Określanie składu powietrza

w przestrzeniach magazynowych

 

            Skład powietrza w magazynach, odbiegający często znacznie od składu czystego powietrza atmosferycznego, ma kolosalne znaczenie dla jakości towarów i bezpieczeństwa znajdujących się tam ludzi. Znajduje to odbicie w przepisach i normach międzynarodowych i krajowych oraz różnego rodzaju instrukcjach mówiących o postępowaniu w przestrzeniach o zmienionym składzie powietrza.

Powietrze atmosferyczne zawiera składniki występujące w stężeniach stałych i zmiennych, biologicznie czynne i bierne (tab. 1).

Tabela 1

Skład czystego, suchego powietrza atmosferycznego

 

Gaz

Zawartość

w % objętościowych

Azot N2

     78,08

Tlen O2

     20,95

Argon Ar

0,93

Dwutlenek węgla, CO2

0,03

Neon Ne

0,002

Hel He

0,0005

Krypton Kr

0,0001

Wodór H2

0,00005

Ksenon Xe

0,000009

Ozon O3

0,000001

Źródło: Opracowanie własne.

 

Na Rys. 1 przedstawiono podstawowe zagrożenia dla ludzi i towaru, będące skutkiem zmienionego składu powietrza atmosferycznego.

Stałym, biologicznie czynnym składnikiem powietrza jest tlen, mający największy wpływ na czynności życiowe organizmu ludzkiego.

W okresie spoczynku człowiek wdycha jednorazowo około 500cm3 powietrza. Dobowe zapotrzebowanie na tlen wynosi w czasie spoczynku 300 dm3.. W czasie wytężonej pracy zapotrzebowanie to może wzrosnąć nawet piętnastokrotniekrotnie. Zapas tlenu w organizmie wynosi ok. 1 dm3, co wystarcza na ok. 4 minuty. Maksymalnie możliwy czas przetrwania człowieka bez wymiany powietrza wynosi ok. 6 minut. Zmiany w zdolności do pracy, występują po obniżeniu stężenia tlenu w powietrzu, poniżej 17%. Do tych warunków organizm przystosowuje się poprzez zwiększenie wentylacji płuc i zwiększenie liczby uderzeń serca.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Rys. 1. Schemat potencjalnych skutków spowodowanych zmienionym składem powietrza atmosferycznego w magazynowych przestrzeniach zamkniętych.

Źródło: Opracowanie własne.

Do stałych, biologicznie biernych składników powietrza, należą azot i gazy szlachetne, których stężenie w powietrzu wynosi 79% objętościowych.

Do zmiennych, biologicznie czynnych składników powietrza należą dwutlenek węgla i ozon.

Dwutlenek węgla jest gazem bezbarwnym, pozbawionym zapachu, niepalnym, cięższym od powietrza, dobrze rozpuszczalnym w wodzie. Łatwo ulega skropleniu. W temperaturze -78,5°C sublimuje. W przyrodzie występuje w stanie wolnym lub związanym. Źródłami CO2 są między innymi: procesy spalania węgla w powietrzu oraz procesy fermentacyjne. Stężenie CO2 w powietrzu wydechowym wynosi ok. 4-5%, a w powietrzu pęcherzykowym 5-6%. Dwutlenek węgla jest czynnikiem regulującym oddychanie poprzez pobudzanie ośrodka oddechowego. Niedobór dwutlenku węgla we krwi powoduje spłycenie oddychania, a nawet chwilowy bezdech. Nadmiar wywołuje pogłębienie i przyspieszenie oddychania, a następnie porażenie ośrodka oddechowego, utratę przytomności i bezdech. Stłumienie czynności ośrodka oddechowego, np. przez narkotyki, środki nasenne, wywołuje spłycenie i zwolnienie oddychania, doprowadza do zalegania dwutlenku węgla w ustroju i kwasicy oddechowej. Typowymi cechami klinicznymi tego stanu są: przyspieszenie tętna, wzrost ciśnienia tętniczego krwi, zaczerwienienie skóry i pocenie się. Prężność dwutlenku węgla we krwi tętniczej wynosi 5,3 kPa (40mm Hg). Stężenie dwutlenku węgla może nieznacznie wzrastać w pomieszczeniach zamkniętych. Niebezpieczne dla organizmu ludzkiego stężenia dwutlenku węgla, mogą powstawać przy niedostatecznej wymianie powietrza i zachodzących jednocześnie procesach spalania lub utleniania. Maksymalne stężenie dwutlenku węgla, tolerowane przez dłuższy czas, wynosi 0,8-1,5% objętościowych. Niebezpieczne dla życia jest wdychanie powietrza zawierającego więcej niż 5% obj. CO2.

Ozon jest nietrwałą odmianą alotropową tlenu, rozkłada się samorzutnie w temperaturze pokojowej. Jest gazem o niebieskawej barwie i ostrej woni. Jest silnym utleniaczem. Należy do gazów najbardziej chemicznie i toksycznie aktywnych. W porównaniu z tlenem, rozpuszczalność ozonu w wodzie jest ok. 13 razy większa. W roztworach wodnych, ozon utlenia związki żelaza, dwuwartościowego manganu, wodorosiarczki, cyjanki, azotyny, jodki, substancje powierzchniowo czynne, pestycydy fosforoorganiczne, węglowodory oraz liczne inne związki organiczne. Jego zawartość w świeżym powietrzu wynosi 0,001 ppm* i może wzrastać np. wskutek wyładowań elektrycznych pod wysokim napięciem. Ozon emitowany jest przez laserowe kserokopiarki oraz drukarki komputerowe. Przy stężeniu 0,2 ppm ozon działa drażniąco na drogi oddechowe, wywołuje kaszel, senność, znużenie.

W powietrzu atmosferycznym mogą znajdować się różnego rodzaju zanieczyszczenia będące substancjami chemicznymi, które albo nie są jego naturalnymi składnikami, albo będąc nimi występują w stężeniach przekraczających właściwy dla nich zakres. Zanieczyszczenia te negatywnie oddziaływają na organizm człowieka. Niektóre z nich są substancjami pogarszającymi samopoczucie inne mogą wywoływać schorzenia. Są jednak wśród nich również związki toksyczne, karcinogenne*, teratogenne** oraz takie, które poprzez swoje właściwości palne, wybuchowe lub korodujące mogą wprowadzać do środowiska pracy, szereg zagrożeń.

Do najważniejszych zanieczyszczeń powietrza należą: pyły (popioły lotne, sadza, stałe związki organiczne, azbest, pestycydy), gazy (tlenki siarki, azotu i węgla, węglowodory, ozon, radon, fluor), zanieczyszczenia biologiczne (mikroorganizmy wraz z produktami ich metabolizmu oraz makroorganizmy, np. grzyby). Antropogennymi źródłami zanieczyszczenia powietrza są m.in.: chemiczna konwersja paliw, transport i składowanie surowców, motoryzacja. Zanieczyszczenia powietrza są wchłaniane przez ludzi głównie, w trakcie oddychania.

Bardzo niebezpiecznym gazem powstającym przy spalaniu węgla w atmosferze zubożonej w tlen jest tlenek węgla. Gaz ten ma znacznie większe powinowactwo do hemoglobiny niż tlen (od 230 do 270 razy aktywniejszy). Z tego względu przy zatruciu tym gazem, powstaje karboksyhemoglobina, co w efekcie prowadzi do niedotlenienia tkanek. Główne objawy zatrucia tlenkiem węgla to: duszność, bóle i zawroty głowy, nudności, wymioty, oszołomienie, osłabienie, przyspieszenie czynności serca i oddychania. Przy ciężkim zatruciu występują: utrata przytomności, śpiączka, drgawki, a w końcu porażenie ośrodka oddechowego (depresja oddechowa). Powikłaniem zatruć tlenkiem węgla są zmiany zwyrodnieniowe w ośrodkowym układzie nerwowym, nerwobóle, zapalenie płuc, natomiast w zatruciach przewlekłych: bóle i zawroty głowy, znużenie, zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym objawiające się: pogorszeniem pamięci i zdolności koncentracji, bezsenność, znużenie.

Innym z niebezpiecznych dla człowieka gazów jest dwutlenek siarki (SO2), bezbarwny gaz o ostrym, charakterystycznym zapachu, cięższy od powietrza. Dwutlenek siarki dobrze rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkawy (H2SO3). Dwutlenek siarki jest związkiem bardzo reaktywnym. Głównym źródłem emisji SO2 do atmosfery jest spalanie paliw dla celów energetycznych. SO2 należy do silnie toksycznych składników smogu. Dwutlenek siarki powoduje uszkodzenie dróg oddechowych oraz wywołuje reakcje ogólnoustrojowe, m.in. przez modyfikację aktywności niektórych enzymów.

Szkodliwość wprowadzanych do organizmu przez drogi oddechowe pyłów zależy od rodzaju pyłu, wielkości ziaren, ich gęstości właściwej, stopnia zapylenia i czasu narażenia. Liczba ziaren ma znaczenie dla pyłów nierozpuszczalnych w wodzie. Zanieczyszczeniami powietrza są również wprowadzone do niego organizmy żywe. Przyczyniają się one, do powstawania schorzeń układu oddechowego (astma, rozedma płuc, zapalenie oskrzeli), a także zaburzeń reprodukcji i alergii. Bardzo niebezpiecznymi dla człowieka są dioksyny - PCDD będące związkami chemicznymi zawierającymi w cząsteczce dwa pierścienie benzenowe połączone dwoma atomami tlenu. W chlorowanych dioksynach atomy wodoru w pierścieniach benzenowych podstawione są atomami chloru (rys. 2.). Dioksyny powstają między innymi przy spalaniu w spalarkach śmieci zawierających tworzywa sztuczne.

 

Rys. 6.2. Uproszczony wzór strukturalny Polichlorodibenzo-p-dioksyn (PCDD)

Źródło: Masuda Y.: Approach to Risk Assessment of Chlorinated Dioxins from Yusho PCB Poisoning. Organohalogen Compounds 1994, Nr 21.

 

Dioksyny występują w środowisku w znikomo małych ilościach. Do najbardziej znanych dioksyn należy 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksyna (TCDD), która była składnikiem defoliantu o nazwie Agent Orange stosowanego przez Amerykanów w Wietnamie. TCDD jest jedną z najsilniej działających trucizn. Przeciętna dawka śmiertelna dla królika wynosi 115 µg/kg masy ciała. Ekspozycja na działanie dioksyn powoduje u człowieka wystąpienie trądziku chlorowego, zaburzenie procesów trawiennych, uszkodzenie niektórych systemów enzymatycznych, bóle mięśni i stawów, zaburzenia w układzie nerwowym. Dioksyny podejrzewa się także o działanie karcinogenne (sarkoma tkanki łącznej) i teratogenne. Pyły przemysłowe składają się ze stałych cząstek o średnicy ziaren do 100 µm, powstają w wyniku spalania paliw kopalnych i in. procesów produkcyjnych, unoszone są one z dymem, jednym z głównych rodzajów antropogenicznych zanieczyszczeń powietrza. Pyły przemysłowe powodują różne schorzenia dróg oddechowych (pylice), u ludzi narażonych na ich długotrwałe działanie. Dla substancji przenikających do organizmu przez drogi oddechowe, opracowano wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń na stanowisku pracy, tzw. NDS. Zgodnie z definicją najwyższe dopuszczalne stężenie – średnie ważone, jest to takie stężenie, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i 42-godzinnego tygodniowego wymiaru czasu pracy przez okres jego aktywności zawodowej, nie powinno spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika oraz jego przyszłych pokoleń. Obok NDS ustalone są również najwyższe dopuszczalne stężenia chwilowe (NDSCh), które odnoszą się do 30 minut w czasie zmiany roboczej oraz najwyższe dopuszczalne stężenia pułapowe (NDSP), które ze względu na zagrożenie zdrowia lub życia pracownika nie może być przekroczone w żadnym momencie. W przepisach amerykańskich operuje się odpowiednio określeniami:

-                     Threshold Limit Value - Time Weighted Average (TLV-TWA) - stężenia odnoszące się do 8-godzinnego dnia lub 40-godzinnego tygodnia pracy,

-                     Threshold Limit Value - Short Term Exposure Limit (TLV-STEL) - stężenia odnoszącego się do 15 minut,

-                     Threshold Limit Value – Ceiling Value (TLV-C) – stężenia, których nigdy nie wolno przekroczyć w środowisku pracy.

W Szwecji stosowane są odpowiednio akronimy: STEL, SE-LEVL i SE-CEIL. W Niemczech podstawowym określeniem jest MAK – Maximum Arbeitsplatz Koncentration, w Anglii MEL –Maximum Exposure Limits, w Japonii JP-OEL odnoszące się do 40 godzinnego tygodnia pracy, w Federacji Rosyjskiej PDK (odnoszące się do 41-godzinnego tygodnia pracy).

Wartości NDS podawane są w miligramach na 1 m3 powietrza. Wartości TLV wyrażone są w ppm (parts per million) lub/i w miligramach na 1m3 powietrza, przy ciśnieniu atmosferycznym i w temperaturze 20°C.

Do przeliczania jednostek ppm na mg/m3 i mg/m3 na ppm stosowane są następujące wzory:

-                    

-                    

W tabeli 2. podano dla porównania najwyższe dopuszczalne stężenia – NDS = TLV-TWA oraz najwyższe dopuszczalne stężenia chwilowe – NDSCh = TLV-STEL obowiązujące w Polsce i USA dla NO, NO2 i par HNO3.

 

Tabela 2.

Stężenia NDS (TLV-TWA) i NDCh (TLV-STEL)

dla tlenku i dwutlenku azotu oraz par kwasu azotowego

obowiązujące w Polsce i USA

 

Związek

chemiczny

Polska

NDS

USA

TLV-TWA

Polska

NDSCh

USA

TLV-STEL

Tlenek azotu

- NO

-

5 mg/m3

25ppm

30mg/m3

-

10mg/m3

35ppm

45mg/m3

Dwutlenek azotu - NO2

-

5 mg/m3

3ppm

6mg/m3

-

10mg/m3

5ppm

10mg/m3

Pary kwasu azotowego

- HNO3

-

5 mg/m3

2ppm

5mg/m3

-

10mg/m3

4ppm

10mg/m3

Źródło: Opracowanie własne na podstawie Rozporządzenia MP i PS z 17.06.1998r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy .Dz. U. Nr, 79 poz. 513 z 1998 r., Guide to OSHA, NIOSH, ASTM, http://www.skcinc.com.

W przypadku pracy w magazynach, w których składowane są pochodne ropy naftowej może wystąpić zagrożenie wdychania węglowodorów, które działają na organizm toksycznie. Nawet małe ilości przytępiają zmysł powonienia, mogą wywołać symptomy ograniczonej odpowiedzialności i oszołomienia, podobne do upojenia alkoholowego.

Stosunek składników par ropy naftowej może być różny, a więc i różna ich toksyczność. Jako ogólnie dopuszczalne stężenia dla par ropy naftowej przyjmuje się 500 części na 1 milion - 500 ppm. Wymienione 500 ppm (0,05%) jest tylko ogólną wskazówką. Wrażliwość poszczególnych osób względem ustalonego, dopuszczalnego stężenia może kształtować się różnie. Przy stężeniu 2% gazu w powietrzu (20000 ppm) występuje paraliż i utrata przytomności oraz śmierć w krótkim czasie.

Graniczne, dopuszczalne stężenie par w powietrzu wynoszące 500 ppm nie przesądza o stopniu toksyczności, gdy ropa naftowa zawiera siarkowodór, benzen lub organiczne związki ołowiu. Niektóre surowe ropy zwane kwaśnymi, zawierają siarkowodór w ilościach mogących narażać pracowników biorących udział w operacjach przeładunkowo-składowych na dodatkowe ryzyko.

W wyniku tego, że siarkowodór jest gazem, jego pary znajdujące się w przestrzeni ulażowej (ulage – wolna przestrzeń w zbiornikach dla zapewnienia przestrzeni dla zwiększającej się objętości paliw pod wpływemwzrostu temperatury) mają stężenie wielokrotnie wyższe niż w płynnej surowej ropie. Potwierdzeniem wysoce toksycznego charakteru siarkowodoru, jest bardzo niskie dopuszczalne stężenie w powietrzu, wynoszące 10 mg/m3 (NDS). Chociaż siarkowodór jest gazem palnym, jego stężenie w powietrzu nie jest rejestrowane przez analizator gazów palnych. Koncentrację siarkowodoru w powietrzu należy więc mierzyć specjalnym indykatorem dla siarkowodoru.

Podczas magazynowania towarów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, w magazynach przebiegają naturalne procesy biochemiczne, zachodzące w masie towarowej a także procesy życiowe mikroorganizmów, które są przyczyną wydzielania się pary wodnej, produktów gazowych (np.CO2, CO) oraz energii cieplnej, co w konsekwencji prowadzi do zmiany warunków mikroklimatycznych w przestrzeni magazynowej.

Najważniejszym procesem naturalnym, zachodzącym w organizmach żywych (niektóre towary spożywcze), jest oddychanie. Proces ten polega na utlenianiu przede wszystkim węglowodanów, kwasów organicznych, alkoholi i lipidów przy udziale właściwych enzymów. Podczas oddychania wydziela się ciepło, dwutlenek węgla, woda i czasami niewielkie ilości innych substancji. Procesy te przebiegają według uproszczonego równania:

 

C6H12O6+6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 2821,9 KJ

Niektóre owoce, np. jabłka, gruszki, banany, brzoskwinie wydzielają w okresie  dojrzewania etylen, działający stymulująco na proces dojrzewania.

Omówione procesy uzasadniają konieczność kontroli składu powietrza w ładowniach statków, również w przypadku transportu towarów pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego.

W tabeli 3 przedstawiono wartości NDS wybranych gazów toksycznych, występujących w czasie przechowywania i transportu różnych towarów.

 

Tabela 3

Wartości NDS i NDSCh wybranych gazów toksycznych

 

Nazwa gazu

Nr CAS*

NDS

[mg/m3]

NDSCh

[mg/m3]

Amoniak

7664-41-7

20

27

Benzen

71-43-2

10

40

Benzyna ekstrakcyjna

8032-32-4

500

1500

Chlor

7782-50-5

1,5

9

Chlorowodór

7647-01-0

5

-

Czteroetylek ołowiu (Tetraetyloplumban)

78-00-2

0,05

0,1

Dichlorodifluorometan (Freon 12)

75-71-8

4000

6200

Dichlorofluorometan (Freon 21)

75-43-4

40

200

Dwutlenek siarki (Ditlenek siarki)

7446-09-5

2

5

Dwutlenek węgla (Ditlenek węgla)

124-38-9

9000

27000

Kwas siarkowy (pary)

76-64-03-9

1

3

Nafta

8008-20-6

100

300

Siarkowodór

7783-06-4

10

20

Tlenek węgla

630-08-0

30

180

Trójtlenek siarki (Tritlenek siarki)

7446-11-9

1

3

Ozon

10028-15-6

0,1

0,6

Źródło: Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej 17.06.1998r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dz. U. Nr, 79 poz. 513 z 1998 r.

 

Jak wynika z powyższej tabeli, toksyczność gazów i par związków jest bardzo zróżnicowana, od 0,1 mg/m3 w przypadku ozonu, do 27 000mg/m3 w przypadku dwutlenku węgla. Nie tylko toksyczność zamkniętych przestrzeni stanowi zagrożenie w czasie składowania towarów w magazynach. Bardzo poważnym zagrożeniem są atmosfery palne i wybuchowe. Często zdarza się, że zamknięte przestrzenie stwarzają obydwa te zagrożenia równocześnie. Jako kolejny rodzaj zagrożenia, należy wymienić przestrzenie zamknięte o ograniczonej zawartości tlenu. Są one niebezpieczne dla pracowników.

Niektóre z towarów mają skłonności do samozagrzewania się. Są to towary pochodzenia organicznego. Wydzielająca się energia cieplna może doprowadzić nawet do samozapalenia się towaru. Zjawisko samozapłonu zależy od wielu czynników między innymi takich jak: skład chemiczny i ziarnowy towaru, wilgotność, przewodnictwo cieplne, obecność zanieczyszczeń i mikroorganizmów. Proces samozagrzewania sygnalizowany jest poprzez wzrost stężenia tlenku i dwutlenku węgla, oraz podwyższenie temperatury masy towaru. Do towarów, w których nawet mimo składowania na placach składowych może dojść do samozagrzewania się i samozapłonu należy węgiel. W niektórych gatunkach węgla zawarty jest metan, występujący w postaci gazu zaabsorbowanego, tj. związanego fizykochemicznie z węglem oraz gazu swobodnego, zawartego w porach i szczelinach węgla. Jest on gazem bezbarwnym, bez zapachu, lżejszym od powietrza. Metan posiada właściwości palne, a w odpowiednim stosunku z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową. Zakres palności mieszaniny metanu z powietrzem wynosi od 5 do 14% metanu w powietrzu. Reakcja łączenia się metanu z tlenem przy wybuchu przebiega według równania:

 

CH4 + 2O2 =  CO2 + 2H2O +  55684,4 KJ z 1 kg CH4

 

Największa siła wybuchu, przy normalnej zawartości tlenu w powietrzu, występuje przy stężeniu CH4 około 9,5%, gdyż wtedy cały tlen zawarty w powietrzu łączy się z całą ilością metanu.

Zagrożenie pożarem i wybuchem ma miejsce przy składowaniu wielu towarów. W najwyższym stopniu zagrożenie to wprowadzają ciecze łatwopalne, do których należą ropa naftowa i produkty jej przetwarzania jak również liczne ładunki nazywane potocznie chemikaliami. Mieszaniny palnych gazów lub par substancji ciekłych z powietrzem, stają się palne po osiągnięciu określonych wartości stężeń. W odniesieniu do mieszanin wybuchowych, stężenie ich w powietrzu wyraża się najczęściej w procentach objętościowych (% obj.) substancji wybuchowej do powietrza, niekiedy stężenie to wyraża się w mg/m3. Zakres wybuchowości (palności) mieści się między dolną - DGW a górną – GGW granicą wybuchowości. Angielski odpowiednik DGW to LEL* lub LFL**, zaś GGW – UEL*** lub UFL****.

Dolna granica wybuchowości jest to najniższe stężenie gazów lub par substancji palnych w powietrzu, przy którym możliwy jest zapłon pod wpływem czynnika inicjującego. Górna granica wybuchowości jest to najwyższe stężenie gazów lub par substancji palnych w powietrzu, przy którym możliwy jest jeszcze zapłon pod wpływem czynnika inicjującego. Ani poniżej dolnej granicy wybuchowości, ani powyżej górnej granicy wybuchowości gazy i pary palne nie zapalą się. W pierwszym przypadku za mało jest gazów palnych, a w drugim za mało tlenu, aby mógł zajść proces spalania. Zależności te przedstawiono na Rys. 3, na którym zilustrowane jest ułożenie w funkcji czasu, poszczególnych warstw atmosfery w czasie załadunku zbiornika. Na rysunku tym zaznaczono dolną (DGW) i górną (GGW) granicę wybuchowości oraz obszar wybuchowy mieszaniny par ładunku z powietrzem atmosferycznym, a także obszary, w których mieszanina jest zbyt bogata oraz zbyt uboga aby mogło dojść do wybuchu.

 

Rys. 6.3. Ułożenie poszczególnych warstw atmosfery w czasie załadunku

ropy naftowej do zbiornika.

Źródło: Wiewióra A., Wesołek W., Puchalski J.: Ropa naftowa w transporcie morskim. Trademar, Gdynia 1999.

 

W przypadku magazynowania ropy naftowej i produktów jej przetworzenia, najbardziej niebezpiecznymi momentami są: przyjmowanie, wydawanie towaru oraz mycie i wentylowanie zbiorników. W okresach tych zawsze należy liczyć się z potencjalną możliwością wybuchu.

W tabeli 4 podano zakres palności gazów łatwo palnych, często występujących w obrocie handlowym. Bardzo ważna jest świadomość pracowników, że w przestrzeniach zamkniętych, ze względu na gęstość gazów, różną od powietrza atmosferycznego, mogą się one różnie zachowywać. Cięższe od powietrz będą gromadzić się w najniżej położonych miejscach, lżejsze (jak omawiany wcześniej metan) będą gromadzić się w górnych warstwach, jeszcze inne mogą tworzyć tzw. „worki gazowe” na różnych wysokościach. Rozkład gazów jest poza tym w takich przestrzeniach labilny. W związku z tym przy dokonywaniu pomiarów w atmosferach, w których możliwe jest powstawanie toksycznych lub wybuchowych gazów należy je wykonywać, w różnych miejscach oraz systematycznie powtarzać.

Tabela 4.

Zakres palności (wybuchowości) wybranych gazów

 

Nazwa substancji

Dolna granica wybuchowości

[% obj.]

Górna granica wybuchowości

[% obj.]

Acetylen

2,3

82,0

Amoniak

15,0

28,0

Benzen

1,3

9,5

Dwutlenek węgla

12,5

75,0

Etylen

2,8

15,5

Metan

5,3

14,0

Etan

3,0

12,5

Propan

2,2

9,5

Butan

1,9

8,5

Pentan

1,4

7,8

Heksan

1,2

7,4

Heptan

1,1

6,7

Źródło: International Maritime Dangerous Goods Coode IMO London 1998. Wiewióra A., Wesołek Z., Puchalski J.: Ropa naftowa w transporcie morskim. Trademar, Gdynia 1999

 

            Jak z powyższego wynika, pełna informacja na temat zubożenia atmosfery w tlen, obecności gazów lub par toksycznych, żrących lub wybuchowych, ma podstawowe znaczenie w zapewnieniu bezpieczeństwa w magazynach składowych. W tym celu dokonywane są wszędzie gdzie jest to uzasadnione, proceduralne pomiary składu atmosfery. Ponadto wszędzie tam gdzie istnieje uzasadnione przypuszczenie, że skład atmosfery może stanowić zagrożenie, dokonuje się takich pomiarów. Do tych celów wykorzystywana jest cała gama przyrządów pomiarowych od prostych w konstrukcji i obsłudze absorbcyjnych analizatorów chemicznych, których zasada działania opiera się na barwnej reakcji oznaczanego gazu z zawartą w szklanej rurce wskaźnikowej reagującą selektywnie substancją chemiczną, do bardzo skomplikowanych w konstrukcji choć równie prostych w obsłudze elektronicznych mierników nowej generacji.

            Na rys. 4. przedstawiono wykrywacz gazów produkcji Fasera, w którym analizowana próbka gazu przepuszczana jest przez rurkę wskaźnikową (rys. 4.) przez przedmuchiwanie z użyciem mieszka. Rurki wskaźnikowe służą do jednorazowego oznaczania. Istotnym jest aby zarówno mieszek jak i rurki pochodziły od tego samego producenta. Na rurkach tych znajdują się informacje na temat gazu, który może być przy ich pomocy oznaczany, jednostek stężenia gazu (najczęściej ppm) oraz terminu ważności. Ponadto, na rurkach zaznaczona jest skala pomiarowa, strzałka wskazująca kierunek przepływu badanego powietrza oraz liczba suwów mieszka. Przy pomocy tego typu indykatorów można mierzyć między innymi stężenie tlenku i dwutlenku węgla, dwutlenku siarki, siarkowodoru i benzenu. Wadą rurek jest błąd pomiaru rzędu 10-20%. Przed przystąpieniem do pomiaru należy odłamać obydwa końce rurki sprawdzając jednocześnie, czy nie nastąpiło wcześniej przebarwienie rurki, co świadczyłoby o jej niezdatności do pomiaru.

Rys. 6.4. Wykrywacz gazów produkcji Fasera:

1         – korek, 2 – głowica pompki, 3 – wskaźnik rurkowy, 4 – mieszek o pojemności 100cm3, 5 – zawór wylotowy, 6 – łańcuszek dystansowy

Źródło: Leśmian-Kordas R., Pilawski T., Abramowska E.: Ćwiczenia z towaroznawstwa towarów okrętowych, WSM Szczecin 1988.

 

 

Przyrządem pomiarowym nowej generacji jest eksplozymetr przedstawiony na rysunku 5. Służy on do pomiarów stężenia gazów palnych i ostrzegania osób pracujących w takich warunkach, przed stężeniami gazów w zakresie ich wybuchowości.

 

Rys. 5. Eksplozymetr EX 10; strona czołowa aparatu.

A-ogniwo pomiarowe; B-lampka alarmowa działająca w połączeniu z sygnałem akustycznym (D); C- włącznik i wyłącznik aparatu EX 10 jest włączony w pozycji  "M" i wyłączony w pozycji "A"; D- głośnik alarmu akustycznego, współdziałający z lampką alarmową (B) sygnalizuje przekroczenie zaprogramowanego stężenia gazu lub niedomogi baterii; E- ekran z trzycyfrowym wskaźnikiem wartości; F- bateria Ni-Cd.

Źródło: Instrukcja obsługi eksplozymetru EX 10 firmy OLDHAM.

 

Eksplozymetr ten może być stosowany do kontroli atmosfery w magazynach lub innych pomieszczeniach zamkniętych, w których składowane są wybuchowe gazy. Celem zapewnienia bezpieczeństwa pracy w wymienionych warunkach koniecznym jest:

Ø      ciągłe sprawdzanie składu atmosfery,

Ø      ostrzeganie o niebezpieczeństwie, nim mieszanina powietrza i gazu palnego osiągnie dolną granicę wybuchowości (DGW, LEL, LFL), co umożliwia odpowiednio wczesne podjęcie akcji zapobiegającej wybuchowi.

 

Rys. 6. Eksplozymetr EX 10, tylna strona aparatu.

A- regulacja poziomu alarmu; B-słuchawka; C-gniazdo słuchawkowe (używane w bardzo hałaśliwym otoczeniu); D- baterie; E- śruby mocujące baterię do obudowy aparatu; F- włącznik i wyłącznik aparatu; G- regulacja zera; S- regulacja czułości

Źródło: Instrukcja obsługi eksplozymetru EX 10 firmy OLDHAM.

 

Eksplozymetr ten ma szeroki zakres pomiaru: 0 - 100 LEL.

Gazem odniesienia jest w nim metan (1,5% CH4 + 98,5% powietrze) ale może też być nim inny gaz w zależności od potrzeb. Wartość cyfrowa 100 na skali odpowiada 5% CH4. Charakteryzuje go znacznie większa dokładność pomiaru (±5%) w stosunku do wykrywaczy rurkowych oraz krótki czas pomiaru (mniej niż 10 sekund od chwili włączenia aparatu). Odczyt pojawia się na wyświetlaczu cyfrowym. Eksplozymetr ten wyposażony jest w nowoczesny układ elektroniczny i działa na zasadzie katalitycznego spalania. W zależności od potrzeb może on być wykalibrowany do pomiarów wszystkich gazów palnych i zastosowany w każdej sytuacji. Jest urządzeniem w obudowie przeciwwybuchowej. Po naładowaniu baterii jest przygotowany do ciągłej kontroli zagrożenia wybuchowego badanej atmosfery przez 5 godzin nieprzerwanej pracy. Wymiana lub doładowanie baterii, mogą być wykonane nawet w niebezpiecznej atmosferze.

Zastosowanie nowoczesnych elementów elektronicznych pozwala na pracę aparatu w zakresie temperatur:

Ø      od -10 °C  do +45°C przy pracy ciągłej,

Ø      od -20° C  do +55°C przy pracy okresowej.

Małe wymiary umożliwiają noszenie aparatu w kieszeni, a antystatyczne właściwości tworzywa, z którego wykonana jest obudowa aparatu pozwalają na stosowanie go bez dodatkowego opakowania. Gdy to jest wskazane, można wykorzystać futerał stanowiący wyposażenie aparatu, umożliwiający przymocowanie eksplozymetru do paska lub noszenie na ramieniu. Teleskopowy próbnik i ręczna pompka z końcówką wlotową gazu, służą do pobierania próby gazu na odległość. Regulację czułości aparatu wykonuje się za pomocą gazu kalibracyjnego. Wszystkie elementy stanowiące wyposażenie aparatu umieszczone są w pojemniku o małych wymiarach. Eksplozymetr tego typu posiada dwa rodzaje sygnalizacji, akustyczną i świetlną. Po włączeniu aparatu pojawia się na krótko cichy kontrolny sygnał akustyczny i sygnał wizualny. Po przekroczeniu zaprogramowanego stężenia gazu włącza się głośny ciągły sygnał akustyczny (wskazanie na wyświetlaczu cyfrowym "050") i ciągły sygnał wizualny, który ustaje gdy stężenie gazu spada poniżej zaprogramowanego poziomu. Wyczerpanie się baterii jest sygnalizowane przerywanym sygnałem dźwiękowym i pulsującym sygnałem świetlnym. Przy całkowitym wyczerpaniu baterii przestaje działać system alarmowy i zanikają też całkowicie wskazania na wyświetlaczu cyfrowym.

Innym rodzajem eksplozymetru nowej generacji, jest aparat przedstawiony na rys. 7., który poza ciągłym pomiarem stężenia jednego z sześciu gazów palnych (propanu, butanu, gazu ziemnego, metanu i dwóch gazów palnych dowolnie wybranych przez użytkownika) dzięki wyposażeniu go w dwa ogniwa pomiarowe, równocześnie dokonuje pomiaru stężenia tlenu w atmosferze. Dzięki między innymi poliwęglanowej obudowie o antystatycznych właściwościach, jest aparatem w pełni bezpiecznym. Aparat ten charakteryzuje się małymi wymiarami, łatwością obsługi, szybkością wykonywania pomiaru (12 sekund, gazy wybuchowe - 3 sekundy). Wyposażony jest w nowoczesne zminiaturyzowane elementy elektroniczne, baterie o długim okresie działania (ponad 14 godzin ciągłej pracy). Może być używany w każdych warunkach. Ponadto wyposażenie aparatu w teleskopowy próbnik umożliwia pobór prób gazu z dużych odległości. Stężenie mierzonego gazu jest wyświetlane jako procent dolnej granicy wybuchowości (LEL), w zakresie 0-100% LEL, lub jako procentowa zawartość palnego gazu w atmosferze (dla metanu w zakresie 0-5%). Stężenie tlenu podawane jest w procentach objętościowych. Zakres wykrywania tlenu zawiera się w granicach 0-30% objętościowych.

 

Rys. 6.8. Eksplozymetr/tlenomierz MX-11.

1 - wizualny sygnał alarmowy przerywany -. sygnalizuje przekroczenie stężenia lub nadmiar tlenu; ciągły - sygnalizuje uszkodzenie czujników tlenowych; 2 - wyświetlacz informacji słownych (rodzaj programu i ogniwa pomiarowego kalibracja oraz wartości stężenia gazu); 3 - wizualny sygnał alarmowy przekroczenia zaprogramowanego stężenia gazu (przerywany) lub uszkodzenia czujników gazu palnego (ciągły); 4 - przełącznik naciskowy umożliwiający wybór gazu odniesienia i potwierdzenie słowne na wyświetlaczu; 5 - włącznik i wyłącznik naciskowy aparatu. Po włączeniu następuje automatyczna samokontrola aparatu; 6 - akustyczny sygnał alarmowy (80 dB w odległości 0,30 m); 7 - obudowa wykonana zgodnie z zasadami ergonomii, pozwalająca na łatwe trzymanie aparatu w dłoni; 8 - miejsce na baterie

Źródło: Instrukcja obsługi eksplozymetru MX 11 firmy OLDHAM.

 

Bardzo istotną cechą tego przyrządu jest fakt, że odczytana wartość stężenia mierzonego gazu jest niezależna od kierunku ustawienia aparatu, oraz możliwy jest odczyt wartości minimalnej, maksymalnej i średniej. Wartości te są wprowadzane do pamięci aparatu i mogą być wprowadzone do pamięci komputera, w którym zmiany stężenia gazu mogą być przedstawione w postaci histogramu. Eksplozymetr ten ma dość znaczną dokładność pomiarów wynoszącą odpowiednio: dla gazów wybuchowych w granicach 5%, dla tlenu 4%. Zaletą tego przyrządu może być również zakres temperatur pomiaru wynoszący;

Ø      od -10 do +45 °C (przy ciągłym pomiarze),

Ø      od -20 do +50 °C (przy okresowym pomiarze).

Przygotowanie aparatu do pomiaru obejmuje;

Ø      zaprogramowanie aparatu na wybrany gaz palny,

Ø      kalibrację na gaz wzorcowy (tylko metan),

Ø      zaprogramowanie poziomu alarmowego.

Bardzo istotnymi funkcjami tego eksplozymetru są systemy samokontroli i samokalibrowania przyrządu. Przy pomiarze stężenia gazów wybuchowych ustala się automatycznie po włączeniu aparatu wartość zero, przy pomiarze tlenu wartość stężenia tlenu, po przekroczeniu zaprogramowanego poziomu stężenia gazu oraz uszkodzeniu baterii i ogniw, pojawiają się informacje wizualne i akustyczne. Wszelkie informacje pojawiające się na monitorze aparatu, mówiące o działaniu sygnalizacji przekroczenia poziomu zaprogramowanego stężenia gazu i uszkodzeniach, mogą mieć postać literową lub liczbową. Przekroczenie poziomu, zaprogramowanego przez użytkownika - "alarmowego poziomu stężenia  gazu” (w zakresie 0 - 60 LEL lub 0 - 3% CH4) jest sygnalizowane przez włączenie się przerywanych sygnałów; akustycznego i wizualnego. Jednocześnie następuje zablokowanie wskazań wartości stężenia "alarmowego" na ekranie czytnika. Pojawia się napis "GAZ" aż do momentu ustąpienia warunków zagrożenia wybuchem. Ustają też alarmowe sygnały: akustyczny i wizualny.

Przy uszkodzeniu lub wyładowaniu baterii blokowany jest zapis wartości stężenia gazu, pojawiają się ciągłe sygnały: akustyczny i wizualny i napis informujący o rodzaju uszkodzenia. Uszkodzenie jednego z ogniw jest sygnalizowane na ekranie zapisem "Calibration" i włączeniem się odpowiedniego sygnału wizualnego i ciągłego sygnału akustycznego. Po 14-stu godzinach użytkowania aparatu (baterii), ciągły sygnał akustyczny i wizualny informuje, że zostało 30 minut pracy aparatu i konieczna jest wymiana baterii.

 



*- ang. ppm - parts per million - część na milion

* - rakotwórcze

** uszkadzające płód

* Chemikal Abstract Service Number – jest oznaczeniem numerycznym pozwalającym jednoznacznie zidentyfikować substancję chemiczną

* - Lower Explosive Limit,

** - Lower Flammable Limit,

*** - Upper Explosive Limit,

**** - Upper Flammable Limit.