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

ISMA

Risico's van stoflagen

maandag, 23 mei 2016

Large_risicos_van_stoflagen

Deze column presenteert de huidige wetgeving en richtlijnen met betrekking tot zonering wanneer er sprake is van stoflagen. Vervolgens worden de gevaren van stofafzettingen geëvalueerd. Tenslotte zullen de eigenschappen worden besproken die voor stoflagen relevant zijn.

Het is algemeen bekend dat stofafzettingen rondom installaties aanleiding kunnen geven tot secundaire stofexplosies. Als een explosie optreedt in apparatuur die niet goed is beschermd, kan de vlam (in combinatie met de luchtstroom en de drukgolf) van deze primaire explosie dergelijke stofafzettingen opwervelen en secundaire stofexplosies veroorzaken. Echter, als apparatuur goed beschermd is (bijv. explosiedrukontlasting naar buiten, met voldoende explosiecompartimentering en zonder lekken die alsnog aanleiding geven tot vlammen in de ruimte), kan worden gesteld dat er geen risico is voor secundaire explosies. In dat geval zijn in een stoffige ruimte geen maatregelen nodig met betrekking tot stofexplosiepreventie. Dergelijke maatregelen omvatten ATEX-zonering en het gebruik van ATEX-gecertificeerde apparatuur binnen het gezoneerde gebied.

Zonering

De Europese richtlijn 1999/92/EG (ATEX 137) geeft de definities van de zones in bijlage I. Hierin staat dat stoflagen, stofafzettingen en hopen brandbaar stof op dezelfde wijze moeten worden behandeld als alle andere mogelijke bronnen die een explosieve atmosfeer kunnen veroorzaken. Volgens de richtlijn moet daarom worden nagegaan of het mogelijk is dat stoflagen stofwolken kunnen creëren. Voor stoflagen op vloeren is dit zeer onwaarschijnlijk. Als er bij normaal bedrijf geen luchtverplaatsingen voorkomen, kan het ontstaan van stofwolken zelfs worden uitgesloten en is een stofzonering strikt genomen niet vereist.

Voor stoflagen op hoge oppervlakken (op leidingen, kabelgoten, balken) is de situatie anders. Vooral dikke lagen kunnen gemakkelijk naar beneden vallen en een stofwolk vormen, bijvoorbeeld als gevolg van trillingen of schokken. In deze situaties in een zonering geboden.

Het is belangrijk op te merken dat zonering, volgens ATEX 137, is gebaseerd op normale bedrijfsvoering. Dit betekent dat secundaire explosies voor de zonering buiten beschouwing kunnen blijven. Dit kan verwarrend zijn omdat het algemeen is aanvaard dat stofafzettingen een belangrijk risico vormen voor secundaire explosies. Echter, de reden om zones te definiëren is om een adequate keuze van de apparatuur toe te laten in dergelijke zones, zie bijlage IIB van ATEX 137. Een zeer belangrijke eis in ATEX 137 is de risicobeoordeling. Deze risicobeoordeling moet rekening houden met de omvang van de te verwachten effecten (zie artikel 4) waaronder natuurlijk ook die van secundaire explosies.

IEC-standaard

De IEC-standaard voor stofzonering (IEC 60079-10-2: 2009) heeft precies dezelfde benadering: er moet rekening worden gehouden met stoflagen als mogelijke bron van stofwolken. Rekenmodellen worden voorgesteld om voor iedere stoflaag, op basis van dispersieberekeningen, de grootte van de stofwolk te berekenen. Aangezien een dergelijke benadering vrij ingewikkeld en tijdrovend is, zijn er diverse eenvoudige richtlijnen ontwikkeld die dit praktisch benaderen. De Nederlandse NPR7910-2: 2010 wordt veel gebruikt (ook buiten Nederland). Deze richtlijn zegt over stoflagen:

•Stoflagen zijn niet te verwaarlozen als de dikte > 0,1 mm

•Als lagen (> 0,1 mm) aanwezig zijn voor meer dan 8 uur (ononderbroken) geldt zone 21. Voor minder dan 8 uur geldt zone 22

Deze aanpak wordt vaak bekritiseerd als te conservatief; alsof elke stoflaag gemakkelijk kan resulteren in een stofwolk. Een vereenvoudigde benadering is echter doorgaans conservatief ter voorkoming van onveilige situaties. Aangezien de NPR slechts een leidraad is, mag men er in principe van afwijken als hierbij wordt gesteund op goed onderbouwde analyses. In Nederland echter verlangt SZW (arbeidsinspectie) een strikte toepassing van de NPR. Dit betekent dat een meer verfijnde aanpak vaak niet wordt geaccepteerd.

Gevaren stofafzettingen

Aan stofafzettingen in gebouwen zijn meer gevaren verbonden dan alleen het risico van secundaire stofexplosies. Zo is onderhoud waarbij hitte vrijkomt een bekende risicofactor. Voor dergelijke werkzaamheden geldt meestal als eis dat het gebied dient te worden gereinigd tot een aantal meter rondom de werkplek, om te voorkomen dat stoflagen worden ontstoken. Stoflagen bóven de werkplek (bijvoorbeeld op kabelgoten) worden vaak over het hoofd gezien. Het is echter zeer denkbaar dat tijdens het onderhoud stofafzettingen naar beneden vallen, waardoor alsnog een gevaarlijke stofwolk ontstaat. Om die reden dienen ook stofafzettingen boven de werkplek te worden meegenomen in de risicoanalyse. De beste oplossing zou een grondige reiniging van het totale gebouw zijn, maar dit is niet altijd uitvoerbaar.

Het komt voor dat stoflagen op hete oppervlakken gaan smeulen. Instabiele producten kunnen ontledingsreacties beginnen, die eveneens leiden tot zeer hete of smeulende afzettingen. Sommige soorten stof zijn nogal gevoelig voor ontsteking door mechanische vonken. Dit betekent dat ook elektrische of elektrostatische vonken soms aanleiding geven tot smeulende of brandende afzettingen.

Standaard elektrische apparatuur is niet altijd stofdicht. Dat houdt in dat stof zich in deze apparatuur kan afzetten. Elektrisch geleidend stof kan dan kortsluiting veroorzaken, met het risico van brand. Maar ook niet-geleidend stof levert brandgevaar op. Dit stof kan elektrische componenten thermisch isoleren waardoor deze oververhit raken. Daarnaast is het mogelijk dat de stofafzettingen worden ontstoken door elektrische vonken.

Vanwege deze gevaren, is het zeker zinvol de conservatieve werkwijze toe te passen volgens NPR7910-2 en het gebruik van ATEX-gecertificeerde apparatuur te eisen, ook indien het onwaarschijnlijk is dat de stoflagen stofwolken kunnen veroorzaken.

Explosie-karakteristieken

De meeste explosie-karakteristieken (explosiegrenzen, Pmax, Kst, MOE, MOT) hebben betrekking op de gevaren van stofwolken. Er zijn ook een aantal specifieke karakteristieken die alleen relevant zijn voor stoflagen. Dit zijn met name de glimtemperatuur, het brandgetal, de elektrische geleidbaarheid en de stoffigheid.

De glimtemperatuur (GT) is de temperatuur van een heet oppervlak, bedekt met een 5 mm stoflaag, die in staat is om een ontsteking (smeulen of brand) van deze stoflaag te veroorzaken. Er dient rekening mee te worden gehouden dat de ontstekingstemperatuur van een stoflaag afhankelijk is van de dikte van de stoflaag. Wanneer er sprake is van stoflagen dikker dan 5 mm, kan een heet oppervlak met een temperatuur onder de GT al gevaarlijk zijn. Anderzijds, voor een zeer schone installatie met laagdiktes altijd ver onder 5 mm, is het toepassen van de GT als een grens voor de oppervlaktetemperaturen een conservatieve benadering.

Het Brandgetal (BG) bepaalt de waarschijnlijkheid dat een stoflaag kan ontsteken door vonken. In de test voor de BG-bepaling wordt getracht een stofhoop te doen ontbranden met een gloeiende platinadraad op 1000°C (ter simulatie van een vonk of gloeiend deeltje). De resultaten variëren van BG1 (er gebeurt niets) tot BG6 (een zeer snelle ontbranding van de hele stofhoop).

De elektrische geleidbaarheid is weliswaar geen explosie-karakteristiek, maar zeker relevant voor de gevaren van een stofafzetting. Een geleidend stof verhoogt het risico van kortsluiting in elektrische apparatuur. Niet-geleidend stof kan elektrostatisch worden opgeladen en daardoor een vonk veroorzaken.

De stoffigheid is een nieuwe (Duitse) karakteristiek om de waarschijnlijkheid te bepalen dat een stoflaag een stofwolk kan veroorzaken. In deze karakteristiek zitten tal van stofeigenschappen vervat, zoals deeltjesgrootte, soortelijk gewicht, deeltjesvorm en de plakkerigheid van het stof. In de test voor de bepaling van de stoffigheid wordt een monster van het stof op een goed beheerste wijze ‘gestort’ waarna de ontstane stofconcentratie wordt gemeten.

Conclusie

Stofzonering is alleen bedoeld om de kans op een explosief stof-luchtmengsel aanwezig tijdens normaal bedrijf te definiëren, met het doel een adequate keuze van de apparatuur in het gezoneerde gebied mogelijk te maken. In dit verband moeten stoflagen alleen worden gezien als een potentiële bron van een explosieve atmosfeer. Als stoflagen alleen bij een primaire stofexplosie aanleiding kunnen geven tot stofwolken, is er in principe geen zonering nodig, maar dit moet in de risicoanalyse worden aangetoond. Ook het ontstekingsgevaar van stofafzettingen dient in de risicoanalyse te worden meegenomen.

Standaard elektrische apparatuur kan een verhoogd brandgevaar veroorzaken. Het is daarom zeker zinvol om in stoffige gebieden stofdichte apparatuur te installeren. Hoewel de zonering volgens de NPR7910-2 geldt als conservatief, is het installeren van ATEX-gecertificeerde apparatuur in stoffige ruimtes nuttig. In sommige situaties kan de toepassing van de richtlijn echter leiden tot onnodige investeringen. Afwijken van de NPR7910-2 moet mogelijk zijn op voorwaarde dat een dergelijke afwijking is gebaseerd op gefundeerde argumenten.

Door Tom Molkens

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.

Bijschrift afbeelding

De Nederlandse NPR7910-2: 2010 is zeer streng door al uit te gaan van explosierisico’s bij stoflagen met een dikte van slechts 0,1 mm. Praktisch levert zo’n dunne stoflaag op een vloeroppervlak geen explosierisico’s op. Anderzijds is een stoflaag van 0,1 mm niet altijd zonder risico. Dit kan blijken uit een indicatieve schatting. Stel er is een stoffige ruimte met een hoogte van 3 meter. Het stof heeft een soortelijk gewicht van 1000 kg/m³ en een LEL (Lower Explosion Limit) van 30 g/m³. Als de hele vloer is bedekt met een laag stof van uniforme dikte, is een dikte van 0,09 mm al voldoende om de vorming van een uniforme stofwolk te creëren in de gehele ruimte met een concentratie gelijk aan de LEL. Als er frequent wordt gereinigd en er geen stof ligt op de vloer, maar alleen op de kabelgoten, leidingen en balken (met een totale oppervlakte van bijv. 1% van het vloeroppervlak), dan is een laagdikte van 9 mm voldoende om in de hele ruimte een stofwolk op LEL-niveau te veroorzaken. Afzettingen met een kleinere laagdikte, of lokale stofafzettingen alleen, zijn niet in staat om de hele ruimte tot LEL-niveau te vullen, maar misschien nog steeds in staat om lokale explosieve atmosferen te creëren. Aangezien de UEL (Upper Explosion Limit) van een gemiddeld stof ongeveer 100 keer de LEL-waarde is, is het zeer onwaarschijnlijk dat, bij opwerveling van de stoflaag een stofwolk ontstaat die de UEL-waarde overstijgt.