Milline põlev metallitolm võib plahvatada? Põhjused, ohud ja ohutusmeetmed

Sissejuhatus

Põlevate metallitolmu plahvatusohud on tõsine turvarisk paljudele raske tööstuse ettevõtetele. Selles artiklis käsitleme metalli osakeste kõrge plahvatusohu põhjuseid ning arutame vajalikke kaitsemeetmeid, et vältida tragöödiaid.

Mis on metallitolm?

Tolm on õhus hõljuv osakeste segu, mille suurus varieerub mõnest fraktsioonist kuni sadade mikroniteni.

Metallitolm on väga väikesed metalli osakesed, tavaliselt vahemikus 1 kuni 1000 mikromeetrit. Need tekivad tootmisprotsessides ning võivad sõltuvalt allikast koosneda erinevatest metallidest ja nende sulamitest.

Kuidas tekib metallitolm?

Metalli osakesed tekivad sageli metalli töötlemisel abrasiivsete tööriistadega.

Plahvatusohtlike metalli osakeste tekkimine kaasneb järgmiste protsessidega:

• Metallide mehaaniline töötlemine. Lihvimine, treimine, freesimine, lõikamine, puurimine – need protsessid tekitavad peeneid laaste.
• Keevitus ja pealekandmine. Metalli aurustumine kõrgel temperatuuril viib kondensaadi tekkimiseni, millest hiljem moodustuvad peened osakesed.
• Valamine. Valuvormide lõhkumine, valandite töötlemine.
• Abrasiivlõhustamine. Liivaprits, poleerimine.
• Pulbermetallurgia. Metallitolm on pulbermetallurgia meetoditel toodete valmistamise algmaterjal.
• Maaki tootmine ja töötlemine. Maagi purustamine, lihvimine.

Ülaltoodud tehnoloogilised protsessid hõlmavad seadmeid, mille töös on suur tõenäosus plahvatusohtliku metallitolmu olemasoluks:

• Metalli lihvimis- ja poleerimisseadmed
• Keevitusseadmed
• Metalli lõikeseadmed (sh plasmalõikurid)
• Pulbrisegajad
• Metalli pihustusseadmed
• 3D-printerid
• Aspiratsiooni- ja ventilatsioonisüsteemid
• Bunkerid ja siilod
• Purustid, veskid, eraldajad

Metallitolmu võib sellises seadmetes leida terasetehastes, masina- ja lennundusinsenerias, kaevanduses, tootmises ning valukodades.

Miks võib metallitolm olla tuleohtlik?

Tolmu süttimistingimused

Osakeste põlemiseks ja edasiseks plahvatuseks on vajalikud järgmised tingimused:

• Süttimisallika olemasolu (nt lühisest tekkinud säde)
• Oksüdeerija (hapnik) olemasolu nõutud kontsentratsioonis.
• Tolm suspensioonis piiratud õhuruumis.

Kui need tingimused on täidetud, võib metallitolm süttida ja põhjustada plahvatuse siseruumides või tööstusseadmetes.

Ise-süttimise mehhanismid

Metallitolm võib ise süttida, sest paljud metallid võivad aktiivselt osaleda eksotermilises oksüdatsioonireaktsioonis hapnikuga, mille käigus eraldub suur hulk soojust. Ise-süttimine toimub siis, kui oksüdatsioonireaktsioon kiireneb nii palju, et eralduv soojus ei jõua hajuda ning temperatuur tõuseb süttimispunktini.

Osakeste suuruse mõju

Metallitolmu tuleohtlikkus on otseselt seotud osakeste suurusega. Mida suurem on dispersioon, seda väiksem on nende Leegi leviku madalam kontsentratsioonilävi (LEL, g/m³). Tolmud, mille LEL on alla 65 g/m³, liigitatakse plahvatusohtlikeks aineteks, samas kui ained, mille INRR on alla 15 g/m³, kuuluvad esimesse ohuklassi.

Alumiiniumpulbri LEL on 40 g/m³. Kuid peene alumiiniumpulbri (osakese suurus 63 μm) puhul võib LEL olla nii madal kui 15 g/m³.

Põlevate metallitolmudega seotud näited

Igal metalli pulbri tüübil on individuaalsed kvantitatiivsed plahvatusohu näitajad – plahvatusohu indeks (Kst) ja maksimaalne plahvatusrõhk (Pmax). Mida kõrgem Kst, seda ohtlikum on tolm.

Oluline on mõista, et Kst ja Pmax on katseliselt määratavad parameetrid ning nende väärtused võivad varieeruda sõltuvalt osakeste koostisest, kontsentratsioonist ja dispersioonist. Täpsed Kst ja Pmax väärtused konkreetses objektis saab määrata ATEX.CENTERi spetsialistide laborikatsete käigus.

Tolm, mille Kst > 300 bar⋅m/s, liigitatakse tavaliselt "eriti plahvatusohtlikuks".

Erinevate metallitolmu tüüpide näited plahvatusohu näitajatega.

Kst väärtuste põhjal võib järeldada, et kõige plahvatusohtlikum on loetletud tolmudest alumiiniumitolm. Kuid kõik tabelis toodud metallipulbrid on kõrge plahvatusrõhuga ja seetõttu suure hävitava jõuga.

Metallitolmu plahvatuse ohud

Metallitolmu plahvatus on tõsine oht järgmiste tagajärgede tõttu:

1. Seadmete kahjustused, plahvatuse levik torustiku, seadmete, ventilatsioonisüsteemide kaudu.
   Metallitolmu plahvatus tekitab tugeva lööklaine ja äkilise rõhu tõusu. See viib seadmete deformeerumiseni, purunemiseni ja täieliku hävimiseni. Plahvatuslaine võib torusid lõhkeda või deformeerida, mis võib viia ohtlike ainete lekkimiseni ja olukorra halvenemiseni. Kõige ohtlikum on plahvatuse kaskaadne levik tolmueemalduse ja ventilatsioonisüsteemide kaudu. Sekundaarsed plahvatused, mis on põhjustatud settinud tolmu üleskerkimisest, on peaaegu alati võimsamad ja hävitavamad kui algne plahvatus.
2. Töötajate elu ja tervise oht.
   Lööklaine, põlemisproduktid, lendavad praht ja hävinud seadmete killud, konstruktsioonide varing – kõik need ohustavad inimesi nende läheduses.
3. Rahakaotused ja tootmise peatumine.
   Finantskulud seadmete taastamiseks või täielikuks asendamiseks.
   Kahjud, mis on seotud tootmise peatumisega juhtumi uurimise ja tagajärgede kõrvaldamise tõttu.
   Hüvitismaksed, kui töötajad saavad plahvatuse tagajärjel surma või vigastada.
4. Maine halvenemine ja usaldusväärsuse kaotus.
   Teave ettevõttes toimunud plahvatusest võib põhjustada tõsise löögi ettevõtte mainele ning viia klientide, partnerite ja investorite usalduse kadumiseni.

Metallitolmu plahvatuse juhtumite näited

Viimastel aastatel on üle maailma toimunud mitmeid metallitolmu plahvatustega seotud õnnetusi. Allpool toome mõned näited.

Foto	Detailid
	Taiwan, 2022. AIDC lennundusettevõte Plahvatus toimus pärast seda, kui kogunenud alumiiniumsulami tolm süttis. Seitse inimest viidi haiglasse, kellest üks hiljem suri. Aerospace Industrial Development Corporation (AIDC) on üks Taiwani suurimaid kaitsetööstuse ettevõtteid, mis toodab ja hooldab hävitajaid ja lennukikomponente.
	Hiina, 2024. Shenrong Metal Technology Limited Tragöödia leidis aset tootmissaali metallitolmu plahvatuse tõttu. Selle tulemusel hukkus 8 inimest ja veel 8 sai vigastada. Ettevõte tegeleb ehitusvaldkonna metalltoodete arenduse ja uurimisega.
USA, 2025. Powder Alloy Corporationi metallitöötlustehas Juhtum toimus, kui alumiiniumitolm sattus tolmukogujasse, põhjustades plahvatuse ja sellele järgnenud tulekahju. Keegi vigastada ei saanud, tuli kustutati, kuid kahju ulatus ja maksumus pole praegu teada. Ettevõte toodab ja tarnib metalli-, keraamika- ja karbiidipulbreid üle maailma.

Kuidas kaitsta tehast metallitolmu plahvatuste eest?

Efektiivne kaitse tehasele metallitolmu plahvatuste hävitava mõju eest nõuab terviklikku lähenemist, mis hõlmab organisatsioonilisi meetmeid, aspiratsioonisüsteemide paigaldamist ja plahvatuskaitsesüsteemide kasutamist.

Organisatsioonilised meetmed

• Koolitus.

Regulaarsed instruktaažid tolmu plahvatusohu, selle allikate, ohutu töö ja käitumise kohta hädaolukorras.

• Tolmu hulga kontroll.

Märg koristus, plahvatuskindlad tolmuimejad, barjäärid, protsesside optimeerimine ja suspendeeritud osakeste kontsentratsiooni jälgimine.

• Eeskirjad.

Seadmete ohutu töö ja hoolduse, puhastamise, utiliseerimise ning tuleohtliku metallitolmu kontrolli juhiste väljatöötamine ja järgimine.

Aspiratsioonisüsteemide paigaldamine

Aspiratsioonisüsteem püüab tolmu selle tekkekohas kinni, suunab selle kanalite kaudu filtrisse, kus toimub osakeste eraldamine õhust, pärast mida eemaldatakse puhastatud õhk ja kogutud pulber jääb kogumisanumasse. Metallitööpingi laudadel on sageli spetsiaalsed avaused raskete metallilaastude jaoks.

Plahvatuskaitsesüsteemide paigaldamine

Tõhus meede tolmuplahvatustega seotud juhtumite vältimiseks tootmises on kaitsesüsteemide rakendamine.

Plahvatusventilatsiooni paneelid
	VENT PRO S Tavapärase protsessi käigus sulgeb Vent PRO S spetsiaalsed avad kaitstava seadme konstruktsioonis. Õnnetuse korral tõuseb rõhk ja rebenemisketas avaneb. Plahvatuse produktid – leegid, põlevad osakesed, lööklaine – suunatakse ja lastakse keskkonda.
Leegita plahvatusventilatsiooni seadmed
	FLEX C Plahvatuse korral tõuseb seadmes rõhk ja VMP plahvatusdiafragma avaneb. Leegid, põlev tolm, gaasid suunatakse FLEX seadmesse. Metallidele sobib ainult FLEX C tüüpi leegipidur, kuna sellel on silindriline kuju, mis võimaldab 360 kraadi rõhu vabanemist enda ümber, pakkudes minimaalset takistust. Tolmu maksimaalne Kst ei tohi ületada 300 bar•m/s.
Plahvatuse isoleerimisventiilid
	B-FLAP Tavapärases töös on kontrollklapi klapp avatud asendis ning seda hoiab RPD mehhanism. Plahvatuse korral sulgub klapp lööklaine toimel ja fikseeritakse suletud asendisse.
	GATEX Plahvatuse ja äkilise rõhu tõusu korral edastavad andurid viivitamatult signaali juhtimiskeskusele. Kontroller käivitab värava pneumaatilise ajami, tagades selle kiire sulgemise (reageerimisaeg – millisekundid) ja sulgeb ohtliku torustiku osa.
HRD plahvatuse summutussüsteemid
	HRD HRD-süsteem tuvastab plahvatuse seadmes varajases staadiumis väga tundlike anduritega ning summutab selle efektiivselt plahvatuse summutusaine rakendamisega.

Kokkuvõte

Metallitolmu plahvatuste, sealhulgas osakeste isesüttimisest põhjustatud plahvatuste tõenäosuse minimeerimine on tehase ohutuses prioriteet. Plahvatusohtude hindamiseks ja ohutusmeetmete väljatöötamiseks on vajalik konkreetse tehase tolmuproovide laboratoorne testimine. Lisaks kohustuslikele organisatsioonilistele meetmetele ja aspiratsioonisüsteemidele mängivad olulist rolli ka plahvatuspiirangusüsteemid. Need minimeerivad kahjusid, kaitsevad personali ja säilitavad tehase terviklikkuse.