Промислові процеси та запобігання вибуховим і пожежним ризикам за допомогою промислових пиловловлювачів

У багатьох промислових системах використовуються легкозаймисті порошкові продукти або утворюється горючий пил. Експлуатація цих виробничих систем створює ризики пожежі та вибуху. Ці ризики випливають з характеристик використовуваних продуктів і процесів. Саме тому законодавство про безпеку праці та охорону навколишнього середовища вимагає від компаній встановлювати відповідні засоби запобігання та захисту. Найпоширенішим профілактичним заходом є контроль суспензії частинок та їх концентрації в навколишньому повітрі або в обладнанні. Це досягається за допомогою систем всмоктування та фільтрації, призначених для видалення пилу з технологічних процесів.

Як відбувається пожежа або вибух при використанні порошкоподібних продуктів або при виділенні пилу?

Деякі види промислової діяльності, особливо ті, що пов’язані з використанням порошків, розсіюють у повітрі пил, який може спричинити вибух або пожежу. Вони створюють хмару горючого пилу, утворюючи вибухонебезпечну атмосферу (ATEX). ATEX вибухне, якщо будуть дотримані відповідні умови.

Інша можливість полягає в тому, що пилова хмара осідає. Тоді пил накопичується шарами на обладнанні та підлозі цеху. Залежно від нагрівання обладнання або хімічного складу частинок, ця маса пилу може призвести до самонагрівання або піролізу, що призведе до пожежі або вибуху.

Поява цих явищ вимагає певних умов, які ми узагальнюємо нижче (для отримання додаткової інформації див. детальні статті ATEX).

Як відбувається самонагрівання пилу і до яких наслідків це призводить?

Особливий хімічний склад деяких відкладень пилу може викликати спонтанну екзотермічну хімічну реакцію. А умови відкладення можуть спричинити виділення тепла швидше, ніж його розсіювання в навколишньому повітрі. Температура шару пилу підвищується без додавання тепла ззовні до реакційної системи. Це самонагрівання. Підвищення температури прискорює швидкість реакції, а отже, прискорює виділення тепла. Спочатку повільне нагрівання може прогресувати до розжарення або самозаймання. Залежно від умов навколишнього середовища (наявність матеріалу, чутливого до теплового потоку, наявність хмари горючого пилу тощо), реакція, що протікає, може призвести до пожежі або вибуху. Таким чином, явище самонагрівання передує пожежі та вибуху.

Як працює піроліз пилу і які його наслідки?

Піроліз – це хімічне розкладання органічного продукту під впливом високої температури і в присутності атмосфери з низьким вмістом кисню або без кисню.

Самонагрівання пилового відкладення або тепловий потік від гарячої поверхні, на якій знаходиться пилове відкладення, може призвести до утворення піролізних газів у низькокисневій або безкисневій частині відкладення.

Ці гази можуть накопичуватися в атмосфері.Теплова енергія, яка запустила піроліз, або інше джерело енергії може запалити ці гази. Залежно від їхньої концентрації, займання призведе до пожежі або вибуху. Як і самонагрівання, піроліз пилу є попередником пожежі або вибуху.

Які умови для виникнення пилової пожежі?

Пилова пожежа виникає внаслідок горіння горючих газів, що виділяються при розкладанні пилу під час піролізу. Пожежа починається за наявності достатньої кількості трьох елементів: палива (газу), окислювача (кисню в повітрі) та енергії активації (тепла, іскри, зовнішнього полум’я тощо). Поступова дифузія горючих газів, а потім їх змішування з повітрям живить полум’я пожежі. Полум’я утворює токсичний дим і тепловий потік, який сприяє поширенню вогню. Випромінювання теплового потоку може спричинити вибух посудин під тиском або інших горючих матеріалів.

Які умови для вибуху пилу?

Вибух – це миттєве згоряння вибухонебезпечного середовища (ATEX) з вивільненням інтенсивної енергії. Він супроводжується різким збільшенням об’єму, температури і тиску газів у вибухонебезпечному середовищі.

Існує шість умов для виникнення вибуху пилу. Три з них збігаються з тими, що викликають пожежу: одночасна присутність повітря, пилу і джерела запалювання. Три прискорюють реакцію горіння: гранулометрична дрібність, яка дозволяє пилу бути однорідно зваженим у повітрі, концентрація пилу в повітрі, яка досягає вибухонебезпечного діапазону, і достатня герметичність для того, щоб тиск діяв як прискорювач горіння.

У приміщеннях та робочому обладнанні утворюється пил, небезпечний у вибухонебезпечному відношенні. Теплові та типові ефекти, що виникають під час вибуху, загрожують робочому середовищу та особистій безпеці.

У чому різниця між пиловою пожежею та пиловим вибухом?

Контекст, в якому відбувається вибух, відрізняється від контексту пожежі, хоча кожне явище може призвести до іншого.

Під час вибуху суміш горючого пилу та повітря існує вже заздалегідь. Попередньо змішане полум’я поширюється само по собі, утворюючи хвилю горіння.

Під час пожежі піроліз пилу забезпечує паливо у вигляді газу. Саме піролізна газоповітряна суміш запалюється. А дифузійне полум’я підтримується доти, доки його живить пил.

Оскільки при вибуху реагенти попередньо змішуються, його енергетичний вихід набагато вищий, ніж при пожежі. При пожежі швидкість, з якою горючі гази дифундують крізь пил і змішуються з повітрям, визначає кінетику явища, яка набагато повільніша, ніж при вибуху.

Огляд нормативних положень, що застосовуються до пожеж та вибухів пилу.

Вибухи та пожежі, спричинені пилом, впливають на безпеку працівників і руйнують обладнання на робочому майданчику, що має потенційні наслідки для навколишнього середовища. Як наслідок, Кодекс законів про працю та Екологічний кодекс створюють основу для запобігання цим явищам. У багатьох випадках це транспозиція європейського законодавства.Роботодавець зобов’язаний забезпечити відповідністьприміщень і систем запобігання та захисту нормативним актам.

З точки зору пожежної безпеки, Трудовий кодекс Франції регулює конфігурацію приміщень (впровадження засобів евакуації), захист працівників (встановлення сигналізації, вогнегасників тощо) та запобігання нещасним випадкам.

Що стосується вибухів, Трудовий кодекс Франції вимагає від роботодавців оцінювати ризики, пов’язані з вибухонебезпечними середовищами (ATEX), і вживати конкретних заходів для забезпечення запобігання вибухам, а також безпеки та захисту працівників у разі вибуху. Кодекс охоплює

• визначення зон, де може утворитися ATEX (див. зонування ATEX)
• організаційні заходи для працівників, які піддаються ризику вибуху
• підбір обладнання, яке може працювати в зонах ATEX
• Позначення зон ATEX

Як і у випадку з пиловими хмарами, правила визначають шари, відкладення і купи пилу як джерела ATEX.

Французький екологічний кодекс охоплює пожежі та вибухи загалом і їхній вплив на території, прилеглі до об’єктів, що належать до категорії ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement), зокрема. Номенклатура ICPE класифікує ці об’єкти відповідно до речовин, що використовуються або виробляються, і відповідно до небезпечного характеру діяльності. Номенклатура посилається на заходи, передбачені французьким Кодексом про навколишнє середовище та європейськими нормами (зокрема, Seveso 3). Її заголовки визначають легкозаймисті речовини (зокрема, легкозаймисті тверді речовини, горючі продукти) та вибухонебезпечні продукти, які можуть спричинити пожежу або вибух. Пил, що утворюється в результаті виробництва або діяльності, повинен розглядатися в рамках цієї номенклатури.

Промислові процеси та ризик пожежі або вибуху

Промислові процеси з використанням горючих порошкових продуктів неминуче призводять до утворення хмар і відкладення пилу. Таким чином, існує ризик пожежі або вибуху. Встановленнясистеми пиловидалення є найкращим профілактичним заходом.

Процеси передачі продукції та ризики вибуху і пожежі

У промисловості використовуються різні процеси переміщення порошків, адаптовані до осей руху (горизонтальних, вертикальних, градієнтних): стрічкові конвеєри, ланцюгові конвеєри, гвинти Архімеда, ковшові підйомники, пневматичний транспорт.

При пневматичному транспортуванні, яке базується на тому, що частинки продукту знаходяться в підвішеному стані в повітрі, всередині труби може утворюватися вибухонебезпечна зона. При інших видах транспортування заливка продукту на одному кінці обладнання і вивантаження на іншому, або вібрація транспорту викликають хмари пилу. Якщо обладнання закрите, всередині та поблизу місць завантаження і розвантаження можуть утворюватися вибухонебезпечні зони ATEX. Якщо ж воно не закрите, то весь простір приміщення знаходиться під загрозою вибухонебезпечності.

Осідання пилу в повітрі створює відкладення. Навіть за наявності корпусу пил буде накопичуватися під приладом і навколо нього; герметичність ніколи не буває повною. Нормативи розглядають відкладення пилу як потенційну небезпеку ATEX.

Такі події, як заклинювання і тертя між механічними частинами, пов’язані з несправностями обладнання, призводять до виділення тепла, що може бути джерелом займання за стандартом ATEX. У пневматичному транспортуванні високошвидкісне тертя між частинками і стінками труб генерує електростатичний заряд частинок і обладнання. Електростатичний розряд часто є причиною вибуху ATEX в такому обладнанні. Нарешті, удари, спричинені металевими або мінеральними елементами, сторонніми для процесу, можуть призвести до вибуху ATEX.

Аварійність транспортних процесів повідомляє, зокрема, про пожежі на конвеєрних стрічках, вибухи в ковшах підйомників і в пневматичних трубах.

Заходи щодо запобігання пожежі та вибуху включають в себе :

• вилучення пилових хмар у місцях падіння та/або в корпусі обладнання за допомогою системи пиловідведення,
• всмоктування пилових відкладень за межами приладу (пилосос ATEX),
• заземлені для запобігання електростатичних розрядів,
• інструменти контролю для виявлення аномального тертя та нагрівання.
• Усунення зовнішніх джерел займання (гарячі точки, робота тощо)

Захист від пожежі та вибуху включає в себе :

• роз’єднання обладнання для запобігання поширенню вогню,
• Оснащення обладнання вентиляційними отворами або підсилювачами тиску для зменшення ризику вибуху.

Процеси зберігання та ризики вибуху або пожежі

Обсяги, форма контейнерів (силос, біг-бег тощо), час зберігання та умови (температура, вологість тощо) залежать від виду діяльності.

Наповнення контейнера порошкоподібним продуктом може призвести до виникнення вибухонебезпечних речовин, оскільки частинки суспендуються в повітрі контейнера. Наповнення або транспортування також може генерувати електростатичні заряди, які вивільняються в повітряний простір контейнера. Електростатичний розряд може призвести до займання ATEX.

Коли обладнання для зберігання та транспортування продукції з’єднане між собою, прохід між пристроями ніколи не буває повністю водонепроникним. З часом утворюються відкладення. Повторна суспензія цих відкладень може утворити вибухонебезпечну зону.

Масове зберігання порошку може призвести до самонагрівання речовини. Це може призвести до горіння у вигляді пожежі або тліючого вогню, який, у свою чергу, може спалахнути поруч ATEX. Аварійність процесів зберігання показує, що самонагрівання спричиняє понад 80% пожеж і менше 10% вибухів.

Профілактичними заходами є :

• Видаляйте пил під час наповнення, якомога ближче до місця вивантаження, використовуючи систему пиловідведення
• підтримувати температуру зберігання нижче критичної або адаптувати об’єм зберігання до місцевих температурних умов;
• заборонити повітрозабірники в нижній частині сховища, щоб обмежити горіння,
• використовувати обладнання для виявлення СО (індикатор недостатнього насичення палива киснем) та підвищення температури (тепловий зонд, інфрачервона камера).

Заходи захисту включають :

• інертизація контейнера для припинення горіння,
• встановлення вентиляційних отворів, щоб зупинити наростання тиску і захистити конструкцію сховища.

Процеси подрібнення та ризики вибуху або пожежі.

Існує три основні процеси шліфування:

• Подрібнення дробленням стискає продукти з великим розміром частинок.
• Повітряно-струминне та абразивне подрібнення розбивають зерна продукту на кілька частинок шляхом зіткнення. Гранулометрія продукту дозволяє переносити його потоком повітря.

Останні два процеси розбавляють порошкоподібний продукт у повітрі таким чином, що немає ризику ATEX. З іншого боку, при подрібненні утворюються дрібні частинки, що переносяться в повітрі. Таким чином, існує постійний ризик ATEX всередині подрібнювача.

Дроблення нагріває продукт. Іноді, щоб уникнути самозаймання, його потрібно охолодити, особливо якщо він легко окислюється. Сторонні тіла, які є більш стійкими до дроблення, можуть збільшити тертя і, відповідно, температуру сусідніх частинок, що призведе до нагрівання і загоряння продукту. Вони також можуть викликати іскри достатньої енергії, щоб запалити ATEX і спричинити вибух.

Засоби профілактики :

• встановити систему пиловідведення для уловлювання дрібних частинок;
• подрібнення в інертній атмосфері продуктів, які займаються при низькій температурі або з низькою енергією активації (від 10 до 100 мДж);
• обмежити нагрівання та запобігти потраплянню сторонніх предметів на вході процесу (просіювання, металодетектор тощо);
• вимірювати температуру та виявляти частинки, що світяться, на виході з млина

Заходи захисту :

• використовуйте вибухозахищений подрібнювач ATEX;
• від’єднати систему пиловидалення від бункера, що приймає подрібнений матеріал;

Процес змішування: ризики вибуху та пожежі

Змішування може відбуватися між твердими речовинами (сухе змішування) або між твердими речовинами і рідинами (змішування в рідкій фазі). Змішування створює ризик пожежі або вибуху, якщо один з продуктів є легкозаймистим.

Сухе змішування: всі порошкоподібні речовини вводяться перед початком процесу. Заповнення змішувача, а потім змішування продуктів призводить до утворення хмари дрібних частинок. В обох операціях існує ймовірність ATEX, якщо речовина є легкозаймистою. Це стосується як завантажувального бункера, так і змішувальної головки.

Потік продукту через змішувач може електрично заряджати тверді частинки. Може виникнути електростатичний розряд, що спричинить займання хмари порошку. Це явище може відбуватися в головці змішувача або в завантажувальному бункері.

При змішуванні шляхом гомогенізації в рідкій фазі тверді продукти вводяться перед рідинами або навпаки. В обох випадках введення порошку створює ризики, описані вище. Рідина, що вводиться, може мати властивість займатися при температурі нижче температури навколишнього середовища (наприклад, розчинник). У змішувачі утворюється пара ATEX.

У випадку рідкої суміші, яка утворює легкозаймисті пари, першим профілактичним заходом є інертизація змішувача перед введенням порошкоподібного продукту.

Навіть при інертизації, з відкритим люком, завантажувальний бункер буде представляти небезпеку ATEX, коли туди засипається горючий порошок. Уловлювання пилової хмари в джерелі (кільцевий фільтр типу Pouyes) є спільним запобіжним пристроєм для обох процесів змішування.

Бункер може бути замінений інертним шлюзом перед наповненням, а також після нього, перед подачею продукту в резервуар. Нарешті, операцію наповнення та інертизації можна автоматизувати за допомогою шлюзу, оснащеного автоматичними клапанами.

Процеси механічної обробки поверхонь: вибухо- та техногенні ризики.

Травлення, дробеструйная обробка, полірування, піскоструминна обробка… всі вони забезпечують різну якість поверхні, але всі вони є результатом проекції абразивних зерен, як правило, за допомогою стисненого струменя. Ці зерна відривають дрібні частинки від оброблюваної поверхні, розколюючись під час удару. Найдрібніші частинки залишаються зваженими в повітрі.

Процес відбувається в корпусі. Якщо поверхня або матеріал обробки горючі, хмара дрібних частинок може утворити в корпусі вибухонебезпечну хмару ATEX. Звідси ризик вибуху. Бункер збирає найважчі зерна. Якщо тепло, що виділяється при ударі об поверхню, утримується в зернах, їх накопичення в бункері призведе до самонагрівання з ризиком виникнення пожежі.

Профілактика полягає у встановленні системи всмоктування, підключеної до промислового пиловловлювача , який підтримує низький тиск у корпусі та вловлює хмару дрібних частинок; встановлення детектора іскроутворення на систему вловлювання.

Процеси нанесення поверхневих покриттів, а також вибухо- та пожежонебезпека.

Деякі процеси нанесення покриттів передбачають використання твердих порошкових продуктів. Для цього продукт підвішують у струмені стисненого повітря і розпилюють на поверхню, що обробляється. Ця операція виконується в спеціальній камері. Зазвичай після операції відбувається затвердіння плівки покриття.

Залежно від продукту, що напилюється, процес включає фарбування (легкоплавкий або полімеризуючийся органічний порошок), флокування (волокнистий органічний порошок) або металізацію шляхом гарячого напилення або шопінгу (порошок алюмінію, цинку або міді).

Частина аерозолю не потрапляє на поверхню і розсіюється в повітрі. ATEX утворюється в основному в конусі розпилення. Щоб підвищити ефективність, пістолет-розпилювач надає зернам порошку електричний заряд, протилежний до заряду поверхні, що обробляється. Електростатична сила притягує їх до поверхні, яку потрібно покрити. Після несправності може виникнути електростатичний розряд між електродами пістолета-розпилювача та обладнанням або поверхнею, що підлягає обробці. Ризик вибуху тим вищий, чим дрібніша гранулометрія. Вибух може призвести до пожежі. Крім того, попереднє нагрівання поверхні, що обробляється, і близькість печі затвердіння можуть спровокувати займання продукту.

Заходи пожежо- та вибухобезпеки при нанесенні порошкових покриттів такі:

• уловлювання джерела за допомогою пиловловлювача,
• використання гармат, пристосованих до мінімальної енергії запалювання пороху,
• виявлення полум’я в кабіні.