Rozmiar czcionki: 

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size
Reklama
Start BHP Bezpieczeństwo i Higiena Pracy Zagrożenia wybuchowe powodowane przez gaz wysypiskowy.

Zagrożenia wybuchowe powodowane przez gaz wysypiskowy.

 
Spis treści
Zagrożenia wybuchowe powodowane przez gaz wysypiskowy.
Strona 2
Wszystkie strony

Część I.

Wstęp

Metan jest drugim pod względem ilości po dwutlenku węgla gazem cieplarnianym, powstającym na skutek działalności człowieka. Uważa się, że metan jest około 20 razy bardziej szkodliwy dla środowiska niż dwutlenek węgla. Jednym ze źródeł uwalniania się metanu są składowiska odpadów. Aktualnie metan powstający w składowiskach odpadów można w znaczny sposób zredukować traktując go jako paliwo do pozyskiwania energii w skutek spalania. Eksploatacja gazu wysypiskowego związana jest jednak z możliwością tworzenia się mieszanin wybuchowych. Właściwości wybuchowe gazu wysypiskowego są wynikiem obecności metanu, wodoru, tlenku węgla i siarkowodoru.

 

Składnik

ilość w %

metan CH4

55-75

dwutlenek węgla CO2

25-45

azot N2

0-0,3

wodór H2

1-5

siarkowodór H2S

0-3

tlen O2

0,1-0,5

Tabela 1. Udział procentowy gazów wchodzących w skład gazu wysypiskowego.

gaz wysypiskowy - def. gaz palny, produkt fermentacji anaerobowej związków pochodzenia organicznego (np., odpady komunalne, odpady przemysłu rolno-spożywczego, biomasa) a częściowo także ich gnicia.

Wytwarzanie gazu wysypiskowego

Na składowiskach odpadów gaz wytwarza się samoczynnie, stąd nazwa gaz wysypiskowy. Odpady składowane na wysypisku są mieszaniną materiałów organicznych i nieorganicznych o różnej wilgotności. Jeżeli zostaną stworzone odpowiednie warunki składowania tj. ugniatanie i przykrywanie warstwy odpadów ziemią lub innym materiałem, to okres w którym podlegają one działaniu tlenu i światła jest bardzo krótki. Stwarza to warunki dla zachodzenia procesów rozkładu beztlenowego. Rozkład ten jest następstwem szeregu spontanicznie zachodzących procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Średnio około 75% odpadów miejskich stanowią biodegradowalne materiały organiczne, które stanowią główne źródło gazu składającego się głównie z dwutlenku węgla i metanu w różnych proporcjach.

Po raz pierwszy wydzielanie się metanu na wysypiskach odpadów stwierdzono w 1934 roku w Wielkiej Brytanii. Pierwsze instalacje odprowadzające gaz do atmosfery zaczęły powstawać w końcu lat sześćdziesiątych. Obecnie na wysypiskach instaluje się systemy odgazowujące. Nowoczesne składowiska posiadają specjalne komory fermentacyjne lub bioreaktory, w których fermentacja metanowa odpadów odbywa się w stałych temperaturach 33-37°C dla bakterii metanogennych mezofilnych, rzadziej 50-70°C dla bakterii termofilnych oraz przy pH 6,5-8,5 i odpowiedniej wilgotności. Ze składowiska o powierzchni około 15 ha można uzyskać 20 do 60 GWh energii w ciągu roku, jeżeli roczna masa składowanych odpadów to około 180 tys. ton. Wartość opałowa gazu wysypiskowego waha się w granicach 17-27 MJ/m3 i zależy głównie od zawartości metanu.

 

Zagrożenie wybuchowe.

Gęstość gazu wysypiskowego jest większa niż powietrza, co powoduje, że gromadzi się on
w pobliżu ziemi i jej zagłębieniach. Gaz nie jest toksyczny i zawiera małą ilość tlenu. Główne zagrożenie gazu wysypiskowego wynika z obecności metanu, który stanowi do 75 % składu. Stężenie metanu w granicach 5 - 15%, w mieszaninie z powietrzem powoduje powstanie atmosfery wybuchowej. Pojawiające się niewielkie wybuchy prowadzą do powstawania pożarów, które na składowisku odpadów są szczególnie trudne do ugaszenia.

Zachowanie się gazu wysypiskowego zależy szczególnie od proporcji dwutlenku węgla do metanu. Stosunek ten steruje gęstością gazu i jego palnością oraz wpływa na szybkość emisji i rozpraszania wielkości określających zdolność do gromadzenia się mieszaniny palnej. Gdy metan uchodzi bezpośrednio do otwartej atmosfery istnieje niewielkie ryzyko jego wybuchu. Dzieje się tak, gdy warstwa, na której usytuowane jest wysypisko, jest przepuszczalna lub gdy posiada pasma przepuszczalne pozwalające na poziomą migrację gazu. Problem zagrożenia metanem staje się poważny, gdy gaz nie może przedostać się w sposób naturalny do atmosfery. Każda zamknięta przestrzeń, budynek lub zbiornik, może działać jako pojemnik zbiorczy gazu. Podstawowymi drogami, którymi gaz może dostać się do budynku są pęknięcia i szczeliny w podłodze lub ścianach oraz rury i przewody. Najbardziej niebezpieczne są pomieszczenia małe o słabej wymianie powietrza. Związane jest to z możliwością utrzymywania się stężeń wybuchowych przez dłuższy czas.

 

Klasyfikacja przestrzeni niebezpiecznych.

Klasyfikacja stref zagrożenia wybuchem dla instalacji do odzysku gazu na składowisku odpadów powinna być wykonana w początkowym etapie prac projektowych.

W chwili, gdy zatwierdzono początkowe opisy linii technologicznych oraz plany zagospodarowania, istnieje możliwość wykonania oceny zagrożenia wybuchem i wyznaczenia stref. Przydatne w tym zakresie będą wytyczne ukazujące sposób podejścia do poszczególnych miejsc wydobywania i eksploatacji gazu wysypiskowego. W chwili powstania instalacji należy dokonać ewentualnych korekt w zależności od zmian parametrów użytkowania. Daje to możliwość zachowania bezpiecznych warunków pracy bezpośrednio po uruchomieniu.

W 2006 roku powstał w Anglii przemysłowy kodeks postępowania stworzony przez ESA (Enviromential Services Association). Po konsultacji z Health and Safety Executive i po aprobacie przez forum Waste Industry Safety and Health (WISH), stał się wytycznymi do oceny zagrożenia wybuchem i  klasyfikacji stref. Wytyczne nie są obligatoryjne, ale wskazują możliwość rozwiązania problemu wg. najbardziej właściwego sposobu dla opisywanych w artykule przestrzeni.

 

Równanie natężenia wypływu masy gazu wysypiskowego.

Podstawowym elementem przy określeniu rodzaju i zasięgu strefy jest obliczenie natężenia wypływu gazu wysypiskowego (kg/s). Ciśnienia występujące podczas wydobywania gazu wysypiskowego są bardzo niskie. W praktyce, wydobycie gazu za pomocą instalacji przetwarzania odpadów polega na stworzeniu podciśnienia. Jeśli występuje gdzieś nadciśnienie, to jest ono bardzo małe w porównaniu z ciśnieniami występującymi w przemyśle.

Do obliczenia natężenia wypływu gazu wysypiskowego można posłużyć się gotowymi wzorami do obliczania natężenia wypływu gazu ziemnego. Mimo że gaz wysypiskowy nie jest tym samym, co gaz ziemny to równanie pozwala na wprowadzenie rzeczywistej masy cząsteczkowej gazu, dzięki czemu można otrzymać wystarczająco dokładną wartość natężenia wypływu. Dla ciśnienia poniżej 850 mbarg:

 

 

Równanie 1

 

gdzie:

q - natężenie wypływu gazu wysypiskowego w kg/s,

Cd - współczynnik wycieku przez otwór = 0,8 (0,97 dla zaworów bezp.),

A - powierzchnia przekroju otworu w m2 (1 mm2 = 10 -6 m2),

M - masa cząsteczkowa = 27.2 kg/kmol dla gazu wysypiskowego zawierającego 60% metanu,

P - ciśnienie gazu wyrażone w barach,

T - temperatura bezwzględna gazu w K (przyjęto 10° C=283 K).

 

Dla uproszczenia przyjęto, że temperatury gazu wysypiskowego wylotowego i gazu w otoczeniu wycieku są równe i wynoszą 10°C. Znając czas wydobywania się gazu możemy obliczyć jego masę.

Powierzchnia przekroju przyjęta w wytycznych dla wycieku podczas nieszczelności kołnierza, połączeń lub zaworów bazuje na wskazówkach z dokumentu IGE/SR/25 (Institution of Gas Ingineers - Hazardous Area Classification of Natural Gaz Installations)  i wynosi 0.25 mm2. Założenia takie stosuje się do warunków "normalnych" co ogólnie rzecz biorąc jest poprawne ze względu na niskie ciśnienia i małe zmiany temperatury.

 

Równanie objętościowego natężenia wypływu gazu wysypiskowego.

Równania używane w wytycznych, stworzone zostały dzięki wykorzystaniu modelowania empirycznego odnoszącego się do zależności pomiędzy szybkością wycieku
a zasięgiem strefy.

Po pierwsze konieczne jest przeliczenie natężenia przepływu masy obliczonej
z równania 1 na objętościowe natężenie wypływu. Przeliczenia tego można dokonać korzystając z równania gazu doskonałego. (Ciśnienie gazu wysypiskowego jest wystarczająco niskie, aby można było używać do obliczeń równań gazu doskonałego).

gdzie:

p - ciśnienie bezwzględne gazu w Pa, 1atm = 101325 Pa,

V - objętość gazu w m3,

n - liczba moli = (masa w kg)/(masa cząsteczkowa w molach) = m/M (mol jest masą cząsteczkową substancji wyrażonej w gramach. Dla metanu 1 mol = 16 g. masa cząsteczkowa wyrażana jest w g/mol lub kg/kmol,

R - stała gazowa 8314.4 J/kmol/K,

T - temperatura w K.

 

Do obliczeń przyjęto ciśnienie równe 101325 Pa - zmiany ciśnienia mają bardzo niewielki wpływ na dokładność obliczeń.

 

A więc:

 

 

Zamiana objętości do masy:

gdzie:

 

Q - natężenie przepływu objętości gazu wysypiskowego w m3/s,

g - natężenie wypływu masy w kg/s,

T- temperatura bezwzględna gazu w K,

M - masa molowa = 27.2 kg/kmol dla gazu wysypiskowego (60% metanu).

t - czas wypływu (chcąc otrzymać objętość uwolnionego gazu w czasie należy pomnożyć QLG przez czas uwolnienia w [s])

 



 

Więcej artykułów:

Film promujący numer 112

Bądź na bieżąco: Zapisz się na newsletter!Subskrybuj RSS!znamibezpiecznie na facebooku!znamibezpiecznie na youtube!

Szkolenie e-learning

busyLoading...

Partnerzy

Czy wiesz, że...

Gaśnicę wynalazł w 1816 roku Anglik - George Manmby, komendant koszar w Yarmouth (miasto położone na wyspie Wight). Impulsem do jej stworzenia był pożar, którego był świadkiem i niemożność fachowego i szybkiego ugaszenia go.

Głównym elementem jego gaśnicy był metalowy walec, w którym znajdowała się woda wypuszczana pod wpływem sprężonego powietrza.

Akademia Pierwszej Pomocy szkolenia Częstochowa

Sklep apteczki instrukcja pierwszej pomocy

STaC obsługa BHP Częstochowa

Europejska Karta Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego


Szkolenia z pierwszej pomocy  |   Obsługa i szkolenia BHP Częstochowa
kontakt