Procesy przemysłowe i zapobieganie zagrożeniom wybuchem lub pożarem przy użyciu odpylaczy przemysłowych

Wiele systemów przemysłowych wykorzystuje łatwopalne produkty proszkowe lub wytwarza łatwopalny pył. Działanie tych systemów produkcyjnych stwarza ryzyko pożaru i wybuchu. Zagrożenia te wynikają z charakterystyki stosowanych produktów i procesów. Dlatego przepisy dotyczące bezpieczeństwa pracowników i ochrony środowiska wymagają od firm instalowania odpowiednich środków zapobiegawczych i ochronnych. Najczęstszym środkiem zapobiegawczym jest kontrola zawiesiny cząstek i ich stężenia w otaczającym powietrzu lub w sprzęcie. Osiąga się to za pomocą systemów ssących i filtrujących zaprojektowanych do usuwania pyłu z procesów.

Jak dochodzi do pożaru lub wybuchu, gdy używane są produkty w proszku lub gdy emitowany jest pył?

Niektóre działania przemysłowe, w szczególności te związane z użyciem proszków, rozpraszają w powietrzu pył, który może spowodować wybuch lub pożar. Generują one chmurę łatwopalnego pyłu tworzącą atmosferę wybuchową (ATEX). ATEX wybuchnie, jeśli zostaną spełnione odpowiednie warunki.

Inną możliwością jest osiadanie chmury pyłu. Pył gromadzi się wówczas warstwami na sprzęcie i podłodze warsztatu. W zależności od temperatury sprzętu lub składu chemicznego cząstek, taka masa pyłu może powodować samonagrzewanie lub pirolizę, prowadząc do pożaru lub wybuchu.

Pojawienie się tych zjawisk wymaga spełnienia określonych warunków, które podsumowujemy poniżej (więcej informacji można znaleźć w szczegółowych artykułach ATEX).

W jaki sposób pył samoczynnie się nagrzewa i jakie są tego konsekwencje?

Szczególny skład chemiczny niektórych osadów pyłu może wywołać spontaniczną egzotermiczną reakcję chemiczną. Warunki panujące w złożu mogą indukować wytwarzanie ciepła szybciej niż jego rozpraszanie w otaczającym powietrzu. Temperatura warstwy pyłu wzrasta wtedy bez dodawania zewnętrznego ciepła do układu reakcyjnego. Jest to samonagrzewanie. Wzrost temperatury przyspiesza szybkość reakcji, a tym samym przyspiesza wzrost ciepła. Początkowo powolne nagrzewanie może prowadzić do żarzenia lub samozapłonu. W zależności od warunków lokalnego środowiska (obecność materiału wrażliwego na strumień ciepła, obecność chmury łatwopalnego pyłu itp.), niekontrolowana reakcja może doprowadzić do pożaru lub wybuchu. Zjawisko samonagrzewania jest zatem wstępem do pożaru i wybuchu.

Jak działa piroliza pyłu i jakie są jej konsekwencje?

Piroliza odnosi się do rozkładu chemicznego produktu organicznego pod wpływem wysokiej temperatury i w obecności atmosfery o niskiej zawartości tlenu lub beztlenowej.

Samonagrzewanie się złoża pyłu lub przepływ ciepła z gorącej powierzchni, na której znajduje się złoże pyłu, może wytwarzać gazy pirolityczne w niskotlenowej lub niedotlenionej części złoża.

Gazy te mogą gromadzić się w atmosferze.Energia cieplna, która wywołała pirolizę lub inne źródło energii, może spowodować zapłon tych gazów. W zależności od ich stężenia, zapłon spowoduje pożar lub wybuch. Podobnie jak samonagrzewanie, piroliza pyłu jest prekursorem pożaru lub wybuchu.

Jakie są warunki pożaru pyłu?

Pożar pyłu powstaje w wyniku spalania palnych gazów emitowanych w wyniku rozkładu pyłu podczas pirolizy. Pożar rozpoczyna się, gdy występuje wystarczająca ilość trzech elementów: paliwa (gazu), utleniacza (tlenu w powietrzu) i energii aktywacji (ciepła, iskry, zewnętrznego płomienia itp.). Stopniowa dyfuzja gazów palnych, a następnie ich mieszanie się z powietrzem, zasila płomień ognia. Płomień generuje toksyczny dym i przepływ ciepła, który pomaga w rozprzestrzenianiu się ognia. Promieniowanie z przepływu ciepła może spowodować eksplozję zbiorników ciśnieniowych lub innych materiałów palnych.

Jakie są warunki wybuchu pyłu?

Wybuch to natychmiastowe spalanie, uwalniające intensywną energię, atmosfery wybuchowej (ATEX). Towarzyszy mu gwałtowny wzrost objętości, temperatury i ciśnienia gazów w ATEX.

Istnieje sześć warunków generowania wybuchu pyłu. Trzy z nich są takie same jak te, które powodują pożar: jednoczesna obecność powietrza, pyłu i źródła zapłonu. Trzy przyspieszają reakcję spalania: rozdrobnienie granulometryczne, które pozwala na jednorodne zawieszenie pyłu w powietrzu, stężenie pyłu w powietrzu, które osiąga zakres wybuchowości, oraz wystarczające zamknięcie, aby ciśnienie działało jako przyspieszacz spalania.

Pyły ATEX tworzą się w pomieszczeniach i urządzeniach operacyjnych. Efekty termiczne i ciśnieniowe generowane przez wybuch zagrażają środowisku pracy i bezpieczeństwu osobistemu.

Jaka jest różnica między pożarem pyłu a wybuchem pyłu?

Kontekst, w którym wyzwalana jest eksplozja, różni się od kontekstu pożaru, mimo że każde zjawisko może prowadzić do drugiego.

Podczas wybuchu mieszanina palnego pyłu i powietrza już istnieje. Wstępnie zmieszany płomień rozprzestrzenia się samoczynnie, tworząc falę spalania.

Podczas pożaru piroliza pyłu dostarcza paliwa w postaci gazu. To właśnie mieszanina gazu pirolitycznego i powietrza powoduje zapłon. Płomień dyfuzyjny utrzymuje się tak długo, jak długo zasila go pył.

Ponieważ w eksplozji reagenty są wstępnie wymieszane, jej wydajność energetyczna jest znacznie wyższa niż w przypadku pożaru. W pożarze to prędkość, z jaką gazy palne dyfundują przez pył i mieszają się z powietrzem, determinuje kinetykę zjawiska, która jest znacznie wolniejsza niż w przypadku eksplozji.

Przegląd przepisów prawnych mających zastosowanie do pożarów i wybuchów pyłów.

Wybuchy i pożary spowodowane pyłem mają wpływ na bezpieczeństwo pracowników i niszczą sprzęt w miejscu pracy, co może mieć potencjalne konsekwencje dla środowiska. W rezultacie Kodeks pracy i Kodeks ochrony środowiska zapewniają ramy dla zapobiegania tym zjawiskom. W wielu przypadkach jest to transpozycja prawa europejskiego.Pracodawca musi zapewnić zgodnośćpomieszczeń oraz systemów zapobiegania i ochrony z przepisami.

Jeśli chodzi o pożar, francuski kodeks pracy reguluje konfigurację pomieszczeń (wdrożenie środków ewakuacji), ochronę pracowników (instalacja alarmów i gaśnic itp.) oraz zapobieganie wypadkom.

W odniesieniu do wybuchów, francuski kodeks pracy wymaga od pracodawców oceny ryzyka związanego z ATEX (atmosferami wybuchowymi) oraz podjęcia określonych środków w celu zapewnienia zapobiegania wybuchom oraz bezpieczeństwa i ochrony pracowników w przypadku wybuchu. Obejmuje on

• definicja stref, w których może powstać ATEX (patrz podział na strefy ATEX)
• ustalenia organizacyjne dla pracowników narażonych na ryzyko wybuchu
• Wybór sprzętu, który może pracować w strefach ATEX
• Oznakowanie strefy ATEX

Podobnie jak w przypadku chmur pyłu, przepisy określają warstwy, osady i hałdy pyłu jako źródła ATEX.

Francuski kodeks ochrony środowiska obejmuje pożary i eksplozje ogólnie, a w szczególności ich wpływ na obszary sąsiadujące z ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement). Nomenklatura ICPE klasyfikuje te obiekty zgodnie z używanymi lub produkowanymi substancjami oraz zgodnie z niebezpiecznym charakterem działalności. Nomenklatura odnosi się do środków określonych w Kodeksie Ochrony Środowiska i przepisach europejskich (w szczególności Seveso 3). Nagłówki definiują substancje łatwopalne (w szczególności łatwopalne ciała stałe, produkty palne) i produkty wybuchowe, które mogą powodować pożary lub wybuchy. Pył generowany przez produkty lub działania musi być uwzględniony w tej nomenklaturze.

Procesy przemysłowe i ryzyko pożaru lub wybuchu

Procesy przemysłowe wykorzystujące palne produkty proszkowe nieuchronnie wytwarzają chmury i osady pyłu. Istnieje zatem ryzyko pożaru lub wybuchu. Preferowanym środkiem zapobiegawczym jest instalacjasystemu odpylania.

Procesy przenoszenia produktów oraz ryzyko wybuchu i pożaru

Przemysł wykorzystuje różne procesy przenoszenia proszku dostosowane do osi ruchu (pozioma, pionowa, gradientowa): przenośniki taśmowe, przenośniki łańcuchowe, śruby Archimedesa, podnośniki kubełkowe, transport pneumatyczny.

W przypadku transportu pneumatycznego, który opiera się na zawieszeniu cząstek produktu w powietrzu, ATEX może tworzyć się w rurze. W przypadku innych rodzajów transportu, wsypywanie produktu na jednym końcu urządzenia i wyładowywanie na drugim lub wibracje podczas transportu powodują powstawanie chmur pyłu. Jeśli sprzęt jest zamknięty, ATEX może tworzyć się wewnątrz i w pobliżu punktów załadunku i rozładunku. Jeśli urządzenie nie jest zamknięte, całe pomieszczenie jest narażone na ryzyko ATEX.

Osadzający się w powietrzu pył tworzy osady. Nawet w przypadku obudowy, pył będzie gromadził się pod i wokół urządzenia; uszczelnienie nigdy nie jest całkowite. Przepisy uznają osady pyłu za potencjalne zagrożenie ATEX.

Zdarzenia takie jak zatarcia i tarcie między częściami mechanicznymi związane z awariami sprzętu będą generować ciepło, które może być źródłem zapłonu ATEX. W transporcie pneumatycznym szybkie tarcie między cząstkami a ściankami rur generuje ładowanie elektrostatyczne cząstek i sprzętu. Wyładowanie elektrostatyczne jest często przyczyną wybuchu ATEX w takim sprzęcie. Wreszcie, wstrząsy spowodowane przez metalowe lub mineralne elementy obce dla procesu mogą spowodować zapłon ATEX.

Wypadkowość procesów transportowych obejmuje w szczególności: pożary na przenośnikach taśmowych, wybuchy w kubłach podnośnikowych i rurach pneumatycznych.

Środki zapobiegania pożarom i wybuchom obejmują :

• odsysanie chmur pyłu w punktach upadku i/lub w korpusie urządzenia za pomocą systemu odsysania pyłu,
• odsysanie kurzu na zewnątrz urządzenia (odkurzacz ATEX),
• uziemione, aby zapobiec wyładowaniom elektrostatycznym,
• narzędzia kontrolne do wykrywania nieprawidłowego tarcia i nagrzewania.
• Wyeliminowanie zewnętrznych źródeł zapłonu (gorące punkty, praca itp.).

Ochrona przed pożarem i wybuchem obejmuje :

• odłączenie sprzętu , aby zapobiec rozprzestrzenianiu się ognia,
• Wyposażenie sprzętu w otwory wentylacyjne lub wzmacniacze ciśnienia w celu zmniejszenia ryzyka wybuchu.

Procesy przechowywania i ryzyko wybuchu lub pożaru

Objętości, kształt pojemników (silos, big bag itp.), czas przechowywania i warunki (temperatura, wilgotność itp.) różnią się w zależności od rodzaju działalności.

Napełnienie pojemnika sproszkowanym produktem może spowodować powstanie zagrożenia ATEX poprzez zawieszenie cząstek w powietrzu pojemnika. Napełnianie lub transport może również generować ładunki elektrostatyczne, które są uwalniane do przestrzeni powietrznej pojemnika. Wyładowanie elektrostatyczne może następnie spowodować zapłon ATEX.

Gdy sprzęt do przechowywania i transportu produktów jest połączony, przejście między urządzeniami nigdy nie jest całkowicie wodoszczelne. Z czasem tworzą się osady. Resuspensja tych osadów może tworzyć ATEX.

Masowe przechowywanie proszku może zainicjować samonagrzewanie się substancji. Może to prowadzić do spalania w postaci pożaru lub tlącego się ognia, który z kolei może zapalić pobliski ATEX. Wypadkologia procesów magazynowania pokazuje, że samonagrzewanie generuje ponad 80% pożarów i mniej niż 10% wybuchów.

Działania zapobiegawcze to :

• Odkurzać pył w momencie napełniania, jak najbliżej punktu wyładunku, przy użyciu systemu odpylania.
• utrzymanie temperatury przechowywania poniżej temperatury krytycznej lub dostosowanie objętości przechowywania do lokalnych warunków temperaturowych;
• zakazać wlotów powietrza w dolnej części magazynu, aby ograniczyć spalanie,
• używać sprzętu do wykrywania CO (wskaźnik niedotlenionego spalania) i wzrostu temperatury (sonda termiczna, kamera na podczerwień).

Środki ochrony obejmują :

• inertyzacja pojemnika w celu zatrzymania spalania,
• instalacja otworów wentyl acyjnych w celu zatrzymania wzrostu ciśnienia i ochrony konstrukcji magazynu.

Procesy rozdrabniania i ryzyko wybuchu lub pożaru.

Istnieją trzy główne procesy szlifowania:

• Rozdrabnianie prasuje produkty o gruboziarnistych cząstkach.
• Frezowanie strumieniem powietrza i frezowanie ścierne rozbijają ziarna produktu na kilka cząstek w wyniku zderzenia. Granulometria produktu pozwala na przenoszenie go przez strumień powietrza.

Dwa ostatnie procesy rozcieńczają sproszkowany produkt w powietrzu w taki sposób, że nie ma ryzyka ATEX. Z drugiej strony, rozdrabnianie generuje drobiny unoszące się w powietrzu. Wewnątrz rozdrabniacza istnieje więc stałe ryzyko wystąpienia zagrożenia ATEX.

Kruszenie powoduje podgrzanie produktu. Czasami, aby uniknąć samozapłonu, należy go schłodzić, zwłaszcza jeśli łatwo się utlenia. Ciała obce, które są bardziej odporne na zgniatanie, mogą zwiększać tarcie, a tym samym temperaturę sąsiadujących cząstek, powodując nagrzewanie się produktu i jego zapalenie. Mogą również powodować iskry o energii wystarczającej do zapłonu ATEX i wywołania eksplozji.

Środki zapobiegania :

• zainstalować system odsysania pyłu w celu wychwytywania drobnych cząstek;
• mielenie w atmosferze obojętnej produktów, które zapalają się w niskiej temperaturze lub przy niskiej energii aktywacji (od 10 do 100 mJ);
• ograniczają nagrzewanie i zapobiegają wprowadzaniu ciał obcych na wlocie procesu (przesiewanie, wykrywanie metali itp.);
• mierzy temperaturę i wykrywa świecące cząstki na wylocie młyna

Środki ochrony :

• używać niszczarki w wykonaniu przeciwwybuchowym ATEX;
• odłączenie systemu odpylania od leja zasypowego odbierającego rozdrobniony materiał;

Proces mieszania: ryzyko wybuchu i pożaru

Mieszanie może odbywać się między substancjami stałymi (mieszanie na sucho) lub między ciałami stałymi i cieczami (mieszanie w fazie ciekłej). Mieszanie stwarza ryzyko pożaru lub wybuchu, jeśli jeden z produktów jest łatwopalny.

Mieszanie na sucho: wszystkie sproszkowane substancje są wprowadzane przed rozpoczęciem procesu. Napełnianie mieszalnika, a następnie mieszanie produktów powoduje powstawanie chmury drobnych cząstek. W obu operacjach istnieje możliwość wystąpienia zagrożenia ATEX, jeśli substancja jest łatwopalna. Dotyczy to zarówno leja zasypowego, jak i głowicy mieszającej.

Przepływ produktu przez mieszalnik może naładować elektrycznie cząstki stałe. Może dojść do wyładowania elektrostatycznego, które spowoduje zapłon chmury proszku. Zjawisko to może wystąpić w głowicy mieszalnika lub w leju zasypowym.

W przypadku mieszania przez homogenizację w fazie ciekłej, produkty stałe są wprowadzane przed cieczami lub odwrotnie. W obu przypadkach wprowadzenie proszku generuje ryzyko opisane powyżej. Wprowadzona ciecz może mieć właściwość zapłonu w temperaturze poniżej temperatury otoczenia (np. rozpuszczalnik). W mieszalniku powstaną opary ATEX.

W przypadku ciekłej mieszaniny, która wytwarza łatwopalne opary, pierwszym środkiem zapobiegawczym jest zobojętnienie mieszalnika przed wprowadzeniem sproszkowanego produktu.

Nawet w przypadku inertyzacji, przy otwartym włazie, lej zasypowy będzie stanowił zagrożenie ATEX, gdy zostanie do niego wsypany palny proszek. Wychwytywanie chmury pyłu u źródła (pierścień typu Pouyes) jest urządzeniem zapobiegawczym wspólnym dla obu procesów mieszania.

Zbiornik można zastąpić śluzą powietrzną przed napełnieniem, a następnie przed wprowadzeniem produktu do zbiornika. Wreszcie, operacja napełniania i inertyzacji może być zautomatyzowana za pomocą śluzy powietrznej wyposażonej w automatyczne zawory.

Procesy mechanicznej obróbki powierzchni: zagrożenia wybuchowe i przemysłowe.

Wytrawianie, śrutowanie, polerowanie, piaskowanie… wszystkie dają różne wykończenie powierzchni, ale wszystkie są wynikiem wyrzucania ziaren ściernych, zwykle przy użyciu sprężonego strumienia. Ziarna te odrywają drobne cząstki od obrabianej powierzchni, rozszczepiając się pod wpływem uderzenia. Najdrobniejsze cząstki pozostają zawieszone w powietrzu.

Proces odbywa się w obudowie. Jeśli powierzchnia lub materiał do obróbki jest palny, chmura drobnych cząstek może utworzyć ATEX w obudowie. Stąd ryzyko wybuchu. Zbiornik zbiera najcięższe ziarna. Jeśli ciepło wytwarzane przez uderzenie w powierzchnię zostanie zatrzymane w ziarnach, ich nagromadzenie w zbiorniku doprowadzi do samonagrzewania, co grozi pożarem.

Zapobieganie polega na zainstalowaniu systemu odsysania podłączonego do odpylacza przemysłowego , który utrzymuje niskie ciśnienie w obudowie i wychwytuje chmurę drobnych cząstek; zamontowanie detektora iskier w systemie wychwytywania.

Procesy powlekania powierzchni a ryzyko wybuchu i pożaru.

Niektóre procesy powlekania obejmują stosowanie stałych produktów proszkowych. Polega to na zawieszeniu produktu w strumieniu sprężonego powietrza i rozpyleniu go na obrabianą powierzchnię. Operacja ta przeprowadzana jest w specjalnej kabinie. Po tej operacji następuje zazwyczaj utwardzanie powłoki.

W zależności od natryskiwanego produktu, proces obejmuje malowanie (topliwy lub polimeryzowalny proszek organiczny), flokowanie (włóknisty proszek organiczny) lub metalizację poprzez natryskiwanie na gorąco lub strzepywanie (proszek aluminium, cynku lub miedzi).

Część rozpylonej cieczy nie ląduje na powierzchni i rozprasza się w powietrzu. ATEX tworzy się głównie w stożku natryskowym. Aby poprawić wydajność, pistolet natryskowy nadaje ziarenkom proszku ładunek elektryczny przeciwny do ładunku obrabianej powierzchni. Siła elektrostatyczna przyciąga je do malowanej powierzchni. W przypadku awarii może dojść do wyładowania elektrostatycznego między elektrodami pistoletu natryskowego a sprzętem lub powierzchnią, która ma zostać poddana obróbce. Ryzyko wybuchu jest tym większe, im drobniejsza jest granulometria. Wybuch może spowodować pożar. Ponadto wstępne podgrzanie obrabianej powierzchni i bliskość pieca do utwardzania mogą spowodować zapłon produktu.

Środki zapobiegania pożarom i wybuchom w przypadku malowania proszkowego są następujące:

• wychwytywanie źródła za pomocą odpylacza,
• użycie broni dostosowanej do minimalnej energii zapłonu prochu,
• wykrycie płomieni w kabinie.