Jednym z zagrożeń w produkcji przemysłowej jest łatwopalny pył, który tworzy potencjalnie wybuchowe środowisko. Ludzie mogą nie doceniać tego zagrożenia, dopóki nie spowoduje ono eksplozji prowadzącej do utraty życia i zniszczeń.
Dowiedzmy się, czym jest pył palny i jak chronić urządzenia przemysłowe i personel przed jego negatywnym wpływem. Rozważmy parametry jego zagrożenia wybuchem.
Co to jest pył palny
Międzynarodowa norma IEC 60079-10-2:2015 rozdziela te trzy terminy:
- Pyły palne (CD) to cząstki stałe o nominalnym rozmiarze 500 µm lub mniejszym. W połączeniu z powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym i w normalnej temperaturze mogą tworzyć mieszaninę wybuchową. Przykłady: mąka ryżowa i pszenna, przyprawy, kwas askorbinowy, aluminium.
- Palne lotne cząstki i włókna (CVP) o takich samych właściwościach jak pył palny, ale większe niż 500 µm. Przykłady: bawełna i pulpa bawełniana, sztuczny jedwab, wiskoza. HFO odnosi się również do "pyłu".
- Wybuchowe medium pyłowe - mieszanina HF i/lub HLF z powietrzem w warunkach atmosferycznych, w której po zapłonie rozprzestrzenia się samopodtrzymujący się płomień.
Problemy zagrożenia wybuchem produktu w procesie produkcji
Sam pył jest nieuniknionym efektem ubocznym różnych procesów technologicznych. Powstaje podczas przetwarzania i transportu drewna, metali lub surowców roślinnych; produkcji leków ze sproszkowanych składników. Mieszaniny pyłu i powietrza mogą eksplodować.
Przykłady produktów potencjalnie wybuchowych:
- skrobia;
- bawełna;
- cukier;
- mąka;
- mleko w proszku;
- czosnek;
- kukurydza;
- węgiel drzewny;
- laktoza;
- kwas askorbinowy;
- aluminium;
- cynk;
- sadza;
- polipropylen.
Pył staje się niebezpieczny, jeśli tworzy chmurę o stężeniu palnych cząstek wystarczającym do stworzenia środowiska wybuchowego. Problem ten jest szczególnie dotkliwy w ograniczonych przestrzeniach.
Warstwy HP są niebezpieczne bez tworzenia chmury w kontakcie z rozgrzaną powierzchnią lub źródłem ciepła. Mogą ulec samozapłonowi i spowodować pożar sprzętu.
Warunki wybuchu (pięciokąt)
Pył zawsze stwarza zagrożenie. Jeśli medium wybuchowe (mieszanina HFO lub HLF z gazami utleniającymi) i źródło inicjacji (płomień, wyładowanie elektryczne, iskra) spotkają się w zamkniętej przestrzeni, nastąpi wybuch. Proces ten przedstawiono na rysunku.
Mieszanina pyłu i powietrza wybucha po spełnieniu kilku warunków:
- jego stężenie spadło do zakresu wybuchowego, np. chmura utworzyła się, gdy urządzenie zostało włączone po długiej przerwie;
- jest wystarczająca ilość tlenu lub innego czynnika utleniającego;
- wszedł w kontakt ze źródłem ognia.
Często dochodzi do eksplozji pierwotnych i wtórnych. Eksplozja pierwotna jest powodowana przez niewielką ilość łatwopalnego proszku lub włókien i wypiera inne cząstki stałe w przestrzeń. Te z kolei wchodzą w kontakt z utleniaczem i płomieniem, powodując drugą eksplozję, która jest bardziej niszczycielska i silniejsza. Proces ten jest szybki, więc jego sekwencja nie zawsze jest widoczna.
Parametry zagrożenia wybuchem produktu
Palność pyłów wskazuje prawdopodobieństwo zapłonu, ale nie prawdopodobieństwo wybuchu. Prawdopodobieństwo wybuchu zależy od technologii produkcji danego produktu.
Wybór zabezpieczenia przeciwwybuchowego pyłu zależy od parametrów zagrożenia wybuchem pyłu. Te z kolei są określane przez kilka cech, w tym dyspersję i stężenie. Ich związek określa zagrożenie wybuchem HP.
Dyspergowalność to stopień rozdrobnienia produktu. Im mniejsze cząstki, tym większa całkowita powierzchnia substancji. To z kolei wpływa na chemiczną i fizyczną aktywność pyłu, jego dyspersję w powietrzu. Mniejsze cząstki szybciej reagują ze środkami utleniającymi i rzadziej osadzają się na powierzchni.
Stężenie to stosunek masy proszku do objętości powietrza (g/m3). Temperatura zapłonu jest powiązana z tym parametrem. Każdy typ HP ma swój własny zakres stężenia wybuchowego, z górną i dolną granicą.
Im mniejsze palne cząstki, tym mniejsza ich zawartość może spowodować wybuch. Istnieje również zależność od kształtu cząstek. Cząstki kuliste utleniają się wolniej niż cząstki nieregularne.
Zagrożenie wybuchem GP zależy od:
- dyspergowalności;
- kształty cząstek;
- zawartość wilgoci w GP;
- zakres stężeń wybuchowych;
- od zawartości środków zmniejszających palność.
Nie ma gotowych wytycznych dotyczących zagrożenia wybuchem proszków w konkretnej produkcji, ponieważ zależy ono od kilku warunków. Aby poznać ryzyko, potrzebne są profesjonalne testy laboratoryjne. W testach ATEX.CENTER próbki HP są zapalane i eksplodują w kontrolowanych warunkach. Cały proces jest mierzony i analizowany.
Ocena zagrożenia wybuchem produktu
Aby poznać ryzyko związane z daną produkcją, przeprowadzane są dwie procedury:
- Testy pyłu.
- Audyt bezpieczeństwa wybuchowego pomieszczeń i sprzętu.
Klasę wybuchowości pyłu powstającego w procesie produkcyjnym można określić za pomocą testów laboratoryjnych. Określi to wybór systemu ochrony przeciwwybuchowej dla urządzenia. Możliwe jest wybranie systemu ochrony przeciwwybuchowej bez przeprowadzania testu wybuchu pyłu na podstawie dostępnych danych referencyjnych, ale w przypadku dużej ilości wymagań dotyczących ochrony przeciwwybuchowej pyłu wybór systemu ochrony przeciwwybuchowej będzie niedokładny. Przypomina to wybieranie leczenia u lekarza bez przeprowadzenia badania.
Specjaliści mierzą i obliczają następujące kluczowe wskaźniki w celu określenia parametrów zagrożenia wybuchem:
LEL — dolna granica stężenia rozprzestrzeniania się płomienia przez mieszaninę pyłowo-powietrzną. Wskazuje minimalne stężenie mieszanki pyłowo-powietrznej do spalania.
ICPD — górna granica stężenia rozprzestrzeniania się płomienia w mieszaninie pyłowo-powietrznej. Im szerszy zakres NCPP i ICPP, tym bardziej wybuchowa jest mieszanina pyłowo-powietrzna.
Pmax — maksymalne ciśnienie podczas wybuchu.
(dP/dt)max — to maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu.
Kst— wskaźnik ciężkości wybuchu spalania (wskaźnik zagrożenia wybuchem).
Klasy zagrożenia wybuchem GP podano w tabeli.
| Klasa | Wartość Kst, bar*m/s | Siła eksplozji | Przykłady substancji |
|---|---|---|---|
| St0 | 0 | Nie | Pył spawalniczy |
| St1 | 0-200 | Słaby | Mleko w proszku; cukier; cynk |
| St2 | 200-300 | Silny | Celuloza, PMA |
| St3 | od 300 | Bardzo silny | Proszki tytanu i magnezu |
Aby określić Kst i Pmax, potrzebna jest "kontrolowana eksplozja". Można to zrobić bezpiecznie tylko w warunkach laboratoryjnych. Robimy to u naszych partnerów, wiodących europejskich instytutów ds. wybuchów.
Audyt pomaga zidentyfikować i oznaczyć miejsca w zakładach produkcyjnych, w których występuje nagromadzenie HS; wyjaśnić objętość i charakter tworzenia się mieszaniny pyłowo-powietrznej - stałej lub tymczasowej. Takie obszary są klasyfikowane zgodnie ze stopniem zagrożenia. Jest to niezbędne do określenia obszarów, w których należy zainstalować ochronę przeciwwybuchową.
Lepiej jest zlecić przeprowadzenie audytu organizacji eksperckiej, takiej jak ATEX.CENTER. Nagromadzenia pyłu nie zawsze można znaleźć wizualnie, ponieważ mogą one również znajdować się wewnątrz urządzenia. Z tego powodu audyt jest przeprowadzany przez specjalistów ds. ochrony przeciwwybuchowej wraz z personelem technicznym klienta odpowiedzialnym za konkretny proces.
Działania w przypadku zagrożenia wybuchem produktu
Właściciel procesu musi opracować i wdrożyć środki ochrony ludzi i sprzętu:
- Jeśli to możliwe, należy unikać tworzenia się warstw i nagromadzeń produktu;
- usunąć źródła zapłonu;
- w razie potrzeby wydać personelowi odzież ognioodporną;
- zainstalować systemy ochrony przeciwwybuchowej tam, gdzie nie jest możliwe całkowite pozbycie się GP.
ATEX.CENTER oferuje pełen zakres usług w zakresie ochrony produkcji przed wybuchem. Wykonujemy testy SE, przeprowadzamy audyty, opracowujemy środki ochrony, w razie potrzeby oferujemy rozwiązania i dostarczamy wymagany sprzęt. Nasze centrum eksperckie jest oficjalnym partnerem RSBP spol. s r.o., wiodącego europejskiego producenta systemów ochrony przeciwwybuchowej.
Można zamówić projekt ochrony przeciwwybuchowej mieszaniny pyłowo-powietrznej "pod klucz" lub indywidualne prace.