Sprečavanje prašnih eksplozijaBranko Voje, Robert Kušter

7. Meñunarodna Ex tribina

PROJEKS, protieksplozijska zaščita, d.o.o.

Gimnazijska cesta 16

SI-1420 Trbovlje

Slovenija

Primer posledica prašne eksplozije

Gde sve se pojavljuju sagorljive prašine?

Prema proceni je čak 70% sve prašine u industriji sagorljive.

Primjeri:• Poljoprivreda: žitarice, krmila• Metalna industrija: prašine Al, Zn, Fe, Mg, Si …• Hemijska industrija: mnogo organskih i anorganskih prašnih

materialamateriala• Farmaceutska industrija: praktički svi organski prašni materiali

(intermediati, učinkovine, pomočna sredstva, punila,…)• Kozmetika: mnogo prašnih dodataka• Prerada drveta: drvena prašina• Prehrambena industrija: brašno, šećer, mleko u prahu, kafa …• Energetika: prah uglja, koksa, biomase• Prečiščavanje vode: suho odvišno blato, aktivno uglje

Koncept protiveksplozijske zaštite

Osnovni koncept protiveksplozijske zaštite stoji u standardu EN 1127-1

1. Sprečavanje nastanka eksplozija –”Preventivna protiveksplozijska zaštita”

– Sprečavanje nastanka eksplozivnih atmosfera: • Održavati koncentraciju gorljive tvari izvan eksplozivnog područja• Održavati koncentraciju kiseonika ispod granične koncentracije –

inertizacija sa gasominertizacija sa gasom

– Sprečavanje svih mogućih izvora paljenja

2. Sprečavanje štetnih posledica eksplozija – “Konstrukciona protiveksplozijska zaštita”

– Smanjiti efekt eksplozije na prihvatljiv nivo

Često je potrebno upotrebiti kombinaciju ovih mera.Preventivne i konstrukcione mere trebaju biti usklañene sa organizacionim merama, po potrebi i sa odgovarajućim grañevinskim merama.

Regulativa

Direktive Evropske unije: 94/9/EC “ATEX 95” i 99/92/EC “ATEX 137”

Važniji standardi za sagorljive prašine (prema www.sist.si, august 2011) :serija EN/IEC 60079-XX,XX=0: opšti zahtevi za električnu opremu (gasovi, isparenja i prašina),XX=10-2: klasifikacija eksplozivno ugroženih prostora – eksplozivne zaprašene atmosfere,XX=14: odabir i ugradnja (gasovi, isparenja i prašina),XX=14: odabir i ugradnja (gasovi, isparenja i prašina),XX=17: pregledi i održavanje (gasovi, isparenja i prašina),

serija EN/IEC 61241-XX,XX=0: opšti zahtevi za korišćenje električnih ureñaja u prisustvu sagorljive prašine (do 01. juna 2012),XX=1, 4, 11, 18: vrste zaštita tD, pD, iD i mD,XX=10: podela prostora u kojima je moguće prisustvo sagorljive prašine (važi do 1. juna 2012).

serija EN 13463 (neelektrična oprema)standardi “tip C” – za odreñenu vrstu industrijskih procesaNFPA standardi - američki standardi

Svojstva sagorljivih prašina

Područje koncentracije eksplozivnosti (granice eksplozivnosti)

GGE:

2.000 ... 6.000 g/m³

g/m³

jsko

ob

mo

čje vodonik, H2:

Propan, C3H8:

22

4,0 76

102,1

5

8,5

Prašine Gasovi

U poreñenju sa gasovima i isparenjima, područje eksplozivnosti je mnogo šire. Kod gasova se zaštita od eksplozije može zasnivati na koncentraciji iznad GGE, kod prašine to nije moguće, jer se sleže.

DGE:

20 ... 60 g/m³

Eksp

lozij

sko

ob

mo

čje

Metan, CH4:

Eten, C2H4:

Vol. %

0 50 100

15,44,5

2,7

7,8

34

Svojstva sagorljivih prašina

Oblik i veličina čestica

mala specifična površina velika specifična površina

“kocka” gori prašina eksplodira

mala specifična površina velika specifična površina

• granična veličina čestica 0,5mm• važni su oblik čestica prašine (npr. kugla, ljuspe), srednja veličina čestica

i distribucija veličine čestica• geometrijski oblik kugle ima najmanju površinu u odnosu na masu• oblik i veličina čestica utiče na specifičnu površinu prašine (izraženo u

m2/g)• prašine s većom specifičnom površinom su opasnije

Svojstva sagorljivih prašina

Minimalna energija paljenja

• Minimalna energija Emin (u definisanim uslovima) koja je potrebna za paljenje smese prašina/vazduh

• Obično nekoliko 10 mJ, najosetljiviji tipovi prašine (farmacija) ispod 3 mJ ili retko ispod 1 mJ

• Energija paljenja gasova i isparenja je od 100 do 1000 puta manja

Primer Emin u zavisnosti od koncentracije

Svojstva sagorljivih prašina

Temperatura paljenja

• Najniža temperatura vruće površine koja kontaktom uzrokuje paljenje mešavine prašina/vazduh.

• Često se naziva i temperatura paljenja oblaka prašine• Temperature paljenja kod prašine su obično veće od približno 350°C.

Temperatura tinjanja

• Najniža temperatura vruće površine na kojoj dolazi do paljenja 5 mm debelog sloja slegnute prašine

• Sa povećanjem debljine sloja slegnute prašine temperatura tinjanja se smanjuje

• Temperature tinjanja kod prašine su od 250°C naviše

Svojstva sagorljivih prašina

Maksimalni pritisak eksplozije Pmax

• Maksimalni pritisak koji postiže eksplozija prašine u zatvorenom prostoru pod definisanim uslovima

• Kod prašine je obično maksimalni pritisak eksplozije Pmax 6-10 bar, a kod nekih tipova prašine je mnogo veći (prašina lakih metala do 20 bar)

Maksimalni vremenski porast pritiska (dp/dt)max

• Maksimalna brzina povećanja pritiska kod eksplozije prašine volumena 1m3 pod definisanim uslovima – merilo za silinu eksplozije

• Pošto silina eksplozije zavisi od geometrije i volumena posude (turbulentnosti oblaka prašine), u praksi se primenjuje vrednost KSt koja je definisana kao (kubni zakon).

Tipovi prašine su prema silini eksplozije podeljeni u razrede St1 do St3.St1: KSt<200 bar m/sSt2: KSt = 200 – 300 bar m/sSt3: KSt> 300 bar m/s• opasnost prašne eksplozije povečava se od St1 prema St3

1

3

max

.St

dpK V konst

dt

= ⋅ =

Svojstva sagorljivih prašina

Svojstva sagorljivih prašina meñusobno su zavisna

Primer meñusobne zavisnosti svojstva sagorljivih prašina i procesnih uslova

• na svojstva prašina utiče i tehnološki postupak – temperatura, vlažnost, itd.

• svojstva sagorljivih prašina iz literature treba upotrebljavati pažljivo (ponekad je testiranje prašine neophodno)

• hibridne smese = sagorljiv gas/isparenja + prašina– eksplozivne iako sagorljive komponente ne dostižu DGE– pojavljuju se unutar procesne opreme– trenutno ne postoje važeči standardi

Sprečavanje nastanka eksplozivnih zaprašenih atmosferaSprečavanje nastanka eksplozivnih zaprašenih atmosferaSprečavanje nastanka eksplozivnih zaprašenih atmosferaSprečavanje nastanka eksplozivnih zaprašenih atmosfera

• zamena sagorljive prašine nesagorljivom• ograničiti pojavljivanje eksplozivnih smesa prašina/vazduh na

unutrašnjost opreme (zatvoreni sistemi)• u okolini ureñaja – lokalno usisavanje, mesta lokalnog usisavanja što

bliža izvoru prašine

• brzina usisanog vazduha se smanjuje na ~10% početne brzine na rastojanju od ulaznog otvora koje je jednako dužini prečnika otvora

• opšto intenzivno provetravanja prostora može da bude opasno ako postoji mogućnost prisustva slojeva slegnute prašine

• inertizacija: s gasom ili dodavanje inertne prašine (ograničena primena)• veoma važno je čišćenje, ručno ili industrijskim Ex usisavačima, izbeći

uzvitlanje prašine; odgovarajuće čišćenje: vidljiva struktura tla

Izvori sagorljive prašineIzvori sagorljive prašineIzvori sagorljive prašineIzvori sagorljive prašine i klasifikacija ugroženih prostorai klasifikacija ugroženih prostorai klasifikacija ugroženih prostorai klasifikacija ugroženih prostora

• s tehničkim merama zadržati prašinu u unutrašnjosti procesa u najvećoj mogućoj meri

• prašina izvan procesa samo kod grešaka ili na dobro definisanim mestima kot normalnog funkcionisanja

• propisi o zdravju in bezbednosti na radnom mestu propisuju mnogo niže koncentracije od DGE

• Izvori sagorljive prašine dele se na trajne, primarne i sekundarne (definicije su u EN/IEC 60079-10-2)

• slegnute prašine (slojevi) – sekundarni izvori• Ex cona 20 pojavljuje se u unutrašnjosti opreme (mlinovi, filteri,…)• veličina Ex zona zavisi od intenziteta izvora, svojstava prašine i uslova u

okruženju

Izvori paljenja eksplozivnih atmosferaIzvori paljenja eksplozivnih atmosferaIzvori paljenja eksplozivnih atmosferaIzvori paljenja eksplozivnih atmosfera

• standard EN 1127-1 navodi 13 mogućih izvora paljenja• izvori paljenja mogu se pojavljuju zbog opreme ili tehnologije• u Ex zonama moraju se sprečiti izvori paljenja u odnosu na vrstu Ex zone:

Prašine dele se u tri grupe:– vlakna i pramičaka grupa IIIA– električno neprovodljiva prašina IIIB– električno neprovodljiva prašina IIIB– električno provodljiva prašina IIIC

• u zonama opasnosti dozvoljeno je ugraditi ureñaje odgovarajuće kategorije odn. stepena zaštite:

• tehnički zahtevi izmeñu usklañenih kategorija (1, 2 i 3) i stepena zaštite (a, b i c) su jednaki

• odgovornost za sprečavanje tehnoloških izvora paljenja snosi poslodavac

Konstrukciona protiveksplozijska zaštitaKonstrukciona protiveksplozijska zaštitaKonstrukciona protiveksplozijska zaštitaKonstrukciona protiveksplozijska zaštita

• Ako nije moguće izbeći eksploziju treba planirati i sprovesti mere kojima će se ograničiti posledice eventualne eksplozije prašine – konstrukciona protiveksplozijska zaštita

• konstrukciona zaštita:– konstrukcija otporna na eksploziju (s trajnom deformacijom ureñaja ili bez)– rasterećenje pritiska eksplozije– prigušenje eksplozije– izolovanje eksplozije

• primeri (izvor: ISSA Prevention Series No. 2044, SIQ Ljubljana):

Konstrukcija otporna Rasterečenje pritiska eksplozije Prigušenje eksplozije na eksploziju

Konstrukciona protiveksplozijska zaštitaKonstrukciona protiveksplozijska zaštitaKonstrukciona protiveksplozijska zaštitaKonstrukciona protiveksplozijska zaštita

• primeri – izolovanje eksplozije:

Ćelijski rotacioni dozator kanali rasterećenja brzozatvarajući ventilĆelijski rotacioni dozator kanali rasterećenja brzozatvarajući ventil

Brzozatvarajuća klapna vatrogasna pregrada brzozatvarajuća zaklopka

Primeri i iskustva iz prakse

Primeri i iskustva iz prakse: Ecka Granules Non Ferrum KranjPrimeri i iskustva iz prakse: Ecka Granules Non Ferrum KranjPrimeri i iskustva iz prakse: Ecka Granules Non Ferrum KranjPrimeri i iskustva iz prakse: Ecka Granules Non Ferrum Kranj

Ecka Granules Non Ferrum Kranj: Proizvodnja aluminijumske prašine postupkom raspiravanja rastopljenog aluminijuma vazduhom

• razprskivanje rastopljenog aluminijuma vazduhom

• zamjena filtra sa ciklonima

• sprečavanje prodiranja vode i time nastanka vodonika odnosno hibridnih smesasmesa

• brzozatvarajuća klapna za sprečavanje širenja eksplozije u komoru za raspršivanje

• cikloni opremljeni membranama za rasterećenje

• sejalica aluminijumske prašine je inertizovana – upotreba generatora azota

Izdat certifikat o skladnosti Ex zona, ugradnje Ex opreme i zaštitnih sistema

Primeri i iskustva iz prakse: KamnikPrimeri i iskustva iz prakse: KamnikPrimeri i iskustva iz prakse: KamnikPrimeri i iskustva iz prakse: Kamnik----Schlenk, KamnikSchlenk, KamnikSchlenk, KamnikSchlenk, Kamnik

Kamnik-Schlenk: proizvodnja aluminijumske prašine (ljuspi) za potrebe izrade metalnih boja, ulazna sirovina otpadna aluminijumska folijaPilot postrojenje za termičku obradu Al prašine:� odparivanje zaštitnog sloja i kontrolirana oksidacija aluminijumske prašine� procesni uslovi: T = ~300°C, max. 4 vol.% O2 – izvan ATEX područja� unutrašnjost ureñaja – nije definirana Ex cona zbog ne-ATEX uslova� veoma važna kontrola parametra u procesu (temperatura, konc. kiseonika)� u sklopu ureñaja i sistem za brzo gašenje argonom

� procesne parametre definirao je poslodavac na osnovu laboratorijskih poskusa i s

time preuzeo odgovornost za bezbednost rada postrojenja.

Uticaj koncentracije kiseonika na: minimalnu temperaturu paljenja (levo)

i minimalnu energiju paljenja (desno)

(diagrami nisu za konkretni primer)

Primeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, Ribnica

Sistem otprašivanja mašina za obradu drveta

Primeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, Ribnica

Sistem otprašivanja mašina za obradu drveta

• Ex zone definirane po standardu EN 12779• kombinovani pneumatski transport drvene prašine podpritiskom i nadpritiskom• konstrukciona zaštita filtera i silosa sa membranama

Primeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, RibnicaPrimeri i iskustva iz prakse: Inles, Ribnica

Sistem otprašivanja mašina za obradu drveta

• certificiranje sistema još nije završeno – izdat samo certifikat o skladnosti Ex zona• neskladnosti prema proprocjeni rizika u elaboratu i izvještaju SIQ:

- neustrezajuči ventilatori u sistemima transporta - neustrezajuče membrane filtera/silosa in njihova lokacija- neustrezajuča kontrola filterskih vreča- filtri i silosi nemaju sistema za izolovanje eksplozije - netjesni cevovodi – u okolini ima suviše prašine- neustrezni dozatori na pečima za spaljivanje drvene mase- u okolini briketirki suviše prašine in ne Ex oprema- u okolini briketirki suviše prašine in ne Ex oprema

Pola godine nakon predaje elaborata i izveštaja SIQ u sistemu došlo je do eksplozije. Na sreču bez ljudskih žrtava – samo materialna šteta

Primeri i iskustva iz prakse: Agrosaat, HodošPrimeri i iskustva iz prakse: Agrosaat, HodošPrimeri i iskustva iz prakse: Agrosaat, HodošPrimeri i iskustva iz prakse: Agrosaat, Hodoš

Prijem, čišćenje, skladištenje i izdavanje žita

Problemi kod certificiranja:• certificiranje objekta nije završeno – izdat samo certifikat o skladnosti definiranja Ex zona

• u postupku bila je potrebna korekcija Ex zona u aspiratoru i okolini aspiratora, okolini usipnog jaška, podzemnom jašku elevatora zbog znatne količine prašine

• neodgovarajuča električka oprema - elektromotor aspiratora čak nije u Ex izvedbi

• neozemljeni delovi opreme, konstrukcija, cjevovoda …

• neodgovarajuča konstrukcijska Ex zaštita – necertificirana/neobeležena oprema bez izjava proizvoñača, nema mjera za izolovanje eksplozije

Prostor dezinfekcije nije bio predmet elaborata ali je znatno zaprašen a sva oprema je normalne industrijske izvedbe.

Sprečavanje prašnih eksplozijaSprečavanje prašnih eksplozijaSprečavanje prašnih eksplozijaSprečavanje prašnih eksplozija

Hvala na pažnji!

Posetite našu internet stranicu: www.projeks.siPosetite našu internet stranicu: www.projeks.si

PROJEKS, protieksplozijska zaščita, d.o.o.

Gimnazijska cesta 16

SI-1420 Trbovlje

Slovenija