Ipari folyamatok és a robbanás- vagy tűzveszély megelőzése ipari porleválasztók használatával

Számos ipari rendszer gyúlékony porterméket használ vagy éghető port termel. Ezeknek a termelési rendszereknek a működése tűz- és robbanásveszélyt jelent. Ezek a kockázatok az alkalmazott termékek és eljárások jellemzőiből erednek. Ezért a munkavállalók biztonságára és a környezetvédelemre vonatkozó jogszabályok megkövetelik a vállalatoktól, hogy megfelelő megelőzési és védelmi eszközöket telepítsenek. A leggyakoribb megelőző intézkedés a részecskék szuszpenziójának és a környezeti levegőben vagy a berendezésekben lévő koncentrációjának ellenőrzése. Ezt a folyamatokból származó por eltávolítására tervezett elszívó- és szűrőrendszerekkel érik el.

Hogyan keletkezik tűz vagy robbanás, ha por alakú termékeket használnak, vagy ha por kerül a levegőbe?

Egyes ipari tevékenységek, különösen azok, amelyek porok felhasználásával járnak, olyan port szórnak szét a levegőben, amely robbanást vagy tüzet okozhat. Ezek éghető porfelhőt hoznak létre, amely robbanásveszélyes légkört képez (ATEX). Az ATEX a megfelelő feltételek teljesülése esetén felrobban.

Egy másik lehetőség, hogy a porfelhő leülepszik. A por ezután rétegesen felhalmozódik a berendezéseken és a műhely padlóján. A berendezés hőjétől vagy a részecskék kémiai összetételétől függően ez a pormassza valószínűleg önmelegedéshez vagy pirolízishez vezet, ami tüzet vagy robbanást okozhat.

E jelenségek megjelenéséhez speciális feltételek szükségesek, amelyeket az alábbiakban összefoglalunk (további információkért lásd a részletes ATEX-cikkeket).

Hogyan melegszik fel a por, és milyen következményekkel jár ez?

Egyes porlerakódások különleges kémiai összetétele spontán exoterm kémiai reakciót indíthat el. A lerakódás körülményei pedig gyorsabb hőtermelést idézhetnek elő, mint amilyen gyorsan a környezeti levegőben eloszlik. A porréteg hőmérséklete ilyenkor anélkül emelkedik, hogy a reakciórendszerbe külső hőt juttatnának. Ez az önfűtés. A hőmérséklet emelkedése felgyorsítja a reakció sebességét, és így a hő növekedését is. A kezdetben lassú felmelegedés izzásig vagy öngyulladásig fejlődhet. A helyi környezet körülményeitől függően (hőáramlásra érzékeny anyag jelenléte, éghető porfelhő jelenléte stb.) az elszabaduló reakció tűzhöz vagy robbanáshoz vezethet. Az önmelegedés jelensége tehát a tűz és a robbanás előzménye.

Hogyan működik a por pirolízise, és milyen következményekkel jár?

A pirolízis egy szerves termék kémiai bomlását jelenti nagy hő hatására és oxigénszegény vagy oxigénmentes légkör jelenlétében.

A porlerakódás önmelegedése, vagy egy olyan forró felületről származó hőáramlás, amelyen a porlerakódás található, pirolízisgázokat hozhat létre a lerakódás oxigénszegény vagy oxigénmentes részében.

Ezek a gázok felhalmozódhatnak a légkörben. A pirolízist kiváltóhőenergia vagy más energiaforrás begyújthatja ezeket a gázokat. Koncentrációjuktól függően a gyulladás tüzet vagy robbanást okoz. Az önmelegedéshez hasonlóan a por pirolízise is a tűz vagy robbanás előjele.

Milyen feltételek mellett keletkezhet porrá égés?

A portűz a por pirolízis során történő bomlása során keletkező éghető gázok égéséből keletkezik. Tűz akkor keletkezik, ha három elem megfelelő mennyiségben áll rendelkezésre: tüzelőanyag (gáz), oxidálószer (oxigén a levegőben) és aktiváló energia (hő, szikra, külső láng stb.). Az éghető gázok fokozatos diffúziója, majd a levegővel való keveredése táplálja a tűz lángját. A láng mérgező füstöt és hőáramot termel, amely segíti a tűz terjedését. A hőáramlásból származó sugárzás nyomástartó edények vagy más éghető anyagok felrobbanását okozhatja.

Mik a porrobbanás feltételei?

A robbanás a robbanásveszélyes légkör pillanatnyi, intenzív energiát felszabadító égése(ATEX). Ezt az ATEX-ben lévő gázok térfogatának, hőmérsékletének és nyomásának drámai növekedése kíséri.

A porrobbanás kialakulásának hat feltétele van. Három ugyanaz, mint ami a tüzet okozza: a levegő, a por és a gyújtóforrás egyidejű jelenléte. Három gyorsítja az égési reakciót: olyan szemcseméretű finomság, amely lehetővé teszi a por homogén lebegését a levegőben, a levegőben lévő por koncentrációja, amely eléri a robbanásveszélyes tartományt, és elegendő zártság ahhoz, hogy a nyomás égésgyorsítóként hatjon.

Por ATEX-formák a helyiségekben és a működtető berendezésekben. A robbanás által keltett hő- és nyomáshatások veszélyeztetik a munkakörnyezetet és a személyi biztonságot.

Mi a különbség a portűz és a porrobbanás között?

A robbanás kiváltásának kontextusa különbözik a tűzétől, bár mindkét jelenség vezethet a másikhoz.

Robbanás esetén az éghető por és a levegő keveréke már előzetesen létezik. Az előkevert láng magától terjed, égési hullámot alkotva.

A tűzben a por pirolízise biztosítja a tüzelőanyagot gáz formájában. A pirolízis során keletkező gáz és levegő keveréke gyullad meg. A diffúziós láng pedig mindaddig fennmarad, amíg a por táplálja.

Mivel a robbanás során a reaktánsok előzetesen keverednek, az energiahozam sokkal nagyobb, mint a tűzben. A tűzben az a sebesség, amellyel az éghető gázok a poron keresztül diffundálnak és keverednek a levegővel, határozza meg a jelenség kinetikáját, amely sokkal lassabb, mint a robbanásnál.

A tűzesetekre és porrobbanásokra vonatkozó szabályozási rendelkezések áttekintése.

A por okozta robbanások és tüzek hatással vannak a munkavállalók biztonságára, és tönkreteszik a berendezéseket az üzem területén, ami a környezetre is hatással lehet. Ennek eredményeképpen a Munka Törvénykönyve és a Környezetvédelmi Törvénykönyv keretet biztosít e jelenségek megelőzésére. Sok esetben ez az európai jog átültetése. Amunkáltatónak biztosítania kell, hogy a telephelyek, valamint a megelőzési és védelmi rendszerek megfeleljenek az előírásoknak.

Tűzvédelmi szempontból a francia Munka Törvénykönyve szabályozza a helyiségek kialakítását (evakuálási eszközök bevezetése), a munkavállalók védelmét (riasztók és tűzoltó készülékek felszerelése stb.) és a balesetek megelőzését.

A robbanások tekintetében a francia munka törvénykönyve előírja a munkáltatók számára, hogy értékeljék az ATEX (robbanásveszélyes légkör) kockázatokkal kapcsolatos kockázatokat, és tegyenek konkrét intézkedéseket a robbanások megelőzése, valamint a munkavállalók biztonsága és védelme érdekében robbanás esetén. Ez a rendelet a következőkre terjed ki

• azon zónák meghatározása, ahol ATEX-zónák alakulhatnak ki (lásd ATEX-zónák kijelölése)
• a robbanásveszélynek kitett munkavállalókra vonatkozó szervezeti intézkedések
• az ATEX-zónákban üzemeltethető berendezések kiválasztása
• ATEX zóna jelzése

A porfelhőkhöz hasonlóan a rendeletek a porrétegeket, -lerakódásokat és -halmokat ATEX-forrásként határozzák meg.

A francia környezetvédelmi törvénykönyv általában a tűzesetekre és robbanásokra, és különösen az ICPE-k (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) szomszédságában lévő területekre gyakorolt hatásukra vonatkozik. Az ICPE-nómenklatúra ezeket a létesítményeket a felhasznált vagy előállított anyagok és a tevékenységek veszélyes jellege szerint osztályozza. A nómenklatúra a környezetvédelmi törvénykönyv és az európai rendeletek (nevezetesen a Seveso 3) által előírt intézkedésekre utal. A nómenklatúra meghatározza a tűzveszélyes anyagokat (különösen a tűzveszélyes szilárd anyagokat, éghető termékeket) és a robbanásveszélyes termékeket, amelyek tüzet vagy robbanást okozhatnak. A termékek vagy tevékenységek során keletkező port e nómenklatúra szerint kell figyelembe venni.

Ipari folyamatok és a tűz vagy robbanás veszélye

Az éghető porterméket használó ipari folyamatok elkerülhetetlenül porfelhőket és porlerakódásokat okoznak. Ezért fennáll a tűz vagy robbanás veszélye. Aporelszívó rendszer telepítése előnyös megelőző intézkedés.

A termékátadási folyamatok, valamint a robbanás és a tűz kockázata

Az ipar különböző, a mozgási tengelyekhez (vízszintes, függőleges, lejtős) igazodó porszállítási eljárásokat alkalmaz: szállítószalagok, láncos szállítószalagok, archimédeszi csigák, vödrös emelők, pneumatikus szállítás.

A pneumatikus szállításnál, amely a termék részecskéinek levegőben való felfüggesztésén alapul, ATEX alakulhat ki a csőben. Más szállítási módok esetében a terméknek a berendezés egyik végén történő kiöntése és a másik végén történő kiürítése, vagy a szállítás során fellépő rezgések porfelhőket okoznak. Ha a berendezés zárt, ATEX képződhet a be- és kirakodási pontok belsejében és közelében. Ha nem zárt, akkor az egész helyiség ATEX-veszélynek van kitéve.

A levegőben szálló por leülepedése lerakódásokat hoz létre. Még burkolat esetén is felhalmozódik a por a készülék alatt és körül; a tömítés soha nem teljes. Az előírások a porlerakódásokat potenciális ATEX-nek tekintik.

A berendezések meghibásodásához kapcsolódó olyan események, mint a lefoglalás és a mechanikus alkatrészek közötti súrlódás hőt termelnek, ami ATEX-gyújtóforrás lehet. A pneumatikus szállításban a részecskék és a csövek falai közötti nagy sebességű súrlódás a részecskék és a berendezés elektrosztatikus feltöltődését generálja. Az ilyen berendezésekben gyakran elektrosztatikus kisülés okozza az ATEX-robbanást. Végül, a folyamathoz idegen fém- vagy ásványi elemek által okozott ütések gyújtanak meg egy ATEX-et.

A szállítási folyamatok balesettana különösen a következő esetekről számol be: tüzek szállítószalagokon, robbanások a felvonóvödrökben és a pneumatikus csövekben.

A tűz- és robbanásvédelmi intézkedések közé tartoznak :

• a porfelhők elszívása a leesési pontokon és/vagy a berendezés testében egy porelszívó rendszeren keresztül,
• a készüléken kívüli porlerakódások felszívása (ATEX porszívó),
• földelve az elektrosztatikus kisülések megelőzése érdekében,
• ellenőrző eszközök a rendellenes súrlódás és felmelegedés észlelésére.
• Külső gyújtóforrások (forró pontok, munka stb.) kiküszöbölése.

A tűz- és robbanás elleni védelem magában foglalja :

• a berendezések leválasztása a tűz terjedésének megakadályozása érdekében,
• A berendezések szellőzőnyílásokkal vagy nyomásfokozókkal való felszerelése a robbanásveszély csökkentése érdekében.

Tárolási folyamatok és a robbanás vagy tűz kockázata

A mennyiségek, a tárolóedények formája (siló, big bag stb.), a tárolási idő és a körülmények (hőmérséklet, páratartalom stb.) a tevékenységtől függően változnak.

Egy tartály megtöltése porszerű termékkel ATEX-et eredményezhet azáltal, hogy a részecskék a tartály levegőjében szuszpendálódnak. A töltés vagy a szállítás elektrosztatikus töltéseket is létrehozhat, amelyek a tartály légterébe kerülnek. Az elektrosztatikus kisülés ezután meggyújthatja az ATEX-et.

A terméktároló és -szállító berendezések összekapcsolásakor az egységek közötti átjáró soha nem teljesen vízmentes. Idővel lerakódások képződnek. Ezeknek a lerakódásoknak az újraszuszpendálódása ATEX-et képezhet.

A por tömeges tárolása az anyag önmelegedését indíthatja el. Ez égéshez vezethet tűz vagy parázsló tűz formájában, ami viszont meggyújthat egy közeli ATEX-et. A tárolási folyamatok balesettana azt mutatja, hogy az önmelegedés a tüzek több mint 80%-át, a robbanásoknak pedig kevesebb mint 10%-át okozza.

A megelőzési intézkedések a következők:

• Porszívózza le a port a töltéskor, a lehető legközelebb a kiürítési ponthoz, porelszívó rendszerrel.
• a tárolási hőmérsékletet a kritikus hőmérséklet alatt tartja, vagy a tárolási térfogatot a helyi hőmérsékleti viszonyokhoz igazítja;
• az égés korlátozása érdekében tilos a tároló alján lévő légbeszívás,
• a CO (az oxigénhiányos égés jelzője) és a hőmérséklet-emelkedés kimutatására szolgáló berendezések (hőszonda, infravörös kamera) használata.

A védelmi intézkedések közé tartoznak:

• a tartály inertizálása az égés leállítása érdekében,
• szellőzőnyílások felszerelése a nyomás felhalmozódásának megállítása és a tárolószerkezet védelme érdekében.

Aprítási folyamatok és robbanás- vagy tűzveszély.

Három fő csiszolási folyamat létezik:

• Az aprító őrlés durva szemcseméretű termékeket tömörít.
• A légsugaras őrlés és a kopásos őrlés a termékszemcséket ütközéssel több részecskére bontja. A termék szemcsemérete lehetővé teszi, hogy azt a légáramlat magával ragadja.

Az utóbbi két eljárás úgy hígítja a porított terméket a levegőben, hogy nem áll fenn ATEX-kockázat. Másrészt a zúzás a levegőben szálló finomszemcséket generál. Így az aprítógép belsejében állandó ATEX-veszély áll fenn.

A zúzás felmelegíti a terméket. Néha az öngyulladás elkerülése érdekében le kell hűteni, különösen, ha könnyen oxidálódik. A zúzásnak jobban ellenálló idegen testek növelhetik a súrlódást és ezáltal a szomszédos részecskék hőmérsékletét, ami a termék felmelegedéséhez és kigyulladásához vezethet. Ezek elegendő energiájú szikrákat is okozhatnak ahhoz, hogy az ATEX meggyulladjon, és robbanást idézzen elő.

A megelőzés eszközei :

• telepítsen porelszívó rendszert a finom por felfogására;
• alacsony hőmérsékleten vagy alacsony aktiválási energiával (10-100 mJ) meggyulladó termékek inert atmoszférában történő őrlése;
• korlátozza a felmelegedést és megakadályozza az idegen testek bejutását a folyamat bemeneténél (szitálás, fémdetektálás stb.);
• a hőmérséklet mérése és az izzó részecskék észlelése a malom kimeneténél

Védelmi intézkedések :

• használjon ATEX robbanásbiztos aprítógépet;
• a poreltávolító rendszer leválasztása az aprított anyagot fogadó tartályról;

Keverési folyamat: robbanás- és tűzveszély

A keverés történhet szilárd anyagok között (száraz keverés) vagy szilárd és folyékony anyagok között (keverés a folyékony fázisban). A keverés tűz- vagy robbanásveszélyt jelent, ha az egyik termék gyúlékony.

Száraz keverés: az összes porszerű anyagot a folyamat megkezdése előtt bejuttatják. A keverő megtöltése, majd a termékek összekeverése finomszemcsés felhőt eredményez. Mindkét műveletnél fennáll az ATEX lehetősége, ha egy anyag éghető. Ez a töltőtartályban és a keverőfejben van így.

A terméknek a keverőn keresztül történő áramlása elektromosan feltöltheti a szilárd részecskéket. Elektrosztatikus kisülés keletkezhet, ami a porfelhő meggyulladását idézi elő. Ez a jelenség előfordulhat a keverőfejben vagy a betöltő tartályban.

A folyékony fázisban történő homogenizálással történő keverés során a szilárd termékeket a folyadékok előtt juttatják be, vagy fordítva. Mindkét esetben a por bevezetése a fent leírt kockázatokat idézi elő. A bevezetett folyadéknak lehet olyan tulajdonsága, hogy a környezeti hőmérséklet alatti hőmérsékleten meggyullad (pl. oldószer). A keverőben ATEX gőz keletkezik.

Olyan folyékony keverék esetén, amely gyúlékony gőzöket termel, az első megelőző intézkedés a keverő inertizálása a porított termék bevezetése előtt.

Még inertizálás esetén is, nyitott ajtó mellett is ATEX-jelenséget fog jelenteni a betöltő tartály, amikor az éghető port beleöntik. A porfelhő forrásnál történő felfogása (Pouyes gyűrűs típus) a mindkét keverési eljárásnál közös megelőzési eszköz.

A tartály a töltés előtt, majd utána, a termék tartályba történő bevezetése előtt inert légzsilipre cserélhető. Végül a töltési és inertizálási művelet automatizálható egy automatizált szelepekkel felszerelt zsilippel.

Mechanikai felületkezelési eljárások: robbanás és ipari kockázatok.

A pácolás, a sörétfúvás, a polírozás, a homokfúvás… mind más-más felületet eredményez, de mind a csiszolószemcsék vetítéséből ered, általában sűrített sugárral. Ezek a szemcsék finom részecskéket szakítanak le a kezelendő felületről, miközben az ütés hatására felhasadnak. A legfinomabb részecskék a levegőben lebegve maradnak.

A folyamat egy zárt térben zajlik. Ha a felület vagy a kezelési anyag éghető, a finom porfelhő ATEX-felhőt képezhet a zárt térben. Ezért fennáll a robbanásveszély. Egy tartály gyűjti össze a legnehezebb szemcséket. Ha a felületre történő ütközés során keletkező hő a szemcsékben marad, akkor azok felhalmozódása a tartályban önmelegedéshez vezet, ami tűzveszélyt jelent.

A megelőzés egy ipari porgyűjtőhöz csatlakoztatott elszívórendszer telepítéséből áll, amely alacsony nyomáson tartja a burkolatot, és felfogja a finomporfelhőt; a felfogó rendszerhez szikraérzékelőt szerelnek.

Felületbevonási eljárások, robbanás- és tűzveszély.

Egyes bevonatolási eljárások szilárd porszerű termékek felhasználásával járnak. Ilyenkor a terméket sűrített levegőben felfüggesztik, és a kezelendő felületre permetezik. Ezt a műveletet egy speciális fülkében végzik. A műveletet általában a bevonófilm kikeményedése követi.

A permetezendő terméktől függően a folyamat magában foglalja a festést (olvadékony vagy polimerizálható szerves por), a pelyhesítést (szálas szerves por) vagy a fémezést forró permetezéssel vagy szivacsozással (alumínium-, cink- vagy rézpor).

A permet egy része nem ér le a felszínre, és szétterül a levegőben. Az ATEX főként a permetkúpban alakul ki. A hatékonyság javítása érdekében a szórópisztoly a porszemcséket a kezelendő felület elektromos töltésével ellentétes elektromos töltéssel látja el. Az elektrosztatikus erő vonzza őket a bevonandó felületre. Meghibásodást követően a szórópisztoly elektródái és a berendezés vagy a kezelendő felület között elektrosztatikus kisülés keletkezhet. A robbanásveszély annál nagyobb, minél finomabb a szemcseméret. A robbanás tüzet okozhat. Ezenkívül a kezelendő felület előmelegítése és a kikeményítő kemence közelsége a termék meggyulladását is kiválthatja.

A porbevonattal kapcsolatos tűz- és robbanásvédelmi intézkedések a következők:

• forrásgyűjtés porgyűjtővel,
• a lőpor minimális gyulladási energiájához igazítottfegyverek használata,
• lángok észlelése a vezetőfülkében.