Industrielle processer og forebyggelse af eksplosions- eller brandrisici ved hjælp af industrielle støvopsamlere

Mange industrielle systemer bruger brændbare pulverprodukter eller producerer brændbart støv. Driften af disse produktionssystemer giver anledning til brand- og eksplosionsrisici. Disse risici stammer fra de anvendte produkters og processers egenskaber. Derfor kræver lovgivningen om arbejdssikkerhed og miljøbeskyttelse, at virksomheder installerer passende midler til forebyggelse og beskyttelse. Den mest almindelige forebyggende foranstaltning er at kontrollere suspensionen af partikler og deres koncentration i den omgivende luft eller i udstyr. Dette opnås ved hjælp af suge- og filtreringssystemer, der er designet til at fjerne støv fra processer.

Hvordan opstår en brand eller eksplosion, når der bruges pulveriserede produkter, eller når der udsendes støv?

Nogle industrielle aktiviteter, især dem, der involverer brug af pulver, spreder støv i luften, der kan forårsage en eksplosion eller brand. De genererer en sky af brændbart støv, der danner en eksplosiv atmosfære (ATEX). ATEX eksploderer, hvis den opfylder de rette betingelser.

En anden mulighed er, at støvskyen lægger sig. Støvet samler sig derefter i lag på udstyret og værkstedsgulvet. Afhængigt af udstyrets varme eller partiklernes kemiske sammensætning vil denne støvmasse sandsynligvis producere selvopvarmning eller pyrolyse, hvilket kan føre til brand eller eksplosion.

Disse fænomener kræver specifikke betingelser, som vi opsummerer nedenfor (for mere information, se de detaljerede ATEX-artikler).

Hvordan bliver støv selvopvarmet, og hvad er konsekvenserne?

Den særlige kemiske sammensætning af nogle støvaflejringer kan udløse en spontan eksoterm kemisk reaktion. Og forholdene i aflejringen kan fremkalde en varmeproduktion, der er hurtigere end dens spredning i den omgivende luft. Støvlagets temperatur stiger derefter, uden at der tilføres nogen ekstern varme til reaktionssystemet. Dette er selvopvarmning. Temperaturstigningen accelererer reaktionshastigheden og dermed også varmeudviklingen. Oprindeligt langsom opvarmning kan udvikle sig til glød eller selvantændelse. Afhængigt af forholdene i det lokale miljø (tilstedeværelse af materiale, der er følsomt over for varmeflux, tilstedeværelse af en sky af brændbart støv etc.) kan den løbske reaktion føre til brand eller eksplosion. Fænomenet selvopvarmning er derfor et forstadie til brand og eksplosion.

Hvordan fungerer støvpyrolyse, og hvad er konsekvenserne?

Pyrolyse refererer til den kemiske nedbrydning af et organisk produkt under påvirkning af høj varme og i en iltfattig eller iltfri atmosfære.

Selvopvarmning af en støvaflejring eller varmestrømmen fra en varm overflade, som støvaflejringen er placeret på, kan producere pyrolysegasser i den iltfattige eller ikke-iltrige del af aflejringen.

Disse gasser kan ophobes i atmosfæren. Dentermiske energi, der udløste pyrolysen, eller en anden energikilde kan antænde disse gasser. Afhængigt af koncentrationen vil antændelsen skabe en brand eller en eksplosion. Ligesom selvopvarmning er støvpyrolyse en forløber for brand eller eksplosion.

Hvad er betingelserne for en støvbrand?

En støvbrand opstår ved forbrænding af brændbare gasser, der frigives ved nedbrydning af støv under pyrolyse. En brand starter, når der er tilstrækkelige mængder af tre elementer: brændstof (gas), oxidationsmiddel (luftens ilt) og aktiveringsenergi (varme, gnist, ekstern flamme osv.). Den gradvise spredning af brændbare gasser og deres blanding med luften giver næring til brandens flamme. Flammen genererer giftig røg og en varmestrøm, der hjælper ilden med at sprede sig. Stråling fra varmestrømmen kan få trykbeholdere eller andre brændbare materialer til at eksplodere.

Hvad er betingelserne for en støveksplosion?

En eksplosion er en øjeblikkelig forbrænding af en eksplosiv atmosfære (ATEX), der frigiver intens energi. Den ledsages af en dramatisk stigning i volumen, temperatur og tryk af gasserne i ATEX.

Der er seks betingelser for at skabe en støveksplosion. Tre er de samme som dem, der forårsager en brand: den samtidige tilstedeværelse af luft, støv og en antændelseskilde. Tre fremskynder forbrændingsreaktionen: en granulometrisk finhed, der gør det muligt for støvet at blive homogent suspenderet i luften, en støvkoncentration i luften, der når det eksplosive område, og tilstrækkelig indeslutning til, at trykket kan fungere som en forbrændingsaccelerator.

Der dannes ATEX-støv i lokaler og driftsudstyr. De varme- og trykeffekter, der genereres af eksplosionen, truer arbejdsmiljøet og den personlige sikkerhed.

Hvad er forskellen på en støvbrand og en støveksplosion?

En eksplosion udløses i en anden sammenhæng end en brand, selv om begge fænomener kan føre til hinanden.

I en eksplosion findes der allerede en blanding af brændbart støv og luft. Den forblandede flamme spreder sig af sig selv og danner en forbrændingsbølge.

I en brand er det pyrolysen af støv, der giver brændstof i form af gas. Det er blandingen af pyrolysegas og luft, der antændes. Og diffusionsflammen opretholdes, så længe støvet forsyner den.

Da reaktanterne er blandet på forhånd i en eksplosion, er energiudbyttet meget højere end i en brand. I en brand er det den hastighed, hvormed brændbare gasser diffunderer gennem støvet og blandes med luften, der bestemmer fænomenets kinetik, som er meget langsommere end i en eksplosion.

Oversigt over de lovbestemmelser, der gælder for brande og støveksplosioner.

Eksplosioner og brande forårsaget af støv har indflydelse på medarbejdernes sikkerhed og ødelægger udstyr på arbejdsstedet med potentielle konsekvenser for miljøet. Som følge heraf giver arbejdsloven og miljølovgivningen en ramme for forebyggelse af disse fænomener. I mange tilfælde er dette en gennemførelse af europæisk lovgivning.Arbejdsgiveren skal sikre, at lokalerne og forebyggelses- og beskyttelsessystemerne er i overensstemmelse med reglerne.

Med hensyn til brand regulerer den franske arbejdslovgivning indretningen af lokalerne (implementering af evakueringsmidler), beskyttelse af medarbejderne (installation af alarmer og brandslukkere osv.) og forebyggelse af ulykker.

Med hensyn til eksplosioner kræver den franske arbejdslovgivning, at arbejdsgivere vurderer de risici, der er forbundet med ATEX (eksplosive atmosfærer), og træffer specifikke foranstaltninger for at sikre eksplosionsforebyggelse og arbejdstagernes sikkerhed og beskyttelse i tilfælde af en eksplosion. Den dækker

• definition af zoner, hvor ATEX kan dannes (se ATEX-zonering)
• organisatoriske foranstaltninger for arbejdstagere, der er udsat for eksplosionsfare
• vælge udstyr, der kan fungere i ATEX-zoner
• ATEX-zoneskiltning

Ligesom med støvskyer identificerer reglerne lag, aflejringer og dynger af støv som kilder til ATEX.

Den franske miljølov dækker brande og eksplosioner i almindelighed og deres virkninger på områder, der støder op til ICPE’er (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) i særdeleshed. ICPE-nomenklaturen klassificerer disse anlæg i henhold til de stoffer, der anvendes eller produceres, og i henhold til aktiviteternes farlige karakter. Nomenklaturen henviser til de foranstaltninger, der er foreskrevet i miljølovgivningen og europæiske forordninger (især Seveso 3). Overskrifterne definerer brandfarlige stoffer (især brandfarlige faste stoffer, brændbare produkter) og eksplosive produkter, der kan forårsage brande eller eksplosioner. Støv, der genereres af produkter eller aktiviteter, skal tages i betragtning under denne nomenklatur.

Industrielle processer og risikoen for brand eller eksplosion

Industrielle processer, der bruger brændbare pulverprodukter, producerer uundgåeligt skyer og aflejringer af støv. Der er derfor risiko for brand eller eksplosion. Installation af etstøvudsugningssystem er en foretrukken forebyggende foranstaltning.

Produktoverførselsprocesser og risikoen for eksplosion og brand

Industrien bruger forskellige pulveroverførselsprocesser, der er tilpasset bevægelsesakserne (vandret, lodret, gradient): transportbånd, kædetransportører, arkimedesskruer, kopelevatorer, pneumatisk transport.

Ved pneumatisk transport, som er baseret på, at produktpartiklerne svæver i luft, kan der dannes en ATEX inde i røret. Ved andre transportformer forårsager påfyldningen af produktet i den ene ende af udstyret og tømningen i den anden, eller vibrationerne under transporten, støvskyer. Hvis udstyret er indkapslet, kan der dannes ATEX inde i og i nærheden af på- og aflæsningsstederne. Hvis det ikke er indkapslet, er der risiko for ATEX i hele rummet.

Sedimentering af luftbåret støv skaber aflejringer. Selv med en indkapsling vil der samle sig støv under og omkring apparatet; forseglingen er aldrig total. Forskrifterne betragter støvaflejringer som potentiel ATEX.

Begivenheder som kramper og friktion mellem mekaniske dele i forbindelse med udstyrsfejl vil generere varme, som kan være en kilde til ATEX-antændelse. I pneumatisk transport genererer højhastighedsfriktion mellem partikler og rørvægge elektrostatisk opladning af partiklerne og udstyret. En elektrostatisk udladning er ofte årsagen til en ATEX-eksplosion i sådant udstyr. Endelig kan stød forårsaget af metalliske eller mineralske elementer, der er fremmede for processen, antænde en ATEX.

Ulykkeskataloget for transportprocesser rapporterer især om brande på transportbånd, eksplosioner i elevatorskuffer og i pneumatiske rør.

Foranstaltninger til forebyggelse af brand og eksplosion omfatter :

• udsugning af støvskyer ved faldpunkterne og/eller i udstyrets krop via et støvudsugningssystem,
• Opsugning af støvaflejringer uden for apparatet (ATEX-suger),
• jordet for at forhindre elektrostatiske udladninger,
• kontrolværktøjer til at opdage unormal friktion og opvarmning.
• Fjernelse af eksterne antændelseskilder (hot spots, arbejde osv.)

Beskyttelse mod brand og eksplosion omfatter :

• frakobling af udstyr for at forhindre spredning af brand,
• Udstyre udstyr med ventilationsåbninger eller trykforstærkere for at reducere risikoen for eksplosion.

Opbevaringsprocesser og risikoen for eksplosion eller brand

Mængderne, beholdernes form (silo, big bag osv.), opbevaringstiden og forholdene (temperatur, luftfugtighed osv.) varierer alt efter aktiviteten.

Fyldning af en beholder med et pulverformigt produkt kan skabe en ATEX ved at suspendere partikler i beholderens luft. Påfyldning eller transport kan også generere elektrostatiske ladninger, som frigives i beholderens luftrum. En elektrostatisk udladning kan derefter antænde ATEX’en.

Når udstyr til opbevaring og transport af produkter kobles sammen, er passagen mellem enhederne aldrig helt vandtæt. Over tid vil der dannes aflejringer. Resuspension af disse aflejringer kan danne en ATEX.

Masseopbevaring af et pulver kan starte selvopvarmning af stoffet. Det kan føre til forbrænding i form af brand eller ulmende ild, som igen kan antænde en nærliggende ATEX. Ulykkesanalysen af oplagringsprocesser viser, at selvopvarmning genererer mere end 80 % af alle brande og mindre end 10 % af alle eksplosioner.

De forebyggende tiltag er :

• Støvsug støv på påfyldningstidspunktet, så tæt som muligt på udledningspunktet, ved hjælp af et støvudsugningssystem.
• holde opbevaringstemperaturen under den kritiske temperatur eller tilpasse opbevaringsvolumen til de lokale temperaturforhold;
• forbyde luftindtag i bunden af lageret for at begrænse forbrændingen,
• Brug udstyr til at opdage CO (indikator for underiltet forbrænding) og temperaturstigninger (varmesonde, infrarødt kamera).

Beskyttelsesforanstaltningerne omfatter :

• inertere beholderen for at stoppe forbrændingen,
• installation af ventilationskanaler for at stoppe trykopbygningen og beskytte lagerstrukturen.

Makuleringsprocesser og risici for eksplosion eller brand.

Der er tre primære slibeprocesser:

• Knusning komprimerer produkter med en grov partikelstørrelse.
• Luftstrålefræsning og attrition fræsning bryder produktkornene i flere partikler ved kollision. Produktets granulometri gør, at det kan bæres af en luftstrøm.

De sidste to processer fortynder det pulveriserede produkt i luften på en sådan måde, at der ikke er nogen risiko for ATEX. På den anden side genererer knusning luftbårne finstoffer. Så der er en permanent risiko for ATEX inde i shredderen.

Knusning opvarmer produktet. Nogle gange skal det afkøles for at undgå selvantændelse, især hvis det er let oxiderbart. Fremmedlegemer, som er mere modstandsdygtige over for knusning, kan øge friktionen og dermed temperaturen på de omkringliggende partikler, hvilket får produktet til at varme op og bryde i brand. De kan også forårsage gnister med tilstrækkelig energi til at antænde ATEX og fremkalde en eksplosion.

Midler til forebyggelse :

• installere et støvudsugningssystem til at opsamle finstofferne;
• formaling i en inert atmosfære af produkter, der antændes ved lav temperatur eller med lav aktiveringsenergi (10 til 100 mJ);
• begrænser opvarmning og forhindrer indføring af fremmedlegemer ved procesindløbet (sigtning, metaldetektering osv.);
• måle temperaturen og opdage glødende partikler ved møllens udløb

Beskyttelsesforanstaltninger :

• Brug en ATEX-eksplosionssikker makulator;
• afkoble støvfjernelsessystemet fra beholderen, der modtager det kværnede materiale;

Blandingsproces: risiko for eksplosion og brand

Blanding kan finde sted mellem faste stoffer (tør blanding) eller mellem faste stoffer og væsker (blanding i væskefasen). Blanding udgør en risiko for brand eller eksplosion, hvis et af produkterne er brandfarligt.

Tørblanding: Alle de pulverformige stoffer tilføres, før processen starter. Når man fylder blanderen og derefter blander produkterne, opstår der en sky af finstoffer. I begge operationer er der mulighed for ATEX, hvis et stof er brændbart. Dette er tilfældet i påfyldningstragten og i blandehovedet.

Produktstrømmen gennem blanderen kan oplade de faste partikler elektrisk. Der kan opstå en elektrostatisk udladning, som udløser antændelse af pulverskyen. Dette fænomen kan opstå i blanderhovedet eller i indføringstragten.

Ved blanding ved homogenisering i væskefasen tilføres de faste produkter før væskerne, eller omvendt. I begge tilfælde medfører tilførslen af pulveret de risici, der er beskrevet ovenfor. Den tilførte væske kan have den egenskab, at den kan antændes ved en temperatur under omgivelsestemperaturen (f.eks. opløsningsmiddel). Der vil opstå en ATEX-damp i blanderen.

I tilfælde af en væskeblanding, der producerer brandfarlige dampe, er den første forebyggende foranstaltning at inaktivere blanderen, før pulverproduktet tilsættes.

Selv med inertisering og åben luge vil tilførselstragten udgøre en ATEX, når det brændbare pulver hældes i. Indfangning af støvskyen ved kilden (Pouyes-ringtype) er den forebyggende anordning, der er fælles for begge blandingsprocesser.

Beholderen kan erstattes af en inertiseret luftsluse før påfyldning og igen bagefter, før produktet føres ind i tanken. Endelig kan påfyldningen og inertiseringen automatiseres med en luftsluse, der er udstyret med automatiserede ventiler.

Mekaniske overfladebehandlingsprocesser: eksplosions- og industririsici.

Bejdsning, slyngrensning, polering, sandblæsning … giver alle en forskellig overfladefinish, men de er alle resultatet af projektion af slibekorn, normalt ved hjælp af en komprimeret stråle. Disse korn river fine partikler af den overflade, der skal behandles, mens de splittes under påvirkningen. De fineste partikler forbliver svævende i luften.

Processen foregår i en indkapsling. Hvis overflade- eller behandlingsmaterialet er brændbart, kan skyen af finstoffer danne ATEX i indkapslingen. Derfor er der risiko for eksplosion. En tragt opsamler de tungeste korn. Hvis den varme, der opstår ved slaget på overfladen, bevares i kornene, vil deres ophobning i tragten føre til selvopvarmning med risiko for brand.

Forebyggelse består i at installere et sugesystem, der er forbundet med en industriel støvopsamler , som holder indkapslingen ved et lavt tryk og opsamler skyen af finstøv , og at montere en gnistdetektor på opsamlingssystemet.

Overfladebehandlingsprocesser og eksplosions- og brandrisici.

Nogle coatingprocesser involverer brug af faste pulverprodukter. Det indebærer, at produktet suspenderes i en stråle af trykluft og sprøjtes på den overflade, der skal behandles. Denne operation udføres i en særlig kabine. Operationen efterfølges generelt af hærdning af coatingfilmen.

Afhængigt af det sprøjtede produkt omfatter processen maling (smelteligt eller polymeriserbart organisk pulver), flockning (fibrøst organisk pulver) eller metallisering ved varmesprøjtning eller shooping (aluminium-, zink- eller kobberpulver).

Noget af sprayen lander ikke på overfladen og spredes i luften. ATEX dannes hovedsageligt i sprøjtekeglen. For at forbedre effektiviteten giver sprøjtepistolen pulverkornene en elektrisk ladning, der er modsat overfladen, der skal behandles. Den elektrostatiske kraft tiltrækker dem til den overflade, der skal coates. Efter en fejlfunktion kan der opstå en elektrostatisk udladning mellem sprøjtepistolens elektroder og det udstyr eller den overflade, der skal behandles. Risikoen for eksplosion er større, jo finere granulometrien er. Eksplosionen kan resultere i brand. Desuden kan forvarmning af den overflade, der skal behandles, og nærheden af hærdeovnen udløse antændelse af produktet.

De brand- og eksplosionsforebyggende foranstaltninger for pulverlakering er som følger:

• kildeopfangning med en støvopsamler,
• brug af pistoler, der er tilpasset krudtets mindste antændelsesenergi,
• opdagelse af flammer i førerhuset.