Ochrona przeciwpożarowa przy transporcie, składowaniu i spalaniu biomasy

Jeżeli w procesach technologicznych u wytwórcy produktu, wyrobu lub odpadu technologicznego, który w elektrociepłowni stanowi biomasę, występowało zagrożenie pożarem lub wybuchem i wynikało ono z właściwości fizyko-chemicznych i postaci występowania takiego produktu, a do elektrociepłowni biomasa dostarczana jest w postaci niezmienionej, to znaczy, że w procesie transportu, składowania i spalania biomasy w elektrociepłowni zachować należy takie same zasady bezpieczeństwa pożarowego i wybuchowego jak u pierwotnego wytwórcy.

Dostarczanie do elektrociepłowni biomasy w postaci przetworzonej, np. w formie brykietu, nie zapewnia całkowitego bezpieczeństwa pod względem pożarowym lub wybuchowym. W procesie transportu, pryzmowania i składowania wydzielać się mogą duże ilości pyłów, które zalegać będą na konstrukcjach obiektów i w przypadku powstania miejscowych zawirowań powietrza tworzyć mogą wybuchowe mieszaniny pyłowo-powietrzne.

Należy również pamiętać o tym, że składowanie na przykład brykietu o różnym stopniu zawilgocenia lub zanieczyszczeń organicznych prowadzić może do powstania zjawiska samozapłonu. Zatem technologiczne stosowanie biomasy wymaga stosowania precyzyjnie zaprojektowanych układów technologicznych dostosowanych do parametrów fizyko-chemicznych i postaci występowania biomasy.

Zagrożenia pożarowe i wybuchowe w stosowaniu biomasy

Biomasa dostarczana jest do elektrowni najczęściej w postaci brykietu i pelet (drzewnych, ze słomy lub grubej śruty, z upraw leśnych) oraz rozdrobnionej śruty rzepakowej, otrębów pszennych i pyłu drzewnego. Tak szeroki program technologiczny i gama asortymentowa przewidzianej do spalania biomasy wskazuje jednoznacznie, że proces transportu, składowania i spalania biomasy wymagać będzie zasadniczego rozdzielenia instalacji technologicznych dla procesów spalania biomasy w zależności od postaci jej występowania. Postać występowania biomasy i jej parametry fizyko-chemiczne wpływają na rodzaj i charakter zagrożeń pożarowych i wybuchowych oraz na zakres koniecznych do zastosowania technicznych środków zabezpieczeń przeciwpożarowych i przeciwwybuchowych.

W procesie transportu i składowania biomasy we wszystkich jej postaciach występować będzie duże zagrożenie pożarowe wynikające z jej właściwości łatwozapalnych oraz z wysokiej gęstości obciążenia ogniowego występującego w pomieszczeniach magazynowych, a wynikającego z pryzmowego składowania biomasy.

Zagrożenie wybuchem występować będzie zawsze w tych instalacjach technologicznych, które służyć będą do transportu, rozdrabniania lub odpylania instalacji związanych z dostawą rozdrobnionej biomasy do kotła. Ponadto zagrożenie wybuchem występować będzie również w magazynie biomasy w postaci zwartej i pochodzić będzie głównie od pyłów osiadłych oraz w instalacjach aspiracyjnych przeznaczonych do usuwania pyłów powstałych podczas rozładunku biomasy i kształtowania pryzm.

Przyjęcie i magazynowanie biomasy

Rodzaje biomasy używane w poszczególnych elektrociepłowniach uzależnione są od zasobów naturalnych występujących na terenach, na których elektrociepłownie są zlokalizowane. Zasadnicze rodzaje biomasy podzielić można na dwie grupy:

• biomasa w postaci zwartej (brykiet, pelety, zrębki),
• biomasa w postaci sypkiej (śruta rzepakowa, otręby pszenne, pył drzewny, wytłoki).

Każda z tych grup charakteryzuje się innym zagrożeniem pożarowym i wybuchowym i dlatego każda wymaga odmiennej technologii transportu, rozładunku i składowania.

Biomasa w postaci zwartej

W przypadku biomasy w postaci zwartej podczas dostawy i magazynowania występować będzie przede wszystkim zagrożenie pożarem wynikające z dużego miejscowego nagromadzenia materiału palnego w postaci pryzm biomasy. Natomiast zagrożenie wybuchem będzie zjawiskiem wtórnym wynikającym z możliwości nagromadzenia się pyłów osiadłych na elementach konstrukcyjnych budynku magazynu.

Właściwości fizyko-chemiczne poszczególnych rodzajów biomasy występującej w postaci zwartej są bardzo podobne i dlatego ich wspólne składowanie w obrębie jednego pomieszczenia jest dopuszczalne nawet na niewydzielonych w sposób budowlany polach składowych. Podczas dostawy biomasy w postaci zwartej oraz podczas jej rozładunku i formowania pryzmy nie będą wyznaczane strefy zagrożenia wybuchem.

Powstające niewielkie ilości lotnego pyłu, który mógłby stwarzać miejscowe chmury pyłu o koncentracji w okolicy dolnej granicy wybuchowości, powinny być usuwane z pomieszczenia magazynu poprzez system wentylacji aspiracyjnej w wykonaniu przeciwwybuchowym wyposażonej w komory kurzowe lub cyklony. Skutecznym zabezpieczeniem przed powstaniem ewentualnego wybuchu będzie dodatkowo wykonanie instalacji elektrycznej w stopniu ochrony IP. Pojazdy dokonujące formowania pryzm biomasy powinny posiadać atestowany, iskrobezpieczny układ wydechowy.

Wymagania przeciwpożarowe dla budynku magazynu biomasy w postaci zwartej powinny być określone na podstawie Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1].

Przeciwpożarowe wyposażenie budynku magazynu powinno być określone na podstawie Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów [2], z zastrzeżeniem, że do gaszenia ewentualnego pożaru w magazynie biomasy w postaci zwartej należy zaprojektować hydranty mgłowe na mgłę wysokodyspersyjną, które zabezpieczają przed poderwaniem pyłów osiadłych i tworzeniem się mieszanin wybuchowych.

Zaopatrzenie w wodę do gaszenia pożaru oraz układ dróg pożarowych należy określić na podstawie Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę oraz dróg pożarowych [3].

W założeniach technologicznych przyjmuje się najczęściej, że biomasa dowożona będzie do elektrowni samochodami ciężarowymi z naczepami o ruchomej podłodze lub kontenerami samowyładowczymi. W przypadku biomasy w postaci zwartej nie ma przeciwwskazań do zastosowania takich środków transportu i takiego sposobu rozładunku.

Ze względu na różne parametry fizyko-chemiczne biomasy w postaci zwartej i w postaci sypkiej niedopuszczalne jest ich wspólne magazynowanie w jednej przestrzeni magazynowej.

Biomasa w postaci sypkiej

W przypadku biomasy w postaci sypkiej w procesie dostaw, magazynowania i transportu występować będzie przede wszystkim zagrożenie wybuchem ze względu na zawartość w biomasie dużych ilości palnych pyłów o bardzo zróżnicowanej strukturze i wielkości ziaren pyłu, w tym znacznej ilości frakcji pyłu, które tworzyć mogą z powietrzem mieszaniny pyłowo-powietrzne o koncentracji mieszczącej się w granicach wybuchowości.

Parametry fizyko-chemiczne każdej z postaci biomasy sypkiej różnią się i dlatego proces projektowania powinien być poprzedzony szczegółowymi analizami zapisanymi w protokołach kwalifikacyjnych, a urządzenia technologiczne i osprzęt w nich stosowany powinien spełniać wymagania dyrektywy 94/9WE ATEX 100A oraz wymagania określone w przepisach krajowych.

Parametry urządzeń wykonawczych w instalacjach technologicznych, w których przewidziane jest stosowanie biomas w postaci sypkiej różnego pochodzenia, spełniać muszą wymagania dyrektywy ATEX dla tego rodzaju biomasy, która posiada parametry stwarzające największe prawdopodobieństwo powstania wybuchu.

Procesy wyładunku biomasy w postaci sypkiej kwalifikowane są na podstawie obowiązujących przepisów do zagrożonych wybuchem i w obszarach tych wyznaczana jest strefa zagrożenia wybuchem. Szczegółowe wyznaczenie stref zagrożenia wybuchem powinno zostać określone w Protokole kwalifikacyjnym opracowanym przez zespół specjalistów posiadających odpowiednie kwalifikacje.

W przypadku gdy wyładunek odbywa się do aspirowanego kosza wyładowczego, strefę minimum 22 wyznacza się w obrębie kosza, a przestrzeń wokół kosza dodatkowo aspiruje się. Z dotychczasowych doświadczeń wynika, że w przypadku gdy wyładunek odbywa się bezpośrednio na podłogę magazynu, wyznacza się strefę zagrożenia wybuchem 21 w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca wyładunku, a strefę 22 wyznacza się w pozostałej części pomieszczenia magazynu.

Kwalifikacja miejsca wyładunku do strefy zagrożenia wybuchem 21 lub 22 oznacza, że wyładunek nie może odbywać się z samochodu, gdyż konstrukcja żadnego z typowych samochodów nie spełnia wymagań dyrektywy ATEX. Podobnie każdy proces formowania pryzmy z biomasy w postaci sypkiej wymaga wyznaczenia strefy 22 w bezpośrednim otoczeniu miejsca formowania pryzmy, a to oznacza, że do pryzmowania nie można użyć typowego sprzętu pryzmującego.

Istnieją dwie podstawowe możliwości zapewnienia dostawy i magazynowania biomasy w postaci sypkiej z zachowaniem omawianych środków transportu (samochody ciężarowe z naczepami o ruchomej podłodze lub z kontenerami samowyładowczymi albo autocysterny) umożliwiające realizację procesu w zgodzie z obowiązującymi przepisami i dyrektywami.

Są to warianty alternatywne, których wybór uzależniony jest od możliwości inwestora. Po wyborze wariantu należy określić dla niego szczegółowe wymagania dotyczące ochrony przeciwpożarowej i przeciwwybuchowej ze szczególnym uwzględnieniem warunków występujących w miejscu rozładunku.

Wariant 1

Wariant dotyczy wyładunku biomasy w postaci sypkiej z samochodów z naczepami z ruchomą podłogą lub z kontenerami samowyładowczymi i magazynowania biomasy w wolno stojących zbiornikach.

Na zewnątrz magazynu biomasy w postaci sypkiej, przy pełnej ścianie o odporności ogniowej minimum REI 120, należy wykonać aspirowany kosz wyładowczy. Kosz wyładowczy może być również wykonany jako samodzielny obiekt technologiczny z zachowaniem wymagań Rozporządzenia Ministra Infrastruktury [1]. Wewnątrz kosza przyjęciowego wyznacza się strefę zagrożenia wybuchem. Instalacja elektryczna – w wykonaniu przeciwwybuchowym w przestrzeni zagrożonej wybuchem.

Transport biomasy odbywać się powinien do wolno stojących zbiorników o konstrukcji dostosowanej do potrzeb inwestora. Lokalizacja kosza przyjęciowego w zakresie odległości od innych obiektów, trasy przebiegu rurociągów transportu biomasy oraz lokalizacja zbiorników przejściowych lub docelowych, a także system zabezpieczeń przeciwpożarowych i przeciwwybuchowych muszą być zgodne z obowiązującymi przepisami, a przyjęte rozwiązania wymagają uzgodnienia z rzeczoznawcą do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Urządzenia transportowe spełniać muszą wymagania dyrektywy ATEX. Zalecany jest transport pneumatyczny biomasy ze zbiorników składowych do pieca. Urządzenia wykonawcze w instalacji transportu pneumatycznego spełniać powinny wymagania dyrektywy ATEX.

Wariant 2

Wariant dotyczy wyładunku biomasy w postaci sypkiej z autocystern i magazynowania biomasy w wolno stojących zbiornikach.

W wariancie tym należy przewidzieć budowę punktu przyjmowania i pneumatycznego transportu biomasy w postaci sypkiej z zachowaniem przepisów dotyczących ochrony przeciwpożarowej i ochrony przeciwwybuchowej w zakresie lokalizacji punktów przyjęciowych, technicznego zabezpieczenia instalacji transportu pneumatycznego przed możliwością powstania pożaru lub wybuchu oraz lokalizacji zbiorników na biomasę i przebiegu rurociągów transportowych sypkiej biomasy. Szczegółowe rozwiązania powinny być zawarte w projekcie budowlanym.

Ochrona przeciwpożarowa młynowni z pośrednim magazynem biomasy

Biomasa pochodzenia leśnego oraz pochodząca z upraw ma zdecydowanie inne właściwości fizyko-chemiczne niż węgiel lub pył węglowy i dlatego wymaga zastosowania systemów zabezpieczeń przeciwpożarowych i przeciwwybuchowych o bardziej reaktywnych i czulszych progach zadziałania. Pyły z takiej biomasy wykazują wysoką reaktywność nawet wobec niskoenergetycznych iskier pochodzenia mechanicznego oraz iskier od wyładowań elektryczności statycznej. Dlatego też przed zmieleniem biomasy bardzo ważne jest staranne odseparowanie zanieczyszczeń pochodzących z fragmentów części metalowych, a w przypadku biomasy z upraw – skuteczne oczyszczenie z zanieczyszczeń pochodzenia mineralnego.

Zanieczyszczenia te w procesie mielenia wytwarzać mogą iskry o wartości energetycznej nawet kilkunastokrotnie przewyższającej wartość energetyczną iskry zapalającej mieszaninę pyłowo-powietrzną pochodzącą z biomasy. W procesie mielenia oraz w instalacji transportu pneumatycznego biomasy w postaci sypkiej przez cały okres pracy utrzymuje się koncentracja pyłów w mieszaninie z powietrzem w granicach wybuchowości, dlatego też wnętrza tych urządzeń kwalifikowane są do strefy zagrożenia wybuchem ze wszystkimi tego konsekwencjami.

W tych urządzeniach i instalacjach transportowych dla skutecznego zabezpieczenia przed wybuchem należy projektować automatyczne urządzenia do tłumienia wybuchów. Urządzenia do mielenia i instalacje do transportu pneumatycznego muszą być skutecznie zabezpieczone przed gromadzeniem się ładunków elektryczności statycznej. Za średnio skuteczne uważa się zastosowanie jedynie tzw. systemu ogólnego uziemienia. W zbiornikach biomasy w postaci sypkiej należy przewidzieć stałe urządzenia gaśnicze na mgłę wysokodyspersyjną o wielkości kropel nieprzekraczającej 30 mikronów.

Wymagania dla budynku młynowni oraz instalacji transportu pyłów biomasy dotyczące klasy odporności pożarowej budynku, klas odporności ogniowej elementów budowlanych, wielkości stref pożarowych, warunków ewakuacji, odległości między budynkami oraz technicznego wyposażenia budynku należy określić na podstawie rozporządzenia Ministra Infrastruktury [1].

Wymagania dla urządzeń pracujących w przestrzeni zagrożonej wybuchem określić należy na podstawie dyrektywy ATEX oraz przepisów szczegółowych wydanych na jej podstawie. Wymagania w zakresie technicznego wyposażenia budynku w urządzenia zabezpieczeń przeciwpożarowych należy określić na podstawie omówionych wcześniej rozporządzeń MSWiA [2, 3].

Literatura

1.  Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690 ze zm.).
2. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU nr 80, poz. 563).
3. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 czerwca 2003 r. w sprawie przeciwpożarowegozaopatrzenia w wodę oraz dróg pożarowych (DzU nr 121, poz. 1139).