Geneza polskiej ochrony przeciwwybuchowej

Wybuch jest jednym z najbardziej dynamicznych zjawisk występujących w przemyśle. Niezależnie od tego, czy dochodzi do niego w wyrobisku górniczym, silosie zbożowym, instalacji chemicznej czy hali produkcyjnej, jego przebieg opisują te same prawa fizyki. Zmienia się rodzaj paliwa, geometria przestrzeni oraz warunki procesu, natomiast mechanizm powstawania i propagacji wybuchu pozostaje niezmienny.

Współczesne metody projektowania zabezpieczeń przeciwwybuchowych są efektem wieloletnich badań nad zjawiskiem wybuchu. Dzisiejszy projektant korzysta z norm, wytycznych, modeli obliczeniowych oraz sprawdzonych rozwiązań technicznych, jednak ich powstanie było wynikiem dziesięcioleci doświadczeń zdobywanych podczas eksploatacji zakładów przemysłowych i badań prowadzonych zarówno w skali laboratoryjnej, jak i w warunkach rzeczywistych.

Powszechnie przyjmuje się, że rozwój ochrony przeciwwybuchowej w Polsce rozpoczął się wraz z wdrożeniem dyrektyw ATEX. W rzeczywistości był to jedynie kolejny etap znacznie dłuższego procesu. Podstawy krajowego systemu ochrony przeciwwybuchowej powstały wiele lat wcześniej jako odpowiedź na problemy techniczne występujące przede wszystkim w górnictwie.

To właśnie tam pojawiła się potrzeba zrozumienia mechanizmu wybuchu metanu i pyłu węglowego, określenia warunków jego powstawania oraz opracowania metod ograniczania skutków eksplozji. Z czasem rozwiązania rozwijane na potrzeby górnictwa zaczęto wykorzystywać również w innych gałęziach przemysłu. Wraz z rozwojem przemysłu chemicznego, spożywczego, drzewnego i energetycznego znalazły one zastosowanie w zakładach, w których zagrożenie wynikało z obecności gazów palnych, par cieczy lub pyłów technologicznych.

W efekcie wykształcił się krajowy system ochrony przeciwwybuchowej rozwijany równolegle w dwóch obszarach. Pierwszy obejmował górnictwo, gdzie dominowały zagadnienia związane z wybuchami metanu i pyłu węglowego. Drugi dotyczył przemysłu pozagórniczego, w którym stopniowo opracowywano wymagania odnoszące się do budynków, instalacji oraz procesów technologicznych wykorzystujących substancje palne. Choć oba obszary rozwijały się niezależnie, opierały się na tych samych podstawach fizycznych i coraz częściej korzystały z tego samego zaplecza badawczego.

Zrozumienie tej ewolucji pozwala inaczej spojrzeć na współczesne wymagania dotyczące ochrony przeciwwybuchowej. Wiele rozwiązań uznawanych dziś za standard projektowy nie powstało wraz z wprowadzeniem europejskich regulacji, lecz stanowi rezultat krajowych doświadczeń oraz badań prowadzonych przez niemal cały XX wiek.

Górnictwo jako kolebka polskiej inżynierii przeciwwybuchowej

Rozwój górnictwa, a w szczególności eksploatacja złóż metanowych i pokładów węgla kamiennego, ujawnił zagrożenia związane z obecnością gazów oraz pyłów palnych. Już na wczesnym etapie eksploatacji wiedziano, że ich zapłon może prowadzić do wybuchu, a podstawowe zasady bezpieczeństwa wynikały przede wszystkim z praktycznych doświadczeń górniczych. Wraz z rozwojem przemysłu pojawiła się jednak potrzeba ilościowego opisu tych zjawisk oraz opracowania metod pozwalających nie tylko zapobiegać zapłonowi, ale również ograniczać skutki wybuchu.

Rosnąca głębokość eksploatacji oraz coraz trudniejsze warunki wydobycia sprawiły, że doświadczenie praktyczne przestało być wystarczające. Konieczne stało się prowadzenie badań umożliwiających określenie warunków zapłonu mieszanin wybuchowych, przebiegu wybuchu oraz skuteczności stosowanych zabezpieczeń. W tym okresie rozpoczęło się przechodzenie od wiedzy empirycznej do ilościowego, inżynierskiego opisu zjawisk wybuchowych.

Jednym z najważniejszych wydarzeń w rozwoju krajowych badań było utworzenie w 1925 roku Kopalni Doświadczalnej „Barbara”. Wbrew często spotykanemu uproszczeniu nie oznaczało to rozpoczęcia badań nad bezpieczeństwem przeciwwybuchowym. Do nowo utworzonej kopalni przeniesiono funkcjonujące wcześniej Stację Doświadczalną oraz Centralę Ratownictwa Górniczego, tworząc wyspecjalizowany ośrodek umożliwiający prowadzenie badań w rzeczywistej skali.

Możliwość wykonywania kontrolowanych wybuchów w wyrobiskach doświadczalnych stała się przełomem dla krajowych badań nad zjawiskiem wybuchu. Analizy przestały ograniczać się do badania skutków katastrof. Rozpoczęto systematyczne pomiary parametrów wybuchu, badania propagacji płomienia, narastania ciśnienia, skuteczności zapór przeciwwybuchowych oraz zachowania urządzeń przeznaczonych do pracy w atmosferach wybuchowych. Istotny wkład w rozwój tych badań wniósł prof. Wacław Cybulski, którego prace dotyczące wybuchowości pyłu węglowego oraz metod ograniczania skutków wybuchów należą do najważniejszych osiągnięć polskiej szkoły ochrony przeciwwybuchowej. Dzięki prowadzonym badaniom możliwe stało się nie tylko lepsze poznanie mechanizmu wybuchu, ale również opracowywanie rozwiązań technicznych opartych na wynikach badań, a nie wyłącznie na doświadczeniu eksploatacyjnym.

Po II wojnie światowej rolę krajowego ośrodka naukowo-badawczego przejął Główny Instytut Górnictwa (GIG), w strukturach którego funkcjonowała Kopalnia Doświadczalna „Barbara”. Prowadzone tam badania obejmowały już nie tylko zagrożenia metanowe i pyłowe występujące w kopalniach, lecz również wybuchowość gazów, par cieczy palnych oraz pyłów przemysłowych obecnych w zakładach chemicznych, spożywczych, drzewnych czy energetycznych. Dzięki temu doświadczenia zdobyte w górnictwie zaczęły stopniowo znajdować zastosowanie również w przemyśle pozagórniczym.

Równolegle rozwijał się system nadzoru nad bezpieczeństwem ruchu zakładów górniczych. Istotną rolę odgrywał Wyższy Urząd Górniczy (WUG), który oprócz funkcji nadzorczych uczestniczył także w opracowywaniu wymagań technicznych oraz zasad profilaktyki przeciwwybuchowej. W praktyce oznaczało to ścisłą współpracę jednostek badawczych, administracji górniczej i przemysłu, umożliwiającą stosunkowo szybkie wdrażanie wyników badań do praktyki technicznej.

Tak ukształtowany system badań, normalizacji i nadzoru stworzył fundament polskiej szkoły ochrony przeciwwybuchowej. Wyniki prowadzonych badań wykorzystywano nie tylko do opracowywania metod profilaktyki przeciwwybuchowej, lecz również jako podstawę krajowego systemu badań, oceny i dopuszczania urządzeń przeznaczonych do pracy w atmosferach wybuchowych. W kolejnych latach doświadczenia zdobyte w górnictwie stały się punktem wyjścia do opracowania krajowych norm, metod badawczych oraz przepisów, które zaczęły obowiązywać również w przemyśle pozagórniczym.

Od zagrożeń metanowych do przemysłu ogólnego

Przez wiele lat zagrożenie wybuchem kojarzono przede wszystkim z górnictwem. To właśnie tam występowały największe zagrożenia związane z metanem i pyłem węglowym, a prowadzone badania koncentrowały się na zapewnieniu bezpieczeństwa ruchu zakładów górniczych. Wraz z rozwojem przemysłu zaczęło jednak przybywać procesów technologicznych, w których wykorzystywano inne gazy, pary cieczy oraz pyły palne.

Dynamiczny rozwój przemysłu chemicznego, spożywczego, drzewnego, energetycznego i farmaceutycznego sprawił, że zagrożenie wybuchem przestało być problemem wyłącznie kopalń. Ryzyko pojawiło się również w silosach zbożowych, gdzie występowały pyły organiczne, w lakierniach i magazynach rozpuszczalników, w których zagrożenie stwarzały pary cieczy palnych, a także w wielu procesach technologicznych wykorzystujących gazy tworzące atmosfery wybuchowe.

Mimo różnorodności procesów technologicznych szybko dostrzeżono, że fizyczny mechanizm wybuchu pozostaje taki sam. Niezależnie od tego, czy źródłem zagrożenia był metan, wodór, opary rozpuszczalników czy pył mąki, wybuch następował w wyniku zapłonu mieszaniny palnej, a jego przebieg opisywały te same prawa fizyki. Oznaczało to, że wiedza zdobyta podczas badań prowadzonych dla górnictwa mogła zostać wykorzystana również w innych gałęziach przemysłu.

Nie oznaczało to jednak prostego przeniesienia rozwiązań stosowanych w kopalniach. Zakłady przemysłowe różniły się konstrukcją obiektów, technologią oraz właściwościami wykorzystywanych substancji. Konieczne było dostosowanie metod oceny zagrożenia i środków ochrony do nowych warunków eksploatacji. Rozwijano metody badań wybuchowości gazów i pyłów przemysłowych, określano ich charakterystyczne parametry oraz opracowywano wymagania dla urządzeń i instalacji przeznaczonych do pracy w atmosferach wybuchowych.

W tym okresie ochrona przeciwwybuchowa zaczęła wykraczać poza górnictwo i stopniowo stawała się odrębną dziedziną inżynierii bezpieczeństwa przemysłowego. Wyniki badań prowadzonych przez krajowe jednostki naukowo-badawcze znalazły odzwierciedlenie w pierwszych normach technicznych oraz przepisach obejmujących coraz szerszy zakres działalności przemysłowej.

Kształtowanie krajowego systemu ochrony przeciwwybuchowej

Wraz z rozwojem badań oraz coraz szerszym wykorzystaniem substancji palnych w przemyśle pojawiła się potrzeba ujednolicenia zasad projektowania, budowy i eksploatacji urządzeń oraz instalacji pracujących w atmosferach wybuchowych. Wiedza zdobywana w krajowych ośrodkach badawczych musiała zostać przełożona na wymagania techniczne, które mogły być stosowane przez projektantów, producentów i użytkowników instalacji przemysłowych.

Przeniesienie wyników badań do praktyki wymagało stworzenia jednolitych zasad badań, oceny i dopuszczania urządzeń przeznaczonych do pracy w atmosferach wybuchowych. W odpowiedzi na tę potrzebę rozwijała się krajowa normalizacja techniczna, porządkująca wymagania dotyczące konstrukcji urządzeń, metod ich badań oraz zasad bezpiecznej eksploatacji.

Istotnym krokiem było opracowanie pierwszych krajowych norm dotyczących urządzeń budowy przeciwwybuchowej. Już w 1929 roku Stowarzyszenie Elektryków Polskich opublikowało normę PNE-17:1929 „Przepisy budowy i ruchu urządzeń elektrycznych prądu silnego w podziemiach kopalń”, określającą wymagania dla urządzeń stosowanych w kopalniach zagrożonych metanem. Na jej podstawie Kopalnia Doświadczalna „Barbara” prowadziła badania i wydawała atesty urządzeń przeciwwybuchowych, tworząc fundament krajowego systemu oceny ich bezpieczeństwa. W kolejnych latach rozwijano następne normy oraz wymagania techniczne obejmujące coraz szerszy zakres urządzeń i zastosowań przemysłowych.

Naturalnym następstwem rozwoju normalizacji było objęcie wymaganiami nie tylko samych urządzeń, lecz również całych obiektów przemysłowych i prowadzonych w nich procesów technologicznych. Ważnym etapem tego procesu było rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych z 1967 roku, które wprowadziło klasyfikację zagrożeń pożarowych i wybuchowych dla budynków oraz procesów technologicznych. Akt ten należał do pierwszych ogólnokrajowych regulacji systematyzujących zagadnienia bezpieczeństwa przeciwwybuchowego z perspektywy całego obiektu, a nie wyłącznie pojedynczych urządzeń.

W kolejnych latach rozwijano zarówno przepisy przeciwpożarowe, jak i wymagania techniczne dotyczące projektowania oraz eksploatacji instalacji przemysłowych. Równocześnie doskonalono krajowe metody badań parametrów wybuchowości substancji palnych, co pozwalało coraz dokładniej oceniać zagrożenia występujące w procesach technologicznych. Dzięki temu kolejne wymagania mogły opierać się nie tylko na doświadczeniach eksploatacyjnych, ale również na wynikach badań prowadzonych przez krajowe jednostki naukowo-badawcze.

Przełom nastąpił w 1992 roku, kiedy weszło w życie rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. Dokument ten po raz pierwszy w sposób kompleksowy uregulował zasady Oceny Zagrożenia Wybuchem (OZW). Wprowadził definicję pomieszczeń zagrożonych wybuchem, kryteria klasyfikacji stref zagrożenia wybuchem oraz metodykę oceny opartą na analizie parametrów wybuchu, w tym przewidywanego przyrostu ciśnienia.

Rozporządzenie z 1992 roku stanowiło zwieńczenie kilkudziesięciu lat rozwoju krajowej ochrony przeciwwybuchowej. Łączyło doświadczenia zdobyte w górnictwie, wyniki badań prowadzonych przez krajowe ośrodki naukowo-badawcze oraz dorobek polskiej normalizacji technicznej. Był to pierwszy spójny system oceny zagrożenia wybuchem opracowany z myślą o całym przemyśle, stanowiący punkt odniesienia dla projektantów, rzeczoznawców i użytkowników instalacji jeszcze przed rozpoczęciem procesu harmonizacji z wymaganiami europejskimi. W praktyce zamykał on wieloletni etap budowy krajowego systemu ochrony przeciwwybuchowej, którego fundamenty powstały na długo przed wdrożeniem dyrektyw ATEX.

Niedługo później zaczęły pojawiać się pierwsze normy z tej dziedziny, m.in. seria PN-92/E-05201 dotycząca metod oceny zagrożeń pożarowych i wybuchowych wywołanych elektrycznością statyczną oraz normy PN-92/E-05202, PN-92/E-05203 i PN-E-05204:1994.

Wnioski – znaczenie krajowego dorobku ochrony przeciwwybuchowej

Historia polskiej ochrony przeciwwybuchowej pokazuje, że współczesne wymagania dotyczące bezpieczeństwa przeciwwybuchowego nie powstały wraz z wdrożeniem dyrektyw ATEX. Są efektem wieloletniego rozwoju krajowej myśli inżynierskiej, badań naukowych oraz doświadczeń zdobywanych podczas eksploatacji zakładów przemysłowych.

Przez dziesięciolecia rozwijano metody badawcze, tworzono zaplecze laboratoryjne i opracowywano rozwiązania techniczne, które stopniowo znalazły odzwierciedlenie w krajowych normach oraz przepisach. Jednym z najważniejszych rezultatów tego procesu było ukształtowanie zasad Oceny Zagrożenia Wybuchem, funkcjonujących w polskim systemie ochrony przeciwwybuchowej jeszcze przed rozpoczęciem harmonizacji z wymaganiami Unii Europejskiej.

Dostosowanie polskich przepisów do dyrektyw ATEX nie oznaczało więc stworzenia ochrony przeciwwybuchowej od podstaw. Było kolejnym etapem jej rozwoju, rozszerzającym krajowy system o wymagania wynikające z europejskiego podejścia do bezpieczeństwa procesów technologicznych.

To właśnie współistnienie krajowych rozwiązań oraz wymagań wprowadzonych wraz z dyrektywami ATEX sprawia, że we współczesnej praktyce projektowej funkcjonują równolegle dwa opracowania: Ocena Zagrożenia Wybuchem (OZW) oraz Ocena Ryzyka Wybuchu (ORW). Choć często są ze sobą utożsamiane, pełnią odmienne funkcje, wynikają z różnych podstaw prawnych i odpowiadają na inne pytania projektowe. Zagadnieniu temu poświęcony będzie kolejny artykuł.

Zapraszam do kontaktu, jeśli chcą Państwo zorganizować szkolenie dla swojego zespołu lub porozmawiać o programie dopasowanym do specyfiki Państwa organizacji.

Autor: Sebastian Słaboszewski

Czy ten artykuł był pomocny?

Twoja opinia pomoże ulepszać bazę wiedzy.