Procese industriale și prevenirea riscurilor de explozie sau de incendiu cu ajutorul colectorilor de praf industrial

Multe sisteme industriale utilizează produse pulverulente inflamabile sau produc praf combustibil. Funcționarea acestor sisteme de producție generează riscuri de incendiu și de explozie. Aceste riscuri derivă din caracteristicile produselor și proceselor utilizate. De aceea, legislația privind siguranța lucrătorilor și protecția mediului impune întreprinderilor să instaleze mijloace adecvate de prevenire și protecție. Cea mai frecventă măsură de prevenire este controlul suspensiei de particule și al concentrației acestora în aerul înconjurător sau în echipamente. Acest lucru se realizează prin intermediul sistemelor de aspirare și filtrare concepute pentru a elimina praful din procese.

Cum se produce un incendiu sau o explozie atunci când se utilizează produse pulverulente sau când se degajă praf?

Anumite activități industriale, în special cele care implică utilizarea pulberilor, dispersează în aer praf care poate provoca o explozie sau un incendiu. Acestea generează un nor de praf combustibil care formează o atmosferă explozivă (ATEX). ATEX va exploda dacă îndeplinește condițiile adecvate.

O altă posibilitate este ca norul de praf să se sedimenteze. Praful se acumulează apoi în straturi pe echipamente și pe podeaua atelierului. În funcție de căldura echipamentului sau de compoziția chimică a particulelor, această masă de praf este susceptibilă să se autoîncălzească sau să pirolizeze, ducând la incendiu sau explozie.

Apariția acestor fenomene necesită condiții specifice pe care le rezumăm mai jos (pentru mai multe informații, consultați articolele ATEX detaliate).

Cum se autoîncălzește praful și care sunt consecințele?

Compoziția chimică specifică a unor depuneri de praf poate declanșa o reacție chimică exotermică spontană. Iar condițiile din depozit pot induce o producție de căldură mai rapidă decât disiparea acesteia în aerul înconjurător. Temperatura stratului de praf crește atunci, fără ca sistemului de reacție să i se adauge căldură externă. Aceasta este autoîncălzirea. Creșterea temperaturii accelerează rata de reacție și, prin urmare, accelerează creșterea căldurii. Inițial lentă, încălzirea poate evolua spre incandescență sau autoaprindere. În funcție de condițiile din mediul local (prezența unui material sensibil la fluxul de căldură, prezența unui nor de praf combustibil etc.), reacția de fugă poate duce la un incendiu sau la o explozie. Prin urmare, fenomenul de autoîncălzire este preliminar incendiului și exploziei.

Cum funcționează piroliza prafului și care sunt consecințele?

Piroliza se referă la descompunerea chimică a unui produs organic sub influența căldurii ridicate și în prezența unei atmosfere cu oxigen redus sau fără oxigen.

Autoîncălzirea unui depozit de praf sau fluxul de căldură de la o suprafață fierbinte pe care se află depozitul de praf poate produce gaze de piroliză în partea cu oxigen redus sau neoxigenată a depozitului.

Aceste gaze se pot acumula în atmosferă.Energia termică care a declanșat piroliza, sau o altă sursă de energie, poate aprinde aceste gaze. În funcție de concentrația lor, aprinderea va produce un incendiu sau o explozie. Ca și autoîncălzirea, piroliza prafului este un precursor al incendiului sau al exploziei.

Care sunt condițiile pentru un incendiu de praf?

Un incendiu de praf rezultă din arderea gazelor combustibile emise prin descompunerea prafului în timpul pirolizei. Un incendiu se declanșează atunci când există cantități suficiente din trei elemente: combustibil (gaz), oxidant (oxigenul din aer) și energie de activare (căldură, scânteie, flacără externă etc.). Difuzarea treptată a gazelor combustibile, apoi amestecarea lor cu aerul, alimentează flacăra incendiului. Flacăra generează fum toxic și un flux de căldură care ajută la propagarea incendiului. Radiațiile din fluxul de căldură pot provoca explozia recipientelor sub presiune sau a altor materiale combustibile.

Care sunt condițiile pentru o explozie de praf?

O explozie este combustia instantanee, cu eliberare de energie intensă, a unei atmosfere explozive (ATEX). Aceasta este însoțită de o creștere dramatică a volumului, temperaturii și presiunii gazelor din ATEX.

Există șase condiții pentru generarea unei explozii de praf. Trei sunt aceleași cu cele care provoacă un incendiu: prezența simultană a aerului, a prafului și a unei surse de aprindere. Trei accelerează reacția de combustie: o finețe granulometrică care permite suspendarea omogenă a prafului în aer, o concentrație de praf în aer care atinge domeniul exploziv și o izolare suficientă pentru ca presiunea să acționeze ca un accelerator de combustie.

Praful ATEX se formează în incinte și în echipamentele de exploatare. Efectele termice și de presiune generate de explozie amenință mediul de lucru și siguranța personală.

Care este diferența dintre un incendiu de praf și o explozie de praf?

Contextul în care se declanșează o explozie este diferit de cel al unui incendiu, chiar dacă fiecare fenomen poate duce la celălalt.

Într-o explozie, amestecul de praf combustibil și aer preexistă. Flacăra preamestecată se propagă singură, formând o undă de combustie.

Într-un incendiu, piroliza prafului furnizează combustibilul sub formă de gaz. Amestecul de aer/gaz de piroliză este cel care se aprinde. Iar flacăra de difuzie se menține atâta timp cât praful o alimentează.

Deoarece reactivii sunt preamestecați într-o explozie, randamentul său energetic este mult mai mare decât într-un incendiu. În cazul unui incendiu, viteza cu care gazele combustibile difuzează prin praf și se amestecă cu aerul determină cinetica fenomenului, care este mult mai lentă decât în cazul unei explozii.

Prezentare generală a dispozițiilor de reglementare aplicabile incendiilor și exploziilor de praf.

Exploziile și incendiile provocate de praf au un impact asupra siguranței angajaților și distrug echipamentele de pe șantier, cu consecințe potențiale asupra mediului. Prin urmare, Codul muncii și Codul mediului oferă un cadru pentru prevenirea acestor fenomene. În multe cazuri, este vorba de o transpunere a legislației europene.Angajatorul trebuie să se asigure că spațiile și sistemele de prevenire și protecție sunt conforme cu reglementările.

În ceea ce privește incendiile, Codul muncii francez reglementează configurarea spațiilor (punerea în aplicare a mijloacelor de evacuare), protecția lucrătorilor (instalarea de alarme și stingătoare etc.) și prevenirea accidentelor.

În ceea ce privește exploziile, Codul muncii francez impune angajatorilor să evalueze riscurile asociate cu ATEX (atmosfere explozive) și să ia măsuri specifice pentru a asigura prevenirea exploziilor și siguranța și protecția lucrătorilor în caz de explozie. Acesta acoperă

• definirea zonelor în care s-ar putea forma ATEX (a se vedea zonarea ATEX)
• dispoziții organizatorice pentru lucrătorii expuși riscului de explozie
• selectarea echipamentelor care pot funcționa în zonele ATEX
• Semnalizare zonă ATEX

Ca și în cazul norilor de praf, reglementările identifică straturile, depozitele și grămezile de praf ca surse de ATEX.

Codul francez al mediului reglementează incendiile și exploziile în general și, în special, efectele acestora asupra zonelor adiacente ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement). Nomenclatorul ICPE clasifică aceste instalații în funcție de substanțele utilizate sau produse și în funcție de natura periculoasă a activităților. Nomenclatorul face trimitere la măsurile prevăzute de Codul mediului și de reglementările europene (în special Seveso 3). Rubricile sale definesc substanțele inflamabile (în special solidele inflamabile, produsele combustibile) și produsele explozive care pot provoca incendii sau explozii. Praful generat de produse sau de activități trebuie să fie luat în considerare în cadrul acestei nomenclaturi.

Procesele industriale și riscul de incendiu sau explozie

Procesele industriale care utilizează produse pulverulente combustibile produc în mod inevitabil nori și depuneri de praf. Există, prin urmare, un risc de incendiu sau de explozie. Instalarea unuisistem de aspirare a prafului este o măsură preventivă esențială.

Procesele de transfer al produselor și riscurile de explozie și incendiu

Industria utilizează diverse procese de transfer al pulberilor adaptate la axele de mișcare (orizontală, verticală, gradient): benzi transportoare, transportoare cu lanț, șuruburi de Arhimede, lifturi cu găleată, transport pneumatic.

În cazul transportului pneumatic, care se bazează pe suspendarea particulelor de produs în aer, se poate forma un ATEX în interiorul conductei. Pentru alte moduri de transport, turnarea produsului la un capăt al echipamentului și descărcarea la celălalt, sau vibrațiile transportului, provoacă nori de praf. În cazul în care echipamentul este închis, se pot forma ATEX în interiorul și în apropierea punctelor de încărcare și descărcare. Dacă nu este închis, întreaga încăpere este expusă riscului ATEX.

Sedimentarea prafului purtat de aer creează depuneri. Chiar și cu o carcasă, praful se va acumula sub și în jurul aparatului; etanșeitatea nu este niciodată totală. Reglementările consideră depunerile de praf drept potențial ATEX.

Evenimente precum gripajele și frecarea dintre piesele mecanice legate de funcționarea defectuoasă a echipamentelor vor genera căldură, care poate fi o sursă de aprindere ATEX. În transportul pneumatic, frecarea la viteză mare dintre particule și pereții conductelor generează încărcarea electrostatică a particulelor și a echipamentului. O descărcare electrostatică este adesea cauza unei explozii ATEX în astfel de echipamente. În cele din urmă, șocurile cauzate de elemente metalice sau minerale străine de proces pot aprinde o ATEX.

Accidentologia proceselor de transport raportează în special: incendii pe benzile transportoare, explozii în cupele de ridicare și în conductele pneumatice.

Măsurile de prevenire a incendiilor și exploziilor includ :

• extragerea norilor de praf la punctele de cădere și/sau în corpul echipamentului prin intermediul unui sistem de extragere a prafului,
• aspirarea depunerilor de praf din afara aparatului (aspirator ATEX),
• împământate pentru a preveni descărcările electrostatice,
• instrumente de control pentru a detecta frecarea anormală și supraîncălzirea.
• Eliminarea surselor externe de aprindere (puncte fierbinți, lucrări etc.)

Protecția împotriva incendiilor și exploziilor include :

• decuplarea echipamentelor pentru a preveni propagarea incendiului,
• Dotarea echipamentelor cu ventilatoare sau amplificatoare de presiune pentru a reduce riscul de explozie.

Procesele de depozitare și riscurile de explozie sau incendiu

Volumele, forma recipientelor (siloz, sac mare etc.), timpul de depozitare și condițiile (temperatură, umiditate etc.) variază în funcție de activitate.

Umplerea unui recipient cu un produs pulverulent poate produce o ATEX prin suspendarea particulelor în aerul recipientului. Umplerea sau transportul poate genera, de asemenea, sarcini electrostatice care sunt eliberate în spațiul aerian al recipientului. O descărcare electrostatică poate apoi aprinde ATEX-ul.

Atunci când echipamentele pentru depozitarea și transportul produselor sunt cuplate, trecerea dintre dispozitive nu este niciodată complet etanșă. În timp, se vor forma depuneri. Resuspendarea acestor depuneri poate forma un ATEX.

Depozitarea în masă a unei pulberi poate declanșa autoîncălzirea substanței. Aceasta poate duce la combustie sub forma unui incendiu sau a unui foc mocnit, care, la rândul său, poate aprinde un ATEX aflat în apropiere. Accidentologia proceselor de depozitare arată că autoîncălzirea generează mai mult de 80% din incendii și mai puțin de 10% din explozii.

Acțiunile de prevenire sunt:

• Aspirarea prafului în momentul umplerii, cât mai aproape posibil de punctul de descărcare, cu ajutorul unui sistem de aspirare a prafului
• menținerea temperaturii de depozitare sub temperatura critică sau adaptarea volumului de depozitare la condițiile locale de temperatură;
• interzicerea intrărilor de aer în partea inferioară a depozitului pentru a limita arderea,
• utilizați echipamente de detectare a CO (indicator de combustie suboxigenată) și a creșterilor de temperatură (sondă termică, cameră cu infraroșu).

Măsurile de protecție includ:

• inertizarea recipientului pentru a opri combustia,
• instalarea de guri de aerisire pentru a opri creșterea presiunii și a proteja structura de depozitare.

Procesele de mărunțire și riscurile de explozie sau incendiu.

Există trei procese principale de măcinare:

• Măcinarea prin zdrobire comprimă produsele cu o dimensiune grosieră a particulelor.
• Măcinarea cu jet de aer și măcinarea prin atriție sparg granulele produsului în mai multe particule prin coliziune. Granulometria produsului permite ca acesta să fie transportat de un flux de aer.

Ultimele două procese diluează produsul pulverulent în aer astfel încât să nu existe niciun risc ATEX. Pe de altă parte, concasarea generează pulberi în suspensie în aer. Astfel, există un risc permanent de ATEX în interiorul tocătorului.

Zdrobirea încălzește produsul. Uneori, pentru a evita autoaprinderea, acesta trebuie să fie răcit, în special dacă este ușor oxidabil. Corpurile străine, care sunt mai rezistente la strivire, pot crește frecarea și, prin urmare, temperatura particulelor învecinate, ducând la un incendiu al produsului. De asemenea, acestea pot provoca scântei cu energie suficientă pentru a aprinde ATEX și a induce o explozie.

Mijloace de prevenire :

• instalați un sistem de aspirare a prafului pentru a capta amenzile;
• măcinarea în atmosferă inertă a produselor care se aprind la temperatură scăzută sau cu energie de activare scăzută (10-100 mJ);
• limitează încălzirea și împiedică introducerea de corpuri străine la intrarea în proces (cernere, detectarea metalelor etc.);
• măsurarea temperaturii și detectarea particulelor incandescente la ieșirea din moară

Măsuri de protecție :

• utilizați un tocător antiexploziv ATEX;
• decuplarea sistemului de îndepărtare a prafului de buncărul care primește materialul mărunțit;

Procesul de amestecare: riscuri de explozie și de incendiu

Amestecarea poate avea loc între substanțe solide (amestecare uscată) sau între solide și lichide (amestecare în fază lichidă). Amestecarea prezintă un risc de incendiu sau de explozie dacă unul dintre produse este inflamabil.

Amestecare uscată: toate substanțele pulverulente sunt introduse înainte de începerea procesului. Umplerea mixerului și apoi amestecarea produselor produce un nor de pulberi fine. În ambele operațiuni, există posibilitatea de ATEX dacă o substanță este combustibilă. Acesta este cazul în buncărul de umplere și în capul de amestecare.

Fluxul de produs prin amestecător poate încărca electric particulele solide. Se poate produce o descărcare electrostatică, declanșând aprinderea norului de pulbere. Acest fenomen poate apărea în capul mixerului sau în buncărul de alimentare.

În cazul amestecării prin omogenizare în faza lichidă, produsele solide sunt introduse înaintea lichidelor sau invers. În ambele cazuri, introducerea pulberii generează riscurile descrise mai sus. Lichidul introdus poate avea proprietatea de a se aprinde la o temperatură inferioară temperaturii ambiante (de exemplu, solvent). Se va crea un vapori ATEX în amestecător.

În cazul unui amestec lichid care produce vapori inflamabili, prima măsură preventivă este inertizarea mixerului înainte de introducerea produsului sub formă de pudră.

Chiar și cu inertizare, cu trapa deschisă, buncărul de alimentare va prezenta un ATEX atunci când pulberea combustibilă este turnată. Captarea norului de praf la sursă (tip inel Pouyes) este dispozitivul de prevenire comun ambelor procese de amestecare.

Rezervorul poate fi înlocuit cu o cameră de aer inertizată înainte de umplere și din nou după aceea, înainte ca produsul să fie introdus în rezervor. În cele din urmă, operațiunea de umplere și de inertizare poate fi automatizată cu ajutorul unei ecluze prevăzute cu supape automate.

Procese mecanice de tratare a suprafețelor: explozii și riscuri industriale.

Decaparea, sablarea, lustruirea, sablarea… toate produc un finisaj de suprafață diferit, dar toate rezultă din proiecția de granule abrazive, în general cu ajutorul unui jet comprimat. Aceste granule smulg particule fine de pe suprafața care urmează să fie tratată în timp ce se despart sub impact. Particulele cele mai fine rămân suspendate în aer.

Procesul are loc într-o incintă. Dacă suprafața sau materialul de tratare este combustibil, norul de particule fine poate forma ATEX în incintă. De aici și riscul de explozie. Un buncăr colectează cele mai grele granule. Dacă căldura produsă de impactul asupra suprafeței este reținută în granule, acumularea acestora în buncăr va duce la autoîncălzire, cu risc de incendiu.

Prevenirea constă în instalarea unui sistem de aspirație conectat la un colector de praf industrial care menține incinta la o presiune scăzută și captează norul de particule fine; montarea unui detector de scântei la sistemul de captare.

Procesele de acoperire a suprafețelor și riscurile de explozie și de incendiu.

Unele procese de acoperire implică utilizarea de produse solide sub formă de pulbere. Aceasta presupune suspendarea produsului într-un jet de aer comprimat și pulverizarea acestuia pe suprafața de tratat. Această operațiune este efectuată într-o cabină specială. Operațiunea este urmată, în general, de întărirea peliculei de acoperire.

În funcție de produsul pulverizat, procesul implică vopsirea (pudră organică fuzibilă sau polimerizabilă), flocarea (pudră organică fibroasă) sau metalizarea prin pulverizare la cald sau împroșcare (pulbere de aluminiu, zinc sau cupru).

O parte din jet nu ajunge pe suprafață și se dispersează în aer. ATEX se formează în principal în conul de pulverizare. Pentru a îmbunătăți eficiența, pistolul de pulverizare conferă granulelor de pulbere o sarcină electrică opusă celei a suprafeței de tratat. Forța electrostatică le atrage spre suprafața de acoperit. În urma unei defecțiuni, se poate produce o descărcare electrostatică între electrozii pistolului de pulverizare și echipamentul sau suprafața de tratat. Riscul de explozie este mai mare cu cât granulometria este mai fină. Explozia poate duce la un incendiu. În plus, preîncălzirea suprafeței de tratat și apropierea cuptorului de întărire pot declanșa aprinderea produsului.

Măsurile de prevenire a incendiilor și exploziilor pentru acoperirea cu pulbere sunt următoarele:

• captarea sursei cu un colector de praf,
• utilizarea de arme adaptate la energia minimă de aprindere a pulberii,
• detectarea flăcărilor în cabină.