Stofafscheiders worden gebruikt om de risico’s van brand en explosie te voorkomen in industriële processen waar zeer fijne deeltjes in suspensie zijn. Maar deze risico’s worden vaak overgedragen op het stofafzuigsysteem, dat het brandbare stof opzuigt en filtert. Preventie- en beschermingsmaatregelen moeten daarom ook worden toegepast op het stofafzuigsysteem.
Sommaire
Werkingsprincipes van de verschillende soorten stofafscheiders
Er wordt een onderscheid gemaakt tussen droge stofafscheiders (cyclonen, zakkenfilters, zak- of patroonfilters, elektrostatische stofvangers) en natte stofafscheiders.
Cyclonen gebruiken centrifugale kracht om stof te scheiden van de lucht die het meevoert. Van boven naar beneden nemen ze de vorm aan van een cilinder en vervolgens van een afgeknotte kegel. Bovenaan de bovenste cilinder bevindt zich de inlaat voor de stoffige lucht, die de omtrek van de cycloon raakt. De binnenkomende stoffige lucht draait rond de wanden terwijl het afdaalt en scheidt zich van de grovere deeltjes door de zwaartekracht. Vervolgens stijgt de lucht door het midden van de cycloon naar boven, waar zich de uitlaat bevindt. Het grove stof hoopt zich op aan de onderkant van de kegel en wordt afgevoerd via een afzuiginrichting (dubbele klep, sluis of draaiklep). Bij de uitlaat bevat de lucht nog steeds het fijnste stof, dat alleen door een stofafscheider met zak of patroon kan worden verwijderd.
Een stofafscheider met zak, patroon of zakfilter werkt volgens hetzelfde principe als een stofzuiger. Elke filterzak, -zak of -patroon houdt het stof op zijn oppervlak tegen en laat de stofvrije lucht door. Een stofafscheider bestaat uit twee delen: het ene deel ontvangt de stoffige lucht van het stofafscheidingsapparaat; de filtermouwen houden het stof tegen en laten de lucht door. Een trechter onderaan het stofgedeelte verzamelt het stof dat zich in de mouwen heeft opgehoopt en dat vrijkomt telkens als de filter wordt ontstopt (geschud of geblazen met perslucht). De trechter wordt geleegd in een afgesloten container of via een roterende klep. In het andere deel verlaat de ontstofte lucht het filter en wordt dan naar een kanaal geleid waarin een ventilator de luchtstroom afzuigt en deze uitblaast of opnieuw in de ruimte brengt.
Een elektrostatische stofvanger (of elektrofilter) werkt door de wederzijdse aantrekking van twee elementen met een tegengestelde elektrische lading. De industriële stofafscheider laadt het stof in de luchtstroom negatief op. Dit gebeurt door het stof door een netwerk van draden met zeer hoge spanning te leiden (anode). Het stof wordt dan gescheiden van de luchtstroom doordat het wordt aangetrokken door en vastgemaakt aan positief geladen wanden (kathode). Het opgehoopte stof wordt dan van de kathodes verwijderd door erop te slaan of door het te reinigen met water. Het stof wordt opgevangen in een trechter.
Een natte stofafscheider leidt de met stof beladen luchtstroom door een waterkolom (borrelen), of een gordijn van druppelend water, of een nevel van waternevel in tegenstroom. Het stof hecht zich aan de watermoleculen en scheidt zich af van de lucht.
Het risico van brand of explosie in een stofafzuiginstallatie
Risico op ATEX-vorming
Voor het ontstaan van een ATEX in een cycloon moet zowel het stofniveau in de luchtstroom het explosieve bereik bereiken als het percentage fijne deeltjes voldoende zijn. Grove deeltjes hebben een koelend effect op de vlam en voorkomen dat de vlam zich verspreidt als ze in overvloed aanwezig zijn.
De met stof beladen luchtstroom die door het leidingwerk gaat, komt de met stof beladen luchtcollector binnen tot aan het huis van de stofvanger en kan een ATEX vormen als de stofconcentratie in de luchtstroom zich binnen het explosiegevaarlijke bereik bevindt. In dat geval komt de ATEX in de stofafscheider terecht.
De vorming van een ATEX kan tijdelijk zijn. Afhankelijk van het proces kan het stofniveau in de luchtstroom in het kanaal in de loop van de tijd variëren. Het is mogelijk dat de uitstoot van brandbare deeltjes tijdens de werking van een apparaat niet constant is, met name tijdens het opstarten of afsluiten van het proces, onderbroken werking, bedrijfsfasen, enz. De pneumatische reiniging van zakken of patronen veroorzaakt over het algemeen een ATEX, omdat de fijnste deeltjes door de reiniging terug in de overdruk worden gebracht, en bovendien mogelijk wanneer de apparatuur wordt gestopt (reiniging aan het einde van de cyclus).
Wanneer een natte stofafscheider wordt gebruikt om lucht te filteren die metalen deeltjes bevat (vooral aluminium), bestaat het risico op een chemische reactie tussen het water en het metaal, waarbij waterstof wordt geproduceerd. De aard van het metaal beïnvloedt de reactiekinetiek en tijdens de normale werking van de stofafscheider is de waterstofemissiesnelheid onvoldoende. Wanneer de stofafscheider wordt uitgeschakeld, kan waterstof zich ophopen in de kap, waardoor een ATEX-risico ontstaat. Aan de andere kant is natte ontstoffing over het algemeen de veiligste vorm van ontstoffing vanuit ATEX-oogpunt, omdat ontstekingsbronnen over het algemeen worden gedoofd door de werking van het water.
Risico op ATEXontsteking en explosie
De passage van met stof beladen lucht door het kanaal is onderhevig aan elektrostatische oplading van het stof wanneer het tegen de wand wrijft. Dit fenomeen kan zich ook voordoen in het met stof vervuilde deel van stofvangers. Een elektrostatische ontlading kan zich voordoen in de leiding of in een stofafscheider. De vrijgekomen energie wordt geschat op minder dan 10mJ. Als de vrijkomende energie hoger is dan de minimale ontstekingsenergie van het stof in suspensie, zal de elektrostatische ontlading de ontstekingsbron zijn, met als gevolg een ATEX-explosie in het leidingwerk of in het met stof beladen deel van een stofvanger.
De elektrostatische precipitator werkt op het potentiaalverschil tussen de anode en de kathode. Als gevolg van de intensiteit van dit verschil moet de afstand tussen de elektroden worden aangepast om de vorming van een vlamboog (doorslag), de ontstekingsbron van een ATEX, te voorkomen.
Een proces kan zowel stof als gloeiende deeltjes uitstoten (malen, frezen, enz.). Deze laatste kunnen een ontstekingsbron zijn voor een ATEX die aanwezig is in het stoffige gedeelte of in de filterzakken van een stofafscheider. In dit geval wordt over het algemeen de voorkeur gegeven aan een natte ontstoffingsoplossing of een droge ontstoffing met vonkvoorafscheiding en een vonkdetectie- en blusapparaat.
Brandgevaar
De ervaring leert dat eenexplosie in een stofzuigerzak vaak gevolgd wordt door een brand in het stof dat zich op de bodem van de trechter en in de filter afzet, en bijgevolg in de filter zelf.
Het filteren van stoffige lucht veroorzaakt geen opwarming van het stof. Er is dus geen risico op brand in filterstofafscheiders door zelfverhitting, behalve in speciale gevallen waarbij de stoffen die bij omgevingstemperatuur worden opgevangen een kritisch volume voor zelfverhitting hebben. Wanneer het volume onderaan de filter dit overschrijdt, wordt het risico op brand duidelijk.
ATEX risicopreventie en beschermingsmaatregelen voor stofafscheiders.
Preventieve maatregelen per type stofafscheider
De brand- en explosiepreventiemaatregel voor stofafscheiders met zakken bestaat uit het onderdrukken van elektrostatische ontladingen door antistatische zakken te gebruiken. Ongevallenstudies tonen echter aan dat het vergeten te aarden van dit type filter kan leiden tot elektrostatische ontladingen die de minimale ontstekingsenergie voor gewone stofdeeltjes overschrijden. Deze storing zou gevaarlijker zijn dan filters met niet-antistatische mouwen.
In het geval van een baghouse maken regelmatige controles om ervoor te zorgen dat de zakken niet versleten, losgehaakt of doorboord zijn deel uit van de ATEX-preventie. De inlaat-/uitlaatdruk controleren en een opaciteitsmeter aanbrengen in de niet-verstoven zone kan worden gebruikt om de dichtheid van de zakken te controleren.
Om te voorkomen dat elektrostatische risico’s een ontstekingsbron vormen, moeten de metalen onderdelen van het stofzuigerhuis worden geaard, inclusief de kanalen. Hetzelfde geldt voor de cycloon. Elektrische onderdelen in de stofafscheider moeten ook voldoen aan de ATEX-voorschriften.
Een van de preventieve maatregelen tegen gloeiende deeltjes is de installatie van een stofvoorafscheider vóór de hoofdstofafscheider, in de vorm van een cycloon, een impactafscheider of een apparaat voor vonkdetectie en -doving.
In het geval van een elektrostatische precipitator zal een regelmatige controle van de instelling van het potentiaalverschil en de afstand tussen de elektroden het risico op vlambogen voorkomen.
Het voorkomen van ATEX-explosies in stofafscheiders met natte stem houdt in: het volume ventileren wanneer het stilstaat om ophoping van waterstof te voorkomen, waterstof detecteren in de lucht van de stofafscheider. Dit type stofafscheider moet buiten worden geïnstalleerd om de aanwezigheid van waterstof te verdunnen, of in een ruimte die is uitgerust met ventilatie die speciaal is ontworpen voor het explosiegevaar. Er bestaat brandgevaar in de verwarmingselementen die gebruikt worden om de natte stofafscheider te bevriezen. De onderdompeling van deze verwarmingselementen moet worden gecontroleerd.
Beschermingsmaatregelen
De beschermingsmaatregelen hebben betrekking op :
- De stofafscheider uitrusten met explosie-openingen: deel van de wand van de stofafscheider dat opengaat zodra de overdruk als gevolg van de interne explosie van de ATEX begint, om de gassen en de overdruk af te voeren.
- Het gebruik van explosieonderdrukkers: een apparaat dat het begin van een explosie in de stofafscheider detecteert, voorkomt dat de explosie haar maximale overdruk bereikt door een blusmiddel in te spuiten en beschermt de wanden van de stofafscheider tegen barsten.
- Ontkoppeling van de stofafscheider van de rest van de installatie om te voorkomen dat een explosie in de stofafscheider overslaat op het leidingwerk. Hiervoor moet een klep worden geïnstalleerd op de leidingen die de stofafscheider verbinden, die automatisch sluit onder invloed van de drukgolf (ATEX-terugslagklep of snelsluitklep).
