Priemyselné procesy a prevencia rizík výbuchu alebo požiaru pomocou priemyselných odlučovačov prachu

Mnohé priemyselné systémy používajú horľavé práškové výrobky alebo produkujú horľavý prach. Prevádzka týchto výrobných systémov predstavuje riziko požiaru a výbuchu. Tieto riziká vyplývajú z vlastností používaných výrobkov a procesov. Preto sa v právnych predpisoch o bezpečnosti pracovníkov a ochrane životného prostredia vyžaduje, aby spoločnosti inštalovali vhodné prostriedky prevencie a ochrany. Najbežnejším preventívnym opatrením je kontrola suspenzie častíc a ich koncentrácie v okolitom vzduchu alebo v zariadeniach. To sa dosahuje pomocou odsávacích a filtračných systémov určených na odstraňovanie prachu z procesov.

Ako vzniká požiar alebo výbuch pri používaní práškových výrobkov alebo pri uvoľňovaní prachu?

Pri niektorých priemyselných činnostiach, najmä pri používaní práškov, sa vo vzduchu rozptyľuje prach, ktorý by mohol spôsobiť výbuch alebo požiar. Vytvárajú oblak horľavého prachu, ktorý tvorí výbušnú atmosféru (ATEX). ATEX exploduje, ak sú splnené správne podmienky.

Ďalšou možnosťou je, že sa usadí oblak prachu. Prach sa potom hromadí vo vrstvách na zariadení a na podlahe dielne. V závislosti od tepla zariadenia alebo chemického zloženia častíc môže táto masa prachu spôsobiť samovznietenie alebo pyrolýzu, čo môže viesť k požiaru alebo výbuchu.

Výskyt týchto javov si vyžaduje špecifické podmienky, ktoré zhrnieme nižšie (viac informácií nájdete v podrobných článkoch ATEX).

Ako sa prach sám zahrieva a aké sú dôsledky?

Osobitné chemické zloženie niektorých prachových usadenín môže vyvolať spontánnu exotermickú chemickú reakciu. Podmienky usadenín môžu vyvolať produkciu tepla, ktorá je rýchlejšia ako jeho rozptyl v okolitom vzduchu. Teplota vrstvy prachu potom stúpa bez toho, aby sa do reakčného systému pridávalo akékoľvek vonkajšie teplo. Ide o samoohrev. Zvýšenie teploty urýchľuje rýchlosť reakcie, a preto urýchľuje aj nárast tepla. Spočiatku pomalé zahrievanie môže postupovať až do žeravenia alebo samovznietenia. V závislosti od podmienok miestneho prostredia (prítomnosť materiálu citlivého na tepelný tok, prítomnosť oblaku horľavého prachu atď.) môže vybiehajúca reakcia viesť k požiaru alebo výbuchu. Fenomén samovznietenia je preto predstupňom požiaru a výbuchu.

Ako funguje pyrolýza prachu a aké sú jej dôsledky?

Pyrolýza znamená chemický rozklad organického produktu za pôsobenia vysokého tepla a v prítomnosti atmosféry s nízkym obsahom kyslíka alebo bez kyslíka.

Samovoľné zahrievanie prachovej usadeniny alebo tepelný tok z horúceho povrchu, na ktorom sa nachádza prachová usadenina, môže produkovať pyrolýzne plyny v časti usadeniny s nízkym obsahom kyslíka alebo bez kyslíka.

Tieto plyny sa môžu hromadiť v atmosfére.Tepelná energia, ktorá spustila pyrolýzu, alebo iný zdroj energie môže tieto plyny zapáliť. V závislosti od ich koncentrácie vznietenie spôsobí požiar alebo výbuch. Podobne ako samozahrievanie, aj pyrolýza prachu je predstupňom požiaru alebo výbuchu.

Aké sú podmienky vzniku požiaru prachu?

Požiar prachu vzniká horením horľavých plynov uvoľňovaných pri rozklade prachu počas pyrolýzy. Požiar vzniká pri dostatočnom množstve troch prvkov: paliva (plynu), okysličovadla (kyslíka vo vzduchu) a aktivačnej energie (tepla, iskry, vonkajšieho plameňa atď.). Postupná difúzia horľavých plynov a následne ich miešanie so vzduchom živí plameň ohňa. Plameň vytvára toxický dym a tepelný tok, ktorý napomáha šíreniu požiaru. Žiarenie z tepelného toku môže spôsobiť výbuch tlakových nádob alebo iných horľavých materiálov.

Aké sú podmienky výbuchu prachu?

Výbuch je okamžité vznietenie výbušnej atmosféry, pri ktorom sa uvoľňuje intenzívna energia (ATEX). Sprevádza ho prudké zvýšenie objemu, teploty a tlaku plynov v ATEX.

Existuje šesť podmienok pre vznik výbuchu prachu. Tri z nich sú rovnaké ako tie, ktoré spôsobujú požiar: súčasná prítomnosť vzduchu, prachu a zdroja zapálenia. Tri urýchľujú reakciu horenia: granulometrická jemnosť, ktorá umožňuje homogénne suspendovanie prachu vo vzduchu, koncentrácia prachu vo vzduchu, ktorá dosahuje výbušnú hodnotu, a dostatočné uzavretie, aby tlak pôsobil ako urýchľovač horenia.

Prach ATEX sa tvorí v priestoroch a prevádzkových zariadeniach. Tepelné a tlakové účinky vznikajúce pri výbuchu ohrozujú pracovné prostredie a bezpečnosť osôb.

Aký je rozdiel medzi požiarom prachu a výbuchom prachu?

Kontext, v ktorom sa výbuch spúšťa, sa líši od kontextu požiaru, hoci každý z týchto javov môže viesť k druhému.

Pri výbuchu vzniká zmes horľavého prachu a vzduchu. Predmiešaný plameň sa sám šíri a vytvára spaľovaciu vlnu.

Pri požiari sa palivo vo forme plynu získava pyrolýzou prachu. Zapaľuje sa zmes pyrolýzneho plynu a vzduchu. Difúzny plameň sa udržiava dovtedy, kým ho prach napája.

Keďže pri výbuchu sú reaktanty vopred zmiešané, jeho energetický výťažok je oveľa vyšší ako pri požiari. V prípade požiaru určuje kinetiku javu rýchlosť, akou sa horľavé plyny šíria prachom a miešajú so vzduchom, ktorá je oveľa pomalšia ako pri výbuchu.

Prehľad regulačných ustanovení vzťahujúcich sa na požiare a výbuchy prachu.

Výbuchy a požiare spôsobené prachom majú vplyv na bezpečnosť zamestnancov a ničia zariadenia na pracovisku s možnými následkami pre životné prostredie. V dôsledku toho Zákonník práce a Zákonník životného prostredia poskytujú rámec na prevenciu týchto javov. V mnohých prípadoch ide o transpozíciu európskeho práva.Zamestnávateľ musí zabezpečiť, aby priestory a systémy prevencie a ochrany boli v súlade s predpismi.

Pokiaľ ide o požiar, francúzsky zákonník práce upravuje konfiguráciu priestorov (zavedenie evakuačných prostriedkov), ochranu pracovníkov (inštalácia poplašných zariadení a hasiacich prístrojov atď.) a prevenciu nehôd.

Pokiaľ ide o výbuchy, francúzsky zákonník práce vyžaduje, aby zamestnávatelia posúdili riziká spojené s ATEX (výbušnou atmosférou) a prijali osobitné opatrenia na zabezpečenie prevencie výbuchu a bezpečnosti a ochrany zamestnancov v prípade výbuchu. Vzťahuje sa na

• vymedzenie zón, v ktorých môže vzniknúť ATEX (pozri ATEX zónovanie)
• organizačné opatrenia pre pracovníkov vystavených riziku výbuchu
• výber zariadení, ktoré môžu pracovať v zónach ATEX
• Označenie zóny ATEX

Podobne ako v prípade prachových mrakov, aj v prípade prachu sú podľa predpisov vrstvy, nánosy a hromady prachu zdrojom ATEX.

Francúzsky environmentálny zákonník sa vzťahuje na požiare a výbuchy vo všeobecnosti, a najmä na ich účinky na oblasti v blízkosti zariadení ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement). Nomenklatúra ICPE klasifikuje tieto zariadenia podľa používaných alebo vyrábaných látok a podľa nebezpečnej povahy činností. Nomenklatúra odkazuje na opatrenia predpísané environmentálnym kódexom a európskymi predpismi (najmä Seveso 3). V jej položkách sú definované horľavé látky (najmä horľavé tuhé látky, horľavé výrobky) a výbušné výrobky, ktoré môžu spôsobiť požiar alebo výbuch. Prach vznikajúci pri výrobkoch alebo činnostiach sa musí posudzovať podľa tejto nomenklatúry.

Priemyselné procesy a riziko požiaru alebo výbuchu

Priemyselné procesy, pri ktorých sa používajú horľavé práškové výrobky, nevyhnutne vytvárajú oblaky a usadeniny prachu. Existuje preto riziko požiaru alebo výbuchu. Inštaláciasystému na odsávanie prachu je preferovaným preventívnym opatrením.

Procesy prenosu výrobkov a riziká výbuchu a požiaru

V priemysle sa používajú rôzne procesy prenosu prášku prispôsobené osiam pohybu (horizontálne, vertikálne, spádové): dopravné pásy, reťazové dopravníky, Archimedove šneky, lyžicové výťahy, pneumatická doprava.

Pri pneumatickej doprave, ktorá je založená na suspendovaní častíc produktu vo vzduchu, môže v potrubí vzniknúť ATEX. Pri iných spôsoboch prepravy spôsobuje sypanie výrobku na jednom konci zariadenia a vypúšťanie na druhom konci alebo vibrácie pri preprave oblaky prachu. Ak je zariadenie uzavreté, ATEX sa môže vytvoriť vo vnútri a v blízkosti miest nakladania a vykladania. Ak nie je uzavreté, celý priestor je ohrozený ATEX.

Sedimentácia prachu vo vzduchu vytvára usadeniny. Prach sa hromadí pod spotrebičom a v jeho okolí aj pri použití krytu; utesnenie nikdy nie je úplné. Predpisy považujú usadeniny prachu za potenciálne ATEX.

Udalosti, ako sú záchyty a trenie medzi mechanickými časťami spojené s poruchami zariadenia, vytvárajú teplo, ktoré môže byť zdrojom vznietenia ATEX. Pri pneumatickej doprave vysokorýchlostné trenie medzi časticami a stenami potrubia vytvára elektrostatické nabíjanie častíc a zariadenia. Elektrostatický výboj je v takýchto zariadeniach často príčinou výbuchu ATEX. A napokon, nárazy spôsobené kovovými alebo minerálnymi prvkami cudzími procesu môžu spôsobiť vznietenie ATEX.

V rámci nehodovosti dopravných procesov sa uvádzajú najmä: požiare na dopravných pásoch, výbuchy vo výťahových lyžiciach a v pneumatických potrubiach.

Opatrenia na prevenciu požiaru a výbuchu zahŕňajú :

• odsávanie oblakov prachu v miestach pádu a/alebo v telese zariadenia prostredníctvom systému odsávania prachu,
• odsávanie usadeného prachu mimo spotrebiča (vysávač ATEX),
• uzemnené, aby sa zabránilo elektrostatickým výbojom,
• kontrolné nástroje na detekciu abnormálneho trenia a zahrievania.
• Odstránenie vonkajších zdrojov vznietenia (horúce miesta, práca atď.)

Ochrana proti požiaru a výbuchu zahŕňa :

• odpojenie zariadenia, aby sa zabránilo šíreniu požiaru,
• Vybavenie zariadenia prieduchmi alebo zariadeniami na zvýšenie tlaku s cieľom znížiť riziko výbuchu.

Procesy skladovania a riziká výbuchu alebo požiaru

Objemy, tvar nádob (silo, big bag atď.), čas skladovania a podmienky (teplota, vlhkosť atď.) sa líšia v závislosti od činnosti.

Naplnenie nádoby práškovým výrobkom môže spôsobiť ATEX tým, že sa vo vzduchu v nádobe suspendujú častice. Plnenie alebo preprava môžu tiež vytvárať elektrostatické náboje, ktoré sa uvoľňujú do vzdušného priestoru nádoby. Elektrostatický výboj môže následne zapáliť ATEX.

Ak sú zariadenia na skladovanie a prepravu výrobkov spojené, priechod medzi zariadeniami nie je nikdy úplne vodotesný. Časom sa v ňom vytvoria usadeniny. Resuspenzia týchto usadenín môže vytvoriť ATEX.

Hromadné skladovanie prášku môže iniciovať samovznietenie látky. To môže viesť k vznieteniu vo forme požiaru alebo tlejúceho ohňa, ktorý následne môže zapáliť blízky ATEX. Z nehodovosti procesov skladovania vyplýva, že samozahrievanie spôsobuje viac ako 80 % požiarov a menej ako 10 % výbuchov.

Preventívne opatrenia sú :

• Vysávajte prach v čase plnenia, čo najbližšie k miestu vypúšťania, pomocou systému na odsávanie prachu
• udržiavať skladovaciu teplotu pod kritickou teplotou alebo prispôsobiť skladovací objem miestnym teplotným podmienkam;
• zakázať prívod vzduchu v spodnej časti zásobníka, aby sa obmedzilo spaľovanie,
• používať zariadenia na zisťovanie CO (indikátor nedostatočného okysličenia) a zvýšenia teploty (tepelná sonda, infračervená kamera).

Ochranné opatrenia zahŕňajú :

• inertovanie nádoby , aby sa zastavilo horenie,
• inštalácia vetracích otvorov na zastavenie nárastu tlaku a ochranu skladovacej konštrukcie.

Procesy skartovania a riziká výbuchu alebo požiaru.

Existujú tri hlavné procesy brúsenia:

• Drvenie mletím stláča produkty s hrubou veľkosťou častíc.
• Mletie vzduchovým lúčom a mletie trením rozbíjajú zrná produktu na niekoľko častíc nárazom. Zrnitosť výrobku umožňuje, aby bol unášaný prúdom vzduchu.

Posledné dva procesy zrieďujú práškový produkt vo vzduchu takým spôsobom, že nehrozí riziko ATEX. Na druhej strane, pri drvení vznikajú jemné častice prenášané vzduchom. Takže vo vnútri drviča existuje trvalé riziko ATEX.

Drvením sa výrobok zahrieva. Niekedy sa musí ochladiť, aby sa zabránilo samovznieteniu, najmä ak je ľahko oxidovateľný. Cudzie telesá, ktoré sú odolnejšie voči drveniu, môžu zvýšiť trenie, a tým aj teplotu susedných častíc, čo spôsobí zahriatie výrobku a jeho vznietenie. Môžu tiež spôsobiť iskry s dostatočnou energiou na zapálenie ATEX a vyvolať výbuch.

Prostriedky prevencie :

• nainštalovať systém na odsávanie prachu na zachytávanie jemných častíc;
• mletie produktov, ktoré sa vznietia pri nízkej teplote alebo s nízkou aktivačnou energiou (10 až 100 mJ), v inertnej atmosfére;
• obmedziť zahrievanie a zabrániť vniknutiu cudzích telies na vstupe do procesu (sitovanie, detekcia kovov atď.);
• meranie teploty a detekcia žeravých častíc na výstupe z mlyna

Ochranné opatrenia :

• používajte skartovačku odolnú proti výbuchu ATEX;
• oddeliť systém odstraňovania prachu od zásobníka, do ktorého sa drvený materiál dostáva;

Proces miešania: riziko výbuchu a požiaru

Miešanie môže prebiehať medzi pevnými látkami (suché miešanie) alebo medzi pevnými látkami a kvapalinami (miešanie v kvapalnej fáze). Miešanie predstavuje riziko požiaru alebo výbuchu, ak je jeden z produktov horľavý.

Suché miešanie: všetky práškové látky sa vložia pred začatím procesu. Naplnením miešačky a následným premiešaním výrobkov vzniká oblak jemných častíc. Pri oboch operáciách existuje možnosť ATEX, ak je látka horľavá. To sa týka plniacej násypky a miešacej hlavy.

Prúdenie produktu cez miešač môže elektricky nabíjať pevné častice. Môže dôjsť k elektrostatickému výboju, ktorý spustí vznietenie oblaku prášku. K tomuto javu môže dôjsť v hlave miešača alebo v zásobníku.

Pri miešaní homogenizáciou v kvapalnej fáze sa tuhé produkty zavádzajú pred kvapalinami alebo naopak. V oboch prípadoch pri zavádzaní prášku vznikajú vyššie opísané riziká. Zavedená kvapalina môže mať vlastnosť vznietiť sa pri teplote nižšej ako teplota okolia (napr. rozpúšťadlo). V miešačke sa vytvorí ATEX výpar.

V prípade kvapalnej zmesi, ktorá vytvára horľavé pary, je prvým preventívnym opatrením inertovanie miešačky pred zavedením práškového výrobku.

Dokonca aj pri inertizácii, keď je poklop otvorený, zásobník predstavuje ATEX, keď sa doň nasype horľavý prášok. Zachytávanie oblaku prachu pri zdroji (typ Pouyesovho krúžku) je preventívne zariadenie spoločné pre oba procesy miešania.

Zásobník sa môže pred naplnením nahradiť inertným vzduchovým uzáverom a potom pred vložením výrobku do nádrže. Napokon, plnenie a inertovanie možno automatizovať pomocou vzduchového uzáveru vybaveného automatickými ventilmi.

Mechanické procesy povrchovej úpravy: riziká výbuchu a priemyselné riziká.

Morenie, tryskanie, leštenie, pieskovanie… všetky tieto spôsoby vytvárajú rôzne povrchové úpravy, ale všetky sú výsledkom vystreľovania abrazívnych zŕn, spravidla pomocou stlačeného prúdu. Tieto zrná odtrhávajú jemné častice z upravovaného povrchu a zároveň sa pod nárazom štiepia. Najjemnejšie častice zostávajú visieť vo vzduchu.

Tento proces prebieha v kryte. Ak je povrch alebo ošetrovací materiál horľavý, v kryte sa môže vytvoriť oblak jemných častíc ATEX. Z toho vyplýva riziko výbuchu. Najťažšie zrná sa zhromažďujú v násypke. Ak sa teplo vznikajúce pri náraze na povrch zadržiava v zrnách, ich nahromadenie v násypke vedie k samovznieteniu s rizikom požiaru.

Prevencia spočíva v inštalácii odsávacieho systému pripojeného k priemyselnému zberaču prachu , ktorý udržiava v kryte nízky tlak a zachytáva mrak jemných častíc; k systému zachytávania sa pripojí detektor iskier.

Procesy povrchovej úpravy a riziká výbuchu a požiaru.

Niektoré procesy povrchovej úpravy zahŕňajú použitie pevných práškových produktov. Ide o suspendovanie výrobku v prúde stlačeného vzduchu a jeho nastriekanie na ošetrovaný povrch. Táto operácia sa vykonáva v špeciálnej kabíne. Po tejto operácii spravidla nasleduje vytvrdnutie náterovej vrstvy.

V závislosti od striekaného výrobku proces zahŕňa lakovanie (taviteľný alebo polymerizovateľný organický prášok), vločkovanie (vláknitý organický prášok) alebo metalizáciu striekaním za tepla alebo striekaním (hliníkový, zinkový alebo medený prášok).

Časť postreku nedopadne na povrch a rozptýli sa do vzduchu. ATEX sa tvorí najmä v rozprašovacom kuželi. Na zvýšenie účinnosti striekacia pištoľ dodáva zrnkám prášku elektrický náboj opačný k elektrickému náboju ošetrovaného povrchu. Elektrostatická sila ich priťahuje k povrchu, ktorý sa má natrieť. Po poruche môže dôjsť k elektrostatickému výboju medzi elektródami striekacej pištole a zariadením alebo ošetrovaným povrchom. Riziko výbuchu je tým väčšie, čím jemnejšia je granulometria. Výbuch môže mať za následok požiar. Okrem toho môže predhriatie ošetrovaného povrchu a blízkosť vytvrdzovacej pece vyvolať vznietenie výrobku.

Opatrenia na prevenciu požiaru a výbuchu pri práškovom lakovaní sú tieto:

• zachytávanie zdroja pomocou odlučovača prachu,
• použitie zbraní prispôsobených minimálnej zápalnej energii prachu,
• zistenie plameňov v kabíne.