Bezpieczna eksploatacja biogazowni

Zarówno podczas projektowania, jak również wykonywania instalacji biogazowych należy uwzględniać wszystkie warunki pozwalające na bezpieczne ich funkcjonowanie. Należy mieć na uwadze wszystkie zachodzące w instalacji procesy, które mogą powodować zagrożenie dla środowiska oraz życia
i zdrowia ludzi.

Wybuchowość

W instalacjach biogazowych wytwarzany jest biogaz, w skład którego wchodzi głównie metan oraz dwutlenek węgla. Podczas eksploatacji biogazowni należy szczególnie pamiętać o tym, że pierwszy z wymienionych składników należy do grupy gazów łatwopalnych, a przy określonych warunkach jest również wybuchowy. W tym przypadku mamy do czynienia z dolną oraz górną granicą wybuchowości tego gazu. Właściwości wybuchowe uzyskiwane są przy stężeniu objętościowym metanu i powietrza w granicach 4,5-15%.

Dolna i górna granica wybuchowości metanu

W przypadku dolnych granic wybuchowości mamy do czynienia z nadmiarem powietrza, które pochłania ciepło powstające w początkowej fazie spalania. Natomiast w górnych granicach temperatura spalin jest zbyt niska do podtrzymania spalania do czasu rozcieńczenia mieszaniny gazów powietrzem. Może to spowodować nagłą sytuację, gdy mieszanina niepalna stanie się mieszaniną palną lub wybuchową.

Granice palności

Należy również podkreślić, że granice palności są zmienne i zależą między innymi od temperatury, ciśnienia, objętości gazu obojętnego w mieszaninie (N₂ lub CO₂) oraz składu gazów i stężenia tlenu w mieszaninie.

Granice wybuchowości metanu

Na przedstawionym schemacie, za pomocą linii ABGF, oznaczona została mieszanina metanowo-powietrzna, w której metan spala się w bezpośrednim zetknięciu ze źródłem ognia i wygasa po usunięciu ognia. Pole BCG oznacza obszar palny/wybuchowy. Natomiast linie CDG obrazują obszar mieszaniny metanowo-powietrznej, w której metan raz zapalony pali się samoczynnie nawet po usunięciu źródła ognia. Linie FDEH oznaczają obszar występowania mieszaniny niewybuchowej oraz niepalnej.

Należy również podkreślić, że wszystkie operacje serwisowe i eksploatacyjne, które prowadzone są w obrębie komór fermentacyjnych i pofermentacyjnych, zbiornika gazu oraz instalacji gazowej wykluczają poruszanie się w polu BCG. Dlatego niezbędnym jest wykonywanie wszelkich prac serwisowych oraz obsługowych zgodnie z procedurami i zasadami bezpieczeństwa, które powinny być określone w instrukcji eksploatacji biogazowni.

Strefy zagrożenia wybuchem w instalacji biogazowej

W celu ograniczenia ryzyka niebezpieczeństwa dla życia i zdrowia ludzi i zwierząt w instalacjach biogazowych wyróżnia się różne strefy zagrożenia wybuchem. Strefy te określane są zgodnie z rozporządzeniem Ministra Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej z dnia 7 października 1997 r. Dz.U. nr 132, poz. 877 oraz późn. zmianami). Wyróżnia się trzy strefy zagrożenia:

STREFA 0 (Z0): gdzie atmosfera wybuchowa składająca się mieszaniny powietrza i substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł, występuje stale, często lub przez długie okresy.
STREFA 1 (Z1): gdzie wystąpienie atmosfery wybuchowej zawierającej mieszaninę powietrza i substancji palnych w postaci gazów, par, mgieł, w trakcie normalnego działania.
STREFA 2 (Z2) – gdzie atmosfera wybuchowa zawierająca mieszaninę z powietrzem oraz substancje palne w postaci gazów, par, mgieł, nie występuje w trakcie normalnego działania a w przypadku wystąpienia, utrzymuje się przez krótki okres.

Wymiary stref zagrożenia dla biogazowni

W przypadku biogazowni zastosowanie znajdują następujące wymiary poszczególnych stref zagrożenia:

zbiorniki fermentacyjne: w całej komorze nad cieczą fermentacyjną, w komorach magazynowych, przelewowych oraz syfonach – obszar Z0,
pomieszczenia wyposażone w wentylację awaryjną, w których znajdują się sprężarki oraz dmuchawy biogazu – Z1 – 0,5 m wokół źródeł możliwej emisji gazu,
wokół zaworów bezpieczeństwa – obszar Z1 – 5 m,
wokół nie zapewniających pełnej szczelności gazowej włazów do komór fermentacyjnych – obszar Z1 – 3 m,
w obszarze przewodów odpowietrzających i wydmuchowych – obszar Z1 (promień strefy 5 m oraz 1 m w dół oraz 10 m w górę),
pomieszczenia, w których znajduje się aparatura i urządzenia kontrolno-pomiarowe – obszar Z2.

Zgodnie z dyrektywą 94/9/WE (ATEX) urządzenia wykorzystywane w biogazowni określane są mianem urządzeń grupy II, które dzielą się na trzy kategorie:

Kat. 1: urządzenia, które są przeznaczone do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami występuje stale, w długich okresach czasu lub pojawia się często.
Kat.2: urządzenia, które przeznaczone są do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami występuje sporadycznie lub od czasu do czasu.
Kat. 3: urządzenia, które przeznaczone są do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami jest mało prawdopodobne, a jeśli się zdarza to rzadko i utrzymuje się przez krótki czas.

Zależności pomiędzy poszczególnymi kategoriami urządzeń a strefami zagrożenia wybuchem są następujące:

w strefie Z0 możliwe jest stosowanie jedynie urządzeń z kategorii 1-ej,
w strefie Z1 – dopuszcza się wykorzystanie urządzeń kategorii 1-ej i 2-giej,
w strefie Z2 – możliwe jest stosowanie urządzeń z wszystkich trzech kategorii (1, 2 i 3).

Procedury zapewniające bezpieczeństwo biogazowni

Należy pamiętać, że w celu zapewnienia bezpiecznej eksploatacji i funkcjonowania biogazowni konieczne jest przestrzeganie odpowiednich procedur, do których można zaliczyć bieżącą kontrolę zbiorników fermentacyjnych i gazowych, systemów ich mieszania i dozowania substratu. Ponadto wszystkie prace remontowe i serwisowe wykonywane w miejscach zagrożonych wybuchem powinny być poprzedzone analizą składu gazów na obecność gazów niebezpiecznych. Konieczne jest również odpowiednie oznakowanie pomieszczeń zagrożonych wybuchem wraz określeniem stref. Działanie to może pozwolić na uniknięcie zagrożenia życia dla pracowników biogazowni.