Który pył metalu palnego może wybuchnąć? Przyczyny, zagrożenia i środki bezpieczeństwa

Wprowadzenie

Wybuche pyłów metali palnych stanowią poważne zagrożenie dla wielu zakładów przemysłowych. W tym artykule analizujemy przyczyny wysokiego zagrożenia wybuchem cząstek metali oraz omawiamy środki ochronne potrzebne do zapobiegania tragediom.

Czym jest pył metaliczny?

Pył to cząstki zawieszone w powietrzu o rozmiarach od ułamków do setek mikronów.

Pył metaliczny to bardzo drobne cząsteczki metali, zazwyczaj o rozmiarach od 1 do 1000 mikrometrów. Powstają w procesach produkcyjnych i mogą składać się z różnych metali i ich stopów w zależności od źródła.

Jak powstaje pył metaliczny?

Cząsteczki metalu często powstają podczas obróbki metalu narzędziami ściernymi.

Powstawaniu wybuchowych cząstek metali towarzyszą procesy:

• Obróbka metali. Szlifowanie, toczenie, frezowanie, cięcie, wiercenie – te procesy generują drobne wióry.
• Spawanie i napawanie. Parowanie metalu w wysokich temperaturach prowadzi do kondensacji i późniejszego powstawania drobnych cząstek.
• Odlewnictwo. Rozbijanie form odlewniczych, obróbka odlewów.
• Obróbka strumieniowo-ścierna. Piaskowanie, polerowanie.
• Metalurgia proszków. Pył metaliczny to surowiec do wytwarzania produktów metodami metalurgii proszków.
• Produkcja i przeróbka rud. Kruszenie, mielenie rud.

Wymienione powyżej procesy technologiczne wykorzystują urządzenia, w których często występuje wybuchowy pył metali:

• Szlifierki i polerki metali
• Sprzęt spawalniczy
• Urządzenia do cięcia metali (w tym cięcie plazmowe)
• Mieszalniki proszków
• Maszyny do natryskiwania metali
• Drukarki 3D
• Systemy odpylania i wentylacji
• Silosy i zbiorniki
• Kruszarki, młyny, separatory

Pył metaliczny w tych urządzeniach można spotkać w hutach stali, inżynierii mechanicznej i lotniczej, górnictwie i produkcji oraz odlewniach.

Dlaczego pył metali może być palny?

Warunki zapłonu pyłu

Aby cząstki metali mogły się zapalić i dalej eksplodować, muszą być spełnione następujące warunki:

• Obecność źródła zapłonu (np. iskra z zwarcia elektrycznego)
• Obecność utleniacza (tlenu) w odpowiednim stężeniu
• Pył zawieszony w ograniczonej objętości powietrza

Jeśli te warunki są spełnione, pył metali może się zapalić i spowodować wybuch wewnątrz pomieszczenia lub urządzenia przemysłowego.

Mechanizmy samozapłonu

Pyły metali mogą ulegać samozapłonowi, ponieważ wiele metali może aktywnie reagować egzotermicznie z tlenem, co powoduje wydzielanie dużych ilości ciepła. Samozapłon następuje, gdy reakcja utleniania jest tak szybka, że wydzielane ciepło nie zdąży się rozproszyć, a temperatura osiąga punkt zapłonu.

Wpływ wielkości cząstek

Łatwopalność pyłów metali jest bezpośrednio związana z rozmiarem cząstek. Im większa dyspersja, tym niższy jest Dolny Próg Stężenia dla rozprzestrzeniania się płomienia (LEL, g/m³). Pyły o LEL poniżej 65 g/m³ są klasyfikowane jako substancje wybuchowe, a substancje o INRR poniżej 15 g/m³ należą do pierwszej klasy zagrożenia.

LEL dla proszku aluminiowego wynosi 40 g/m³. Jednak dla bardzo drobnego proszku aluminium (o wielkości cząstek 63 μm), LEL może wynosić nawet 15 g/m³.

Przykłady palnych pyłów metali

Każdy rodzaj proszku metalicznego ma indywidualne, ilościowe cechy zagrożenia wybuchem – wskaźnik wybuchowości (Kst) i maksymalne ciśnienie wybuchu (Pmax). Im wyższy Kst, tym bardziej niebezpieczny jest pył.

Warto zauważyć, że wartości Kst i Pmax są określane eksperymentalnie i mogą się różnić w zależności od składu cząstek, stężenia i dyspersji. Dokładną wartość Kst i Pmax dla konkretnego obiektu można ustalić podczas badań laboratoryjnych prowadzonych przez specjalistów ATEX.CENTER.

Pyły o Kst > 300 bar⋅m/s są zwykle klasyfikowane jako „wyjątkowo wybuchowe”.

Przykłady różnych rodzajów pyłów metali wraz z cechami zagrożenia wybuchem:

Na podstawie wartości Kst można stwierdzić, że najbardziej wybuchowy z wymienionych jest pył aluminiowy. Niemniej jednak wszystkie rodzaje pyłów metalicznych z powyższej tabeli mają wysokie ciśnienie wybuchu, a co za tym idzie – dużą siłę niszczącą.

Zagrożenie wybuchem pyłów metali

Wybuch pyłu metali jest poważnym zagrożeniem ze względu na następujące skutki:

1. Uszkodzenia urządzeń, propagacja wybuchu przez rurociągi, sprzęt, systemy wentylacji.

Wybuch pyłu metali powoduje silną falę uderzeniową i nagły wzrost ciśnienia. Prowadzi to do deformacji, pęknięć, a nawet całkowitego zniszczenia sprzętu. Fala uderzeniowa może rozerwać lub zdeformować rurociągi, co może skutkować wyciekiem substancji niebezpiecznych i pogorszeniem sytuacji. Najniebezpieczniejsze jest kaskadowe rozprzestrzenianie się wybuchu przez systemy odpylania i wentylacji. Wtórne wybuchy spowodowane wzburzeniem osadzonych cząstek są prawie zawsze silniejsze i bardziej niszczące niż pierwotny wybuch.

2. Zagrożenie życia i zdrowia personelu.

Fala uderzeniowa, produkty spalania, odłamki zniszczonego sprzętu, zawalenie się konstrukcji – to wszystko stanowi śmiertelne zagrożenie dla osób znajdujących się w pobliżu.

3. Straty finansowe i przestój produkcji.

Koszty odbudowy lub całkowitej wymiany sprzętu.
Straty związane z przestojem produkcji podczas dochodzenia i usuwania skutków incydentu.
Odszkodowania, jeśli w wyniku wybuchu zginą lub zostaną ranni pracownicy.

4. Pogorszenie wizerunku i utrata zaufania.

Informacja o wybuchu w firmie może poważnie zaszkodzić jej reputacji i doprowadzić do utraty zaufania klientów, partnerów i inwestorów.

Przykłady wybuchów pyłów metali

W ostatnich latach na całym świecie doszło do wielu incydentów związanych z wybuchami pyłów metali. Oto kilka z nich:

Zdjęcie	Szczegóły
	Tajwan, 2022. Zakład lotniczy AIDC Wybuch nastąpił po zapłonie nagromadzonego pyłu ze stopu aluminium. Siedem osób trafiło do szpitala, z których jedna zmarła. Aerospace Industrial Development Corporation (AIDC) to jeden z głównych wykonawców obronnych na Tajwanie, produkujący i serwisujący myśliwce oraz komponenty lotnicze.
	Chiny, 2024. Shenrong Metal Technology Limited Do tragedii doszło w wyniku wybuchu pyłu metalicznego w hali produkcyjnej. Zginęło 8 osób, a kolejne 8 zostało rannych. Firma zajmuje się badaniami i rozwojem produktów metalowych dla budownictwa.
USA, 2025. Zakład produkcji Powder Alloy Corporation Do zdarzenia doszło, gdy pył aluminiowy został wtłoczony do odpylacza, co doprowadziło do wybuchu i pożaru. Nikt nie odniósł obrażeń, pożar ugaszono, zakres szkód i koszty są nieznane. Firma produkuje i dostarcza proszki metaliczne, ceramiczne i węglikowe na całym świecie.

Jak chronić zakład przed wybuchem pyłów metali?

Skuteczna ochrona zakładu przed skutkami wybuchów proszków metali wymaga kompleksowego podejścia, obejmującego działania organizacyjne, montaż systemów odpylania oraz stosowanie systemów ochrony przeciwwybuchowej.

Środki organizacyjne

• Szkolenia.

Regularne instruktaże dotyczące zagrożenia wybuchem pyłu, jego źródeł, bezpiecznej pracy i działań w sytuacji awaryjnej.

• Kontrola ilości pyłu.

Mycie na mokro, odkurzacze przeciwwybuchowe, bariery, optymalizacja procesów i monitorowanie stężenia pyłów.

• Regulacje.

Opracowywanie i przestrzeganie instrukcji bezpiecznej obsługi i konserwacji sprzętu, czyszczenia, utylizacji oraz kontroli palnych pyłów metali.

Montaż systemów odpylania

System odpylania wychwytuje pył w miejscu jego powstawania, transportuje go przez kanały do filtra, gdzie następuje oddzielenie cząstek od powietrza, po czym oczyszczone powietrze jest usuwane, a zebrany proszek pozostaje w zbiorniku. Stoły maszyn do obróbki metali często mają specjalne kanały i otwory na ciężkie wióry metalowe.

Montaż systemów ochrony przeciwwybuchowej

Skutecznym środkiem zapobiegania incydentom związanym z wybuchem pyłu w produkcji jest wdrożenie systemów ochronnych.

Panele odciążające wybuch
	VENT PRO S Podczas normalnego procesu Vent PRO S zamyka specjalne otwory procesowe w konstrukcji chronionego urządzenia. W przypadku wypadku ciśnienie wzrasta i otwiera się płyta rozrywająca. Produkty wybuchu – płomienie, żarzące się cząstki, fala uderzeniowa – są uwalniane i odprowadzane na zewnątrz.
Bezpłomieniowe urządzenia odciążające
	FLEX C W przypadku wybuchu ciśnienie wzrasta w urządzeniu i otwiera się membrana wyładowcza VMP. Płomienie, żarzący się pył i gazy są odprowadzane do urządzenia FLEX. Dla metali nadaje się wyłącznie płomieniochron FLEX typu C, ponieważ ma kształt cylindryczny, pozwalając na 360-stopniowe odciążenie ciśnienia wokół siebie i minimalny opór. Maksymalny Kst pyłu nie może przekraczać 300 bar•m/s.
Zawory izolacyjne wybuchu
	B-FLAP W normalnych warunkach klapa zwrotna jest otwarta i podtrzymywana przez mechanizm RPD. W przypadku wybuchu pod wpływem fali ciśnieniowej klapa zostaje zamknięta i zablokowana.
	GATEX W przypadku wybuchu i nagłego wzrostu ciśnienia, czujniki natychmiast przekazują sygnał do centrum sterowania. Sterownik aktywuje siłownik pneumatyczny zasuwy, zapewniając jej szybkie zamknięcie (czas reakcji – milisekundy) i odcięcie niebezpiecznego odcinka rurociągu.
Systemy tłumienia wybuchów HRD
	HRD System HRD wykrywa wybuch w urządzeniu na wczesnym etapie przy użyciu bardzo czułych czujników i skutecznie go tłumi, stosując środek tłumiący.

Podsumowanie

Minimalizowanie prawdopodobieństwa wybuchu pyłów metali, w tym samozapłonu cząstek, jest priorytetem w bezpieczeństwie zakładów. W celu oceny zagrożenia wybuchem i opracowania odpowiednich działań konieczne jest laboratoryjne badanie próbek pyłu z danego zakładu. Poza obowiązkowymi środkami organizacyjnymi i systemami odpylania kluczową rolę odgrywają systemy powstrzymywania wybuchu. Minimalizują szkody, chronią personel i zachowują integralność zakładu.