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

ISMA

Explosie-compartimentering is pure noodzaak

dinsdag, 12 april 2016

Large_explosie-compartimentering_is_pure_noodzaak

Bij de verwerking van brandbare poeders of stoffig product zoals graan, melkpoeder en houtpellets dient het explosierisico onderzocht te worden. 

Apparaten waar explosieve mengsels vaak te verwachten zijn (filters, elevatoren, silo’s) moeten veelal beveiligd worden. Dit kan bijvoorbeeld met breekplaten of explosie-onderdrukking. Maar de noodzaak tot compartimentering of explosie-isolatie wordt regelmatig over het hoofd gezien. Terwijl de schade die aangericht wordt doordat de explosie zich voortplant naar andere apparatuur, vaak vele malen groter is. De noodzaak en het belang van compartimentering komt in dit artikel aan de orde, evenals de verschillende methodes om dit te bewerkstelligen, gekoppeld aan wetgeving en normering.

Op veel plaatsen staan filters mét breekplaten, maar zonder de nodige barrières naar de aangesloten apparatuur. Hiervan wordt dan onterecht gesteld dat het filter beveiligd is. De breekplaten zorgen er enkel voor dat de druk in het filter niet te hoog zal oplopen. Vlammen en druk kunnen zich nog steeds voortzetten naar aangesloten apparatuur, wat meestal onaanvaardbaar is. Er wordt soms, onterecht, verondersteld dat explosiedoorslag niet mogelijk is. Aangezien een explosie zich voortplant met een snelheid van enkele meters per seconde zou kunnen worden verondersteld dat deze niet tegen de luchtstroom in kan lopen. De luchtsnelheid in leidingen bedraagt immers standaard 20 m/s of meer. Alleen zal er in geval van een explosie, zelfs met drukontlasting, een aanzienlijke overdruk ontstaan waardoor de luchtstroom automatisch zal omkeren. Enkel in geval van een blaastransport met een gegarandeerd debiet kan dit mogelijk als barrière aangezien worden. Een andere misvatting is dat er geen explosiepropagatie mogelijk is als de brandstofconcentratie voldoende laag is, onder de LEL (Lowest Explosion Level). Dit is absoluut niet correct. Als gevolg van de explosiedruk kan extra brandstof in de leiding geblazen worden, nog vóór de steekvlam aangekomen is. Ook eventuele afzettingen in de leidingen kunnen gemakkelijk door de explosie opgewerveld worden.


Noodzaak en belang

Als een toestel, op basis van een risicoanalyse, beveiligd dient te worden, dan moet er altijd gekeken worden of explosie-propagatie, voortplanting van de explosie, mogelijk is. Explosie- of vlamdoorslag geeft immers aanleiding tot een aantal risico’s:

  • Aangesloten apparatuur is mogelijk niet beveiligd.
  • Er kunnen connecties zijn naar buiten waardoor personeel in gevaar kan worden gebracht. Denk hierbij aan een centrale stofzuiginstallatie waar een operator manueel de afzettingen opzuigt.
  • Een explosie in een beveiligd apparaat genereert steeds een bepaalde overdruk (de gereduceerde explosie-druk). Aangesloten apparatuur zal eveneens aan deze druk worden blootgesteld, met alle gevolgen van dien.
  • Een explosie die zich voortplant in een leiding heeft de neiging om feller te worden (vlamversnellingen en drukverhogingen). Explosies in aangesloten apparatuur kunnen dus ook feller zijn, waardoor bestaande beveiliging mogelijk niet voldoende meer is.
  • Een explosie die zich voortplant in relatief lange leidingen kan tot detonaties leiden. De drukken die hierbij optreden zijn niet te beveiligen.
  • Een initieel zeer milde explosie kan door propagatie (voortplanting) naar aangesloten apparatuur tot desastreuze gevolgen leiden.

Bovenstaande risico’s zijn niet aanvaardbaar, de gevolgen van een secundaire explosie zijn namelijk veelal ernstiger. Maatregelen om deze te voorkomen zijn onontbeerlijk.


Oplossingen

In sommige gevallen kan explosie-compartimentering procesmatig voorzien worden. Een risico-analyse is nodig om dit aan te tonen. In de praktijk worden de volgende oplossingen vaak toegepast:

  • Het garanderen van een minimum productniveau in een behouder zorgt ervoor dat de explosie niet kan doorslaan naar de onderliggende transporteur.
  • Een buisschroef op de producttoevoer met een minimale vulgraad. Hier is recent uitgebreid onderzoek naar gedaan waaruit is gebleken dat dit efficiënte barrières kunnen zijn. Ervaring of referenties van testen zijn nuttig (nodig) om die minimale vulgraad te bepalen.
  • Draaisluizen. Hoewel nieuwe draaisluizen gecertificeerd dienen te zijn als explosie-barrière, kunnen oude, bestaande draaisluizen soms ook dienen als barrière. Hier zijn richtlijnen beschikbaar voor de maximaal toegelaten spleetwijdte in functie van de explosiekarakteristieken Pmax en KSt (of KG).


Soms niet nodig

In specifieke gevallen is het niet nodig om een explosiebarrière te plaatsen, mits de gevolgen van vlam- en/of drukdoorslag aanvaardbaar zijn. Zo wordt de luchtuitlaat van een filter doorgaans niet geïsoleerd, mits deze naar een veilige locatie wordt afgeleid en het leidingwerk en de ventilator bestand zijn tegen de gereduceerde explosiedruk.

In de verbindingslijn tussen twee beveiligde apparaten moet in principe een barrière geplaatst worden, maar in heel specifieke gevallen kan deze echter weggelaten worden. Het komt erop neer dat de explosie in het vat waarnaar de explosie doorslaat niet heftiger mag zijn (door de voordruk). Deze methode wordt toegelicht in de Europese richtlijn voor stofexplosie-drukontlasting (EN14491:2012).

In alle andere gevallen is het plaatsen van een ATEX gecertificeerde explosie-barrière of ontkoppelingssysteem de oplossing. Indien deze apparaten of systemen geplaatst worden zoals beschreven in de bijhorende handleiding, dan zullen zij de verschillende scenario’s zoals eerder besproken vermijden (vlampropagatie, overdruk, detonatie).


Wetgeving en normering

Voor werkgevers (eigenaars van explosiegevaarlijke installaties) is de ATEX137 richtlijn maatgevend. Hierin wordt onder andere gesteld dat een procesmatige risico-analyse moet worden uitgevoerd. Wanneer blijkt dat een apparaat een te hoog explosierisico loopt na nemen van preventieve maatregelen, dient dit apparaat beveiligd te worden. Hoewel ATEX137 dit niet apart vermeldt, dient hierbij ook naar explosie-compartimentering gekeken te worden.

De hiertoe gebruikte beveiligingssystemen dienen, sinds 2003, ATEX gecertificeerd te zijn. Dit houdt in dat het apparaat of systeem moet voldoen aan de ATEX95 richtlijn. Voor deze toepassing moet een ATEX certificaat afgegeven zijn door een zogenaamd Notified Body of Aangemelde Instantie. Deze instantie heeft het apparaat of systeem onderzocht en geeft in het certificaat aan binnen welke grenzen het apparaat of systeem als ontkoppelingssysteem kan fungeren. Om uniformiteit te garanderen zijn er normen gepubliceerd die de te volgen methodiek voor de meest gangbare apparaten en systemen beschrijft.

  • In eerste instantie werd een algemene norm opgesteld: EN15089 Ontkoppelingssystemen. De meest recente versie dateert van 2009. Hierin worden verschillende technieken behandeld, waarbij er onderscheid is tussen passieve en actieve systemen. De passieve systemen werken volledig autonoom, zonder detectiesysteem of controle-unit. Voor beide worden een aantal algemene voorwaarden opgelegd, maar voornamelijk wordt aangegeven hoe de systemen getest moeten worden. Het benodigd aantal testen om een systeem te kunnen certificeren is vrij hoog. Dit is een tijdrovende activiteit, wat vaak leidt tot dure certificatie-procedures. Bij de specifieke normen wordt tegenwoordig getracht om het aantal testen te beperken.
  • Een eerste specifieke norm EN16020 behandelt de ontploffingsomleiders (explosieslot). De meest recente versie dateert van 2011. Er wordt onderscheid gemaakt tussen echte explosiebarrières en de types die enkel voordruk en vlamversnellingen vermijden. Het tweede is het meest voorkomend. Voor dit type is het aantal benodigde testen beperkt tot drie. Men geeft zelfs de mogelijkheid om zonder testen een gecertificeerd explosieslot te ontwikkelen mits deze aan bepaalde voorwaarden voldoet.
  • De meest recente norm EN16447 dateert uit 2014 en behandelt de terugslagkleppen. Ook hier is het aantal benodigde testen tot het minimum beperkt. Een belangrijke randvoorwaarde is dat de klep in geval van een explosie lang genoeg gesloten blijft, dit wordt meestal verwezenlijkt door een vergrendelingsmechanisme toe te voegen.

Terugslagklep met vergrendelingsmechanisme, toegepast in ontstoffingsleiding nabij filter.


Conclusie

Een toestel kan pas worden beschouwd als beveiligd als vlamdoorslag naar alle in- en uitlaten onderzocht werd. In veel gevallen betekent dit het voorzien van een ontkoppelingssysteem op deze verbindingen. In sommige gevallen kan echter geargumenteerd worden dat het plaatsen van een ATEX gecertificeerd ontkoppelingssysteem niet nodig is. Bepaalde procesapparatuur kan voldoende zijn als barrière en in sommige gevallen is vlamdoorslag aanvaardbaar. Het is voornamelijk van belang dat dit degelijk onderzocht wordt en geborgd in een risico-analyse.

De ATEX gecertificeerde ontkoppelingssystemen zijn gebaseerd op een aantal normen. De algemene norm EN15089:2009 kan gebruikt worden voor alle gangbare types. Voor het explosieslot en terugslagkleppen zijn specifieke normen ontwikkeld, respectievelijk EN16020:2011 en EN16447:2014.

Ir. Tom Molkens is werkzaam bij ISMA nv als consultant. Binnen deze functie levert hij advies en training over het fenomeen explosie. ISMA is met name gespecialiseerd in het doorlichten van nieuwe en bestaande installaties op het vlak van explosieveiligheid en combineert hierbij een uitgebreide proceskennis met de specifieke knowhow van explosierisico-analyses.