• Bewerking
  • Verpakking
  • Transport
  • Componenten
  • Opslag
  • Diensten
  • Besturing

D&F Consulting B.V.

Beheersing van het explosierisico in een sproeidroogtoren

dinsdag, 21 juli 2015

Large_beheersing-van-het-explosierisico-in-een-sproeidroogtoren

Deze maand staat in het teken van drogen, verwarmen en koelen bij BulkOnline. Een droogproces dat veelvuldig in de voedselindustrie voorkomt betreft het sproei-drogen. Dit proces heeft plaats in een toren waarbij aan de bovenzijde een vloeistofstroom wordt verneveld of verstoven. Door de hierbij ontstane druppels met een luchtstroom van hoge capaciteit in contact te brengen verdampt de vloeistof en slaat poeder op de bodem van de toren neer.

Sproeidrogen is een proces dat op verschillende wijzen en in verschillende soorten en maten kan worden uitgevoerd. Maar vrijwel altijd ontstaan er brandbare poeders en dient rekening te worden gehouden met explosieve atmosferen die zowel binnen als buiten de toren kunnen optreden.


Gevarenzone-indeling

De kans dat explosieve atmosferen aanwezig kunnen zijn en de tijd die dit voortduurt wordt weergegeven door de gevarenzone-indeling van de toren. Een gevarenzone is bedoeld om voldoende en de juiste maatregelen te kunnen nemen om een explosie te voorkomen. Zo mogen de ingrediënten van de branddriehoek (zuurstof, brandstof en een ontstekingsbron) niet gelijktijdig, in de juiste concentratie of met voldoende energie aanwezig zijn. Deze situatie kan immers leiden tot een verbrandingsreactie, c.q. een explosie.

Explosieve atmosferen worden (voor poeders) ingedeeld in een gevarenzone 20, 21, 22 of niet gevaarlijk gebied, waarbij explosieve atmosferen:

  • in een zone 20, voortdurend zijn te verwachten (> 10% van de bedrijfstijd);
  • in een zone 21, bij normaal bedrijf af en toe zijn te verwachten (>0,1% <10% van de bedrijfstijd);
  • in een zone 22, bij normaal bedrijf niet zijn te verwachten maar niet geheel kunnen worden uitgesloten (<0,1% van de bedrijfstijd).


In het niet-gevaarlijke gebied zijn geen gevaarlijke explosieve atmosferen te verwachten maar dan zal er wel aan een aantal voorwaarden moeten worden voldaan. Bijvoorbeeld het tijdig opruimen van stoflagen of voorkomen dat de installatie gedurende proces kan worden geopend. Op het niet-gevaarlijke gebied zijn dus evengoed maatregelen van toepassing ter voorkoming van een explosie.

Voorbeeld van een zone-indeling voor een sproeidrooginstallatie met fluïdbed en filterkast. Afkomstig uit VDI 2263 7.1.

Om de juiste maatregelen ter voorkoming van een explosie te kunnen nemen moeten de

fysische- en chemische eigenschappen van het geproduceerde poeder (of poeders) worden vastgesteld. Dit moet worden gedaan onder condities die overeenkomen met het droogproces omdat er anders met invalide data wordt gewerkt. Zo kan de minimale ontsteekenergie en onderste explosiegrens van een poeder sterk afnemen bij een toename in omgevingstemperatuur.

De gevarenzone-indeling richt zich eerst op het inwendige van de toren. Deze wordt ingedeeld als een zone 20. Tegen dit standpunt kan worden ingebracht dat het grootste gedeelte van de toren gedurende het proces ‘nat’ is en dat er geen atmosferische condities heersen. Echter, omdat er geen fysieke scheiding tussen het natte en droge gedeelte van het proces bestaat wordt er uitgegaan van een zone 20 die zich uitstrekt over het gehele inwendige van de toren.

Voor de uitwendige zoneringen dienen de punten van waaruit poeder uit de toren naar buiten kan komen of waar contact met het inwendige van de toren mogelijk is te worden beschouwd. Dit worden gevarenbronnen genoemd. Hierbij valt te denken aan mangaten, manchetten en breekplaten. Ook stoflagen die zich buiten de toren kunnen vormen worden beschouwd als gevarenbron. Deze bouwen zich naar verloop van tijd op door het afzetten van zwevend stof en kunnen bij voldoende luchtbeweging stofwolken vormen.

Een mangat op een toren


Ontstekingsbronnen

Zodra de gevarenzones zijn vastgesteld moet worden onderzocht welke potentiele ontstekingsbronnen aanwezig zijn. Hiermee wordt bedoeld dat de bron voldoende energie of temperatuur kan afgegeven om een oxidatiereactie te starten. Ook moet rekening worden gehouden met ontstekingsbronnen die gedurende onderhoud of storingen kunnen optreden. Zo kan een lasser smeulnesten veroorzaken of kan er gedurende onderhoud gereedschap in de toren achterblijven. Bij storingen kan meet-®elapparatuur invalide waarde registreren waardoor de temperatuur van de inlaatlucht oploopt en de smeul- of de minimale ontstekingstemperatuur van het poeder overschrijdt.

Veelvoorkomende ontstekingsbronnen bij sproeidroogtorens zijn:

  • hete oppervlakken;
  • vlammen (open vuur);
  • ontledingsprocessen, zelfontbranding;
  • mechanische- of lasvonken;
  • elektrische installaties en materieel;
  • statische elektriciteit.


De mate waarin maatregelen tegen ontstekingsbronnen moeten worden genomen is afhankelijk van de aard van het poeder en de klasse van de gevarenzone. Het spreekt voor zich dat er verdergaande maatregelen zijn vereist als een poeder makkelijk kan ontsteken of als de explosieve atmosfeer vaker aanwezig is.


Smeulnesten

Een veel voorkomende ontstekingsbron is het ‘smeulen’ van poeder. Bij smeulen is er sprake van een verbranding waarbij geen vlammen optreden. De smeultemperatuur van een poeder wordt vastgesteld bij een laagdikte van 5 mm en neemt significant af bij toename van de laagdikte. Als vuistregel geldt dat een toename van 1 mm laagdikte een afname van 5 ˚C op de smeultemperatuur veroorzaakt! Stoflagen moeten daarom zoveel mogelijk worden voorkomen, enkele mogelijkheden hiertoe zijn:

  • beheersing van het sproeibeeld van de ingaande vloeistofstroom;
  • bewaking van de inlaattemperatuur van de luchtstroom;
  • bewaking van het stromingsbeeld van de luchtstroom;
  • bewaking van CO-concentratie in uitgaande luchtstroom;
  • voorkomen van stoflagen door pneumatische klophamers;
  • voorkomen van stoflagen door luchtmessen ‘airsweeps’;
  • voorkomen van stoflagen door een bodemruimer/collector;
  • ‘heet-werk’ alleen bij een gereinigde toren en onder werkvergunning uitvoeren;
  • de toren regelmatig te reinigen (bijv. cleaning in place (CIP));
  • vrijkomend stof zo snel mogelijk op te ruimen.


Een bodemruimer in een droogtoren


Statische elektriciteit

Statische elektriciteit kan opbouwen over geïsoleerde geleidende delen en zo vonkontladingen veroorzaken. Dit probleem kan grotendeels worden voorkomen door potentiaalverschillen te vereffenen en door installatiedelen door te verbinden naar aarde. Het is meestal voldoende als de weerstand naar aarde nergens hoger is dan 10 6Ω.

Om opbouw van statische elektriciteit door flexibele delen (zoals: manchetten of slangen) te voorkomen kunnen deze uitgevoerd worden met metalen spiralen waarmee de installatie wordt doorverbonden (zie onderstaande afbeelding). Ook kunnen geleidende varianten worden toegepast. Hierdoor kan er geen gevaarlijke hoeveelheid lading opgebouwd worden in het systeem.

Voorbeeld van een juist en foutief doorverbonden slang. Afkomstig uit BGR 132.

Het is overigens overbodig om over iedere verbinding in de installatie een aardkabel of –litze aan te brengen. Installatiedelen zijn meestal metallisch doorverbonden en de opbouw van lading wordt direct afgevoerd naar aarde. Het is hierbij wel van belang om de weerstand te verifiëren met metingen en om dit periodiek te controleren. Verbindingen kunnen immers losraken of verslechteren.


Het explosierisico reduceren

Als er een explosierisico bestaat moet deze worden voorkomen of tot acceptabel niveau worden verlaagd. De volgorde van maatregelen is vastgelegd in het Arbeidsomstandighedenbesluit en wordt de ‘Arbeidshygiënische strategie’ genoemd, deze betreft:

  • explosieve atmosferen voorkomen;
  • ontsteking voorkomen, waarbij rekening wordt gehouden met elektrostatische lading;
  • gevolgen beperken, waarbij rekening wordt gehouden met uitbreiding van een explosie.



Explosieve atmosferen voorkomen

Een explosieve atmosfeer kan worden voorkomen door de zuurstof of brandstof weg te nemen of buiten bepaalde grenzen te houden. Een van de manieren waarop dit kan worden gerealiseerd is door te inertiseren. Hierbij wordt de zuurstofconcentratie in de toren verlaagd door een non-reactief medium zoals een rookgas, koolstofdioxide, argon of stikstof in te brengen. Deze oplossing is duur en introduceert nieuwe risico’s zoals verstikkingsgevaar. Een ander aspect is dat de beschikbaarheid van het inerte medium moet zijn gewaarborgd. Hiervoor moet veelal het gehele proces en de installatie worden herzien.



Ontsteking voorkomen

Door ontstekingsbronnen weg te nemen of te beperken kan worden voorkomen dat de explosieve atmosfeer tot ontbranding wordt gebracht. Hiervoor wordt in explosieveilige arbeidsmiddelen en –componenten voorzien en vinden werkzaamheden aan de toren alleen plaats door opgeleid personeel of onder werkvergunning. Het voorkomen van ontstekingsbronnen is veelal de meest praktische oplossing om tot een veilige situatie te komen.


Gevolgen beperken

Omdat een explosie in een sproeidroogtoren niet helemaal is uit te sluiten moeten er aanvullend effectbeperkende maatregelen worden genomen. Deze maatregelen zijn veelal kostbaar en vereisen een diepgaande kennis van het ontwerp en bedrijf van de toren.

Enkele voorbeelden van effect beperkende maatregelen zijn:

  • drukontlasting naar een veilige locatie door breekplaten aan te brengen;
  • chemische of mechanische ontkoppeling van installatiedelen bij een explosie;
  • explosieonderdrukking door het inbrengen van een inert medium bij detectie van verhoogde druk;
  • de installatie zodanig uitvoeren dat hij een inwendige explosie kan weerstaan;
  • een combinatie van bovengenoemde maatregelen.


Slot

Het beoordelen van de explosierisico’s van een bestaande of nieuwe sproeidroogtoren is geen eenvoudige taak. Het proces en ontwerp van de toren dienen nauwkeurig in kaart te worden gebracht waarbij op gestructureerde wijze de risico’s worden beoordeeld. Ook zal in dit traject moeten worden gekeken naar de wijze van luchtverwarming. De meeste torens zijn uitgerust met een indirecte aardgasbrander, maar oudere torens worden veelal direct gestookt.

De consultants van D&F Consulting hebben een diepgaande kennis en ervaring met sproeidroogtorens en het beoordelen van de risico’s. Zij staan u hierin graag bij. Mocht u naar aanleiding van dit artikel vragen hebben schroom dan niet om contact met ons op te nemen.

Frank de Jager

Dhr. de Jager is momenteel werkzaam als senior-consultant van de business unit "Process Safety" bij D&F Consulting B.V. Zijn vakgebieden zijn arbo- en explosieveiligheid.