Is een afzetting van brandbaar fijnstof buiten installaties altijd gevaarlijk?
ATEX aanpak stof ‘Het grote ATEX congres’ 15 mei 2014
Rolf van Dijk Hoger Veiligheidskundige, ATEX Specialist bij Tata Steel Europe, IJmuiden (Hoogovens) i.s.m. Wiebe Pronker & René Ubbink
Tata Steel
Slide
Tata Steel
Uitgangspunten
Vragen
We hebben te maken met de aanwezigheid van (fijn)stof
Hoe schoon is ‘schoon’?
Kolenstof
Slide
Is brandbaar fijnstof altijd gevaarlijk m.b.t. explosieveiligheid?
Kooksstof
Welke omstandigheden bepalen het risico van de aanwezigheid van stoflagen?
Grafietstof Aluminiumpoeder Houtstof etc.
Volgens testen in het lab is het fijnstof brandbaar en moeten maatregelen worden getroffen m.b.t. explosieveiligheid In het verleden hebben we te maken gehad met stofexplosies van aluminiumpoeder (DSF) en kolenpoeder (KMG HOO); beide binnen de installaties (met schade buiten de installaties)
Hoe veilig is ons schoonmaakregiem van industrieel reinigen? Kan ons regiem ook op een veilige manier goedkoper met minder schoonmaken toe?
Er zijn geen incidenten met stofexplosies buiten de installatie bekend De huidige bronmaatregelen uit de EVD’s zijn gericht op schoon huishouden.
ATEX aanpak stof
Imperial sugar
Tata Steel
Slide 5
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 6
Voorwaarden stofexplosie
Lu
f) sto ur (zu t ch
D stvo ispMe ef r( ersni htuo ge-v rubd a uilne n gnt )
to ar s f
Acceleratie (als Opsluiten van katalyserend Stof/luchtmengsel effect)
Onts tekin g sb r on
dba Bran
Explosie Brand
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 7
ATEX aanpak stof
dba Bran to ar s
Lu
Tata Steel
Slide 8
f) sto ur (zu t ch
f
Per definitie aanwezig Mogelijke maatregel: inertisering
Moet kunnen oxideren
in de praktijk alleen binnen de installatie
Korrelgrootte < 500 µm (0,5 mm) Hoe kleiner de stofdeeltjes, hoe sneller het mengsel brandt [Voorbeeld fractie 100-500 u?] Mogelijke maatregel: mengen met niet-brandbaar stof of grove fractie
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 9
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 10
Onts tekin g sb r on
D sto ispe f ( rsie tur bu van len t)
Voldoende stof aanwezig om in een groter gebied > LEL te komen →Hoe groot moet dat gebied zijn? →Kolenstof: bij een stoflaag van 0,2 mm ligt er voldoende om binnen dat vlak op 1
m hoogte > LEL te komen (LEL = 250 g/m3, ρ = 1,3 g/cm3)
Voldoende energie om de stofwolk (het opgewervelde stof) te ontsteken (MIT/MIE)
→Of moet ik de gehele inhoud van de ruimte nemen?
Turbulente menging is nodig om het vlamfront snel genoeg door het gehele mengsel te laten gaan
Brand als ontstekingsbron:
Korrelgrootteverdeling heeft o.a. invloed op ‘gevoeligheid’ voor dispersie: hoe kleiner de stofdeeltjes, hoe gevoeliger voor dispersie Van stoflaag op grond naar turbulente dispersie→aanvullende energiebron nodig (bijv. een initiële explosie)
Voldoende energie om de stoflaag te doen gloeien (ST) (Vervolgens is opwerveling nodig)
Mogelijke maatregel: bevochtigen (geen dispersie)
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 11
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Testopstelling explosie (20 liter bol) Opsluiten van stof/luchtmengsel
De ‘katalysator’ in de explosievijfhoek (zorgt voor verhoging van de druk en daarmee verhoging van de temperatuur) Om een brand/flashfire over te laten gaan in een explosie is een drukverhoging nodig Hiervoor moet het brandbare mengsel van stof en lucht dat wordt ontstoken opgesloten zijn De opsluiting zorgt voor een grote drukverhoging, wat weer bijdraagt aan de verdere explosie (temperatuurverhoging door adiabatische compressie) ∆P→ ∆T → >MIT → explosie
Slide 12
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 13
Testopstelling brandbaarheid
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 14
Testopstelling brandbaarheid
Melkpoeder: LEL 60 g/m3 MIE > 30 mJ MIT 450 °C ST 320 °C Kst 90 bar m/s (St 1)
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 15
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Testopstelling brandbaarheid
Testopstelling brandbaarheid
Kolenstof:
Kooksstof:
LEL 60 g/m3
LEL 80 g/m3
MIE 300 mJ
MIE > 1000 mJ
MIT 430 °C
MIT >700 °C
ST 230 °C
ST >450 °C
Kst 122 bar m/s (St 1)
Kst 53 bar m/s (St 1)
Slide 16
Kolenstof Kooksstof
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 17
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 18
Testopstelling brandbaarheid
Wat zien we?
Aluminiumpoeder:
Ondanks de relatief gelijke parameters zoals LEL, MIE, MIT (in het lab bepaald) zijn de brandeigenschappen verschillend
LEL 60 g/m3 MIE 1- 300 mJ MIT 560 °C
De Kst-waarde zegt in eerste instantie niets over de risico’s van de stoflaag
ST 360 °C Kst 415 bar m/s (St 3)
Dus: In hoeverre zijn de in het lab bepaalde explosierisico’s relevant voor de risico’s van de stoflaag?
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 19
Tata Steel
Slide
Opsluiten van stof/luchtmengsel
De ‘katalysator’ in de explosievijfhoek (zorgt voor verhoging van de druk en daarmee verhoging van de temperatuur)
secundaire explosie
Om een brand/flashfire over te laten gaan in een explosie is een drukverhoging nodig Hiervoor moet het brandbare mengsel van stof en lucht dat wordt ontstoken opgesloten zijn De opsluiting zorgt voor een grote drukverhoging, wat weer bijdraagt aan de verdere explosie (temperatuurverhoging door adiabatische compressie)
initiële initiële explosie explosie
drukgolf acceleratie
stofwolk
Stelling:
stoflaag
Wanneer het stof niet opgesloten is kan wel brand ontstaan, maar zal geen explosie optreden (zie filmpjes) Vraag: Wanneer is er sprake van het ‘opsluiten van stof’?
Tata Steel
Slide
Escalatiescenario explosies
smeulen brand
Mate van opsluiting
Mate van drukopbouw ATEX aanpak stof
detonatie
Slide 22
De stoflaag moet voldoende dik zijn (concentratie > LEL)
Op het moment van ontsteking (nog) Stuifgevoeligheid turbulent gemengd is én (stuifgetal/korrelgrootteverdeling)
Geen ontploffing
Uitbreiding van brand via convectie / warmtestraling
deflagratie
Tata Steel
Wanneer deze kan worden opgewerveld én
Snelheid uitbreiding
flashfire
ATEX aanpak stof
Dus: wanneer geeft een stoflaag een risico op explosie?
Er genoeg ontstekingsenergie aanwezig is én
MIE, MIT
Progressief verlopende ontploffing Wolkbrand, uitbreiding van brand (subsonisch) via warmtestraling naar volgend deeltje; geen drukopbouw
De plaats van opwerveling + ontsteking voldoende omsloten is
Omsloten ruimte
Uitbreiding van brand (subsonisch) via warmtestraling naar volgend deeltje; drukopbouw
Zonder de laatste is altijd het risico van flashfire/brand aanwezig met als grootste risico overlijden als gevolg van inademen hete rookgassen.
Verbranding supersonisch via schokgolf
Overige parameters: vochtgehalte, specifieke vorm/oppervlakte, agglomeratie, korrelgrootteverdeling in de wolk, verdeling van de initiële opwerveling, etc.
Zone 30
Tata Steel
NPR 7910-2 is erg conservatief: is de veilige dikte van de stoflaag te baseren op de brandrisico’s in plaats van de explosierisico’s? NPR 7910-2 is goed te gebruiken voor de risicobeoordeling van opgewerveld stof binnen de installatie.
Slide 23
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 24
Introductie NGSL = niet gevaarlijke stoflaag
Indeling zonering stof: 20 → 21 → 22 → NGSL → geen zone
Hoe om te gaan met stof buiten de installatie? De ST (5mm) wordt al ‘standaard’ bepaald Brandgetal van stof ook vaak al bekend
legenda explosiegevaar → brandgevaar → niet brandbaar in de installatie → buiten de installatie → buiten de installatie
Als insluiting of primaire explosie uitgesloten kan worden is een acceptabele dikte van de stoflaag (buiten de installatie) te relateren aan het brandrisico (smeulen of brand; zonder propagatie) Laagdikte maximaal 0,1 mm in veruit de meeste gevallen niet relevant!
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 25
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 26
Oproep aan de Normcommissie: introduceer een zone 30 (o.i.d)
Probleem: gevolgen van secundaire explosies
Indeling zonering stoflaag buiten de installatie: zone 30 → NGSL → geen zone
Grotere laagdikte leidt tot grotere risico’s (zie explosievijfhoek) Wat initieert een secundaire explosie?
Extra LOD: zone 30; gevoelig voor een secondaire brand / (of zelfs) explosie
Uit de geschiedenis blijkt dat dit met name primaire explosies zijn! Stof/gas/damp in de installaties
‘gebied, waar als gevolg van een primaire explosie (vaak uit een installatie) zoveel stof kan worden opgewerveld dat het stof/luchtmengsel a.g.v. de energie-inhoud van de primaire explosie direct tot ontbranding komt’
Gas/damp buiten de installaties
→in de praktijk dus voetafdruk zichtbaar →schoonmaakregiem om risico op (secundaire) explosies beheersbaar te houden →hoe groot moet het schoonmaakgebied zijn? →risicoanalyse
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 27
Tata Steel
In de tussentijd:
Slide
Volgorde in maatregelen belangrijk
Schoonmaakregiem: voetstap In de installatie
Pas wanneer onderzoek voldoende heeft aangetoond dat er een ‘veilige laagdikte’ is, het schoonmaakregiem hierop aanpassen. Hoge kostenbesparing mogelijk Risk-based cleaning regime (remark: limits further to be determined by lab-tests) -
layer of dust max. 50 mm
1
layer of dust max. max. 12,5 mm or annual cleaning
2
layer of dust max. 5 mm of cleaning every 6 months
3
layer of dust max. 0,5 mm or weakly cleaning
4
layer of dust max. 0,1 mm or cleaning every shift (8 hrs)
Hoe schoonmaken? Nooit vegen, nooit blazen! Altijd opzuigen (Ex stofzuiger)!
ATEX aanpak stof
Dustiness Ignition Sensivity Explosieklasse IS0 = no IS1 = low IS2 = medium IS3 = high Explosieklasse IS0 = no IS1 = low IS2 = medium IS3 = high Explosieklasse IS0 = no IS1 = low IS2 = medium IS3 = high Explosieklasse IS0 = no IS1 = low IS2 = medium IS3 = high
D1 low
D2 medium
1 1 1 1 1 1 2 2 1 2 3 3
Tata Steel
D3 high
St 0 St 1 1 1 2 3 St 2 1 1 3 4 St 3 1 2 4 4
Slide 29
Is brandbaar fijnstof altijd ATEX gevaarlijk?
1 1 2 3 1 2 3 4 1 3 4 4
Zorg dat het mengsel niet brandbaar is (bevochtigen, mengen met niet-brandbaar stof) Intertiseren (bijv. stikstof) Voorkom ontstekingsbronnen
Buiten de installatie Voorkom vrijkomen van stof Voorkom verspreiding van stof Voorkom ophoping van stof (vlakke oppervlakken, constructiedelen, kabelgoten, etc.) Schoon huishouden Fixeren (nat maken) Inertiseren (mengen met niet-brandbaar stof) Voorkom insluiting / acceleratie van de brandontwikkeling
ATEX aanpak stof
Tata Steel
Slide 30
Is brandbaar fijnstof altijd ATEX gevaarlijk? Voorlopige conclusies (geldt alleen buiten de installaties)
Stellingname: Een stoflaag in een ruimte leidt niet direct tot een explosie; de potentële ontstekingsbronnen zitten vaak op een voor een evt. stofwolk onbereikbare plaats (deze moet turbulent gemengd zijn) Zonder een primaire trigger (explosie) zal geen secundaire stofexplosie of flashfire ontstaan Zonder insluiting geen deflagratie of detonatie; Kritische stoflaagdikte wordt mede bepaald door de hoogte van de ruimte In een buitensituatie zal nooit een detonatie kunnen ontstaan
Wanneer er een kans is op een initiële explosie dan mag op de plaats van vrijkomen van de blast geen stoflaag (> 0,1 mm) aanwezig zijn (‘zone 30’). Volgens de arbeidshygiënische strategie geldt: Sluit de primaire explosie uit Leidt de blast van een mogelijke primaire explosie zoveel mogelijk af naar een veilige plaats (indien mogelijk) Breng de plaats en richting van de blast in kaart en zorg voor een regiem van schoon huishouden binnen het invloedsgebied
De veilige dikte van overige stoflagen wordt met name bepaald door de risico’s op het ontstaan van brand Voor iedere situatie zal een gedegen risico analyse moeten worden opgesteld!
Vragen?
[email protected] [email protected] [email protected]
