Räjähdysvaarallisessa tilassa käytettävät suojavaatteet

TUTKIMUSRAPORTTI Nro VTT-R-1534-8 13.2.28 HenRI-hanke Räjähdysvaarallisessa tilassa käytettävät suojavaatteet Kirjoittajat: Luottamuksellisuus: Tuija Luoma ja Riku Vuorinen Julkinen

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R-1534-8 2 (9) Sisällysluettelo 1 Johdanto...3 2 Tavoite...3 3 Tutkimusmenetelmät ja -tulokset...4 3.1 Henkilön potentiaali ja siirtynyt varaus, STFI-Reference No. PS 7...4 3.2 Mittaustulokset...5 4 Johtopäätökset...8 4.1 Minkälaisen riskin suoja-asu voi aiheuttaa ja missä tilanteessa riski voi muodostua?...8 4.2 Muistisäännöt suojavaatteista ja räjähdysvaarallisista tiloista...9

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R-1534-8 3 (9) 1 Johdanto Henkilöturvallisuus räjähdysvaarallisessa ympäristössä (HenRI) -hankkeen tavoitteena oli parantaa räjähdysvaarallisissa työympäristöissä työskentelevien ihmisten turvallisuutta ja kehittää yritysten käyttöön toimintamalli tämän tavoitteen saavuttamiseksi. Tutkimuksen kohteena olivat: työtehtäviin ja -ympäristöön sekä henkilöstöön liittyvät riskit henkilönsuojaimien ja suojavaatteiden oikeat valintaperusteet ja oikea käyttö satunnaisesti tilassa käyvien henkilöiden (vierailijat, huoltomiehet, siistijät jne.) aiheuttamat riskit työntekijän mukanaan esim. taskuissa kuljettamiensa pienesineiden (avaimet, kännykät, kämmentietokoneet, työkalut) aiheuttamat riskit. Hanke toteutettiin vuosina 26 28 ja sen rahoittivat VTT, Työsuojelurahasto ja hankkeessa mukana olevat yritykset. Yritykset edustivat kemian-, petrokemian- ja räjähdeteollisuuden yrityksiä sekä Ex-tiloissa käytettävien valaisimien ja suoja-asujen valmistajia ja huoltajia. Tämän tutkimuksen avulla oli tarkoitus selventää suoja-asuihin liittyvää ohjeistusta ja toimintatapoja. 2 Tavoite Henkilön potentiaalia ja siirtynyttä varausta määritettiin STFI-Reference No. PS 7 menetelmällä. Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella erilaisten suoja-asukokonaisuuksien aiheuttamaa räjähdysvaaraa. Tarkastelun kohteena oli: Kerrospukeutumisen vaikutus Eri materiaalien vaikutus Johtavan materiaalin käytön vaikutus Vaatteessa olevien metallisten tms. osien vaikutus suojauskykyyn. Tavoitteena oli löytää pahin mahdollinen tilanne ja tätä kautta määrittää rajoja suoja-asujen käytölle tiloissa, joissa on käytössä tai muodostuu erilaisia räjähdysvaarallisia kemikaaleja tai pölyjä.

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R-1534-8 4 (9) 3 Tutkimusmenetelmät ja -tulokset 3.1 Henkilön potentiaali ja siirtynyt varaus, STFI-Reference No. PS 7 Henkilön potentiaali ja siirtynyt varaus määritettiin STFI-Reference No. PS 7 menetelmällä. Testihenkilö oli pukeutunut puuvillaisiin alusvaatteisiin sekä testattavaan asukokonaisuuteen tai pelkkään testattavaan asukokonaisuuteen. Testihenkilö seisoi metallilevyllä, joka oli tai. Testattava vaate varattiin triboelektrisesti hankaamalla polyamidikankaalla testihenkilön selän kohdalta vaatetta. Hankaamisen jälkeen määritettiin vaatteen pintapotentiaali [V] Eltex EMF-57 kentänvoimakkuusmittarilla. Maadoitettu palloanturi tuotiin varatun alueen lähelle ja määritettiin nopean oskilloskoopin ja palloanturin avulla mahdollisia kipinä- tai huiskupurkausten siirtyneitä varauksia [C]. Henkilön potentiaalia [V] mitattiin koko testin ajan Simco EA-3 varausanalysaattorilla. Mittaukset toistettiin 1 kertaa henkilön ollessa ja kolme kertaa henkilön ollessa. Mittauksissa käytettiin seuraavia mittalaitteita Eltex EMF-57 -kentänvoimakkuusmittari Kannettava tietokone PMCIA-mittauskortilla Nanocoulombimittari Monroe Electronics 284 Varausanalysaattori Simco EA-3 Oskilloskooppi Agilent Infiniium 1.5 GHz, 54845 A ESD-purkausanturi Faradayn kattila.

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R-1534-8 5 (9) 3.2 Mittaustulokset Tulokset pätevät vain testatuille näytteille. Mittaukset suoritettiin VTT:llä helmikuussa 27 12 ± 3 % RH ja 23 ± 2 C olosuhteissa. Näytteitä ilmastoitiin ennen testausta na kolme vuorokautta edellä mainituissa olosuhteissa. Tuloksia analysoidessa voidaan johteista siirtyneiden purkausten varauksia [nc] verrata aineiden minimisyttymisenergioihin seuraavan kaavan avulla: E ESD = ½ QU < E MIN HenRI-hankkeessa mukana olevissa yrityksissä käsitellään mm. bentseeniä, butaania, asetonia, propaania ja propeenia. Näiden aineiden minimisyttymisenergioiksi (MIE) mainitaan eräiden lähteiden1 mukaan mm. seuraavia arvoja: Bentseeni,2 mj Butaani,25 mj Asetoni 1,15 mj Propaani,25 mj Propeeni,28 mj. Esimerkiksi, jos E MIN =,2 mj ja henkilön potentiaali U = 4 kv Q< 2E MIN /U = 1 nc Jos taas henkilö varautuukin huomattavasti enemmän U= 15 kv ja minimisyttymisenergia pysyy samana E MIN =,2 mj Q< 2E MIN /U = 27 nc Kuvaajissa 1 4 on esitetty näytteille tehtyjen mittausten tulokset. 1 J.C. Mulligan. Handling Flammable Liquids. Identify elctrostatic hazards associated with liquid processing and understand the precautions available to control them. Chilworth Tecchnology Inc. www. cepmagazine.org. July 23.

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R-1534-8 6 (9) Kuvaaja 1. Varauksen siirtyminen - vaatetesti, STFI-Reference No. PS 7 2 6 18 16 Henkilön potentiaali, pintapotentiaali [kv] 14 12 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8-1 -12-14 -16-18 5 Takki+housut 1% CO, palosuojattu, käytetty -3,3-8,4-3,5 Kokohaalari 1% CO, palosuojattu, vähän käytetty Takki+avomallihaalari 1% CO, käytetty Kokohaalari 75% CO, 24% PES, 1% Antistatic, palosuojattu kuumatyövaate, käytetty 4 2-2 -4 Siirtynyt varaus [nc] -2-6 Henkilön potentiaali [kv] Pintapotentiaali [kv] Siirtynyt varaus [nc] Kuvaaja 2. Varauksen siirtyminen - vaatetesti, STFI-Reference No. PS 7 2 6 18 16 Henkilön potentiaali, pintapotentiaali [kv] 14 12 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8-1 -12-14 -7,6 Sähkömiehen työasu takki+housut 75% CO, 24% PES, 1% Antistatic, uusi Kokohaalari 65% PES, 35% CO, vähän käytetty -8,6-2,9 Takki+housut antistaattinen, pesty 5 kertaa -13 College paita 7% CO, 3% PES, uusi + työhousut 1% CO, käytetty 4 2-2 -4 Siirtynyt varaus [nc] -16-18 -2-6 Henkilön potentiaali [kv] Pintapotentiaali [kv] Siirtynyt varaus [nc]

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R-1534-8 7 (9) Kuvaaja 3. Henkilön potentiaali, pintapotentiaali [kv] 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8-1 -12-14 -16-18 -2-31,2 Varauksen siirtyminen - vaatetesti, STFI-Reference No. PS 7-1,2-5,7 Huomiovaate talvitakki+housut 1% PES, uudet Soveltava tarkastelu, takki+avomallihaalari 1% CO + fleece 1% PES 7,4 Soveltava tarkastelu, talvitakki + takki+avomallihaalari 1% CO + -18,6 fleece 1% PES Henkilön potentiaali [kv] Pintapotentiaali [kv] Siirtynyt varaus [nc] 6 4 2-2 -4-6 Siirtynyt varaus [nc] Kuvaaja 4. Henkilön potentiaali, pintapotentiaali [kv] 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8-1 -12-14 -16-18 -2 36,4 Varauksen siirtyminen - vaatetesti, STFI-Reference No. PS 7 9,8 Palopuku, Nomex 6, 2,6 Vartijan virka-asu - talvitakki 6%CO/4%PA, irroitettava vuori 1%PES, työhousut 6%CO/4%PA, kauluspaita 65%PES/35%CO Henkilön potentiaali [kv] Pintapotentiaali [kv] Siirtynyt varaus [nc] 6 4 2-2 -4-6 Siirtynyt varaus [nc]

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R-1534-8 8 (9) 4 Johtopäätökset Tehtyjen tarkastelujen perusteella voidaan todeta seuraavaa Lähes kaikki tarkastellut vaatteet varautuivat maadoittamattomana paljon. Suuri osa vaatteista varautui myös henkilön ollessa na. 1 % CO (puuvillaa) olevissa vaatteissa oli erilaisia pintakäsittelyjä. Suoja-asuissa olevat pintakäsittelyt saattoivat vaikuttaa siten, että esim. yhdestä vaatteesta oli havaittavissa selvä kipinäpurkaus. Henkilön maadoittaminen ehkäisi tehokkaasti sähköä johtavia komponentteja sisältävien vaatteiden varautumisen. Paksut talvivaatteet varautuivat voimakkaimmin henkilön maadoituksesta huolimatta. Siirtyvät varaukset olivat pieniä. Korkeimmillaan siirtyneet varaukset olivat noin 36 nc. 4.1 Minkälaisen riskin suoja-asu voi aiheuttaa ja missä tilanteessa riski voi muodostua? Suoja-asun itsensä aiheuttama suora purkausriski räjähdysvaarallisessa tilassa. 1 % puuvilla Puuvillan ja tekokuidun seos (ei johtavaa kuitua) Hiilikuitua sisältävä ESDsuojavaate Metallikuituasisältävä ESDsuojavaate Ei riskiä Ei riskiä Ei riskiä Ei riskiä Henkilö Henkilö Ei riskiä Ei riskiä Ei riskiä / Riski * Riski * Riskin suuruus riippuu hiilikuidun määrästä ja materiaalin johtavuudesta. Hiilikuituiset vaatteet voivat olla riskitekijä sähkönjohtokykynsä takia, kuten metallikuituiset. Perinteisesti räjähdysvaarallisissa tuotantotiloissa on käytetty suoja-asuja, jotka on valmistettu 1 % puuvillasta. Joissain tapauksissa erityisesti räjähdetuotannossa on käytetty myös ESD suoja-asuja, joiden johtavuus on toteutettu metallikuiduilla. Puuvillavaatteisiin ei olla täysin oltu tyytyväisiä esim. niiden kutistuvuusongelmien vuoksi. Monissa räjähdysvaarallisissa kohteissa onkin alettu suosia myös sekoitekankaita, joissa suuri osa on puuvillaa ja noin neljäsosa tekokuituja. Useissa tuotantotiloissa joudutaan myös toimimaan kylmissä olosuhteissa, jolloin käytetään topattuja talvivaatteita, sekä niiden alla mm. fleece vaatteita. Tehtyjen tarkastelujen pohjalta oli selvästi havaittavissa, että useimmat suoja-vaatteet varautuivat useiden kilovolttien potentiaaliin henkilön maadoituksesta huolimatta. Vaatteen aiheuttaman räjähdysvaaran kannalta tällä ei kuitenkaan ole merkitystä, sillä itse vaatteesta saatavat purkaukset ovat erittäin pieniä tai purkauksia ei saatu lainkaan erityisesti silloin kun henkilö

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R-1534-8 9 (9) on. Käytettäessä täysin puuvillaisia tai puuvillalla ja tekokuidulla seostettuja suoja-asumateriaaleja, ei ole räjähdysvaaran kannalta merkittävää eroa sillä, onko henkilö tai. Tämä toteamus ei kuitenkaan vähennä henkilön maadoituksen tärkeyttä räjähdysvaarallisessa tilassa, sillä henkilö varautuu joka tapauksessa hallitsemattomasti ja saattaa omalla varauksellaan aiheuttaa sytyttäviä purkauksia päällä olevasta suoja-asusta riippumatta. Taulukossa 3 on esitetty tiivistetysti erilaisten tutkittujen suoja-asujen muodostama riski tilanteissa, joissa henkilö on tai. Taulukosta nähdään, että minkäänlaisesta suoja-asusta ei ole merkittävää riskitekijää niissä tilanteissa, joissa henkilö on. Suositeltavaa olisi, että räjähdysvaarallisessa tilassa jossa henkilön maadoitusta ei voida luotettavasti toteuttaa, ei missään tilanteessa käytettäisi metallikuituisia ESD suoja-asuja. ESD suoja-asu muodostaa henkilön päällä hallitsemattomasti varautuvan metallihäkin, josta voidaan saada jopa mj suuruisia purkauksia. Puuvillasta sekä seoskuitupohjaisista suoja-asuista ei todettu saatavan vaarallisen suuruisia kipinäpurkauksia. Toisaalta edellä mainitut suoja-asut aiheuttavat varautumisellaan riskitilanteita räjähdysvaarallisissa tuotantotilanteissa omalla varautumisellaan. Vaikka vaatteesta itsestään ei saada vaarallisia purkauksia, merkittäviksi riskeiksi saattavat muodostua mm. vaatteiden taskuissa olevat metalliset työkalut. Työkalut voivat varautua indusoitumisen vaikutuksesta suoja-asun synnyttämässä sähkökentässä sillä seurauksella, että metallisesta työkalusta on mahdollista saada aikaiseksi kipinäpurkaus. Toinen mahdollinen riskitilanne liittyen puuvillaisiin ja seoskuituisiin suoja-asuihin syntyy tilanteessa, jossa suoja-asu riisutaan räjähdysvaarallisessa tilassa. Tyypillinen tällainen tilanne on esimerkiksi talvitakki, joka riisutaan ulkoa tultaessa räjähdysvaarallisessa työpisteessä. Vaaratilanne muodostuu siitä, että suoja-asu varaa sähkökentällään maadoittamattomia metalliesineitä. Tällaisia maadoittamattomia metalliesineitä ovat tyypillisesti erilaiset työtasot, A- tikkaat, terästynnyrit puisen kuormalavan päällä jne. 4.2 Muistisäännöt suojavaatteista ja räjähdysvaarallisista tiloista ESD-suojavaatteita, joiden johtavuus on toteutettu metallikuiduilla esim. ruostumattomalla teräksellä, ei suositella käytettäväksi tiloissa, joissa on räjähdysvaara. Ainoa poikkeus on tilanne, jossa henkilön luotettava maadoittuminen pystytään varmistamaan kaikissa tilanteissa, joko jalkineiden ja lattian tai maadoitusrannekkeen kautta. Suojavaatteita ei saa riisua räjähdysvaarallisessa tilassa. Räjähdysvaaralliseen tilaan tarkoitetussa suojavaatteessa tulisi olla mahdollisimman vähän taskuja, jolloin vaatteen taskuissa ei ole mahdollista säilyttää staattisen sähkön varautumisella, mekaanisella kipinöinnillä tai akun oikosululla räjähdysvaaran aiheuttavia välineitä, kuten kännykkää ja käsityökaluja. Tilanteeseen soveltuvat suojavaatteet eivät yksin riitä poistamaan henkilön aiheuttamaa syttymisriskiä, vaan asiaa pitää ajatella kokonaisuutena, joka tarkoittaa sitä että suojavaatteiden lisäksi työympäristön, työvälineiden, koneiden ja laitteiden tulee olla asianmukaisia.