZVESNA KOLICINA PRAŠINE ULAZI U KOMORU, ALI U KOLICINI KOJA NE OMETA NORMALAN RAD UREĐAJA 118

11 Fruška ž ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina septembar IP X1 "Y" = 0 - BEZ ZAŠTITE OD PRODORA VODE; "Y" = 1 - ZAŠTITA OD KAPAJUCE VODE VERTIKALNO ISPITIVANJE KAPANJEM VODE VERIKALNO. NAKON ISPITIVANJA NEMA VODE U UNUTRAŠNJOSTI UREĐAJA IP X2 o 15 o "Y" = 2 - ZAŠTITA OD KAPAJUCE VODE POD UGLOM OD 15 ; ISPITIVANJE KAPANJEM o VODE POD UGLOM OD 15. NAKON ISPITIVANJA NEMA VODE U UNUTRAŠNJOSTI UREĐAJA 60 o IP X3 o "Y" = 3 - ZAŠTITA OD KAPAJUCE VODE POD UGLOM OD 60 ; ISPITIVANJE KAPANJEM VODE POD UGLOM o OD 60. NAKON ISPITIVANJA NEMA VODE U UNUTRAŠNJOSTI UREĐAJA IP X4 "Y" = 4 - ZAŠTITA "Y" = 4 OD - ZAŠTITA KAPAJUCE OD KAPAJUCE VODE IZ SVIH VODE SMEROVA; IZ SVIH SMEROVA; ISPITIVANJE ISPITIVANJE KAPANJEM KAPANJEM VODE VODE IZ SVIH IZ SVIH SMEROVA. SMEROVA. NAKON NAKON ISPITIVANJA NEMA VODE U U UNUTRAŠNJOSTI UREĐAJA UREĐAJA IP X5 "Y" = 5 - ZAŠTITA OD PRSKAJUCE VODE IZ SVIH SMEROVA; ISPITIVANJE PRSKANJEM VODE IZ SVIH SMEROVA. NAKON ISPITIVANJA NEMA VODE U UNUTRAŠNJOSTI UREĐAJA "Y" = 6 - ZAŠTITA OD SNAŽNOG MLAZA VODE IZ SVIH SMEROVA; ISPITIVANJE SNAŽNIM MLAZOM VODE IZ SVIH SMEROVA. NAKON ISPITIVANJA NEMA VODE U UNUTRAŠNJOSTI UREĐAJA IP x7 15cm (min) "Y" = 7 - ZAŠTITA KRATKOTRAJNOG POTAPANJA; ISPITIVANJE POTAPANJEM U TRAJANJU 1 min. DO DUBINE 15cm. NAKON ISPITIVANJA NEMA VODE U UNUTRAŠNJOSTI UREĐAJA 1m "Y" = 8 - ZAŠTITA POTAPANJA; ISPITIVANJE POTAPANJEM U TRAJANJU 1 h DO DUBINE 1m. NAKON ISPITIVANJA NEMA VODE U UNUTRAŠNJOSTI UREĐAJA IP X8 U prostorima ugroženim eksplozivima potrebno izbjegavati postavljanje električnih uređaja, ali i drugih uzročnika paljenja osim kad je to neophodno. 119

12 Fruška ž ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina septembar Još je bitno pomenuti da je od tri dijela eksplozivne zaštite (primarna, sekundarna i tercijerna eksplozivna zaštita), najvažnija primarna i tercijarna eksplozivna zaštita. U primarnu zaštitu bi posebno uključili savršenu tehnološku disciplinu, bez koje su sve tehničke mjere malo efektivne. Stoga je kvalitetna procjena opasnosti, propisivanje zaštitnih mjera i njihova kontrola nezamjenjiva u ovim uslovima. Bez obzira na tehničke i organizacione mjere, vjerovatnoća eksplozije nije mala, što pokazuje i iskstvo, te stoga veliku pažnju moramo posvetiti mjerama tercijarne zaštite, odnosno zaštiti od posljedica eksplozije, odnosno od širenja eksplozije na prostore koji u prvom akcidentu nisu zahvaćeni. Ostavimo to nekom slijedećem radu, jer za to ovdje nemamo mjesta. Zaključak: Iz gore navedenog lako je zaključiti da je tehnička regulativa koja tretira oblast eksplozivne zaštite u prostorima u kojima se proizvode, prerađuje ili skladišti materijal koji se svrstava u eksplozive veoma oskudna, nedorečena, bazirana na pretpostavkama koje su veoma proizvoljne, pa i netačne, kako na nacionalnom tako na žalost i na nadnacionalnom nivou. Stoga je želja autora da ovim veoma kratkim radom ukažu na ove nedorečenosti i da iniciraju ozbiljan rad na dogradnji ili dopuni postojećih relevantnih standarda, ili još bolje na donošenju novih, uz saradnju korisnika, proizvođača i drugih zainteresovanih strana, što bi zaštitnu vrijednost postrojenja dovela na optimalan nivo uz racionalna ulaganja. Nemamo iluziju da bi neke tehničke mjere mogle zamijeniti vanrednu tehnološku disciplinu koju rad u ovim prostorima zahtjeva, kao ni iluziju da bi te mjere dovele do apsolutne sigurnosti ovakvih postrojenja, ali bi procesi koji uključuju rad sa eksplozivima bili bezbjedniji, uz prihvatljiva ulaganja. Literatura: SRPS N.S8.006: Zone opasnosti prostora ugroženih eksplozivima SRPS N.S8.010: Električni uređaji u prostorima ugroženim eksplozivima Standard SRPS EN : Klasifikacija opasnih prostora SRPSEN : Električne instalacije u opasnim prostorima (osim rudnika) V. Kapor: Elektroenergetske instalacije u prostorima ugroženim eksplozivnim smešama, Magistarski rad, ETF Zagreb 1985 V. Kapor, J. Elazar: Probabilistički principi određivanja zona opasnosti, SPex, ETF Beograd, 1995 Radošević: Priručnik za hemičare i tehnologe; Beograd 1968 Kapor, Peković: Bitni faktori koji utiču na evaluaciju eksplozivno ugroženih prostora Međunarodno savetovanje Beograd Novembar 1997 CEI 64-2 Impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione, Comitato electtrotecnico Italiano 1991 CEI 31-35: Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive per la presenza di gas; Guida alla classificatione dei luoghi peicolosi; Comitato elettrotecnico Italiano, R. Vittori: Protezione eletrica antideflagrante, Editoriale Delfino Milano 1998 J. Henrych: The dynamics of explosions and its use. Elsevier 1979 J.G. Torrent: Definition of and Insights into Explosion related Phenomena; The 3 rd World Wide Seminar on the Explosion Phenomenon and the Application of Explosion Protection Technique in Practice; Flanders Expo Ghent Belgium, February 1999 V.Kapor, G.Koldžić: Optimizacija relevantnih parametara pri projektovanju instalacija u eksploziono ugroženim prostorima, Ex Tribina 2003 godine V.Kapor: Prilog razradi primjera definisanja zona opasnosti saglasno SRPS EN