Vaarallisten alueiden luokitus

Miksi luokittelu on tärkeää

Vaarallisten alueiden luokittelu on räjähdyssuojauksen ensimmäinen ja merkittävämpi vaihe. Kaikki myöhemmät päätökset – laitteiden valinta, asennustapa, tarkastustiheys, toimintamenetelmät – riippuvat luokittelun oikeellisuudesta.

Liian varovainen luokitus johtaa tarpeettomiin laiteinvestointeihin. Liian löyhä luokitus puolestaan aiheuttaa syttymisriskin alueilla, joihin on asennettu vääränlaisia laitteita.

Luokitusta säätelevät:

• IEC 60079-10-1. Räjähtävien kaasuympäristöjen luokitus
• IEC 60079-10-2. Palavan pölyn sisältävien alueiden luokitus
• Direktiivi 1999/92/EY (ATEX 137). EU:n työpaikkavaatimukset räjähdysalttiille ilmakehille

Vyöhykejärjestelmä

Vaaralliset alueet luokitellaan vyöhykkeisiin räjähtävän ilmakehän esiintymistiheyden ja keston perusteella:

Kaasu-/höyryvyöhykkeet

Pölyvyöhykkeet

Vaarattomat alueet (joita kutsutaan joskus ”turvallisiksi alueiksi” tai ”luokittelemattomiksi”) ovat paikkoja, joissa räjähdysvaarallisten ilmakehien ei odoteta esiintyvän.

Luokitusprosessi

IEC 60079-10-1 -standardissa määritellään systemaattinen prosessi kaasu- ja höyryluokittelua varten. Samaa menetelmää sovelletaan pölyyn (IEC 60079-10-2) pölyn käyttäytymistä koskevin mukautuksin.

Vaihe 1: Tunnista päästölähteet

Päästölähde on mikä tahansa kohta, josta syttyvää kaasua, höyryä tai nestettä voi päästä ilmakehään. Lähteet luokitellaan esiintymistiheyden mukaan:

Dokumentoi jokaisesta lähteestä:

• Sijainti (X-, Y- ja Z-koordinaatit tai P&ID-viite)
• Vapautunut aine (kaasu, höyry, sumu). Katso kaasuryhmät
• Päästönopeus (kg/s tai tilavuusvirtaus)
• Päästönopeus ja -suunta
• Aineen ominaisuudet (tiheys suhteessa ilmaan, LEL, kiehumispiste, leimahduspiste) ja itsesyttymislämpötila

Vaihe 2: Ilmanvaihdon arviointi

Ilmanvaihto määrää, kuinka nopeasti vapautunut kaasu leviää. IEC 60079-10-1 arvioi ilmanvaihtoa kahden tekijän perusteella:

Ilmanvaihdon aste

• Korkea. Jatkuva ja tehokas ilmanvaihto, joka alentaa pitoisuuden selvästi alle LEL-arvon (suuret avoimet alueet, voimakkaat luonnontuulit, tehokas koneellinen ilmanvaihto)
• Keskitasoinen. Hallittu ilmanvaihto, joka laimentaa vapautuneet kaasut luotettavasti normaalikäytössä, mutta ei välttämättä estä tilapäisiä pitoisuuksia, jotka ylittävät LEL-arvon (tyypilliset sisäilmanvaihtojärjestelmät)
• Matala. Ilmanvaihto on riittämätön pitoisuuden tehokkaaseen hallintaan (suljetut tilat, kuolleet vyöhykkeet, keräysaltaat)

Ilmanvaihdon saatavuus

• Hyvä. Ilmanvaihto on käytännössä jatkuvaa (luonnollinen ulkoilmanvaihto, varajärjestelmät)
• Kohtalainen. Ilmanvaihdon odotetaan toimivan normaalikäytössä, mutta ajoittaiset keskeytykset ovat mahdollisia (yksi mekaaninen järjestelmä, tuulesta riippuvainen luonnollinen ilmanvaihto)
• Huono. Ilmanvaihtoon ei voi luottaa (harvoin ilmanvaihtoa, ei mekaanista varajärjestelmää)

Asteen ja saatavuuden yhdistelmä määrittää, miten päästötaso muunnetaan vyöhyketyypiksi ja laajuudeksi.

Vaihe 3: Määritä vyöhyketyyppi

IEC 60079-10-1 -standardin liitteessä B on esitetty matriisi:

NE (merkityksetön laajuus): Jos ilmanvaihto on niin tehokasta, että vaarallinen tilavuus on merkityksetön, alue voidaan luokitella vaarattomaksi. Tämä edellyttää kvantitatiivista osoitusta eikä ole oletusarvoinen oletus.

Vaihe 4: Määritä vyöhykkeen laajuus

Alueen laajuus on fyysinen tilavuus päästölähteen ympärillä, jossa voi esiintyä syttyvää pitoisuutta. Se riippuu seuraavista tekijöistä:

• Päästönopeudesta. Suuremmat nopeudet luovat suurempia vaarallisia tilavuuksia
• Kaasun tiheydestä. Ilmaa raskaammat kaasut (propaani, butaani) kerääntyvät alatasoille; ilmaa kevyemmät kaasut (vety, metaani) nousevat ylöspäin ja hajoavat
• Ilmanvaihto. Parempi ilmanvaihto pienentää aluetta
• Esteet. Seinät, lattiat ja laitteet voivat vangita tai ohjata vapautuneita kaasuja

IEC 60079-10-1 tarjoaa yksinkertaistetun laskentamenetelmän, joka perustuu hypoteettiseen tilavuuteen (V_z):

Vz = f × (dG/dt) / (k × C × LEL)

Jossa:

• f = ilmanvaihdon ominaisuuksiin perustuva tehokkuuskerroin
• dG/dt = vapautumisnopeus
• k = turvallisuuskerroin (tyypillisesti 0,25 LEL-kynnykselle)
• C = ilmanvaihtokertojen lukumäärä aikayksikköä kohti

Monimutkaisissa asennuksissa voidaan käyttää laskennallista virtausdynamiikkaa (CFD) tai leviämismallinnusta.

Pölyn luokittelu (IEC 60079-10-2)

Pölyn luokittelu noudattaa samaa yleistä menetelmää, mutta siinä on otettava huomioon seuraavat seikat:

Pölypilvi vs. pölykerros

• Pölypilvi: Ilmassa leijuva palava pöly, jonka pitoisuus ylittää räjähdysrajan (MEC). Aiheuttaa räjähdysvaaran.
• Pölykerros: Laskeutunut pöly, joka voi levitä pilveksi (tuulen, tärinän tai laitteiden toiminnan vaikutuksesta) tai syttyä suoraan kuumalta pinnalta.

Molemmat on arvioitava. Pölypilven vaaran vuoksi määritelty vyöhyke 22 voi sisältää vyöhykkeen 21 tai jopa vyöhykkeen 20 laitteiden sisällä, joissa pölyä käsitellään tarkoituksellisesti.

Keskeiset erot kaasuluokitukseen

• Kerroksen syttymislämpötila on otettava huomioon (usein alhaisempi kuin pilven syttymislämpötila)
• Siisteys on kriittinen tekijä. Yli 5 mm:n paksuinen pölykerrostuma vaatii yleensä luokituksen muuttamista
• Hiukkaskoko vaikuttaa räjähtävyyteen. Hienommat hiukkaset (< 500 µm) ovat vaarallisempia
• Kosteuspitoisuus voi vähentää pölyn räjähdysherkkyyttä, mutta siihen ei pidä luottaa, ellei sitä hallita

Dokumentointi: Alueiden luokittelupiirros

Luokitusprosessin tuloksena syntyy joukko alueiden luokituspiirustuksia, joista käy ilmi:

• Laitoksen pohjapiirrokset ja julkisivukuvat
• Jokaisen päästölähteen sijainti ja luokitus
• Kunkin alueen vyöhyketyyppi (0, 1, 2 tai 20, 21, 22)
• Alueen laajuus (vaakasuorat ja pystysuorat rajat)
• Kaasuryhmä ja ilmakehän lämpötilaluokka
• Ilmanvaihtotiedot (luonnollinen, mekaaninen, nopeus)

Räjähdyssuojausasiakirja (EPD)

Direktiivin 1999/92/EY mukaisesti työnantajien on laadittava räjähdyssuojausasiakirja, joka sisältää seuraavat tiedot:

• Räjähdysriskien tunnistaminen ja arviointi
• Alueiden luokittelupiirustukset
• Suojatoimenpiteiden kuvaus (tekniset ja organisatoriset)
• Laitteiden valinnan perustelut (luokan ja vyöhykkeen yhteensopivuus)
• Huolto- ja tarkastusaikataulut
• Henkilöstön koulutusvaatimukset

EPD:tä on ylläpidettävä ja päivitettävä aina, kun prosessi, laitteet tai asettelu muuttuvat.

Toimialakohtaisia esimerkkejä

Öljy ja kaasu: Offshore-alusta

• Vyöhyke 0: Erottimien, pesureiden ja soihdunpoistotynnyrien sisäosat (höyrytilat)
• Vyöhyke 1: Avoimet kansialueet porausreikien, prosessilaitteiden, putkenpuhdistimien lähtö- ja vastaanottopisteiden ympärillä, väliaikaisen turvapaikan alue
• Vyöhyke 2: Vyöhykkeen 1 rajojen vieressä olevat alueet, laippaliitoksilla varustetut putkitelineet, prosessialueiden lähellä olevat kaapelihyllyt
• Ei-vaaralliset alueet: Asuintilat (positiivisella paineistuksella), helikopterikansi (ellei tankkausta suoriteta)

Kemiantehdas: Liuottimien varastointi

• Vyöhyke 0: Säiliöiden sisällä (vapaa tila), suojakaivantoalueet, joissa on seisovaa nestettä
• Vyöhyke 1: 3 metrin säteellä säiliöiden tuuletusaukoista, täyttöliitännöistä, pumpun tiivisteistä; suojakaukaloiden sisällä
• Vyöhyke 2: 3–8 m:n etäisyydellä vyöhykkeen 1 rajoista (vaihtelee ilmanvaihdon mukaan), laippojen ja venttiilivarsien ympärillä

Viljan käsittely: Siilokompleksi

• Vyöhyke 20: Siilojen sisällä, kauhakuljettimissa, suljetuissa kuljettimissa, sykloneissa
• Vyöhyke 21: Siilojen täyttöpisteiden, kuorma-autojen vastaanottokuoppien ja säkityspisteiden ympärillä
• Vyöhyke 22: Alueet, joihin voi kertyä pölykerroksia (> 5 mm) ja jotka voivat levitä pölypilveksi

Lääketeollisuus: Tablettien päällystys

• Vyöhyke 1: Pinnoitusastioiden sisällä, kun käytetään liuotinpohjaisia pinnoitteita (IPA, etanoli)
• Vyöhyke 2: Imukanavien ympärillä, 1 metrin säteellä päällystysastioiden aukkoista
• Alue 21: Granulaattorien ja leijukerroskuivaimien sisällä (pölypilvi prosessoinnin aikana)
• Vyöhyke 22: Yleiset käsittelyalueet, joilla käsitellään hienojakoista jauhetta

Maalauskabinetti

• Vyöhyke 1: Ruiskutuskaapin sisäpuoli käytön aikana (maalin liuotinhöyry)
• Vyöhyke 2: Kabiinin aukkojen ympärillä 1–3 metrin säteellä; poistoilmaa kuljettavat kanavat
• Ei-vaaralliset: Alueet, jotka ovat imualueen ulkopuolella ja joissa on riittävä yleinen ilmanvaihto

Pohjois-Amerikan lähestymistapa: jaot vs. vyöhykkeet

Yhdysvalloissa ja Kanadassa käytetään kahta rinnakkaista järjestelmää, jotka perustuvat National Electrical Code (NEC) -sähkömääräyksiin ja Canadian Electrical Code (CEC) -sähkömääräyksiin:

Jaottelujärjestelmä (NEC:n 500 artikla)

Vyöhykejärjestelmä (NEC-artikla 505/506)

NEC tukee myös IEC-vyöhykejärjestelmää (0, 1, 2 ja 20, 21, 22), jota käytetään pääasiassa laitoksissa, jotka toimivat myös kansainvälisten standardien mukaisesti. IECEx-standardien mukaisesti sertifioidut laitteet voidaan hyväksyä NEC-vyöhykeasennuksiin.

Keskeinen ero: Divisioonajärjestelmässä on vain kaksi tasoa (divisioona 1 ja 2), mikä tekee siitä vähemmän tarkkanäköisen kuin kolmitasoinen vyöhykejärjestelmä. Divisioona 1 kattaa IEC-järjestelmän vyöhykkeet 0 ja 1, mikä edellyttää korkeinta suojausastetta laajemmalle alueelle.

Yleisiä luokitteluvirheitä

1. Luokittelu laitteen tyypin perusteella päästölähteen sijaan

Oikea lähestymistapa: aloita päästölähteestä (mistä kaasu/pöly voi päästä ulos?), älä laitteesta. Pumppu ei ole automaattisesti vyöhyke 1. Se riippuu tiivistetyypistä, huoltohistoriasta, käsiteltävästä aineesta ja ilmanvaihdosta.

2. Toissijaisten lähteiden huomiotta jättäminen

Laippaliitännät, venttiilivarret ja mittariliitännät ovat toissijaisia lähteitä. Tehtaassa, jossa on satoja laippoja, niiden huomiotta jättäminen voi johtaa siihen, että suuret alueet jäävät luokittelematta, vaikka niihin tulisi soveltaa vyöhykettä 2.

3. Sisätilojen liian laaja luokittelu

Sisätiloissa, joissa on hyvä koneellinen ilmanvaihto, vyöhykkeen laajuutta voidaan pienentää tai ne voidaan jopa luokitella vaarattomiksi. Standardi sallii ilmanvaihdon huomioon ottamisen, mutta se on dokumentoitava ja ylläpidettävä. Jos ilmanvaihtojärjestelmä pettää, luokitus palautuu ennalleen.

4. Ilmaa raskaampien kaasujen käyttäytymisen laiminlyönti

Propaani (tiheys 1,52× ilmaa), butaani (2,01× ilmaa) ja monet liuottimet kerääntyvät mataliin paikkoihin, kuoppiin, kaivantoihin, kellareihin ja öljysäiliöihin. Luokittelussa on otettava huomioon kaasun liikkuminen, ei pelkästään lähteen läheisyys.

5. Nyrkkisääntöjen mukaisten etäisyyksien käyttö

Alan käytännesäännöt (IP 15, IGEM, API RP 505) antavat tyypilliset vyöhykealueet lähtökohdiksi. Nämä eivät ole yleispäteviä, vaan ne on mukautettava kuhunkin asennukseen. Sokea soveltaminen sääntöä ”3 metriä pumpun ympärillä” ottamatta huomioon todellista päästötilannetta voi olla joko liian varovaista tai vaarallisen riittämätöntä.

6. Luokituksen päivittämättä jättäminen muutosten jälkeen

Prosessilaitteiden, putkistojen, ilmanvaihtojärjestelmien tai rakennusten pohjapiirrosten muutokset voivat muuttaa luokitusta. EPD on tarkistettava ja päivitettävä aina, kun muutoksia tapahtuu.

Kuka suorittaa luokituksen?

Luokituksen tulisi suorittaa pätevä tiimi, johon kuuluvat:

• Prosessisuunnittelijat. Ymmärrys päästölähteistä, prosessiolosuhteista ja aineiden ominaisuuksista
• Sähköinsinöörit. Tuntemus Ex-laitteiden valinta- ja asennusvaatimuksista
• Turvallisuusinsinöörit. Riskinarviointimenetelmät ja viranomaisvaatimukset
• Käyttö- ja huoltohenkilöstö. Käytännön tuntemus laitteiden todellisesta käyttäytymisestä käytössä

Tiimin johtajalla tulisi olla erityisosaamista alueiden luokittelusta (esim. CompEx-moduuli, IChemE-koulutus tai vastaava). Monissa maissa työnantaja on laillisesti vastuussa luokittelusta, vaikka se olisi delegoitu konsultteille.

Käytännesäännöt ja alan ohjeet

Useat alan järjestöt julkaisevat alueiden luokitteluohjeita, joissa on esimerkkejä ja tyypillisiä vyöhykkeen laajuuksia:

Vyöhykkeen laajuus: Tyypilliset etäisyydet

Nämä ovat suuntaa-antavia lähtökohtia teollisuuden käytännesäännöistä. Todelliset laajuudet on laskettava tai arvioitava kunkin asennuksen osalta erikseen.

Tyypilliset kaasuvyöhykkeiden laajuudet (ulkoilma, riittävä ilmanvaihto)

Sisätilat: Alueen laajuus on tyypillisesti suurempi, koska ilmanvaihto on heikompaa. Koko huone voidaan luokitella, jos ilmanvaihto on riittämätöntä.

Tarkastus ja ylläpito

Alueen luokittelu ei ole kertaluonteinen toimenpide. Se on tarkistettava, kun:

• Prosessimuutokset. Uudet aineet, virtausnopeudet, paineet tai lämpötilat
• Laitteiden muutokset. Pumppujen vaihto, laippojen lisääminen, tuuletuskohtien siirtäminen
• Asettelun muutokset. Seinien tai koteloiden rakentaminen tai ilmanvaihtoreittien poistaminen
• Tapaturmat. Vuodon, räjähdyksen tai läheltä piti -tilanteen jälkeen
• Lainsäädännön muutokset. Päivitetyt standardit tai käytännesäännöt
• Säännöllinen tarkistus. Tyypillisesti 3–5 vuoden välein osana turvallisuusjohtamisjärjestelmää

Kaikki muutokset, jotka vaikuttavat päästölähteeseen, ilmanvaihtoon tai fyysiseen asetteluun, tulisi johtaa alueen luokituksen tarkistamiseen.

Yhteenveto: Luokittelun tarkistuslista

1. ☐ Tunnista kaikki käsiteltävät aineet (kaasu, höyry, pöly)
2. ☐ Määritä aineiden ominaisuudet (LEL, tiheys, leimahduspiste, itsesyttymislämpötila, pölyn MEC, pölykerroksen syttymislämpötila)
3. ☐ Paikanna ja luokittele kaikki päästölähteet (jatkuvat, ensisijaiset, toissijaiset)
4. ☐ Arvioi ilmanvaihto (teho ja saatavuus)
5. ☐ Määritä kunkin alueen vyöhyketyyppi (vyöhyke 0/1/2 tai 20/21/22)
6. ☐ Laske tai arvioi vyöhykkeen laajuus (vaakasuora ja pystysuora)
7. ☐ Dokumentoi alueiden luokittelupiirustuksiin
8. ☐ Määritä kaasuryhmä ja lämpötilaluokka kullekin vyöhykkeelle
9. ☐ Laadi räjähdyssuojausasiakirja (EPD)
10. ☐ Valitse kuhunkin vyöhykkeeseen sopivat laiteluokat
11. ☐ Laadi tarkastusaikataulu

Aiheeseen liittyvät aiheet

• Vyöhykeluokitus. Vyöhykkeet 0, 1, 2 sekä 20, 21, 22 selitettyinä
• Kaasuryhmät. IIA, IIB, IIC ja niiden suhde aineiden ominaisuuksiin
• Lämpötilaluokat. T1–T6 ja itsesyttymislämpötilat
• Perusteet. Palokolmio, räjähdysalttiit ilmakehät ja syttymislähteet
• ATEX-direktiivi. Laitteita koskevat vaatimukset direktiivin 2014/34/EU mukaisesti
• Laitteiden suojausluokat. Miten Ga/Gb/Gc vastaavat vyöhykkeen sopivuutta