Industrijski procesi in preprečevanje nevarnosti eksplozije ali požara z uporabo industrijskih zbiralnikov prahu

V številnih industrijskih sistemih se uporabljajo vnetljivi praškasti izdelki ali pa nastaja vnetljiv prah. Delovanje teh proizvodnih sistemov povzroča nevarnost požara in eksplozije. Ta tveganja izhajajo iz značilnosti uporabljenih izdelkov in postopkov. Zato zakonodaja o varnosti delavcev in varstvu okolja od podjetij zahteva, da namestijo ustrezna sredstva za preprečevanje in zaščito. Najpogostejši preventivni ukrep je nadzor nad suspenzijo delcev in njihovo koncentracijo v zunanjem zraku ali v opremi. To dosežemo s sesalnimi in filtrirnimi sistemi, namenjenimi odstranjevanju prahu iz procesov.

Kako pride do požara ali eksplozije, če se uporabljajo izdelki v prahu ali če se sprošča prah?

Pri nekaterih industrijskih dejavnostih, zlasti tistih, pri katerih se uporabljajo praški, se v zraku razprši prah, ki lahko povzroči eksplozijo ali požar. Pri tem nastaja oblak vnetljivega prahu, ki tvori eksplozivno ozračje (ATEX). ATEX eksplodira, če so izpolnjeni ustrezni pogoji.

Druga možnost je, da se oblak prahu usede. Prah se nato v plasteh nabira na opremi in tleh delavnice. Glede na toploto opreme ali kemično sestavo delcev se ta masa prahu lahko sama segreje ali pirolizira in povzroči požar ali eksplozijo.

Zapojav teh pojavov so potrebni posebni pogoji, ki jih povzemamo v nadaljevanju (za več informacij si oglejte podrobne članke ATEX).

Kako se prah sam segreva in kakšne so posledice?

Posebna kemična sestava nekaterih prašnih usedlin lahko sproži spontano eksotermno kemično reakcijo. Pogoji v usedlini lahko povzročijo hitrejšo proizvodnjo toplote, kot se razprši v okoliškem zraku. Temperatura plasti prahu se tako poveča, ne da bi se reakcijskemu sistemu dodajala zunanja toplota. To je samoogrevanje. Povečanje temperature pospeši hitrost reakcije in s tem tudi povečanje toplote. Sprva počasno segrevanje lahko napreduje do žarčenja ali samovžiga. Odvisno od razmer v lokalnem okolju (prisotnost materiala, občutljivega na toplotni tok, prisotnost oblaka vnetljivega prahu itd.) lahko reakcija z begom privede do požara ali eksplozije. Pojav samoogrevanja je torej predhodni pojav požara in eksplozije.

Kako deluje piroliza prahu in kakšne so posledice?

Piroliza pomeni kemično razgradnjo organskega proizvoda pod vplivom visoke toplote in v atmosferi z malo kisika ali brez kisika.

Zaradisamovzdrževanja usedline prahu ali toplotnega toka z vroče površine, na kateri se nahaja usedlina prahu, lahko v delu usedline z nizko vsebnostjo kisika ali brez kisika nastajajo pirolizni plini.

Ti plini se lahko kopičijo v ozračju.Toplotna energija, ki je sprožila pirolizo, ali drug vir energije lahko te pline vžge. Glede na njihovo koncentracijo bo vžig povzročil požar ali eksplozijo. Podobno kot samoogrevanje je tudi piroliza prahu predhodnik požara ali eksplozije.

Kakšni so pogoji za nastanek požara prahu?

Požar prahu nastane zaradi zgorevanja gorljivih plinov, ki se sproščajo pri razgradnji prahu med pirolizo. Požar nastane, ko je na voljo zadostna količina treh elementov: goriva (plina), oksidanta (kisika v zraku) in aktivacijske energije (toplote, iskre, zunanjega plamena itd.). Postopna difuzija gorljivih plinov, nato pa njihovo mešanje z zrakom, hrani plamen ognja. Plamen ustvarja strupen dim in toplotni tok, ki pripomore k širjenju požara. Sevanje toplotnega toka lahko povzroči eksplozijo tlačnih posod ali drugih gorljivih materialov.

Kakšni so pogoji za eksplozijo prahu?

Eksplozija je takojšnje zgorevanje eksplozivnega ozračja, pri katerem se sprosti velika energija (ATEX). Spremlja jo močno povečanje prostornine, temperature in tlaka plinov v atmosferi ATEX.

Obstaja šest pogojev za nastanek eksplozije prahu. Trije so enaki tistim, ki povzročijo požar: hkratna prisotnost zraka, prahu in vira vžiga. Trije pospešujejo reakcijo zgorevanja: granulometrična finost, ki omogoča homogeno suspendiranje prahu v zraku, koncentracija prahu v zraku, ki doseže eksplozivno območje, in zadostna zaprtost, da tlak deluje kot pospeševalec zgorevanja.

Prah ATEX se tvori v prostorih in obratovalni opremi. Toplotni in tlačni učinki, ki nastanejo zaradi eksplozije, ogrožajo delovno okolje in osebno varnost.

Kakšna je razlika med požarom prahu in eksplozijo prahu?

Razmere, v katerih se sproži eksplozija, se razlikujejo od razmer, v katerih se sproži požar, čeprav lahko vsak pojav privede do drugega.

Pri eksploziji že obstaja mešanica gorljivega prahu in zraka. Plamen, ki se predhodno zmeša, se širi sam od sebe in tvori zgorevalni val.

Pri požaru je gorivo v obliki plina piroliza prahu. Mešanica piroliznega plina in zraka je tista, ki se vžge. Difuzijski plamen se ohranja, dokler ga prah hrani.

Ker so reaktanti v eksploziji predhodno pomešani, je njen energijski izkoristek veliko večji kot pri požaru. Pri požaru je kinetika pojava odvisna od hitrosti, s katero se gorljivi plini širijo skozi prah in mešajo z zrakom, ki je veliko počasnejša kot pri eksploziji.

Pregled regulativnih določb, ki se uporabljajo za požare in eksplozije prahu.

Eksplozije in požari, ki jih povzroča prah, vplivajo na varnost zaposlenih in uničujejo opremo na delovnem mestu, lahko pa imajo tudi posledice za okolje. Zato zakonik o delu in okoljski zakonik zagotavljata okvir za preprečevanje teh pojavov. V mnogih primerih gre za prenos evropske zakonodaje.Delodajalec mora zagotoviti, da so prostori ter sistemi za preprečevanje in zaščito v skladu s predpisi.

V zvezi s požarom francoski zakonik o delovnih razmerah ureja ureditev prostorov (vzpostavitev sredstev za evakuacijo), zaščito delavcev (namestitev alarmov, gasilnih aparatov itd.) in preprečevanje nesreč.

V zvezi z eksplozijami francoski zakonik o delu od delodajalcev zahteva, da ocenijo tveganja, povezana z ATEX (eksplozivne atmosfere), in sprejmejo posebne ukrepe za zagotovitev preprečevanja eksplozij ter varnosti in zaščite delavcev v primeru eksplozije. Zajema

• opredelitev območij, na katerih se lahko oblikuje ATEX (glej ATEX coniranje).
• organizacijske ureditve za delavce, ki so izpostavljeni tveganju eksplozije
• izbira opreme, ki lahko deluje na območjih ATEX.
• Označevanje območja ATEX

Prav tako kot pri oblakih prahu so v predpisih plasti, nanosi in kupi prahu opredeljeni kot viri ATEX.

Francoski okoljski zakonik obravnava požare in eksplozije na splošno ter zlasti njihove učinke na območjih, ki mejijo na naprave ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement). Nomenklatura ICPE te objekte razvršča glede na uporabljene ali proizvedene snovi in glede na nevarno naravo dejavnosti. Nomenklatura se nanaša na ukrepe, predpisane z okoljskim zakonikom in evropskimi predpisi (zlasti Seveso 3). Njene postavke opredeljujejo vnetljive snovi (zlasti vnetljive trdne snovi, vnetljivi proizvodi) in eksplozivne proizvode, ki lahko povzročijo požar ali eksplozijo. Prah, ki nastaja pri proizvodih ali dejavnostih, je treba obravnavati v okviru te nomenklature.

Industrijski procesi in nevarnost požara ali eksplozije

Industrijski procesi, pri katerih se uporabljajo gorljivi praški, neizogibno povzročajo oblake in usedline prahu. Zato obstaja nevarnost požara ali eksplozije. Namestitevsistema za odsesavanje prahu je prednostni preventivni ukrep.

Postopki prenosa izdelkov ter tveganje eksplozije in požara

V industriji se uporabljajo različni postopki prenosa prahu, ki so prilagojeni osem gibanja (vodoravno, navpično, poševno): transportni trakovi, verižni transporterji, Arhimedovi vijaki, dvigala z vedri, pnevmatski transport.

Pri pnevmatskem transportu, ki temelji na suspendiranju delcev izdelka v zraku, lahko v cevi nastane ATEX. Pri drugih načinih prevoza se zaradi vlivanja proizvoda na enem koncu opreme in praznjenja na drugem koncu ali vibracij pri prevozu pojavijo oblaki prahu. Če je oprema zaprta, lahko ATEX nastane v notranjosti in v bližini nakladalnih in razkladalnih mest. Če oprema ni zaprta, je celoten prostor izpostavljen nevarnosti ATEX.

Usedanje prahu v zraku ustvarja usedline. Prah se nabira pod napravo in okoli nje, tudi če je zaprta, saj tesnenje nikoli ni popolno. Predpisi obravnavajo usedline prahu kot potencialno nevarnost ATEX.

Dogodki, kot so zatekanje in trenje med mehanskimi deli, povezani z okvarami opreme, povzročajo toploto, ki je lahko vir vžiga ATEX. Pri pnevmatskem transportu zaradi hitrega trenja med delci in stenami cevi prihaja do elektrostatičnega polnjenja delcev in opreme. Elektrostatična razelektritev je pogosto vzrok za eksplozijo ATEX v takšni opremi. In končno, udarci, ki jih povzročijo kovinski ali mineralni elementi, ki so tuji procesu, lahko vžgejo ATEX.

V zvezi z nezgodami v transportnih procesih se poroča zlasti o požarih na tekočih trakovih, eksplozijah v dvižnih vedrih in pnevmatskih ceveh.

Ukrepi za preprečevanje požara in eksplozije vključujejo :

• odsesavanje oblakov prahu na mestih padca in/ali v ohišju opreme prek sistema za odsesavanje prahu,
• sesanje prašnih usedlin zunaj naprave (sesalnik ATEX),
• ozemljen, da se preprečijo elektrostatične razelektritve,
• nadzorna orodja za odkrivanje nenormalnega trenja in segrevanja.
• Odpravljanje zunanjih virov vžiga (vroče točke, delo itd.)

Zaščita pred požarom in eksplozijo vključuje :

• ločitev opreme, da se prepreči širjenje požara,
• Oprema je opremljena z zračniki ali napravami za povečanje tlaka, da se zmanjša nevarnost eksplozije.

Postopki skladiščenja in nevarnost eksplozije ali požara

Količine, oblika posod (silos, velika vreča itd.), čas skladiščenja in pogoji (temperatura, vlažnost itd.) se razlikujejo glede na dejavnost.

Polnjenje posode s prašnim izdelkom lahko povzroči nevarnost ATEX, ker se delci suspendirajo v zraku posode. Pri polnjenju ali prevozu lahko nastanejo tudi elektrostatični naboji, ki se sproščajo v zračni prostor posode. Elektrostatična razelektritev lahko nato vžge ATEX.

Če je oprema za shranjevanje in prevoz izdelkov povezana, prehod med napravama nikoli ni popolnoma vodotesen. Sčasoma se v njem tvorijo usedline. Resuspenzija teh usedlin lahko povzroči nastanek ATEX.

Masovno skladiščenje prahu lahko sproži samoogrevanje snovi. To lahko privede do zgorevanja v obliki požara ali tlelnega ognja, ki pa lahko vžge bližnjo napravo ATEX. Nevarnostna biologija postopkov skladiščenja razkriva, da samo segrevanje povzroči več kot 80 % požarov in manj kot 10 % eksplozij.

Preventivni ukrepi so :

• sesajte prah ob polnjenju, čim bližje točki praznjenja, z uporabo sistema za odsesavanje prahu.
• vzdrževati temperaturo skladiščenja pod kritično temperaturo ali prilagoditi prostornino skladiščenja lokalnim temperaturnim razmeram;
• prepovedati dovod zraka na dnu skladišča, da se omeji izgorevanje,
• uporaba opreme za zaznavanje CO (indikator zgorevanja s premalo kisika) in povišane temperature (toplotna sonda, infrardeča kamera).

Zaščitni ukrepi vključujejo :

• inertizacijo posode , da se ustavi izgorevanje,
• namestitev zračnikov, da se ustavi naraščanje tlaka in zaščiti skladiščna struktura.

Postopki drobljenja in nevarnosti eksplozije ali požara.

Poznamo tri glavne postopke mletja:

• Drobljenje z drobljenjem stisne izdelke z grobo velikostjo delcev.
• Mletje z zračnim curkom in mletje s strganjem razbijeta zrna izdelka na več delcev. Granulometrija izdelka omogoča, da ga nosi tok zraka.

Zadnja dva postopka razredčita izdelek v prahu v zraku tako, da ni nevarnosti ATEX. Po drugi strani pa pri drobljenju nastajajo drobni delci, ki se prenašajo po zraku. Zato v drobilniku obstaja stalna nevarnost ATEX.

Pri drobljenju se izdelek segreje. Včasih ga je treba ohladiti, da bi se izognili samovžigu, zlasti če je lahko oksidabilen. Tujki, ki so odpornejši na drobljenje, lahko povečajo trenje in s tem temperaturo sosednjih delcev, zaradi česar se izdelek segreje in vname. Povzročijo lahko tudi iskre zadostne energije, da se vžge ATEX in povzroči eksplozijo.

Sredstva za preprečevanje :

• namestite sistem za odsesavanje prahu, ki bo zajel drobne delce;
• mletje izdelkov, ki se vžgejo pri nizki temperaturi ali z nizko aktivacijsko energijo (10 do 100 mJ), v inertni atmosferi;
• omejujejo segrevanje in preprečujejo vnos tujkov na vhodu v proces (presejanje, odkrivanje kovin itd.);
• merjenje temperature in zaznavanje žarečih delcev na izhodu iz mlina.

Zaščitni ukrepi :

• uporabite drobilnik, ki je odporen proti eksploziji ATEX;
• ločitev sistema za odstranjevanje prahu od zalogovnika, v katerem se nahaja zdrobljen material;

Postopek mešanja: nevarnost eksplozije in požara

Mešanje lahko poteka med trdnimi snovmi (suho mešanje) ali med trdnimi snovmi in tekočinami (mešanje v tekoči fazi). Mešanje predstavlja nevarnost požara ali eksplozije, če je eden od proizvodov vnetljiv.

Suho mešanje: vse snovi v prahu se vnesejo pred začetkom postopka. Pri polnjenju mešalnika in nato mešanju izdelkov nastane oblak drobnih delcev. Pri obeh postopkih obstaja možnost uporabe sistema ATEX, če je snov vnetljiva. To velja za polnilni lijak in mešalno glavo.

Pretok izdelka skozi mešalnik lahko električno napolni trdne delce. Nastane lahko elektrostatična razelektritev, ki sproži vžig oblaka prahu. Do tega pojava lahko pride v glavi mešalnika ali v zalogovniku.

Pri mešanju s homogenizacijo v tekoči fazi se trdni izdelki vnesejo pred tekočino ali obratno. V obeh primerih vnos prahu povzroča zgoraj opisana tveganja. Vnesena tekočina ima lahko lastnost, da se lahko vname pri temperaturi, nižji od temperature okolice (npr. topilo). V mešalniku se ustvari parna atmosfera ATEX.

V primeru tekoče mešanice, pri kateri nastajajo vnetljivi hlapi, je prvi preventivni ukrep inertizacija mešalnika pred vnosom izdelka v prahu.

Tudi pri inertizaciji bo ob odprti loputi zalogovnik za dovajanje gorljivega prahu predstavljal nevarnost ATEX, ko se vanj vlije gorljiv prah. Preventivna naprava, ki je skupna obema postopkoma mešanja, je zajemanje oblaka prahu pri viru (obroč tipa Pouyes).

Pred polnjenjem lahko rezervoar zamenjate z inertnim zračnim zapornikom, nato pa še pred vnosom izdelka v rezervoar. Polnjenje in inertizacijo je mogoče avtomatizirati z zračno zaporo, opremljeno z avtomatskimi ventili.

Postopki mehanske površinske obdelave: eksplozijska in industrijska tveganja.

Jedkanje, peskanje, poliranje, peskanje … vsi ti postopki ustvarijo drugačno površino, vendar so vsi posledica izmetavanja abrazivnih zrn, običajno s stisnjenim curkom. Ta zrna odtrgajo drobne delce s površine, ki jo je treba obdelati, pri tem pa se pod vplivom udarca razcepijo. Najdrobnejši delci ostanejo suspendirani v zraku.

Postopek poteka v ohišju. Če je površina ali material za obdelavo vnetljiv, lahko v ograjenem prostoru nastane oblak drobnih delcev ATEX. Zato obstaja nevarnost eksplozije. V lijaku se zbirajo najtežja zrna. Če se toplota, ki nastane pri udarcu na površino, zadrži v zrnih, se ta kopičijo v lijaku in se segrevajo sama od sebe, kar povzroča nevarnost požara.

Preprečevanje vključuje namestitev sesalnega sistema, povezanega z industrijskim zbiralnikom prahu , ki v ohišju vzdržuje nizek tlak in zajema oblak drobnih delcev, ter namestitev detektorja isker na sistem za zajemanje.

Postopki nanašanja površinskih premazov ter tveganje eksplozije in požara.

Nekateri postopki premazovanja vključujejo uporabo trdnih izdelkov v prahu. Pri tem se izdelek suspendira v curku stisnjenega zraka in razprši na površino, ki jo je treba obdelati. Ta postopek se izvaja v posebni kabini. Postopku običajno sledi strjevanje premaznega filma.

Glede na razpršeni izdelek postopek vključuje barvanje (topljiv ali polimerizabilen organski prah), flokiranje (vlaknati organski prah) ali metalizacijo z vročim razprševanjem ali brizganjem (aluminijev, cinkov ali bakrov prah).

Nekaj škropiva ne pristane na površini in se razprši v zrak. ATEX se tvori predvsem v konusu pršenja. Da bi izboljšali učinkovitost, pršilna pištola daje zrncem praška električni naboj, ki je nasprotno od električnega naboja površine, ki jo je treba obdelati. Elektrostatična sila jih pritegne na površino, ki jo je treba premazati. Zaradi okvare lahko pride do elektrostatične razelektritve med elektrodami pršilne pištole in opremo ali površino, ki jo je treba obdelati. Nevarnost eksplozije je tem večja, čim drobnejša je granulacija. Eksplozija lahko povzroči požar. Poleg tega lahko predhodno segrevanje obdelovane površine in bližina peči za strjevanje povzročita vžig izdelka.

Ukrepi za preprečevanje požara in eksplozije pri prašnem lakiranju so naslednji:

• zajemanje vira s sesalnikom za prah,
• uporaba pištol, prilagojenih najmanjši energiji vžiga praška,
• odkrivanje plamenov v kabini.