Hazardi u inženjerskim objektima za kiseonik - Minimiziranje opasnosti i rizika u radu (II dio)

Autor teksta: Marko Krstajić dipl. inž. maš., sudski vještak

Za 43. broj časopisa Pogled

Udari čestica

Udar čestica je mogući izvor paljenja u čeličnim cijevnim vodovima kiseonika. Do udara čestica dolazi kada struja gasa naglo promijeni smjer ili kada prisustvo vrtloga dovodi do udara čestica o zidove sistema. Kako čestice teku duž cijevi nošene strujom fluida, one dolaze u kontakt s metalnim površinama i zagrijavaju se trenjem. Pri udaru stvorena toplota može zapaliti metal. Pojava je moguća i kod fleksibilnih crijeva od izrađenih od PTFE teflona koja imaju nižu temperaturu paljenja, ali sa druge stane i neke prednosti.

Mjesta udara cijevi uključuju, ali nisu ograničena razne vrste priključaka, račvi, zavarenih spojeva, fitinga, reducira većeg stepena redukcije, dionica cjevovoda do određene dužine, filtere, uređaje za smanjenje buke. Mjesta bez mogućnosti pojave udara su ravne cijevi, komponenete sa većim radijusom, sa manjim brojem zavara, reduciri manjeg stepena redukcije. Za sve navedeno postoje precizno određeni kriterijumi.

Sistemi za kiseonik moraju biti projektovani tako da brzina protoka bude što niža. Ako se brzina udvostruči, energija čestice u struji gasa će se povećati četiri puta.

Stoga se dimenzionisanje cijevnog sistema uglavnom zasniva na projektnoj brzini uz napomenu da se polazi od pretpostavke normalnog rada instalacije i uobičajenog rasterećenja pritiska, a ne na brzinama koje mogu nastati zbog mehaničkih kvarova ili drugih neuobičajenih okolnosti kao što je kvar regulacionog ventila ili naglo tvaranje rasteretnog ventila.

Projektant može odabrati materijal cjevovoda prema krivoj brzine udara i njihovim pritiscima izuzeća. Za vrijednosti manje od pritiska izuzeća, bilo koji metal se može koristiti bez ograničenja brzine, dok za vrijednosti veće od pritiska izuzeća, projektant može provjeriti da li brzina ostaje ispod krive brzine sudara. Za brzine ispod krive brzine sudara, mogu se koristiti i ugljenični čelik, tankozidi nerđajući čelik i drugi izuzeti materijali. Iznad krive brzine sudara, koristiće se izuzeti materijali ili će se preduzeti alternativne mjere za ublažavanje rizika.

Drugi kriterijumi projektovanja kao što su pad pritiska, smanjenje buke, vibracije i potreba da se ograniči kinetička energija takođe mogu diktirati niže brzine.

Više vrijednosti brzine su dozvoljene na pozicijama instalacije koja se tretiraju kao mjesta bez udara i one su definisane posebnom krivom. U smislu izuzeća od ograničenja brzine koje nameće navedena kriva razlikuje se sljedeće: 

• Izuzeti materijali su inženjerske legure koje su izuzete od bilo kakvih ograničenja brzine kiseonika unutar definisanih granica pritiska, debljine materijala i čistoće kiseonika.
• Pritisak izuzeća predstavlja maksimalni pritisak pri kojem materijal ne podliježe ograničenjima brzine u atmosferama obogaćenim kiseonikom gdje može doći do udara čestica.
• Kiseoničke instalacije od nerđajućeg čelika i sa gasom izuzetno visoke čistoće koje se pravilno čiste i održavaju izuzeti su od zahtjeva za određenom maksimalnom brzinom struje kiseonika, jer je po srijedi značajan faktor koji sprječava paljenje usljed udara čestica, iako mogu biti prisutni i drugi mehanizmi paljenja, kao što je adijabatska kompresija, koji bi mogli da zapale nemetalnu komponentu instalacije.

Nečistoće i zamašćenost

Kontaminacija, posebno uljima i mastima, je više poznat uzrok zapaljenja u kiseoničkim instalacijama. Ugljovodonična ulja i masti imaju niske temperature eksplozivnog samopaljenja u kiseoniku, na primjer na temperaturama 150-200 °C. Nečistoće takođe uključuju i razne organske i neorganske materijale kao što su tragovi od markera, boje, sredstva za odmašćivanje i njihovi ostaci, šljaka, rđa i kamenac, metalne čestice, pijesak, prljavština, vlakna, krpe, papir, drvo, ugljena prašina i drugi strani materijali koji ako se ne uklone mogu uzrokovati sagorijevanje u atmosferi kiseonika. Oprema za kiseonik ne smije sadržavati čvrste čestice. Kako bi se uklonile čestice, nova oprema za kiseonik se prije upotrebe mora pročistiti (produvati) sintetičkim vazduhom ili azotom.

Upotreba supstanci na bazi ugljovodonika kao što su ulja, masti, neki sapuni, maziva, odmašćivači i organske hemikalije su posebno opasne u atmosferama obogaćenim kiseonikom. Mogu burno reagovati s kiseonikom uzrokujući požar ili eksploziju.

Ulja i masti na bazi ugljovodonika nikada se ne smiju koristiti za podmazivanje opreme koja će biti u kontaktu s kiseonikom jer se mogu izuzetno lako zapaliti i izgorjeti eksplozivno.

Jedna od osnovnih sigurnosnih procedura u sprječavanju požara u kiseoničkim instalacijama je osigurati da je sva oprema odmašćena prije montaže ili vraćanja u upotrebu. Čak i fleksibilna crijeva s metalnim harmonika zidom mogu se zapaliti paljenjem nečistoća u crijevu. Međutim, potrebna količina nečistoća bila bi nekoliko redova veličine veća od one koja je potrebna da izazove paljenje PTFE zida crijeva.

Jedna od osnovnih sigurnosnih procedura u sprječavanju požara u kiseoničkim instalacijama je da moraju biti odmašćene i očišćene za upotrebu kiseonika prije prve upotrebe ili nakon servisa i moraju ostati čiste tokom rada. Odmašćivanje je potrebno za sve površine u kontaktu s gasom ili tečnosti čija je koncentracija kiseonika veća od 23,5%.

Metode odmašćivanja i čišćenja i zahtjevi za opremu koja se koristi u proizvodnji, skladištenju, distribuciji i korišćenju tečnog i gasovitog kiseonika kako bi se smanjio rizik od požara, eksplozije su definisane u inženjerskim pravilima struke. Postupci uključuju neku od ili kombinaciju više od jedne od sljedećih metoda:

• hemijsko odmašćivanje (kiselinom ili bazom) i pasivizacija;
• čišćenje kracerom;
• mehaničko struganje;
• pjeskarenje, gritom, pijeskom suvim ledom ili vodom;
•  ispiranje rastvaračem uz ograničenja postavljena Montrealskim protokolom;
• odmašćivanje deterdžentom pod visokim pritiskom, uključujući visokotemperaturno;
• produvavanje inertnim gasom.

Primjer dokumenta koji specificira zahtjeve za čišćenje i odmašćivanje kiseoničkih instalacija je EIGA Doc 33, Cleaning of equipment for Oxygene service, a u Crnoj Gori je još uvijek na snazi Pravilnik o tehničkim normativima za radove pri odmašćivanju i odmašćivanju opreme za kiseonik ("Sl. list SFRJ", br. 74/90) iako je zreo za zamjenu.

Ako je za kiseoničku opremu potrebno podmazivanje, treba koristiti samo ono mazivo koje posebno razvijeno za upotrebu sa kiseonikom. Specijalna maziva posebno razvijena i odobrena za upotrebu sa kiseonikom obično sadrže jedinjenja fluora i/ili hlora npr. perfluorokarbonska maziva, i dostupna su za upotrebu u atmosferama obogaćenim kiseonikom. Negativna strana ovih maziva je, da ako se maziva razgrađuju, nose rizike od toksičnosti. Količina maziva mora biti ograničena na minimum jer čak i ako je mazivo odobreno i može biti (iako sa malom vjerovatnoćom), mogući izvor paljenja.

Pored odmašćivanja, dobra je praksa spriječiti prodiranje čestica u u opremu za kiseonik zaštitom otvora prilikom transporta, korišćenje filtera u instalaciji i ponovnom provjerom čistoće spojeva prije montaže.

Usaglašenost materijala

Nemetalni materijali su superiorni u pogledu održavanja zaptivenosti sistema, međutim u poređenju s metalima imaju niže temperature samozapaljenja u kiseoniku i mnogo nižu toplotnu provodljivost. Zbog toga se njihova upotreba u visokopritisnim instalacijama za kiseonik uvijek pažljivo razmatra pri projektovanju instalacija visokog pritiska.

Plastične ili elastomerne komponente treba izbjegavati i držati dalje od protoka gasa koliko god je to praktično moguće.

Fleksibilni priključci koji sadrže nemetalne materijale kao što su PTFE su dostupni za upotrebu u gasnim instalacijama, ali moraju biti kompatibilni za upotrebu sa gasom.

Za upotrebu sa kiseonikom temperatura samopaljenja (AIT) je važan kriterijum koji treba uzeti u obzir. AIT uobičajenih plastičnih materijala je prenizak. Iako PTFE ima jednu od najviših temperatura samopaljenja u kiseoniku drugi kriterijumi se takođe moraju uzeti u obzir.

Nijedan nemetalni materijal ne bi se trebao koristiti osim ako nije temeljno procijenjen u laboratorijskim ispitivanjima i dodatno provjeren kroz inženjersku praksu. Osim toga, za primjene sa medicinskim kiseonikom PTFE i drugi halogeni nemetalni materijali ne smiju se koristiti za instalacije korisnika zbog rizika od stvaranja toksičnih gasova pri sagorijevanju,

Materijali koji ne gore u uobičajenim atmosferskim uslovima, uključujući vatrootporne materijale mogu snažno gorjeti u atmosferi obogaćenoj kiseonikom i brzina gorenja se može višestruko povećati.

U principu, svi organski materijali će izgorjeti u kiseoniku, kao i većina metala i metalnih legura. Povećanje pritiska utiče na ponašanje materijala, na primjer, smanjenjem temperature paljenja i povećanjem brzine sagorjevanja. Iz ovih razloga je dozvoljeno da se kiseoničke instalacije pod pritiskom izrađuju samo od materijala i opreme koji su konstruisani i odobreni za odgovarajuće uslove rada.

U kiseoničkim instalacijama, paljenje ulja i masti često uzrokuje lančanu reakciju koja na kraju rezultira izgaranjem ili topljenjem metala. U takvim slučajevima, ostatak rastopljenog ili spaljenog metala se raspršuje dalje od opreme i može biti praćen dodatnim oslobađanjem kiseonika iz oštećene instalacije. Ovo zauzvrat može dovesti do žestokog i brzog širenja plamena u bilo kojem susjednom zapaljivom materijalu izvan opreme. 

Praktični savjeti

Projektovanje inženjerskih objekata za kiseonik je veoma kompleksno i „zašto i kako“ nije uvijek očigledno. Stoga umjesto zaključka, dobro će doći nekoliko praktičnih savjeta za projektovanje i upotrebu kiseoničkih instalacija jer usljed nepoštovanja istih posljedice mogu biti kobne:

• Operateri nikada nisu dovoljno obučeni. Greške najčešće prave ili početnici ili najiskusniji radnici. Prvi zbog neznanja, a drugi zbog opuštenosti. Kiseonik djeluje kao bezopasan gas, incidenti se izuzetno rijetko dešavaju, ali posljedice mogu biti i više nego ozbiiljne. Neophodno je kontinuirano skretati pažnju na hazarde čak i iskusnim operaterima;
• Nikada ne ugrađivati opremu koja nije odmašćena ili nema atest da je namijenjena za upotrebu sa kiseonikom, čak i ako je naizgled čista i kompatibilna;
• Uvijek polako otvarati ventile i nikada ne ugrađivati kugla ventile;
• Nikada ne pretakati iz boce u bocu, jer je u tom slučaju brzina pretakanja daleko veća od dozvoljene;
• Nikada ne pritezati spojeve na instalaciji koja je pod pritiskom;
• Nikada ne rukovati instalacijom sa zamašćenim rukama, odjećom ili alatom;
• Nikada ne aktivirati izvor plamena neposredno nakon boravka u atmosferi obogaćenoj kiseonikom;
• Nikada ne koristiti bocu kiseonika za pogon pneumatskih alata;
• Nikada ne improvizovati zaptivke od neusaglašenih plastičnih ili elastomernih materijala;
• Nikada ne koristiti teflon traku namijenjenu za vodovodne instalacije;
• Nikada ne podmazivati opremu za kiseonik, osim namjenskim lubrikantima i to minimalno;
• Nikada ne koristiti metalne cijevi i fitinge izrađene od legura koje su naizgled slične odobrenima. Uvijek koristiti tačno određene vrste legura za upotrebu u kiseoničkim instalacijama;
• Nikada ne rasterećivati instalaciju i posude u ograničenim zatvorenim prostorima. Dobra promaja je jedna od najboljih mjera bezbjednosti u gasnim instalacijama.