Stof buiten de omhulling: wanneer in control? Hoe bepaal je de risico’s, welke stoflaagdikte is nog ‘aanvaardbaar’?
Rolf van Dijk Hoger Veiligheidskundige, Process Safety & ATEX Specialist Tata Steel IJmuiden
Waar ging het mis: Imperial Sugar
2
Kan dat ook bij Tata gebeuren? Fijn stof buiten stofomhulling (binnen gebouwen) • • • • •
Kolenstof Kooksstof Grafietstof Aluminiumpoeder Houtstof etc.
Volgens MSDS / labtesten brandbaar: maatregelen m.b.t. explosieveiligheid nodig Stofexplosies binnen stofomhulling/installaties (met schade buiten installaties): • aluminiumpoeder (DSF) • kolenpoeder (KMG HOO)
Situatieschets Bij Tata geen incidenten met stofexplosies buiten stofomhulling/installatie bekend Huidige bronmaatregelen uit EVD’s m.b.t. stof buiten stofomhulling (binnen gebouwen) gericht op: • Voorkom vrijkomen (dichte installatie) • Gerichte afzuiging (bij potentiële bronnen) • Schoon huishouden gevaarlijke dikte van stoflaag voorkomen
En nóg lukt het niet overal al het stof voldoende te beheersen (schoon huishouden < 0,1 mm)
Te beantwoorden vragen Hoe schoon is ‘schoon’? Is brandbaar fijnstof per definitie altijd gevaarlijk m.b.t. explosieveiligheid buiten stofomhulling? Welke omstandigheden bepalen het risico van aanwezigheid van stoflagen? Hoe veilig is ons schoonmaakregiem van industrieel reinigen? Kan ons regiem ook op een veilige manier efficiënter? Dus: •veilige stoflaagdikte voor gebieden bij Tata Steel zelf definiëren •uitdaging: is (voor zover na te gaan) nog nergens anders gedaan!
Enkele definities ‘verwaarloosbaar niveau van stoflaag’: Nederland: NPR 7910-2 (stof): ‘generieke’ veilige laagdikte max. 0,1 mm NFPA-654: kleur van de vloer juist te onderscheiden onder de stoflaag
‘veilige laagdikte’: NEN-EN-IEC-60079-10-2: veilige laagdikte zelf definiëren (§8.2) NFPA-654: bij dikte tot 1/32 inch (0,8 mm) geen classificatie van bestaand elektrisch materieel nodig, omhulling moet wel stofdicht (IP)
Afbakening •Stoflagen •Fijn stof •Brandbaar •Buiten de stofomhulling (installatie) •Binnen gebouwen
voorwaarden stofexplosie
8
Explosie Brand Acceleratie van (als Opsluiten katalyserend Stof/luchtmengsel effect)
9
Voldoende stof aanwezig om in een groter gebied > LEL te komen →Kolenstof: stoflaag 0,2 mm voldoende om op 1 m hoogte > LEL (LEL = 250 g/m3, ρ = 1,3 g/cm3) →Of gehele inhoud van de ruimte (hoogte)? Turbulente menging nodig om vlamfront snel genoeg door gehele mengsel te laten gaan Korrelgrootteverdeling heeft o.a. invloed op ‘gevoeligheid’ voor dispersie: kleinere stofdeeltjes gevoeliger voor dispersie en betere ontbranding Van stoflaag op grond naar turbulente dispersie→aanvullende energiebron nodig (bijv. initiële explosie of krachtige luchtstoot)
Gevoeligheid voor dispersie te testen?
Geschiedenis: 1e testopstelling brandbaarheid: melkpoeder Melkpoeder: LEL 60 g/m3 MIE > 30 mJ MIT 450 °C ST 320 °C Kst 90 bar m/s (St 1)
1e testopstelling brandbaarheid kolenstof Kolenstof: LEL 60 g/m3 MIE 300 mJ MIT 430 °C ST 230 °C Kst 122 bar m/s (St 1)
Kolenstof
11
1e testopstelling brandbaarheid: kooksstof Kooksstof: LEL 80 g/m3 MIE > 1000 mJ MIT >700 °C ST >450 °C Kst 53 bar m/s (St 1)
Kooksstof
12
1e testopstelling brandbaarheid: aluminiumpoeder (niet geoxideerd) Aluminiumpoeder: LEL 60 g/m3 MIE 1- 300 mJ MIT 560 °C ST 360 °C Kst 415 bar m/s (St 3)
13
Wat zien we?
14
Ondanks relatief gelijke parameters zoals LEL, MIE, MIT, Kst-waarde (in lab bepaald) zijn brandeigenschappen verschillend Parameters t.b.v. de explosieve eigenschappen van stofwolk kunnen niet 1 op 1 worden vertaald naar risico’s van stoflaag Andere eigenschappen dan dispersie die wellicht meer maatgevend zijn voor risico’s Dus: In hoeverre zijn de explosierisico’s op het MSDS relevant voor de risico’s van de stoflaag?
15
Opsluiten van stof/luchtmengsel
Om brand/flashfire over te laten gaan in explosie is drukverhoging nodig Hiervoor moet brandbare mengsel van stof en lucht (dat wordt ontstoken) opgesloten zijn Opsluiting zorgt voor grote drukverhoging, draagt weer bij aan verdere explosie (temperatuurverhoging door adiabatische compressie) • ΔP→ ΔT → >MIT → explosie
16
Opsluiten van stof/luchtmengsel
Voorzichtige conclusie: Wanneer stof niet opgesloten is kan misschien wel brand ontstaan, maar zal niet in alle gevallen een flashfire/explosie optreden na opwerveling Vraag: Wanneer is er sprake van het ‘opsluiten van stof’?
Snelheid branduitbreiding bepaalt risico’s smeulen
Geen ontploffing Uitbreiding van brand via convectie / warmtestraling, niet alles ontbrandt tegelijkertijd
brand
deflagratie
detonatie
Mate van opsluiting
Mate van drukopbouw
flashfire
Ontploffing Wolkbrand, uitbreiding van brand (subsonisch) door gehele mengsel via warmtestraling naar volgend deeltje; geen drukopbouw Ontploffing Uitbreiding van brand (subsonisch) door gehele mengsel via warmtestraling naar volgend deeltje; drukopbouw Verbranding supersonisch door gehele mengsel via schokgolf
17
Dus: wanneer geeft een stoflaag een risico van explosie?
18
wanneer deze kan worden opgewerveld én
de stoflaag moet voldoende dik zijn (concentratie > LFL/MEC)
op het moment van ontsteking (nog) turbulent gemengd is én
stuifgevoeligheid (stuifgetal/korrelgrootteverdeling)
er genoeg ontstekingsenergie aanwezig is MIE, MIT én de plaats van opwerveling + ontsteking voldoende omsloten is
omsloten ruimte
Zonder omsluiting is altijd risico van flashfire/brand aanwezig (grootste risico overlijden a.g.v. inademen hete rookgassen) Overige parameters: vochtgehalte, specifieke vorm/oppervlakte, agglomeratie, korrelgrootteverdeling in wolk, verdeling van initiële opwerveling, etc.
Uitvoeren labtesten LEL MIE MIT (gemodificeerd) Hartmannapparaat of 20 liter bol Pmax Kst ST5 Aanvullend t.b.v. bepalen gevaarzetting stoflaag: Zoveel opwervelen dat ik het materiaal in brand kan krijgen? •Stuifgetal / korrelgrootteverdeling •Vochtgehalte / ‘plakkerigheid’
19
Hoe breng ik de risico’s van een stoflaag in kaart Brandbaar?
Opwerveling?
Ontsteking?
Is de stof brandbaar Hoe reactief zijn de brandverschijnselen Onder welke omstandigheden brandbaar / explosief mengsel (voldoende opwervelen mogelijk?) Hoe gemakkelijk ontsteekt de stof na opwerveling Uitvoeren van proeven Brandtesten ‘in het veld’ (geen opsluiting)
(brand)reactiviteit: hoe gevoelig is verzameld stof voor ontbranding Niet Vervangen lab parameters (LEL, MIE, MIT, ST5, Kst) Wel Quick scan van reactiviteit stof op/in verschillende plaatsen1) en omstandigheden2) buiten stofomhulling in de praktijk 1) Deeltjesgrootte wordt gedurende het proces
steeds kleiner (slijtage) 2) Invloed van vocht (bijv. grotere agglomeratie) of menging met ander materiaal
Testopstelling
valproef blaasproef stoflaagproef Te zien als quick scan Later differentiatie Beeld van reactiviteit in praktijk, verschillende omstandigheden Voorlichtingsmateriaal
Introductie NGSL
23
niet gevaarlijke stoflaag Indeling zonering stof: 20 → 21 → 22 → NGSL → geen zone explosiegevaar → brandgevaar → niet brandbaar binnen omhulling → buiten omhulling → buiten omhulling Voorwaarde: insluiting of primaire explosie is uitgesloten
Acceptabele dikte stoflaag (buiten stofomhulling/installatie) relateren aan brandrisico (smeulen of brand; zonder propagatie) Laagdikte maximaal 0,1 mm in veruit meeste gevallen niet relevant!
PAS OP: gevolgen van secundaire explosies Grotere laagdikte leidt tot grotere risico’s Wat initieert explosieve verbranding van aanwezige stoflaag? Uit geschiedenis blijkt dat met name een primaire explosies een secundaire explosie (van een stoflaag) kan veroorzaken Primaire explosie a.g.v. falen procesveiligheid: • Stof/gas/damp in de installaties • Gas/damp buiten de installaties
24
secundaire explosie initiële initiële explosie explosie
stofwolk
drukgolf acceleratie stoflaag
LoD’s uit de normen geven onvoldoende houvast Oplossing: definieer extra een zone 22 IE
Indeling zonering stoflaag buiten stofomhulling: zone 22 IE → NGSL → geen zone, mits….
Extra LOD: zone 22 IE; gevoelig voor een secondaire brand / (of zelfs) explosie ‘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’
zone 22 IE; gebied gevoelig voor secondaire brand / (of zelfs) explosie →in praktijk dus voetafdruk zichtbaar
→behandelen als AG (aanpak ontstekingsbronnen is schijnveiligheid, altijd
Zone 22 IE
28
smeulen
Geen ontploffing Het smeulen of de brand kan fungeren als ontstekingsbron nog opwerveling van stof nodig
brand
deflagratie detonatie Zone 22 IE
Mate van opsluiting
Mate van drukopbouw
flashfire
Ontploffing De drukgolf (steekvlam) zorgt voor opwerveling secundaire explosie
Zone 22 IE: bufferzone; vergelijkbaar met een brandgang in het bos
• Zone 22 IE: Gebieden binnen invloedsgebied van steekvlam schoonmaken (< 0,1 mm) • NGSL: dikte van stoflaag afstemmen op risico’s van brand → risico van opwerveling moet zijn voorkomen, anders zone 22
buiten de omhulling, binnen het gebouw stofwolk
stoflaag
opwerveling van de stoflaag
< LEL
dikte van de stoflaag verwaarloosbaar < 0,1 mm
< LEL
Uitgangspunten
Binnen de omhulling procesveiligheid stofwolk
> LEL explosiegevaar
> LEL flashfire/explosie gevaar
dikte van de stoflaag niet verwaarloosbaar
geen opwerveling van de stoflaag toegestaan
zone 20 zone 21 zone 22
> max. vuurlast brandgevaar > 0,1 mm gevaar secundaire explosies NGSL zone 22 IE
> LEL flashfire/explosie gevaar
Mogelijke zones
gevaarlijk gebied
• Zone 20, 21, 22: kijk naar risico explosie binnen de omhulling en bij overstorten (procesveiligheid) → op basis daarvan kans op steekvlam (initiële explosie)
Gebied
< LEL inert gas
niet gevaarlijk gebied NGG)
Stroomschema GG/NGG
Installatie
zone 20 zone 21 zone 22
ontstekingsbronnen te voorkomen
NGSL
overdruk/explosieontlasting aanwezig
NGSL zone 22
geen externe factoren aanwezig die voor een opwerveling kunnen zorgen (openen van deuren, drukhoudende onderdelen, etc. )
zone 22 IE
uitstroom naar veilig gebied
opwerveling door externe factoren wordt voorkomen door het treffen van maatregelen
explosieonderdrukking aanwezig
rekening houden met opwerveling door drukstoot: indeling in zone 22
zone 22 IE
geen sprake van een zone, geen aanpak van ontstekingsbronnen nodig indeling in zone, dus schoonmaakregiem evt. i.c.m. aanpak ontstekingsbronnen aanpak van ontstekingsbronnen is niet zinvol, strikt schoonmaakregiem zodat concentraties < LEL = ja = nee
• Zone 20, 21, 22 = voorkom ontstekingsbronnen • NGG, NGSL en 22 IE = aanpak ontstekingsbronnen niet nodig of niet zinvol
Volgorde in maatregelen belangrijk Start met binnenzijde stofomhulling/installatie ↓ Zorg dat het mengsel niet brandbaar is (bevochtigen, mengen met niet-brandbaar stof) ↓ Inertiseren (bijv. stikstof) ↓ Voorkom ontstekingsbronnen ↓ Onderdruk explosie of leidt steekvlam / overdruk af naar veilig gebied (buiten)
Sluit primaire explosie uit
Leid steekvlam af buiten werkplek
In eerste instantie bij Risico-Inventarisatie / maatregelen focus leggen op binnenzijde installatie = procesveiligheid
Volgorde in maatregelen belangrijk Vervolgens buiten stofomhulling / installatie ↓ Voorkom vrijkomen van stof Voorkom (ophoping ↓ Voorkom verspreiding van stof van) stof buiten ↓ Voorkom ophoping van stof (vlakke omhulling soms al oppervlakken, constructiedelen, i.v.m. hygiëne kabelgoten, etc.) ↓ Voorkom opwerveling van stof (bijv. a.g.v. drukstoot uit de installatie) ↓ Schoon huishouden Voorkom brandbare stofwolk ↓ Fixeren (nat maken) ↓ Inertiseren (mengen met nietbrandbaar stof) Voorkom het actief worden van ontstekingsbronnen = zoneren
Waar staat dat ik mag ‘afwijken’? NPR 7910-2: 2009 §1.1: (zoneringsrichtlijn) ‘Deze praktijkrichtlijn …. geeft daartoe een gemakkelijk uitvoerbare methode die is gebaseerd op een aantal aannamen die een sterke vereenvoudiging inhouden van in werkelijkheid veelal zeer gecompliceerde situaties. Door het in die aannamen inbouwen van aanzienlijke veiligheidsmarges is ervoor gezorgd dat het eindresultaat een voldoende mate van veiligheid waarborgt. In situaties waarin de vereenvoudigende aannamen niet verantwoord zijn of de verkregen resultaten tot onaanvaardbare consequenties zouden leiden behoort op andere wijze, bijv. door het uitvoeren van op de specifieke situatie toegesneden proeven en berekeningen, een voldoende mate van veiligheid te worden gewaarborgd.’
Hoe bepaal ik de gevaren Brandbaar?
33
Bepaal brandbaarheid/reactiviteit van de stof brandgetal (BZ) glimtemperatuur (ST 5mm)
Opwerveling?
Bepaal of stof lang genoeg kan worden opgewerveld om te worden ontstoken LEL / blaasproef / stoflaagproef / valproef stuifgetal turbulentie (bijv. a.g.v. openen deur, losschieten slang, etc.)
Ontsteking?
Bepaal of er ontstekingsbronnen aanwezig zijn met voldoende energie-inhoud om het stof/luchtmengsel te ontsteken MIT MIE blaasproef / stoflaagproef / valproef
Reactiviteit?
Nagaan verschillen in parameters binnen/buiten installatie Hoe heftig reageert stof wanneer ontsteken lukt Kst blaasproef / stoflaagproef / valproef
Voorbeelden proefopstelling
Voorbeeld valproef: filterstof
Voorbeeld blaastest: filterstof
Voorbeeld stoflaagproef: houtmeel 7 mm
Parameters risico stof Binnen omhulling / installatie (procesveiligheid)
Buiten stofomhulling
Brand
Steekvlam
Explosie
Branden van stoflaag
Branden van opgewerveld stof
Explosie van opgewerveld stof
ST 5mm
‘valproef’ = storten ‘stoflaagproef‘ = stof van leiding ‘blaasproef’ = opwerveling
LEL/UEL MIT/MIE Kst
BZ brandgetal (BZ1 t/m BZ6)
Glimmen Smeulen
REL brandreactiviteit (REL1 t/m REL6)
Flashfire Deflagratie Detonatie
Conclusies Vraag 1: Hoe bepaal je de risico’s van een stoflaag? Gebruik MSDS voor de grote lijnen • Wanneer MSDS niet brandbaar aangeeft dan mag je daar in principe van uitgaan
Bij twijfel (en indien relevant): test brandreactiviteit • REL-waarde geeft classificatie m.b.t. gevoeligheid ontsteking buiten omhulling (1 t/m 6) • REL-waarde ook te bepalen voor verschillende (typen van) ontstekingsbronnen, bijv. t.b.v. maatregelen heet-werk vergunning
Conclusies Vraag 2: Welke stoflaagdikte (brandbaar stof) is aanvaardbaar? Met name bepaald door (kans op) opwerveling • Zone 22 IE bij risico van initiële explosie < 0,1 mm • NGSL geen opwerveling (qua omgeving niet mogelijk of o.a. onderhoud drukhoudende delen) • Dikte van stoflaag afstemmen op brandlast (bijv. 5 kg EV/m2) • Bijv. kolenstof 2 mm, kooksstof 4 mm
• NGG/ zone 22 / zone 21 opwerveling kan niet worden voorkomen • volg schoonmaakregiem NPR 7910-2
Anders kijken: oude wijn in nieuwe zakken? Geen wetenschappelijk onderzoek Kijken wat er gebeurt in de praktijk • Wat willen/moeten we weten voor juiste risico inschatting • Is vaak al uitgezocht! • Bestaande kennis in nieuw perspectief • Oude ideeën en concepten als basis voor innovatie
Nu praktijktesten ‘protocolleren’
Vragen?
