Organizatorem Programu Bezpieczna Chemia jest PIPC PIPC
Organizatorem Programu jest Polska Izba Przemysłu Chemicznego

STRATEGIA POMIARÓW BENZENU

19.01.2021

Precyzyjne identyfikowanie benzenu nawet w niskich stężeniach

Wiedza o rakotwórczym wpływie benzenu na organizm ludzki uległa w ubiegłych latach poszerzeniu. Zwiększyła się także świadomość społeczna tego tematu – podobnie jak wymogi regulacyjne dla firm w zakresie ochrony pracowników.

 

W latach 80. XX wieku dozwolone były wartości progowe do 50 ppm. Określonym przez OSHA dopuszczalnym poziomem narażenia (PEL) jest dziś 1 ppm (zmierzone jako średnia ważona w czasie TWA). Limit zalecany przez NIOSH (tzw. rekomendowany poziom narażenia REL) jest wyraźnie mniejszy i wynosi 0,1 ppm (TWA). W niektórych krajach poziomy dopuszczalne są jeszcze niższe. Na przykład według niemieckiej „koncepcji dopuszczalnego ryzyka” przepisów technicznych TRGS 910, stężenie pułapowe to 0,6 ppm. Ponadto poziom, przy którym narażenie uważane jest za akceptowalne wynosi aktualnie 0,06 ppm – w przyszłości zostanie on jednak zredukowany do 0,006 ppm.

 

Rygorystyczne zalecenia stanowią wyzwanie dla specjalistów BHP i OŚ, ponieważ bardzo niewiele technologii umożliwia niezawodne wskazywanie tak ekstremalnie niskich wartości. W warunkach idealnych specjaliści BHP i OŚ podejmują działania, których celem jest unikanie narażenia na czynniki rakotwórcze, gdzie tylko możliwe.

 

NIEPOKOJĄCE WYNIKI

W 2014 roku NIOSH przeprowadziło badania terenowe w branży frakingowej dotyczące poziomu narażenia pracowników na benzen w atmosferze.1

Uzyskano następujące wyniki:

– 15 z 17 próbek przekroczyło wartość 0,1 ppm

– Dwie próbki osiągnęły ponad 0,5 ppm

– W trakcie niektórych prac regularnie przekraczano medianę dla 15 minut wynoszącą 1 ppm

– Przy otwartych włazach zmierzono stężenia do 200 ppm

– Miernik gazów wybuchowych wskazywał do 40% dolnej granicy wybuchowości stężeń gazów węglowodorowych

 

FAKTY I DANE LICZBOWE

Benzen

Wzór chemiczny: C6H6

Numer identyfikacyjny: CAS 71-43-2

Wymagane oznakowanie: Ciecz łatwopalna

Granice wybuchowości, % obj.: DGW: 1,2; GGW: 8,6

Zagrożenie dla zdrowia wg NFPA: 2 (niebezpieczny)

Próg zapachu: 0,78 ppm

Skutki zdrowotne: Podrażnienie oczu, błon śluzowych nosa i dróg oddechowych prowadzące do bólu głowy, zawrotów głowy, drgawek i śpiączki

Skutki przewlekłe: Choroba nowotworowa (białaczka)

Różne zadania pomiarowe

Pomiary benzenu w miejscu pracy mogą wiązać się z bardzo różnymi zadaniami, takimi jak opróżnianie zbiorników do prac konserwacyjnych, pomiary zanieczyszczenia średniego terenu pracy lub kontrolę poziomu chwilowych wartości szczytowych narażenia. Co więcej, różne firmy wdrażają regulacje na bardzo różne sposoby. Część firm kontroluje i zatwierdza wszystkie miejsca pracy raz w roku, inne badają poszczególne etapy robót i podejmują próby precyzyjnej lokalizacji punktów narażenia szczytowego. Celem jest zwiększenie bezpieczeństwa kluczowych etapów robót przez zastosowanie metod technicznych i organizacyjnych – nawet z dodatkową ochroną układu oddechowego.

 

Utrzymanie równowagi między jakością, czasem i kosztem

Wybór metody pomiarowej określają trzy kryteria: jakość, czas i koszt.

Jakość odnosi się do precyzji wyników pomiarowych. Czy stężenie benzenu należy mierzy selektywnie, czy też wystarczy określenie wartości sumarycznej wszystkich węglowodorów w powietrzu?

Czynnik czasu staje się coraz ważniejszy z powodu nacisku na zwiększenie wydajności. Im szybciej dana metoda dostarcza niezawodne wyniki, tym szybciej można kontynuować pracę po kontroli. Ważnym atutem pomiarów na miejscu w porównaniu z oznaczaniem w laboratorium jest zaoszczędzony czas – ponieważ analiza jest możliwa bezpośrednio na miejscu realizacji zadania, gdzie można podjąć decyzję o dalszych środkach.

W kontekście kosztów, kluczową rolę odgrywa liczba i częstość pomiarów, które należy wykonać. Na przykład rurki wskaźnikowe oferują rozwiązanie ekonomiczne. Koszty zakupu są niskie i praktyczne brak kosztów konserwacji. Jednak, jeśli dana firma przeprowadza dużą liczbę regularnych pomiarów, korzystniejsze są rozwiązania do wielorazowego użytku.

 

OMÓWIENIE ZALET I OGRANICZEŃ RÓŻNYCH TECHNOLOGII

W wypadku pomiarów benzenu, istnieje różnica między metodami selektywnymi i nieselektywnymi. Rurki wskaźnikowe, chipy i próbniki dyfuzyjne – oraz wyniki laboratoryjne – pozwalają zdobyć dowody wyizolowane. Z kolei detektory fotojonizacyjne (PID) mierzą sumę wszystkich węglowodorów lotnych. Należy więc inteligentnie łączyć PID-y z metodami selektywnymi.

 

Nowe technologie oferują możliwość wyboru między różnymi rozwiązaniami pomiarowymi. W zależności od zadania pomiarowego, jego częstości i wymogów firmy względem jakości i dogodności dostępne są różne metody pomiarowe.

 

Pomiar laboratoryjny

Pomiary dopuszczające, monitorowanie, pomiary punktowe

Pomimo stosunkowo wysokiej czasochłonności i kosztowności, pomiary laboratoryjne cieszą się popularnością, ponieważ wiele metod pomiarów polowych jest ograniczonych w zakresie selektywności i precyzji (patrz: omówienie). Z kolei laboratoria umożliwiają niezawodne określenie ekstremalnie niskich i wysokich stężeń.

Wymagany jest pobór próbek na miejscu, zwykle za pomocą pompki i odpowiedniego nośnika. Same oznaczanie jest w wielu przypadkach przeprowadzane chromatografem gazowym. Czas oczekiwania na wyniki zależy od dobrej organizacji transferu próbki do laboratorium. Sama analiza jest zwykle dokonywana szybko.

 

Próbniki pasywne

Monitorowanie miejsca pracy

Próbniki pasywne lub dyfuzyjne (tzw. dozymetry) składają się z nośnika (np. węgla aktywnego) oddzielonego membraną od powietrza otaczającego. Jeśli konieczny jest nadzór narażenia, do odzieży, na wysokości dróg oddechowych, mocowany jest próbnik pasywny. Wskutek stosunkowo niskich stężeń substancji w powietrzu pomieszczeń zamkniętych, identyfikacja substancji we właściwym zakresie stężeń może wymagać czasu próbkowania od jednego dnia do kilku tygodni. Dozymetr jest analizowany w laboratorium, zaś zebrane substancje są poddawane ocenie selektywnej. Możliwa jest jedynie rejestracja wartości średnich, które zawierają wartości szczytowe.

 

Rurki wskaźnikowe

Pomiary dopuszczające i punktowe, detekcja nieszczelności

Rurki wskaźnikowe można użyć do precyzyjnej, szybkiej i ekonomicznej detekcji benzenu. Nowa rurka Dräger 0,25/a mierzy nawet najniższe stężenia powyżej 0,25 ppm. Mierzenie benzenu za pomocą rurek jest szybkie i proste. Rurki mogą być obsługiwane przez osoby niebędące ekspertami korzystając z pompki ręcznej – nawet w strefach Ex. Dlatego też rurki są odpowiednie do analizy powietrza w cysternach, zbiornikach i do detekcji wycieków. Możliwe są także pomiary skażeń niektórych terenów pracy i detekcja stężeń szczytowych.

 

Detektor fotojonizacyjny

Pomiary dopuszczające i punktowe oraz monitorowanie

Detektory fotojonizacyjne są idealne do wykrywania węglowodorów – szczególnie, jeśli są one obecne w bardzo niskich stężeniach. Nie mogą one jednak mierzyć benzenu selektywnie. Dlatego też, jeśli pomiar sumaryczny wykryje krytyczny poziom węglowodorów, konieczny będzie kolejny pomiar selektywny określający czynnik rakotwórczy, który stanowi największą część stężenia całościowego.

Zaletą detektorów fotojonizacyjnych jest zdolność do pomiarów w trybie ciągłym i stworzenia „profilu stężeń” wykorzystującego wyniki z danego miejsca pracy zarejestrowane przez całą zmianę. Ułatwia to detekcję narażeń szczytowych występujących podczas określonych etapów prac. Wyższy koszt urządzeń w porównaniu do innych technologii pomiarowych jest szybko amortyzowany dzięki różnorodności zastosowań.

 

Rozwiązanie: inteligentne łączenie różnych metod

Istnieją różne nowe sposoby realizacji tej koncepcji.

Pomiary w zbiornikach i innych przestrzeniach ograniczonych można przeprowadzić łącząc PID z rurkami wstępnymi, rurkami wskaźnikowymi i pompką, jak również z oznaczaniem selektywnym w laboratoriach pomiarowych.

Łączenie PID z rurką wskaźnikową jest metodą efektywną kosztowo. Jednym z rozwiązań jest użycie detektora z technologią PID wykorzystującego rurki wstępne do benzenu. Podczas badania wstępnego, PID mierzy sumę wszystkich obecnych węglowodorów. Bazując na tej wiedzy, zostanie podjęta decyzja o dalszej wentylacji. Przykład: jeśli suma węglowodorów w zbiorniku na benzen jest niższa od wartości maksymalnej 10 ppm, pomiar selektywny na drugim etapie procedury mierzy wartość benzenu z wykorzystaniem rurki wstępnej lub rurek wskaźnikowych. Rurka wstępna działa jak filtr zatrzymujący wszystkie węglowodory poza benzenem. Ponieważ przez rurkę wstępną przepływa wyłącznie benzen, PID daje odczyty specyficzne dla benzenu. Dzięki tej metodzie, wynik jest gotowy po kilku minutach.

Zaletą tego procesu są szybkie wyniki umożliwiające podjęcie bezpiecznych decyzji i zwiększenia efektywności kosztowej przez użycie rurek.

Zaletą detektora wielogazowego w tym zastosowaniu jest zakup, serwis, szkolenie i transport tylko jednego detektora służącego do wszystkich celów, takich jak pomiary dopuszczające przed wejściem do przestrzeni ograniczonych, detekcja wycieków i odczyty benzenu.

Przy wystarczająco niskim stężeniu sumarycznym węglowodorów, można pominąć pomiar selektywny z użyciem rurek wskaźnikowych lub wstępnych.

 

Nowatorskie połączenie badań wstępnych z analizą chromatografem gazowym

Kolejną nowatorską metodą jest zastąpienie pomiaru przez użycie technologii PID ze zintegrowanym chromatografem gazowym. Urządzenie tego typu łączy badania wstępne z selektywnymi upraszczając i skracając proces pomiarowy. Dwa tryby pomiarów – jeden pomiar szerokopasmowy w trybie skanowania i jeden pomiar selektywny w trybie analizy – eliminują konieczność wykonania pomiarów rurkami i zwiększają bezpieczeństwo przez uzyskanie wyników pomiarowych o jakości laboratoryjnej. Taka metoda wiąże się z wyższymi kosztami zakupu, jednak może okazać się opłacalna przy wyższej częstości użycia i po rozbiciu kosztów na pojedyncze pomiary.

 

Niezawodne monitorowanie miejsc pracy

Ilość benzenu, na którą są narażeni pracownicy podczas zmiany zależy od ich działań i wynikających z nich stężeń. W przemyśle petrochemicznym poziomy zanieczyszczeń często wykazują znaczne wahania. Choć narażenie może być chwilowo bardzo wysokie podczas napełniania, poboru próbek i innych prac przy otwartych włazach, jest ono praktycznie zerowe w pomieszczeniach biurowych i na zewnątrz.

Po udanym pomiarze dopuszczającym obszaru sklasyfikowanego jako niebezpieczny z powodu narażenia na benzen konieczne jest monitorowanie strefy pracy w trybie ciągłym.

Monitorowanie w trybie ciągłym można osiągnąć poprzez użycie detektorów gazu z nieselektywnym PID-em w obszarze pracy. Reagują one szybko na zmiany stężeń i natychmiast wskazują przekroczenie wartości granicznych. Nastawa progu alarmowego jest zależna od wartości granicznej. Prace należy przerwać niezwłocznie po aktywacji alarmu. Kolejną zaletą jest rejestracja danych: wszystkie wartości pomiarowe są zapisywane do późniejszej analizy. 

Ze względu na nieselektywność technologii PID, należy wykonywać także regularne, selektywne pomiary punktowe w celach kontrolnych. Ich częstość jest zależna od konkretnych zagrożeń według oceny ryzyka, która określa także preferowane metody pomiarowe. Do pomiarów kontrolnych wykorzystywana jest z reguły metoda zastosowana przy pomiarach dopuszczających.

Aby obliczyć średnie stężenie benzenu w miejscu pracy, należy pobierać próbkę przez cały czas pracy (jest to zwykle zmiana 8h) lub też pobierać serię sekwencyjnych próbek za pomocą pomiarów punktowych co 30 minut.

W warunkach idealnych próbka powinna być pobierana z miejsca, gdzie skład atmosfery jak najdokładniej odzwierciedla powietrze, które będzie wdychał pracownik. Amerykański Departament Zdrowia i Opieki Społecznej zaleca przynajmniej trzy próbki, z których każda pobierana jest przez 15 minut. Próbka o najwyższej wartości jest przyjmowana za stężenie maksymalne.

 

Podsumowanie:

Wybór strategii bezpieczeństwa przez osobę odpowiedzialną w zakładzie pracy zależy od trzech głównych czynników:

– Jakości pomiaru ukierunkowanej na pożądany poziom bezpieczeństwa na podstawie oceny ryzyka. Jakość jest determinowana sposobem wyświetlania wyników, dokładnością wskazania i pożądaną selektywnością.

– Dogodności wykonywanych pomiarów. Obejmuje ona liczbę kroków pomiarowych, szybkość dostępności danych na miejscu i bezawaryjność użycia.

– Częstości użycia, która określa koszt pojedynczego pomiaru. Wyższe koszty zakupu mogą się szybko zwracać przy przeliczeniu kosztów bieżącej eksploatacji.

Artykuł pochodzi z nr 5/2020 Biuletynu "Bezpieczna Chemia".

 

 

Partnerzy