PROFILAKTYKA ZAGROŻEŃ ELEKTRYCZNOŚCIĄ STATYCZNĄ

Głównymi celami ochrony anty(elektro)statycznej są zapobieganie zapłonowi atmosfer wybuchowych i rażeniom elektrostatycznym. Metodą osiągnięcia celu jest zapobieganie powstawaniu wyładowań elektrostatycznych.

W celu zapewnienia skuteczności ochrony antystatycznej, musi być ona wdrażana na wszystkich poziomach planowania, przygotowania i prowadzenia procesów technologicznych, prowadzonych w zakładach pracy, w których mogą wystąpić atmosfery wybuchowe, budową i wyposażeniem pomieszczeń zakładów włącznie.

Zakres ochrony antystatycznej zależny jest od rodzaju medium palnego/wybuchowych, zwłaszcza od wartości minimalnej energii zapłonu, oraz od rodzaju i zasięgu wyznaczonych stref zagrożonych wybuchem (strefy 0, 1, 2, oraz 20, 21, 22).

Szczegóły zakresu, niezbędnych działań, przedsięwzięć i rozwiązań technicznych, podane są w normie PN-E-05204:1994 Ochrona przed elektrycznością statyczną – Ochrona obiektów, instalacji i urządzeń – Wymagania.

Ochrona antyelektrostatyczna ma charakter wielopoziomowy:

1. Zapobieganie lub ograniczanie występowania atmosfer wybuchowych
2. Zapobieganie elektryzowaniu się albo nadmiernemu elektryzowaniu się materiałów, urządzeń i ludzi,
3. Zapobieganie wyładowaniom elektrostatycznym w obszarach zagrożonych wybuchem,
4. Permanentne szkolenie pracowników, tworzenie procedur zabezpieczających przed wybuchem i stałe kontrolowanie ich przestrzegania.

ZAPOBIEGANIE LUB OGRANICZANIE WYSTĘPOWANIA ATMOSFER WYBUCHOWYCH

Elektryzacja materiałów, urządzeń, narzędzi, pojazdów i ludzi jest zjawiskiem powszechnym, którego w praktyce nie można uniknąć. Dlatego w miarę możliwości należy ograniczać zakres stosowania materiałów tworzących atmosfery wybuchowe oraz ograniczyć zasięg ich występowania do niezbędnego minimum. W miarę możliwości należy zmniejszać stężenie czynnika palnego w powietrzu poniżej dolnej granicy wybuchowości. Jednym z najskuteczniejszych sposobów jest tu inertyzacja atmosfery przez zmniejszenie stężenia tlenu poniżej 4% objętości przez zastąpienie go gazem obojętnym (np. azotem). Należy jednak zapobiegać wydostaniu się tak zmienionej atmosfery do przestrzeni, w której mogą przebywać pracownicy, gdyż grozi to bardzo szybkim ich niedotleniem i śmiercią. Jednym z najważniejszych środków zmniejszania stężenia materiału palnego w powietrzu jest właściwie zaprojektowana i odpowiednio wydajna wentylacja. Urządzenia i ciągi wentylacyjne muszą być wykonane w sposób niestwarzający zagrożenia wybuchowego, w tym ich elektryzowania się.

ZAPOBIEGANIE ELEKTRYZOWANIU SIĘ ALBO NADMIERNEMU ELEKTRYZOWANIU SIĘ MATERIAŁÓW, URZĄDZEŃ I LUDZI

Warunkiem elektryzowania się materiałów, urządzeń, instalacji, ludzi jest dostarczenie do układu energii rozdzielającej ładunki elektryczne różnoimienne. Głównym źródłem tej energii jest wzajemne przemieszczanie się tych obiektów i materiałów w sposób powodujący ich kontakt i rozdzielanie oraz wzajemne tarcie.

Elektryzację można ograniczyć na kilka sposobów:

1. Odpowiedni dobór kontaktujących się ze sobą materiałów. Materiały można uszeregować, w zależności od intensywności ich elektryzowania, w tzw. szereg trybo elektryczny lub szereg Cohena. Im materiały w tym szeregu są bardziej oddalone od siebie, tym intensywniej elektryzują się przy wzajemnym kontakcie. Zachodzi przy tym prawidłowość, że materiały o większej przenikalności elektrycznej ładują się bardziej dodatnio (łatwiej tracą elektrony) niż materiały o mniejszej przenikalności.

W 1970 r. Strella przedstawił szereg tryboelektryczny dla polimerów, uzyskując zgodność pozycji materiału z jego wartością pracy wyjścia. Polimer o większej pracy wyjścia elektryzuje się ujemnie. Szereg ten ma następującą kolejność:

elektryzacja dodatnia/ polioksyetylen – Nylon 6.6 – 2-winylopirydyna/kopolimer styrenu – poli(winylobutyral) – poli(winyloacetal) – poli(met akrylan metylu) – etylen/kopolimer winyloacetalu – poliwęglan – polietylen – polistyren – żywica epoksydowa – polisulfon – poli(4-chloro, 3-metoksystyren) – poli(4-chlorostyren) – polieter chlorowany – polichlorek winylu – polietylen chlorowany – poli(trifluorochloroetylen) – poli(tetrafluoroetylen) /elektryzacja ujemna.

Taylor i Secker podają szereg dla szerszej grupy materiałów:

elektryzacja dodatnia/ azbest – szkło – mika – włosy ludzkie – nylon – wełna – futro zwierzęce – ołów – jedwab – aluminium – papier – bawełna – stal – drewno – twarda guma – nikiel, miedź – brąz, srebro – złoto, platyna – siarka – acetal – poliester – celuloid – orlon – saran – poliuretan – polietylen – polipropylen – PCW – krzem – poli(tetrafluoroetylen) /elektryzacja ujemna.

2. Odpowiednie zmniejszenie szybkości procesów technicznych, przy których dochodzi do wzajemnego tarcia materiałów i obiektów. Przede wszystkim należy ograniczać szybkość transportu pneumatycznego, szybkość przepływu cieczy w rurociągach, przez filtry, szybkość ich mieszania, szybkość transportu ślimakowego i taśmociągowego. W przypadku cieczy palnych konieczne jest stosowanie na drodze ich przepływu tzw. relaksatorów (wtrąconych zbiorników o znacznie większej objętości na jednostkę długości niż rurociąg, w celu umożliwienia zwolnienia przepływu i rozproszenia zwartego w cieczy ładunku ES.
3. Zwiększenie przewodności materiałów i obiektów nieprzewodzących do poziomu własności elektrostatycznie rozpraszających, w połączeniu ze zmniejszeniem ich rezystancji upływu do 1 MΩ - 1 GΩ (w zależności od energii zapłonu atmosfery i rodzaju strefy zagrożonej wybuchem). Osiąga się to przez dodawanie do materiałów antystatyków. Jednocześnie należy zapewnić skuteczne odprowadzanie ładunku z materiałów rozpraszających przez zapewnienie ich stałego kontaktu z uziemionymi elementami przewodzącymi.
4. Jedną z istotnych możliwości ograniczenia elektryzacji jest zapewnienie wilgotności powietrza w pomieszczeniach na poziomie nie mniejszym niż 60% powietrza. Metoda ta nie może być jedynym środkiem ochrony antystatycznej. Może być przydatna także w pomieszczeniach biurowych i mieszkalnych.
5. W strefach zagrożonych wybuchem, a ponadto w zakładach pracy, w których może występować atmosfera wybuchowa o minimalnej energii zapłonu mniejszej od 0,1 mJ, raz w magazynach mediów palnych konieczne jest stosowanie przewodzących (w sensie elektrostatycznym) podłóg, skutecznie uziemionych. Głównym celem stosowania tych podłóg jest skuteczne odprowadzanie ładunku elektrostatycznego z ciała pracowników, (którzy muszą nosić tu obuwie antystatyczne i odzież antystatyczną) oraz ze środków ruchomych transportu wewnątrzzakładowego.

ZAPOBIEGANIE WYŁADOWANIOM ELEKTROSTATYCZNYM W OBSZARACH ZAGROŻONYCH WYBUCHEM

Metody zapobiegania wyładowaniom elektrostatycznym muszą być zróżnicowane, w zależności od rodzaju wyładowania.

1. Wyładowania iskrowe
   
   Wyładowania iskrowe występują między obiektami przewodzącymi. Wg dostępnych danych statystycznych i opinii ekspertów są one najpoważniejszym źródłem zapłonu atmosfer wybuchowych powodowanych przez wyładowania elektrostatyczne. Zapobieganie wyładowaniom iskrowym jest najłatwiejsze spośród wszystkich rodzajów wyładowań ES. Ryzyko wyładowania iskrowego jest bardzo małe w przypadku zrównania potencjału elektrostatycznego wszystkich obiektów i materiałów przewodzących znajdujących się w strefie zagrożonej. Uzyskuje się to przez tzw. mostkowanie, czyli elektryczne połączenie wszystkich obiektów przewodzących i ich uziemienie. W przypadku obiektów, urządzeń, instalacji, uziemienie i mostkowanie muszą mieć charakter trwały i w pewnych warunkach podwójny (dla zapewnienia niezawodności). Konieczna jest stała i okresowa kontrola ich niezawodności (zgodnie z PN-E-05204).
   
   W przypadku obiektów tymczasowo wprowadzanych do stref zagrożonych (w celach operacyjnych, np. kanistry czy bębny z materiałami), mostkowanie i uziemienie może być wykonywane za pomocą odpowiednich zaciskowych złącz i uchwytów z przewodami uziemiającymi, przy czym połączenia takie muszą być niezawodne, trudne do przypadkowego rozłączenia).
   
   W przypadku występowania atmosfer o małych energiach zapłonu, może być konieczne uziemianie nawet bardzo małych przedmiotów przewodzących, z narzędziami ręcznymi włącznie. Limity wielkości nieuziemionych obiektów w zależności od energii zapłonu atmosfery podano w normie PN-E-05204.
   
   Bardzo duże niebezpieczeństwo stanowią przypadkowo umieszczone w zasięgu pola elektrostatycznego przypadkowe przedmioty metalowe, które mogą zostać naelektryzowane przez kontakt lub indukcję, np. przypadkowo umieszone we wnętrzu wypełnionego lub napełnianego silosu przedmioty metalowe, przy zbliżeniu do ścian silosu lub metalowych elementów konstrukcyjnych mogą spowodować wyładowanie iskrowe i zapłon zawartości silosu.
   
   Źródłem wyładowań iskrowych mogą być także pracownicy, dlatego w strefach zagrożonych muszą nosić antystatyczną odzież i antystatyczne obuwie (w przypadku potrzeby stosowania rękawic, muszą być one także antystatyczne) oraz nie wolno im w tych strefach zmieniać odzieży. Odzież musi być użytkowana zgodnie z instrukcją i być zapięta.
   

2. Wyładowania snopiaste rozprzestrzeniające się
   
   Wyładowania te są najniebezpieczniejsze, zapalają większość spotykanych atmosfer wybuchowych. Podstawowym środkiem zapobiegawczym jest niedopuszczenie do wytwarzania się warstwy ładunku o dużej gęstości powierzchniowej (0,25 mC/m2 lub większej), na warstwie dielektryka o grubości mniejszej od 10 mm, umieszczonego na podłożu przewodzącym. Zazwyczaj ładunki o takiej ilości powstają na skutek tarcia dużych ilości przemieszczanego nieprzewodzącego materiału sypkiego lub ciekłego (transport pneumatyczny, rurociągi, zsypy silosów itp.). Najskuteczniejszym środkiem zapobiegawczym jest unikania pokrywania powierzchni wewnętrznych rurociągów powłokami nieprzewodzącymi. Jeżeli takie powłoki są niezbędne, muszą być wykonane z materiału o wytrzymałości na przebicie elektryczne mniejszej od 4 kV (przebicie powoduje rozładowaniem przed osiągnięciem niebezpiecznej gęstości ładunku powierzchniowego). Niedopuszczalne jest wykonywanie ww. rurociągów z materiałów nieprzewodzących, gdyż zbliżenie z zewnątrz do ich powierzchni obiektów przewodzących może spowodować wyładowania snopiaste na zewnątrz rurociągu albo snopiaste rozprzestrzeniające się w jego wnętrzu.
   
   Wyładowania tego typu możliwe są także we wnętrzu napełnianych kontenerów elastycznych (tzw. „big bagów”, czyli worów z tworzyw syntetycznych) typu A (czyli bez żadnych elementów konstrukcyjnych zapobiegających wyładowaniom). Materiał tych kontenerów jest dielektrykiem, ale rolę powierzchni przewodzącej może spełnić pochłonięta przez niego woda lub dotknięcie z zewnątrz przedmiotem przewodzącym. W przypadku możliwości wystąpienia atmosfer wybuchowych na zewnątrz kontenera, a także w jego wnętrzu, np. na skutek pojawienia się par rozpuszczalników, należy stosować kontenery typu B, C, D.
   
   

3. Wyładowania snopiaste
   
   Wyładowania te wysterują między naelektryzowanymi obiektami nieprzewodzącymi a obiektami przewodzącymi, zwłaszcza uziemionymi. Możliwe są także między naelektryzowanymi, odizolowanymi obiektami z materiałów rozpraszających a obiektami przewodzącymi. Zapobieganie im jest stosunkowo trudne. Są w stanie zapalić tylko atmosfery gazowe i pary cieczy palnych, nie zapalają atmosfer pyłowych.
   
   W strefach zagrożonych 0, 1 i 2 należy unikać wprowadzania, jak również stosowania, obiektów i elementów konstrukcyjnych wykonanych z materiałów nieprzewodzących. Jeżeli nie można tego uniknąć, to ich powierzchnia musi być ograniczona do wartości wynikających z rodzaju atmosfery wybuchowej (por. PN-E-05204).
   
   W strefach zagrożonych wybuchem nie wolno stosować nieprzewodzących naczyń, kanistrów itp. Jeżeli jest to nieuniknione, muszą znajdować się w metalowych obudowach (ciągłych lub w postaci krat), koniecznie uziemionych.
   
   Skuteczną formą zapobiegawczą jest stosowanie elektrycznych neutralizatorów ładunku. Poprzez jonizację powietrza, wytwarzają one strumienie jonów lekkich, które przyciągane do powierzchni naelektryzowanych, rozładowują je. W wielu przypadkach wystarczają jonizatory bierne, czyli uziemione ostrza metolowe zbliżane do powierzchni naelektryzowanych (źródłem pola elektrostatycznego jest tylko obiekt naelektryzowany). W przypadkach intensywnej elektryzacji stosuje się jonizatory bipolarne zasilane z generatorów wysokiego napięcia, niekiedy z wymuszonym wydmuchem zjonizowanego powietrza. Jonizatory muszą mieć układy ograniczające prąd wyjściowy do poziomu mikroamperów, w celu zapobieżenia generowaniu przez nie wyładowań iskrowych. Jonizatory bierne, w postaci cienkich, uziemionych drutów (o średnicy mniejszej od 3 mm), mogą być zawieszane przy wlocie do dużych zbiorników materiałów sypkich lub wprowadzanych do ich wnętrza (jedynie na czas napełniania).
   
   Nie wolno zbliżać przewodzących obiektów (np. naczyń, tyczek, ręki) do powierzchni naelektryzowanych cieczy palnych. W przypadku konieczności pobrania próbek konieczne jest pozostawienie cieczy w bezruchu przez czas wystarczający do rozproszenia ładunku (czas spoczynku, zależny do konduktywności cieczy, większy od stałej czasu relaksacji).
   

CZYNNIK LUDZKI

Ochrona antystatyczna musi obejmować oprócz środków technicznych i procedur organizacyjnych obecność pracowników i ich zachowania. Szczególną cechą człowieka w środowisku pracy jest jego mobilność powodująca, oprócz możliwości naelektryzowania się, także możliwość przenoszenia ładunku elektrostatycznego, oraz zdolność nieprzewidywalnego zmieniania scenariuszy procesów technologicznych.

W zakładach pracy, w których mogą wystąpić atmosfery wybuchowe, przeszkoleni powinni ni być wszyscy pracownicy, którzy mogą mieć wpływ świadome lub nieświadome powstawanie zagrożeń elektrostatycznych.

Należy zwrócić uwagę, że wypadki, w tym zapłon atmosfer wybuchowych zazwyczaj występują na skutek zmian w stosunku do sytuacji, w których zapłon nie zdarzał się. Dlatego szczególnej analizy i uwagi wymaga każda zmiana warunków technologicznych (w tym także zmiana materiałów, opakowań, narzędzi, szybkości operacji itp.) oraz zmian personelu, jego obowiązków, wyposażenia i ubrania.

Podstawowymi obowiązkami pracowników są przestrzeganie procedur technologicznych, stosowania wymaganych dla wykonywanych czynności środków ochrony osobistej, w tym antystatycznej odzieży i obuwia ochronnego. Środki te muszą być przez pracownika bezwzględnie stosowane, zgodnie z instrukcją użytkowania. Nie wolno zmieniać, zakładać, zdejmować lub rozpinać odzieży antystatycznej w obszarze stref zagrożonych wybuchem.

W miarę możliwości rezystancja upływu pracownika, uwzględniające także obuwie, powinna być mierzona przed wejściem do strefy zagrożonej. Pożądane jest sprzężenie miernika ze śluzą uniemożliwiająca wejście osobie w niewłaściwym obuwiu.

Szkolenie pracowników, niezależnie nauczenia ich procedur bezpieczeństwa, powinny być w zakresie elektryczności stycznej ukierunkowanie na rozumienie zjawisk i zagrożeń oraz metod zapobiegania im, gdyż żadne szkolenie nie wyczerpie wszystkich możliwych niebezpiecznych sytuacji. Konieczne jest sprawdzanie przyswajania treści szkoleń przez pracowników, zrozumienia ich i umiejętności praktycznego stosowania.

Konieczny jest nadzór nad stosowaniem procedur ochronnych i środków ochrony indywidualnej i zbiorowej.

Konieczne jest opracowanie terminarza kontroli środków ochrony zbiorowej (np. sprawności mostkowań i uziemień, rezystancji upływu podłogi) i środków ochrony indywidualnej (np. rezystancji obuwia i odzieży antystatycznej) zgodnego z wymaganiami normy PN-E-05204 i ścisłe jego przestrzeganie.