Biogazownie – zagrożenia technologiczne

Już na etapie projektowania, a następnie wykonywania instalacji biogazowych należy uwzględnić wszystkie warunki pozwalające na bezpieczne ich funkcjonowanie.

Dotyczy to w szczególności wszystkich procesów, które ze względu na możliwość zajścia reakcji chemicznych lub zmianę stanu skupienia różnych substancji mogą powodować zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi oraz środowiska.

Biogazownie, rzecz jasna, produkują biogaz, w skład którego wchodzi głównie metan oraz dwutlenek węgla. Należy pamiętać, że pierwszy z wymienionych składników należy do grupy gazów łatwopalnych, a przy określonych warunkach jest również wybuchowy. Aby jednak proces spalania zachodził, muszą zostać spełnione jednocześnie trzy warunki: (1) substancja lub materiał palny, (2) dostęp tlenu do podtrzymywania procesu spalania oraz (3) doprowadzenie energii niezbędnej do zainicjowania zapłonu. Dodatkowo mamy również do czynienia z dolną oraz górną granicą wybuchowości tego gazu. Właściwości wybuchowe uzyskiwane są przy stężeniu objętościowym metanu i powietrza w granicach 4,5-15%.

Biogazownie – wybuchowość gazów

W przypadku dolnych granic wybuchowości mamy do czynienia z nadmiarem powietrza, które pochłania ciepło powstające w początkowej fazie spalania. Natomiast w górnych granicach temperatura spalin jest zbyt niska do podtrzymania spalania do czasu rozcieńczenia mieszaniny gazów powietrzem. Może to spowodować nagłą sytuację, gdy mieszanina niepalna stanie się mieszaniną palną lub wybuchową.

Należy również podkreślić, że granice palności są zmienne i zależą one między innymi od:

  • temperatury (wraz ze wzrostem temperatury granice te będą się rozszerzać, co zwiększy zagrożenie zapłonu),
  • ciśnienia (obniżenie ciśnienia pozwala na zawężenie granic palności danego gazu, co oznacza, że dla każdej mieszaniny gazów istnieje ciśnienie, przy którym własności palne nie istnieją),
  • objętość gazu obojętnego w mieszaninie, np. azotu lub dwutlenku węgla (wzrost zawartości gazu obojętnego zmniejsza zakres palności),
  • składu gazów i stężenia tlenu w mieszaninie.

Granice wybuchowości metanu

Na rysunku przedstawiono zagrożenie wybuchowe w przypadku mieszaniny gazów metanu i powietrza. Za pomocą linii ABGF przedstawiona została mieszanina metanowo-powietrzna, w której metan spala się w bezpośrednim zetknięciu ze źródłem ognia i wygasa po usunięciu ognia. Pole BCG oznacza obszar palny/wybuchowy. Natomiast linie CDG obrazują obszar mieszaniny metanowo-powietrznej, w której metan raz zapalony pali się samoczynnie nawet po usunięciu źródła ognia. Linie FDEH oznaczają obszar występowania mieszaniny niewybuchowej oraz niepalnej.

Biogazownie - bezpieczenstwo w instalacjach
Biogazownie – zagrożenie wybuchowe w przypadku mieszaniny gazów metanu i powietrza.

Należy również podkreślić, że wszystkie operacje serwisowe i eksploatacyjne, które prowadzone są w obrębie komór fermentacyjnych i pofermentacyjnych, zbiornika gazu oraz instalacji gazowej wykluczają poruszanie się w polu BCG. Dlatego niezbędne jest wykonywanie wszelkich prac serwisowych oraz obsługowych zgodnie z procedurami i zasadami bezpieczeństwa, które powinny być określone w instrukcji eksploatacji biogazowni.

Biogazownie i strefy zagrożenia wybuchem

W celu ograniczenia ryzyka niebezpieczeństwa dla życia i zdrowia ludzi i zwierząt w instalacjach biogazowych wyróżnia się różne strefy zagrożenia wybuchem. Strefy te określane są zgodnie z rozporządzeniem Ministra Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej z dnia 7 października 1997 r. Dz. U. nr 132, poz. 877oraz z 2009 r. nr 108, poz. 907). Ponadto dla każdej strefy przyporządkowane zostały odpowiednie kategorie urządzeń, które będą spełniać wymagania danej strefy. Podział ten dokonany został na podstawie Dyrektywy 94/9/EC ATEX.

Wyróżnia się trzy strefy zagrożenia:

  • STREFA 0 (Z0) jest to przestrzeń, w której atmosfera wybuchowa składająca się mieszaniny powietrza i substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł występuje stale, często lub przez długie okresy.
  • STREFA 1 (Z1) to przestrzeń, w której prawdopodobne jest wystąpienie atmosfery wybuchowej zawierającej mieszaninę powietrza i substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł, w trakcie normalnego działania.
  • STREFA 2 (Z2) – przestrzeń, w której atmosfera wybuchowa zawierająca mieszaninę z powietrzem oraz substancje palne w postaci gazów, par, mgieł nie występuje w trakcie normalnego działania a w przypadku wystąpienia, utrzymuje się przez krótki okres.

Klasyfikacja stref

Klasyfikacji stref zagrożenia wybuchem dokonuje się w następujących etapach:

  • w pierwszej kolejności poprzez określenie podatności wykorzystywanych gazów do tworzenia atmosfer wybuchowych,
  • następnie konieczne jest zapoznanie się z procesem technologicznym, w tym z działaniem instalacji biogazowej i urządzeń, transportem oraz magazynowaniem substratów i innych surowców,
  • dokładna identyfikacja źródeł emisji substancji palnych na terenie biogazowni,
  • wyznaczenie stopnia emisji gazów palnych na podstawie oczekiwanej częstotliwości i czasu trwania emisji, a także wyznaczenie szybkości emisji,
  • określenie odległości występowania atmosfer wybuchowych,
  • dokonanie podziału na strefy zagrożone wybuchem (0, 1, 2), a następnie udokumentowanie wyników przeprowadzonej klasyfikacji.

Biogazownie – ograniczanie stref zagrożenia wybuchem

Warto również podkreślić, że ograniczenie występowania stref zagrożenia wybuchem może nastąpić, między innymi poprzez zastosowanie w obszarach, w których występuje emisja:

  • specjalnych barier fizycznych,
  • statycznego nadciśnienia,
  • wentylacji z wykorzystaniem silnego strumienia powietrza.

Wymiary stref zagrożenia

W przypadku biogazowni zastosowanie znajdują następujące wymiary poszczególnych stref zagrożenia:

  • zbiorniki fermentacyjne: w całej komorze nad cieczą fermentacyjną, w komorach magazynowych, przelewowych oraz syfonach – obszar Z0,
  • pomieszczenia, w których znajduje się aparatura i urządzenia kontrolno-pomiarowe – obszar Z2,
  • pomieszczenia wyposażone w wentylację awaryjną, w których znajdują się sprężarki oraz dmuchawy biogazu – Z1 – 0,5 m wokół źródeł możliwej emisji gazu,
  • wokół zaworów bezpieczeństwa – obszar Z1 – 5 m,
  • wokół niezapewniających pełnej szczelności gazowej włazów do komór fermentacyjnych – obszar Z1 – 3 m,
  • w obszarze przewodów odpowietrzających i wydmuchowych – obszar Z1 (promień strefy 5 m oraz 1 m w dół oraz 10 m w górę).

Urządzenia grupy II

Zgodnie z dyrektywą ATEX urządzenia wykorzystywane w biogazowni określane są mianem urządzeń grupy II, które dzielą się na trzy następujące kategorie:

  • Kategoria 1: urządzenia, które są przeznaczone do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami występuje stale, w długich okresach czasu lub pojawia się często.
  • Kategoria 2: urządzenia, które przeznaczone są do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami występuje sporadycznie lub od czasu do czasu.
  • Kategoria 3: urządzenia, które przeznaczone są do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami jest mało prawdopodobne, a jeśli zdarza się to rzadko i utrzymuje się przez krótki czas.

Zależności pomiędzy poszczególnymi kategoriami urządzeń a strefami zagrożenia wybuchem określone zostały w Dyrektywie 1999/92/EC i są następujące:

  • w strefie Z0 możliwe jest stosowanie jedynie urządzeń z kategorii 1,
  • w strefie Z1 – dopuszcza się wykorzystanie urządzeń kategorii 1 i 2,
  • w strefie Z2 – możliwe jest stosowanie urządzeń z wszystkich trzech kategorii (1, 2 i 3).

Podsumowanie

Należy pamiętać, że w celu zapewnienia bezpiecznej eksploatacji i funkcjonowania biogazowni konieczne jest przestrzeganie odpowiednich procedur, do których można zaliczyć bieżącą kontrolę zbiorników fermentacyjnych i gazowych, systemów ich mieszania i dozowania substratu. Ponadto wszystkie prace remontowe i serwisowe wykonywane w miejscach zagrożonych wybuchem powinny być poprzedzone analizą składu gazów na obecność gazów niebezpiecznych. Konieczne jest również odpowiednie oznakowanie pomieszczeń zagrożonych wybuchem wraz z określeniem stref. Działanie to może pozwolić na uniknięcie zagrożenia życia dla pracowników biogazowni.

Kamil Kozłowski

Polecamy również artykuł dotyczący agregatów stosowanych w biogazowniach.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij