Индустриални процеси и предотвратяване на рискове от експлозия или пожар с помощта на промишлени прахоуловители

В много промишлени системи се използват запалими прахообразни продукти или се произвежда запалим прах. Експлоатацията на тези производствени системи поражда рискове от пожар и експлозия. Тези рискове произтичат от характеристиките на използваните продукти и процеси. Ето защо законодателството в областта на безопасността на работниците и опазването на околната среда изисква от предприятията да инсталират подходящи средства за превенция и защита. Най-често срещаната превантивна мярка е контролът на суспендирането на частици и тяхната концентрация в околния въздух или в оборудването. Това се постига с помощта на аспирационни и филтриращи системи, предназначени за отстраняване на праха от процесите.

Как възниква пожар или експлозия, когато се използват прахообразни продукти или се отделя прах?

Някои промишлени дейности, особено тези, свързани с използването на прахове, разпръскват прах във въздуха, който може да предизвика експлозия или пожар. Те генерират облак от горим прах, който образува взривоопасна атмосфера (ATEX). ATEX ще се взриви, ако отговаря на подходящите условия.

Друга възможност е облакът прах да се утаи. Тогава прахът се натрупва на слоеве върху оборудването и пода на работилницата. В зависимост от топлината на оборудването или химическия състав на частиците, тази маса от прах вероятно ще предизвика самонагряване или пиролиза, което ще доведе до пожар или експлозия.

Появата на тези явления изисква специфични условия, които обобщаваме по-долу (за повече информация вижте подробните статии за ATEX).

Как се самозагрява прахът и какви са последствията?

Специфичният химичен състав на някои прахови отлагания може да предизвика спонтанна екзотермична химична реакция. Условията на отлагането могат да предизвикат отделяне на топлина по-бързо от разсейването ѝ в околния въздух. Тогава температурата на праховия слой се повишава, без към реакционната система да се добавя външна топлина. Това е самонагряване. Повишаването на температурата ускорява скоростта на реакцията и следователно ускорява увеличаването на топлината. Първоначално бавното нагряване може да прогресира до нажежаване или самозапалване. В зависимост от условията на местната среда (наличие на материал, чувствителен към топлинния поток, наличие на облак от горим прах и т.н.), бягството от реакцията може да доведе до пожар или експлозия. Поради това явлението на самонагряване предхожда пожара и експлозията.

Как работи пиролизата на прах и какви са последствията?

Пиролизата се отнася до химическото разлагане на органичен продукт под въздействието на висока температура и в присъствието на атмосфера с ниско съдържание на кислород или без кислород.

Самозагряването на праховото отлагане или топлинният поток от гореща повърхност, върху която се намира праховото отлагане, може да доведе до образуване на пиролизни газове в нискокислородната или некислородната част на отлагането.

Тези газове могат да се натрупват в атмосферата.Топлинната енергия, която е предизвикала пиролизата, или друг източник на енергия може да възпламени тези газове. В зависимост от концентрацията им запалването ще доведе до пожар или експлозия. Подобно на самонагряването, пиролизата на праха е предвестник на пожар или експлозия.

Какви са условията за възникване на пожар от прах?

Пожарът на прах е резултат от изгарянето на горими газове, отделяни при разлагането на прах по време на пиролиза. Пожарът възниква, когато има достатъчно количество от три елемента: гориво (газ), окислител (кислород във въздуха) и активираща енергия (топлина, искра, външен пламък и др.). Постепенната дифузия на горими газове, след което смесването им с въздуха, подхранва пламъка на огъня. Пламъкът генерира токсичен дим и топлинен поток, който подпомага разпространението на пожара. Излъчването от топлинния поток може да доведе до експлозия на съдове под налягане или други горими материали.

Какви са условията за експлозия на прах?

Експлозията е мигновено изгаряне на взривоопасна атмосфера, при което се освобождава интензивна енергия (ATEX). Той е съпроводен с рязко увеличаване на обема, температурата и налягането на газовете в ATEX.

Съществуват шест условия за възникване на експлозия на прах. Три от тях са същите като тези, които предизвикват пожар: едновременното наличие на въздух, прах и източник на запалване. Три от тях ускоряват реакцията на горене: гранулометрична финост, която позволява хомогенно суспендиране на праха във въздуха, концентрация на праха във въздуха, която достига взривоопасния диапазон, и достатъчна затвореност, за да може налягането да действа като ускорител на горенето.

Прахът се образува в помещенията и работното оборудване. Топлинните ефекти и ефектите на налягане, породени от експлозията, застрашават работната среда и личната безопасност.

Каква е разликата между пожар на прах и експлозия на прах?

Контекстът, в който се задейства експлозията, се различава от този на пожара, въпреки че всяко явление може да доведе до другото.

При експлозия предварително съществува смес от горим прах и въздух. Предварително смесеният пламък се разпространява от само себе си, образувайки горивна вълна.

При пожар пиролизата на праха осигурява гориво под формата на газ. Сместа от пиролизен газ и въздух е тази, която се запалва. Дифузионният пламък се поддържа, докато прахът го захранва.

Тъй като при експлозията реагентите са предварително смесени, енергийният добив е много по-висок, отколкото при пожар. При пожар кинетиката на явлението се определя от скоростта, с която запалителните газове се разпространяват през праха и се смесват с въздуха, като тя е много по-бавна, отколкото при експлозия.

Преглед на регулаторните разпоредби, приложими към пожари и експлозии на прах.

Експлозиите и пожарите, причинени от праха, оказват влияние върху безопасността на служителите и разрушават оборудването на работната площадка, с потенциални последици за околната среда. В резултат на това Кодексът на труда и Кодексът на околната среда осигуряват рамка за предотвратяване на тези явления. В много случаи това е транспониране на европейското законодателство.Работодателят трябва да гарантира, че помещенията, както и системите за превенция и защита отговарят на разпоредбите.

Що се отнася до пожара, френският Кодекс на труда урежда конфигурацията на помещенията (въвеждане на средства за евакуация), защитата на работниците (инсталиране на аларми, пожарогасители и др.) и предотвратяването на злополуки.

Що се отнася до експлозиите, френският Кодекс на труда изисква от работодателите да оценяват рисковете, свързани с АТЕХ (експлозивни атмосфери), и да предприемат конкретни мерки за осигуряване на превенция на експлозиите и безопасност и защита на работниците в случай на експлозия. Той обхваща

• определяне на зоните, в които може да се образува ATEX (вж. ATEX зониране).
• организационни мерки за работниците, изложени на риск от експлозия
• избор на оборудване, което може да работи в зони ATEX
• Обозначение на зона ATEX

Както и при облаците от прах, разпоредбите определят слоевете, отлаганията и купчините прах като източници на ATEX.

Френският Кодекс за околната среда обхваща пожарите и експлозиите като цяло, и по-специално тяхното въздействие върху районите в близост до ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement). Номенклатурата на ICPE класифицира тези съоръжения според използваните или произвежданите вещества и според опасния характер на дейностите. Номенклатурата се позовава на мерките, предписани от Кодекса за околната среда и европейските разпоредби (по-специално Seveso 3). Нейните рубрики определят запалими вещества (по-специално запалими твърди вещества, запалими продукти) и взривоопасни продукти, които могат да предизвикат пожари или експлозии. Прахът, генериран от продукти или дейности, трябва да се разглежда в тази номенклатура.

Промишлени процеси и риск от пожар или експлозия

Промишлените процеси, при които се използват горими прахообразни продукти, неизбежно водят до образуване на облаци и отлагания на прах. Поради това съществува риск от пожар или експлозия. Инсталирането насистема за прахоулавяне е предпочитана превантивна мярка.

Процеси на трансфер на продукти и рискове от експлозия и пожар

В индустрията се използват различни процеси за пренасяне на прах, съобразени с осите на движение (хоризонтални, вертикални, наклонени): транспортни ленти, верижни транспортьори, Архимедови шнекове, кофични подемници, пневматичен транспорт.

При пневматичния транспорт, който се основава на суспендиране на частици от продукта във въздуха, в тръбата може да се образува ATEX. При други видове транспорт изсипването на продукта в единия край на оборудването и изхвърлянето му в другия или вибрациите при транспортирането предизвикват облаци от прах. Ако оборудването е затворено, ATEX може да се образува във вътрешността и в близост до местата за товарене и разтоварване. Ако то не е затворено, цялото помещение е изложено на риск от ATEX.

Утаяването на въздушния прах създава отлагания. Дори и при наличието на корпус, под и около уреда се натрупва прах; уплътнението никога не е пълно. Нормативната уредба разглежда праховите отлагания като потенциални ATEX.

Събития като притискане и триене между механични части, свързани с неизправности в оборудването, генерират топлина, която може да бъде източник на запалване по ATEX. При пневматичния транспорт високоскоростното триене между частиците и стените на тръбите генерира електростатично зареждане на частиците и оборудването. Електростатичният разряд често е причина за взрив по ATEX в такова оборудване. И накрая, удари, причинени от метални или минерални елементи, чужди за процеса, могат да предизвикат възпламеняване на АТЕХ.

Аварийната медицина на транспортните процеси съобщава по-специално за пожари на конвейерни ленти, експлозии в асансьорни кофи и в пневматични тръби.

Мерките за предотвратяване на пожари и експлозии включват :

• извличане на облаци прах в точките на падане и/или в корпуса на оборудването чрез система за извличане на прах,
• засмукване на прахови отлагания извън уреда (прахосмукачка ATEX),
• заземен, за да се предотвратят електростатични разряди,
• инструменти за контрол за откриване на необичайно триене и нагряване.
• Премахване на външните източници на запалване (горещи точки, работа и др.)

Защитата срещу пожар и експлозия включва :

• разединяване на оборудването , за да се предотврати разпространението на пожара,
• Оборудване на оборудването с вентилационни отвори или устройства за повишаване на налягането, за да се намали рискът от експлозия.

Процеси на съхранение и рискове от експлозия или пожар

Обемът, формата на контейнерите (силоз, голяма торба и др.), времето за съхранение и условията (температура, влажност и др.) варират в зависимост от дейността.

Пълненето на контейнер с прахообразен продукт може да предизвика АТЕХ чрез суспендиране на частици във въздуха на контейнера. Пълненето или транспортирането може също така да генерира електростатични заряди, които се освобождават във въздушното пространство на контейнера. След това електростатичен разряд може да възпламени ATEX.

Когато оборудването за съхранение и транспортиране на продукти е свързано, преходът между устройствата никога не е напълно водонепропусклив. С течение на времето се образуват отлагания. Ресуспендирането на тези отлагания може да образува ATEX.

Масовото съхранение на прах може да доведе до самонагряване на веществото. Това може да доведе до горене под формата на пожар или тлеещ огън, който от своя страна може да възпламени намиращия се наблизо АТЕХ. Аварийнологията на процесите на съхранение разкрива, че самонагряването поражда повече от 80 % от пожарите и по-малко от 10 % от експлозиите.

Превантивните действия са:

• Изсмуквайте праха в момента на пълнене, възможно най-близо до точката на изхвърляне, като използвате система за изсмукване на прах.
• поддържане на температурата на съхранение под критичната температура или адаптиране на обема за съхранение към местните температурни условия;
• да се забрани вкарването на въздух в долната част на склада, за да се ограничи горенето,
• използвайте оборудване за откриване на CO (индикатор за недостатъчно кислородно горене) и повишаване на температурата (термосонда, инфрачервена камера).

Мерките за защита включват :

• инертиране на контейнера , за да се спре горенето,
• монтиране на вентилационни отвори, за да се спре нарастването на налягането и да се защити структурата за съхранение.

Процеси на раздробяване и рискове от експлозия или пожар.

Съществуват три основни процеса на смилане:

• Смилането на трохи компресира продукти с едър размер на частиците.
• Фрезоването с въздушна струя и фрезоването с триене разбиват зърната на продукта на няколко частици чрез сблъсък. Гранулометрията на продукта позволява той да бъде носен от въздушен поток.

Последните два процеса разреждат прахообразния продукт във въздуха по такъв начин, че не съществува риск от ATEX. От друга страна, при раздробяването се образуват фини частици във въздуха. Така че вътре в шредера съществува постоянен риск от АТЕХ.

Раздробяването нагорещява продукта. Понякога, за да се избегне самозапалване, той трябва да се охлади, особено ако е лесно окисляем. Чуждите тела, които са по-устойчиви на смачкване, могат да увеличат триенето и следователно температурата на съседните частици, което да доведе до нагряване на продукта и до неговото запалване. Те могат също така да предизвикат искри с достатъчна енергия, за да запалят АТЕХ и да предизвикат експлозия.

Средства за превенция :

• да инсталирате система за улавяне на прах, за да улавяте фините частици;
• смилане в инертна атмосфера на продукти, които се запалват при ниска температура или с ниска енергия на активиране (10 до 100 mJ);
• ограничават нагряването и предотвратяват внасянето на чужди тела на входа на процеса (пресяване, откриване на метали и др.);
• измерване на температурата и откриване на нажежени частици на изхода на мелницата

Мерки за защита :

• използвайте взривозащитена машина за раздробяване ATEX;
• отделяне на системата за отстраняване на прах от бункера, в който се приема натрошеният материал;

Процес на смесване: рискове от експлозия и пожар

Смесването може да се извършва между твърди вещества (сухо смесване) или между твърди и течни вещества (смесване в течна фаза). Смесването представлява риск от пожар или експлозия, ако един от продуктите е запалим.

Сухо смесване: всички прахообразни вещества се въвеждат преди началото на процеса. При пълнене на смесителя и последващо смесване на продуктите се получава облак от фини прахови частици. И при двете операции има възможност за ATEX, ако веществото е запалимо. Такъв е случаят в бункера за пълнене и в смесителната глава.

Потокът на продукта през смесителя може да доведе до електрическо зареждане на твърдите частици. Може да възникне електростатичен разряд, който да предизвика запалване на облака от прах. Това явление може да възникне в главата на смесителя или в бункера за подаване.

При смесване чрез хомогенизиране в течна фаза твърдите продукти се въвеждат преди течностите или обратно. И в двата случая въвеждането на праха поражда описаните по-горе рискове. Въведената течност може да има свойството да се възпламенява при температура, по-ниска от температурата на околната среда (напр. разтворител). В смесителя ще се създаде пара ATEX.

В случай на течна смес, при която се образуват запалими пари, първата превантивна мярка е да се инертни смесителят преди въвеждането на прахообразния продукт.

Дори и при инертност, при отворен люк бункерът за подаване ще представлява АТЕХ, когато в него се изсипва запалимият прах. Улавянето на праховия облак при източника (тип пръстен на Пуйес) е общото за двата процеса на смесване превантивно устройство.

Бункерът може да бъде заменен с инертен въздушен шлюз преди пълнене и отново след това, преди продуктът да бъде въведен в резервоара. И накрая, операцията по пълнене и инертност може да се автоматизира с помощта на шлюз, снабден с автоматични клапани.

Процеси на механична повърхностна обработка: рискове от експлозия и промишлени рискове.

Ецването, бластирането, полирането, пясъкоструйното почистване… всички те водят до различно качество на повърхността, но всички те са резултат от изхвърлянето на абразивни зърна, обикновено с помощта на сгъстена струя. Тези зърна откъсват фини частици от обработваната повърхност, докато се разцепват под въздействието на удара. Най-фините частици остават суспендирани във въздуха.

Процесът се извършва в заграждение. Ако повърхността или материалът за обработка са горими, облакът от фини частици може да образува АТЕХ в заграждението. Оттук произтича рискът от експлозия. Бункерът събира най-тежките зърна. Ако топлината, получена от удара върху повърхността, се задържи в зърната, натрупването им в бункера ще доведе до самонагряване с риск от пожар.

Превенцията се състои в инсталиране на смукателна система, свързана с промишлен прахоуловител , който поддържа ниско налягане в корпуса и улавя облака от фини частици; монтиране на детектор за искри към системата за улавяне.

Процеси на нанасяне на повърхностни покрития и рискове от експлозия и пожар.

Някои процеси на нанасяне на покрития включват използването на твърди прахообразни продукти. Това включва суспендиране на продукта в струя сгъстен въздух и разпръскването му върху обработваната повърхност. Тази операция се извършва в специална кабина. Операцията обикновено е последвана от втвърдяване на покритието.

В зависимост от продукта, който се пръска, процесът включва боядисване (стопяем или полимеризиращ се органичен прах), флокиране (влакнест органичен прах) или метализиране чрез горещо пръскане или разпръскване (алуминиев, цинков или меден прах).

Част от пръските не попадат на повърхността и се разпръскват във въздуха. ATEX се образува главно в конуса на пръскането. За да се подобри ефективността, пистолетът за пръскане придава на праховите зърна електрически заряд, противоположен на този на обработваната повърхност. Електростатичната сила ги привлича към повърхността, която трябва да се покрие. Вследствие на неизправност може да възникне електростатичен разряд между електродите на пистолета за пръскане и оборудването или обработваната повърхност. Рискът от експлозия е толкова по-голям, колкото по-фина е гранулометрията. Експлозията може да доведе до пожар. Освен това предварителното загряване на обработваната повърхност и близостта на пещта за втвърдяване могат да предизвикат запалване на продукта.

Мерките за предотвратяване на пожар и експлозия при прахово боядисване са следните:

• улавяне на източника с прахоуловител,
• използване на пистолети, съобразени с минималната енергия на запалване на праха,
• откриване на пламъци в кабината.