Průmyslové procesy a prevence rizik výbuchu nebo požáru pomocí průmyslových odlučovačů prachu

Mnoho průmyslových systémů používá hořlavé práškové výrobky nebo produkuje hořlavý prach. Provoz těchto výrobních systémů představuje riziko požáru a výbuchu. Tato rizika vyplývají z vlastností používaných výrobků a procesů. Proto právní předpisy týkající se bezpečnosti pracovníků a ochrany životního prostředí vyžadují, aby podniky instalovaly vhodné preventivní a ochranné prostředky. Nejběžnějším preventivním opatřením je kontrola suspenze částic a jejich koncentrace v okolním vzduchu nebo v zařízení. Toho se dosahuje pomocí odsávacích a filtračních systémů určených k odstraňování prachu z procesů.

Jak dochází k požáru nebo výbuchu při použití práškových výrobků nebo při uvolňování prachu?

Při některých průmyslových činnostech, zejména při používání prášků, se v ovzduší rozptyluje prach, který by mohl způsobit výbuch nebo požár. Vytvářejí oblak hořlavého prachu, který tvoří výbušnou atmosféru (ATEX). ATEX exploduje, pokud splňuje správné podmínky.

Další možností je, že se oblak prachu usadí. Prach se pak hromadí ve vrstvách na zařízení a na podlaze dílny. V závislosti na zahřátí zařízení nebo chemickém složení částic je pravděpodobné, že tato masa prachu způsobí samovznícení nebo pyrolýzu, což vede k požáru nebo výbuchu.

Výskyt těchto jevů vyžaduje specifické podmínky, které shrnujeme níže (více informací naleznete v podrobných článcích ATEX).

Jak se prach sám zahřívá a jaké jsou důsledky?

Zvláštní chemické složení některých prachových usazenin může vyvolat spontánní exotermickou chemickou reakci. A podmínky v usazenině mohou vyvolat produkci tepla, která je rychlejší než jeho rozptyl v okolním vzduchu. Teplota vrstvy prachu pak stoupá, aniž by se do reakčního systému přidávalo vnější teplo. Jedná se o samoohřev. Zvýšení teploty urychluje rychlost reakce, a tím urychluje i nárůst tepla. Zpočátku pomalé zahřívání může postupovat až k žhnutí nebo samovznícení. V závislosti na podmínkách místního prostředí (přítomnost materiálu citlivého na tepelný tok, přítomnost oblaku hořlavého prachu atd.) může běžící reakce vést k požáru nebo výbuchu. Jev samozahřívání je tedy předstupněm požáru a výbuchu.

Jak pyrolýza prachu funguje a jaké jsou její důsledky?

Pyrolýzou se rozumí chemický rozklad organického produktu za působení vysokého tepla a v atmosféře s nízkým obsahem kyslíku nebo bez kyslíku.

Samovolné zahřívání prachové usazeniny nebo tepelný tok z horkého povrchu, na kterém se prachová usazenina nachází, může v části usazeniny s nízkým obsahem kyslíku nebo bez kyslíku vytvářet pyrolýzní plyny.

Tyto plyny se mohou hromadit v atmosféře.Tepelná energie, která vyvolala pyrolýzu, nebo jiný zdroj energie může tyto plyny zapálit. V závislosti na jejich koncentraci způsobí vznícení požár nebo výbuch. Stejně jako samozahřívání je pyrolýza prachu předstupněm požáru nebo výbuchu.

Jaké jsou podmínky pro vznik požáru prachu?

Požár prachu vzniká hořením hořlavých plynů uvolňovaných při rozkladu prachu během pyrolýzy. Požár vzniká při dostatečném množství tří prvků: paliva (plynu), okysličovadla (kyslíku ve vzduchu) a aktivační energie (teplo, jiskra, vnější plamen atd.). Postupná difúze hořlavých plynů a následně jejich mísení se vzduchem živí plamen ohně. Plamen vytváří toxický kouř a tepelný tok, který napomáhá šíření požáru. Sálání tepelného toku může způsobit výbuch tlakových nádob nebo jiných hořlavých materiálů.

Jaké jsou podmínky pro výbuch prachu?

Výbuch je okamžité vznícení výbušné atmosféry, při kterém se uvolňuje intenzivní energie (ATEX). Je doprovázen prudkým nárůstem objemu, teploty a tlaku plynů v ATEX.

Existuje šest podmínek pro vznik výbuchu prachu. Tři z nich jsou stejné jako ty, které způsobují požár: současná přítomnost vzduchu, prachu a zdroje vznícení. Tři z nich urychlují reakci hoření: granulometrická jemnost, která umožňuje homogenní suspendování prachu ve vzduchu, koncentrace prachu ve vzduchu, která dosahuje výbušného rozsahu, a dostatečná uzavřenost, aby tlak působil jako urychlovač hoření.

V prostorách a provozních zařízeních se tvoří prach ATEX. Tepelné a tlakové účinky vznikající při výbuchu ohrožují pracovní prostředí a bezpečnost osob.

Jaký je rozdíl mezi požárem prachu a výbuchem prachu?

Kontext, v němž je výbuch vyvolán, se liší od kontextu požáru, i když každý z těchto jevů může vést k druhému.

Při výbuchu se předem vytvoří směs hořlavého prachu a vzduchu. Předmíchaný plamen se sám šíří a vytváří spalovací vlnu.

Při požáru vzniká palivo ve formě plynu pyrolýzou prachu. Směs pyrolýzního plynu a vzduchu se vznítí. A difúzní plamen se udržuje tak dlouho, dokud ho prach živí.

Vzhledem k tomu, že při výbuchu jsou reaktanty předem smíchány, je jeho energetický výtěžek mnohem vyšší než při požáru. V případě požáru rozhoduje o kinetice jevu rychlost, s jakou se hořlavé plyny šíří prachem a mísí se vzduchem, která je mnohem pomalejší než u výbuchu.

Přehled právních předpisů týkajících se požárů a výbuchů prachu.

Výbuchy a požáry způsobené prachem mají dopad na bezpečnost zaměstnanců a ničí zařízení v místě provozu, což může mít následky pro životní prostředí. Zákoník práce a zákon o životním prostředí proto poskytují rámec pro prevenci těchto jevů. V mnoha případech se jedná o transpozici evropského práva.Zaměstnavatel musí zajistit, aby prostory a systémy prevence a ochrany byly v souladu s předpisy.

Pokud jde o požár, francouzský zákoník práce upravuje uspořádání prostor (zavedení evakuačních prostředků), ochranu zaměstnanců (instalace poplašných zařízení a hasicích přístrojů atd.) a prevenci nehod.

Pokud jde o výbuchy, francouzský zákoník práce vyžaduje, aby zaměstnavatelé posoudili rizika spojená s ATEX (výbušnou atmosférou) a přijali konkrétní opatření k zajištění prevence výbuchu a bezpečnosti a ochrany zaměstnanců v případě výbuchu. Vztahuje se na

• vymezení zón, ve kterých může vzniknout ATEX (viz zónování ATEX).
• organizační opatření pro zaměstnance vystavené riziku výbuchu
• výběr zařízení, která mohou pracovat v zónách ATEX.
• Označení zón ATEX

Stejně jako v případě mraků prachu jsou podle předpisů zdrojem ATEX vrstvy, nánosy a hromady prachu.

Francouzský zákoník o životním prostředí se vztahuje na požáry a výbuchy obecně, a zejména na jejich účinky na oblasti přilehlé k zařízením ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement). Nomenklatura ICPE klasifikuje tato zařízení podle používaných nebo vyráběných látek a podle nebezpečné povahy činností. Nomenklatura odkazuje na opatření předepsaná zákoníkem o životním prostředí a evropskými předpisy (zejména Seveso 3). Její položky definují hořlavé látky (zejména hořlavé pevné látky, hořlavé výrobky) a výbušné výrobky, které mohou způsobit požár nebo výbuch. Prach vznikající při výrobcích nebo činnostech musí být posuzován podle této nomenklatury.

Průmyslové procesy a riziko požáru nebo výbuchu

Průmyslové procesy využívající hořlavé práškové produkty nevyhnutelně vytvářejí oblaka a usazeniny prachu. Hrozí proto nebezpečí požáru nebo výbuchu. Preferovaným preventivním opatřením je instalacesystému odsávání prachu.

Procesy přenosu výrobků a rizika výbuchu a požáru

V průmyslu se používají různé postupy přenosu prášku přizpůsobené osám pohybu (horizontální, vertikální, spádové): pásové dopravníky, řetězové dopravníky, Archimédovy šneky, lžícové výtahy, pneumatická doprava.

Při pneumatické dopravě, která je založena na suspendování částic produktu ve vzduchu, může v potrubí vzniknout ATEX. U jiných způsobů dopravy způsobuje sypání výrobku na jednom konci zařízení a vypouštění na druhém nebo vibrace při dopravě oblaka prachu. Pokud je zařízení uzavřené, může se ATEX tvořit uvnitř a v blízkosti míst nakládky a vykládky. Pokud není uzavřeno, hrozí ATEX v celém prostoru.

Sedimentace polétavého prachu vytváří usazeniny. Prach se hromadí pod spotřebičem a v jeho okolí i při použití krytu; utěsnění není nikdy úplné. Předpisy považují usazeniny prachu za potenciální ATEX.

Události, jako jsou záseky a tření mezi mechanickými částmi spojené s poruchami zařízení, vytvářejí teplo, které může být zdrojem vznícení ATEX. Při pneumatické dopravě vzniká při vysokých rychlostech tření mezi částicemi a stěnami potrubí elektrostatický náboj částic a zařízení. Elektrostatický výboj je často příčinou výbuchu ATEX v takovém zařízení. A konečně rázy způsobené kovovými nebo minerálními prvky cizími procesu mohou způsobit vznícení ATEX.

Nehodologie dopravních procesů uvádí zejména: požáry na dopravníkových pásech, výbuchy ve výtahových lžících a v pneumatických potrubích.

Opatření proti požáru a výbuchu zahrnují :

• odsávání oblaků prachu v místech pádu a/nebo v tělese zařízení pomocí systému odsávání prachu,
• odsávání prachových usazenin mimo spotřebič (vysavač ATEX),
• uzemněné, aby se zabránilo elektrostatickým výbojům,
• kontrolní nástroje pro detekci abnormálního tření a přehřátí.
• Eliminace vnějších zdrojů vznícení (horká místa, práce atd.)

Ochrana proti požáru a výbuchu zahrnuje :

• odpojení zařízení, aby se zabránilo šíření požáru,
• Vybavení zařízení ventilačními otvory nebo zařízeními pro zvýšení tlaku, aby se snížilo riziko výbuchu.

Skladovací procesy a rizika výbuchu nebo požáru

Objemy, tvar nádob (silo, big bag atd.), doba skladování a podmínky (teplota, vlhkost atd.) se liší v závislosti na činnosti.

Naplnění nádoby práškovým produktem může způsobit ATEX tím, že se částice suspendují ve vzduchu v nádobě. Plnění nebo přeprava mohou také vytvářet elektrostatické náboje, které se uvolňují do vzdušného prostoru nádoby. Elektrostatický výboj pak může ATEX zapálit.

Při spojení zařízení pro skladování a přepravu produktů není průchod mezi zařízeními nikdy zcela vodotěsný. Časem se v něm vytvoří usazeniny. Resuspenze těchto usazenin může vytvořit ATEX.

Hromadné skladování prášku může iniciovat samovolné zahřívání látky. To může vést ke vznícení v podobě požáru nebo doutnajícího ohně, který následně může zapálit blízký ATEX. Nehodovost procesů skladování ukazuje, že samovznícení způsobuje více než 80 % požárů a méně než 10 % výbuchů.

Preventivní opatření jsou :

• Odsávání prachu při plnění, co nejblíže místu vypouštění, pomocí systému odsávání prachu.
• udržovat skladovací teplotu pod kritickou teplotou nebo přizpůsobit skladovací objem místním teplotním podmínkám;
• zakázat přívod vzduchu na dně zásobníku, aby se omezilo hoření,
• používat zařízení pro detekci CO (indikátor nedostatečného okysličení) a zvýšení teploty (tepelná sonda, infračervená kamera).

Ochranná opatření zahrnují :

• inertizace nádoby , aby se zastavilo hoření,
• instalace větracích otvorů, které zastaví nárůst tlaku a ochrání skladovací konstrukci.

Skartační procesy a rizika výbuchu nebo požáru.

Existují tři hlavní procesy broušení:

• Drcením se stlačují produkty s hrubou velikostí částic.
• Frézování vzduchovým paprskem a úběrové mletí rozbíjí zrna produktu srážkou na několik částic. Zrnitost produktu umožňuje, aby byl unášen proudem vzduchu.

Poslední dva procesy zředí práškový produkt ve vzduchu takovým způsobem, že nehrozí nebezpečí ATEX. Naproti tomu při drcení vznikají jemné částice ve vzduchu. Uvnitř drtiče tedy existuje trvalé riziko ATEX.

Drcením se výrobek zahřívá. Někdy je třeba jej ochladit, aby nedošlo k samovznícení, zejména pokud je snadno oxidovatelný. Cizí tělesa, která jsou odolnější vůči drcení, mohou zvýšit tření, a tím i teplotu sousedních částic, což způsobí zahřátí výrobku a jeho vznícení. Mohou také způsobit jiskry o dostatečné energii, které mohou zapálit ATEX a vyvolat výbuch.

Prostředky prevence :

• nainstalovat systém odsávání prachu pro zachycení jemných částic;
• mletí produktů, které se vznítí při nízké teplotě nebo s nízkou aktivační energií (10 až 100 mJ), v inertní atmosféře;
• omezit zahřívání a zabránit vniknutí cizích těles na vstup procesu (prosévání, detekce kovů atd.);
• měří teplotu a detekuje žhavé částice na výstupu z mlýna.

Ochranná opatření :

• použijte skartovačku s ochranou proti výbuchu ATEX;
• oddělit systém odstraňování prachu od násypky, do které je drcený materiál ukládán;

Proces míchání: nebezpečí výbuchu a požáru

Míchání může probíhat mezi pevnými látkami (suché míchání) nebo mezi pevnými látkami a kapalinami (míchání v kapalné fázi). Míchání představuje riziko požáru nebo výbuchu, pokud je jeden z produktů hořlavý.

Suché míchání: všechny práškové látky se vloží před zahájením procesu. Naplněním míchačky a následným promícháním výrobků vzniká oblak jemných částic. Při obou operacích existuje možnost ATEX, pokud je látka hořlavá. Tak je tomu v plnicí násypce a v míchací hlavě.

Průtok produktu směšovačem může elektricky nabíjet pevné částice. Může dojít k elektrostatickému výboji, který vyvolá vznícení oblaku prášku. K tomuto jevu může dojít v hlavě míchačky nebo v zásobníku.

Při míchání homogenizací v kapalné fázi se pevné produkty zavádějí před kapalinami nebo naopak. V obou případech vzniká při zavádění prášku výše popsané riziko. Zaváděná kapalina může mít vlastnost vznícení při teplotě nižší než teplota okolí (např. rozpouštědlo). Ve směšovači se vytvoří pára ATEX.

V případě kapalné směsi, která vytváří hořlavé páry, je prvním preventivním opatřením inertizace míchačky před zavedením práškového produktu.

I při inertizaci a otevřeném poklopu bude zásobník při nasypání hořlavého prášku představovat nebezpečí ATEX. Zachycení oblaku prachu u zdroje (Pouyesův kroužek) je preventivní zařízení společné pro oba procesy míchání.

Před plněním a poté, než je produkt vložen do nádrže, lze násypku nahradit inertním vzdušníkem. Nakonec lze plnění a inertizaci automatizovat pomocí vzduchového uzávěru vybaveného automatickými ventily.

Mechanické procesy povrchové úpravy: rizika výbuchu a průmyslová rizika.

Moření, tryskání, leštění, pískování… všechny způsobují jinou povrchovou úpravu, ale všechny jsou výsledkem vystřelování abrazivních zrn, obvykle pomocí stlačeného proudu. Tato zrna odtrhávají jemné částice z upravovaného povrchu a zároveň se pod nárazem štěpí. Nejjemnější částice zůstávají zavěšeny ve vzduchu.

Proces probíhá v uzavřeném prostoru. Pokud je povrch nebo ošetřovaný materiál hořlavý, může se v uzavřeném prostoru vytvořit oblak jemných částic ATEX. Hrozí tedy nebezpečí výbuchu. Nejtěžší zrna se shromažďují v násypce. Pokud se teplo vzniklé nárazem na povrch udrží v zrnech, jejich nahromadění v násypce povede k samovolnému zahřívání s rizikem požáru.

Prevence spočívá v instalaci odsávacího systému připojeného k průmyslovému odlučovači prachu , který udržuje v krytu nízký tlak a zachycuje oblak jemných částic; k systému zachycování se připojí detektor jisker.

Procesy povrchové úpravy a rizika výbuchu a požáru.

Při některých procesech nanášení nátěrových hmot se používají pevné práškové výrobky. Při tom se výrobek zavěsí do proudu stlačeného vzduchu a nastříká se na ošetřovaný povrch. Tato operace se provádí ve speciální kabině. Po této operaci obvykle následuje vytvrzení nátěrové vrstvy.

V závislosti na stříkaném výrobku zahrnuje proces lakování (tavitelný nebo polymerizovatelný organický prášek), vločkování (vláknitý organický prášek) nebo metalizaci žárovým nástřikem nebo stříkáním (hliníkový, zinkový nebo měděný prášek).

Část postřiku nedopadne na povrch a rozptýlí se do vzduchu. ATEX se tvoří hlavně ve sprejovém kuželu. Pro zvýšení účinnosti dává stříkací pistole zrnkům prášku elektrický náboj opačný, než je elektrický náboj ošetřovaného povrchu. Elektrostatická síla je přitahuje k povrchu, který má být natřen. Po poruše může dojít k elektrostatickému výboji mezi elektrodami stříkací pistole a zařízením nebo ošetřovaným povrchem. Riziko výbuchu je tím větší, čím jemnější je granulometrie. Výbuch může mít za následek požár. Kromě toho může předehřátí ošetřovaného povrchu a blízkost vytvrzovací pece vyvolat vznícení výrobku.

Opatření proti požáru a výbuchu pro práškové lakování jsou následující:

• zachycení zdroje pomocí odlučovače prachu,
• použití zbraní přizpůsobených minimální zápalné energii prachu,
• detekce plamenů v kabině.