Kan mitt damm/pulver explodera?

Transkript

1 Kan mitt damm/pulver explodera? ATEX och Brand Seminariet 22 maj 2013 Kees van Wingerden GexCon AS

2 Hvorfor gjennomføre tester? Hensikten er å beskrive eksplosjonsegenskapene til det aktuelle støv. Hvor lett antenner støvet? Hvor sterk vil en eksplosjon bli? Dette danner viktig grunnlag for risikoanalyse. 2 2

3 Kjemiske og fysiske egenskaper Helt avgjørende for eksplosjons egenskapene Kjemisk sammensetning inklusiv fuktighetsinnhold. Gassens eller atmosfærens sammensetning, initialtrykk og initialtemperatur. Partikkelstørrelsesfordeling for dispergert støv. Dispergeringsgrad (effektiv partikkelstørrelse og spesifikk overflate). Støvkonsentrasjon. Initiell turbulens. 3 3

4 Hvilke støv bør testes? Støvet slik det finnes i anlegget? Det verst tenkelige støv som kan forekomme (i anlegget)? Skal vi teste i henhold til standard prosedyre? 4 4

5 Pulver som råstoff eller produkt Pulver slik det forekommer i prosessen vil ofte IKKE være eksplosivt. Kan skyldes partikkelstørrelsesfordeling og fuktighetsinnhold (grovt og fuktig pulver). men husk. Ethvert partikulært materiale vil produsere fint støv som følge av håndtering. Fine støvpartikler vil kunne akkumuleres over tid og gi grunnlag for kraftige eksplosjoner 5 5

6 Verst tenkelig støv??? Vanligvis tørt støv finere enn 63 mikron. Vil kanskje aldri forekomme i prosessanlegget. Resultater fra tester vil bli for konservative. Vil kunne føre til unødvendige sikkerhetstiltak som følge av at den estimerte risiko blir for høy. 6 6

7 Standard test metoder Behov for internasjonale standard tester. Resultater danner grunnlag for risikoanalyse, sikkerhetsvurderinger og sammenligninger av eksplosjonsfare. 7 7

8 Partikkelstørrelsesfordeling og fuktighetsinnhold Ofte helt avgjørende for eksplosjonsegenskapene Et grovt støv er ofte IKKE eksplosivt mens finfraksjonen kan gi svært kraftige eksplosjoner, ref. melis og sukker. Fuktighetsinnhold er også svært viktig, - fuktighetsinnholdet påvirker innholdet av brennbart materiale og bidrar til å redusere dannelse av finpartikler (ref. potetmel, tørt og fuktig). 8 8

9 Standard test metoder Støv som skal testes bør siktes gjennom 63 mikron sikt og tørkes før testing. I praksis er det fraksjonen <63 mikron som akkumuleres. men.. De nye standardene åpner for testing av støv slik det forekommer. 9 9

10 Innledende tester Kan støvet gi opphav til støveksplosjoner? Tester gjennomføres i 20 liters beholder med 2 kjoule kjemisk tenner. Dersom støvet lar seg antenne bør ytterligere tester gjennomføres. HVILKE? Test gjennomføres iht VDI-2263, Part 1 Dust Fires and Dust Explosions, Test methods for the determination of the Safety Characteristic of Dust,

11 Videre tester. Avhenger av den aktuelle situasjon. Tester må være relevante for den aktuelle situasjon Bestemmelse av ANTENNELSESEGENSKAPER (MIE og MIT) samt EKSPLOSJONSTRYKKUTVIKLING (K St - verdi) danner ofte basis for risiko analyse. Tester baseres på VDI 2263 eller nyere europeiske standarder (f. eks. EN13821, MIE)

12 Eksplosjonstrykkutvikling, 1 kubikkmetersbomben, the standard. Volum, 1 m 3. Dispergerings system Hurtig åpnende ventil 2 x 5 kjoule pyroteknisk tennkilde Data innsamling og kontrollsystem 12 12

13 Eksplosjonstrykkutvikling, laboratorietest, 20 liter bomben EN Determination of explosion characteristics of dust clouds - Part 1: Determination of the maximum explosion pressure pmax of dust clouds and DRAFT EN Determination of explosion characteristics of dust clouds Part 2: Determination of the maximum rate explosion pressure rise (dp/dt)max of dust clouds Volum 20 liter Dispergeringskammer 0.6 liter Hurtigåpnende ventil 2 x 5 kjoule pyroteknisk tenner Data innsamling og kontrollsystem 13 13

14 20 liters bomben, laboratoriestandard Maksimalt eksplosjonstrykk og trykkstigningshastighet som funksjon av konsentrasjon Typisk trykk tids forløp 14

15 ATEX och Brand Seminaret 22 maj 2013 K st -verdi Kubikkloven: K St = (dp/dt) max * V 1/3 0 < K St < 200 bar*m/s Klasse < K St < 300 bar*m/s Klasse 2 K St > 300 bar*m/s Klasse

16 ATEX och Brand Seminaret 22 maj Relativ størrelse støveksplosjonsgruppene St 1 St 2 St 3 Det finnes mange flere støv som klassifiseres som St 1 støv enn St 2 og St 3 16

17 ATEX och Brand Seminaret 22 maj 2013 Praktisk anvendelse Utgangspunkt for Beregning av trykkavlastningsareal Risikoanalyse (hvor kraftig blir en eksplosjon?) 17 17

18 Effekt av partikkelstørrelse på max. eksplosjonstrykk og trykkstigningshastighet (i 1 m 3 beholder) 18 18

19 19 Effekt av initialtrykk på max. eksplosjonstrykk 19

20 ATEX och Brand Seminaret 22 maj 2013 Laveste eksplosive støvkonsentrasjon Testen gjennomføres i 20 liters bomben EN Determination of explosion characteristics of dust clouds - Part 3: Determination of the lower explosion limit LEL of dust clouds. 2 kjoule pyroteknisk tennkilde benyttes. Tester gjennomføres ved gradvis å redusere støvkonsentrasjon inntil tenning IKKE skjer

21 Typiske verdier, praktisk anvendelse MEC vanligvis i området fra 10 to 100 g/m 3 Vanskelig å kontrollere støvkonsentrasjon i praksis, - kan imidlertid benyttes i forbindelse med spray tørker og elektrostatisk pulverlakkering Tallverdi i HMS datablad SIKKERHETSTILTAK: Godt renhold!!! 21 21

22 Maksimalt tillatte oksygeninnhold for inertisering Tester gjennomføres i 20 liters bomben EN Determination of explosion characteristics of dust clouds - Part 4: Determination of the limiting oxygen concentration LOC of dust clouds. 2 kjoule pyroteknisk tennkilde benyttes Tester gjennomføres ved gradvis å redusere oksygeninnholdet inntil antennelse IKKE skjer. Nitrogen, karbon dioksid (og andre inert gasser kan benyttes)

23 Typiske verdier, praktisk anvendelse LOC, typisk verdi fra 10 til 14% Grunnlag for inertisering og delvis inertisering Støv Partikkel størrelse, [my] Maksimalt tillatte oksygeninnhold Kull Lignin Metylcellulose Trestøv Maisstivelse 17 9 Paraformaldehyd 23 6 Aluminium

24 Laveste tennenergi Test gjennomføres i det åpne Hartman røret EN Potentially explosive atmosoheres Explosion prevention and protection Determination of minimum ignition energy of dust/air mixtures Dispergert støvsky antennes av gnist med kjent energiinnhold. 10 repetisjoner gjennomføres for hver gnistenergi inntil tenning ikke forekommer

25 Typiske verdier, praktisk anvendelse MIE varierer fra noen få millijoule til mange Joules (kilojoules) Lave verdier viser at støvet er svært lett å antenne og spesielle sikkerhetstiltak må iverksettes for å hindre dannelse av enhver tennkilde, inkludert visse typer elektrostatiske utladninger og mekanisk produserte tennkilder. Høye verdier viser at støvsky ikke vil antenne med mindre den blir eksponert til kraftige tennkilder VIKTIG GRUNNLAG FOR RISIKOANALYSE 25 25

26 26 Effekt av temperatur på laveste tennenergi 26

27 27 Effekt av fuktighet på laveste tennenergi 27

28 Antennelsestest for støvlag VDI 2263 Test methods for the determination of the safety characteristics of dust, Burning behaviour 28 28

29 Klassifisering Reaksjonsforløp Ingen brann, ingen antennelse Kortvarig forbrenning, hurtig slokking Lokal forbrenning eller glødebrann, ingen eller svært begrenset forplantning Spredning av glødebrann eller langsom flammefri dekomponering Spredning med åpen flamme Svært hurtig forbrenning med flammeutvikling, eller hurtig flammefri dekomponering Klasse

30 Laveste tenntemperatur for støvlag The hot plate test EN : Part 2-1: Test methods: Methods for determining the minimum ignition temperatures of dust. 5 mm og 15 mm tykkelse Tenntemperatur avhenger av tykkelse på støvlag 30 30

31 Typiske verdier, praktisk anvendelse Antennelse ved typisk 200 til 400 grader. Maksimalt tillatte overflatetemperatur på utstyr Tenntemperatur avtar ved økende tykkelse på støvlag 31 31

32 Laveste tenntemperatur for dispergert støvsky (I) Godbert-Greenwald ovnen. EN : Part 2-1: Test methods: Methods for determining the minimum ignition temperatures of dust 32 32

33 Typiske verdier, praktisk anvendelse Antennelse ved typisk 200 til1000 grader Maksimalt tillatte temperatur av elektrisk utstyr 33 33

34 Bestemmelse av selvantennelsestemperatur for akkumulert støv. Varmlagringsovn EN Determination of the spontaneous ignition behaviour of dust accumulations 34 34

35 Typiske verdier, praktisk anvendelse Antennelse i området fra <100 til 500 grader Maksimalt tillate temperatur på utstyr Maksimal lagringstemperatur (ved lengre tids lagring) Tenntemperatur avtar ved økende volum på akkumulert støv 35 35

36 Ekstrapolering til store volumer Bestemmelse av laveste tenntemperatur for store volumer, for eksempel en silo. 100 m 3 1/K = 0,0032 T = 40 o C 1/K = 0,0025 T = 127 o C 36 36

37 Induksjonstid tid Bestemmelse av tid til antennelse for store volumer 100 m h 14,5 dager 37 37

38 ATEX och Brand Seminaret 22 maj