white space

Explosiebeveiliging

1 Voorwoord

Voor mijn stage die ik op het moment bij de Kievit loop, heb ik de opdracht gekregen om een verslag te schrijven. Als onderwerp voor dit verslag heb ik explosiebeveiliging gekozen.
Omdat de veiligheid van de werknemer tegenwoordig erg belangrijk is en er in fabrieken waar poeder gemaakt wordt een verhoogd risico op explosies is, wordt er veel aandacht besteed aan explosiebeveiliging. Daarom zal ik in dit verslag in gaan op alle soorten explosiebeveiliging van explosiepreventie tot explosieonderdrukking.
Het idee voor dit onderwerp is ontstaan tijdens de tweede stagedag bij de Kievit waar ik een workshop over het Flash explosie onderdrukkingssysteem heb bijgewoond. Tijdens deze workshop werd uitgelegd hoe het flash systeem werkt, hoe het in elkaar zit en hoe het ingesteld moet worden. Ook werd ingegaan op hoe te handelen bij storingen.
In dit verslag zal ik vooral ingaan op de werking en de toepassingsgebieden van de verschillende explosiebeveiligingssystemen. Zodat er aan het einde bepaald kan worden welk explosiebeveiligingssysteem(en) er in welke situatie gebruikt kan worden.

2 Inleiding

Stofexplosie komen voor in alle industrietakken waar brandbare poeders verwerkt worden. In een tijd dat de veiligheid steeds belangrijker wordt, wordt beveiliging dus ook steeds belangrijker. Daarom passen veel bedrijven tegenwoordig explosiebeveiliging toe.
Een stofexplosie kan op verschillende manieren voorkomen worden zoals: het goed reinigen van de fabriek, het aarden van installaties, het installeren van ontstoffingssystemen, het voorkomen van vreemde voorwerpen in de installatie en door het installeren van een explosiebeveiligingssysteem.
Explosiebeveiligingssystemen kunnen in drie groepen onderverdeeld worden: explosiepreventie systemen, explosiebeheersings systemen en explosieonderdrukkings systemen.
Bij explosiebeveiliging wordt de nadruk gelegd op het voorkomen van een explosie. Dit kan bijvoorbeeld door procesinertisatie, hierbij wordt voorkomen dat er explosiegevaarlijke mengsels ontstaan. Maar ook door diverse infrarood technieken en vroegtijdige stofdetectie met behulp van een stofconcentratiemonitor of koolmonoxide controle.
Explosiebeheersing legt de nadruk op het zo snel mogelijk onder controle krijgen van een beginnende explosie. Deze groep is onderverdeeld in twee subgroepen: explosieontkoppeling en explosieontlasting. Bij explosieontkoppeling wordt gebruik gemaakt van kleppen en ventielen om te zorgen dat de explosie zich niet kan uitbreiden en de rest van de installatie niet kan beschadigen. Explosieontlasting maakt gebruik van breekplaten, explosiepanelen en explosieluiken om de explosiedruk zo snel mogelijk naar buiten te leiden.
Bij explosieonderdrukking wordt er een gas in het proces gespoten met het doel om de beginnende explosie te stoppen.

3 Stofexplosies

3.1 Algemeen

Stofexplosies vinden plaats in alle industrietakken waarbij brandbare poeders verwerkt worden. In veel bedrijven worden weinig of geen maatregelen genomen om stofexplosies te vermijden of te beheersten. In sommige van deze bedrijven vinden dan ook regelmatig kleinere en soms grotere stofexplosies plaats, terwijl er in andere bedrijven nooit wat gebeurt. Om die reden wordt in die bedrijven vaak de mogelijkheid van stofexplosies genegeerd of ontkend, gebaseerd op het gevoel dan men kan leven met het risico. Een stofexplosie wordt bijna altijd voorafgegaan door diverse incidenten die als waarschuwing zouden moeten dienen. Bij die incidenten vond er geen daadwerkelijke stofexplosie met drukopbouw plaats, zodat het bij een brandje met beperkte schade bleef
Waarom het meestal goed gaat is omdat een stofexplosie pas plaatsvindt wanneer een aantal factoren op de juiste manier samenvallen.

  • Een explosiegevaarlijk mengsel van stof en lucht.
  • Een effectieve ontstekingsbron
  • Voldoende opsluiting om drukopbouw te krijgen.

Gelukkig vallen deze factoren bijna nooit samen. Dit betekent nog niet dat er niets gedaan moet worden om stofexplosies te vermijden. In de loop der jaren zijn er veel stofexplosie maatregelen ontwikkeld. De beste oplossing om een explosie te vermijden is door explosiegevaarlijke mengsels en ontstekingsbronnen te vermijden.
Enkele van deze maatregelen zijn:

  • Het voldoende reinigen van de fabriek, om explosies buiten de procesapparatuur te vermijden.
  • Alle soorten maatregelen om elektrostatische ontlading te voorkomen. Dit kan door aarding en/of ontladingssystemen.
  • Het installeren en verbeteren van een ontstoffingssysteem om stofafzetting buiten de apparatuur te vermijden, maar ook om de stofconcentratie binnen de apparatuur te verminderen.
  • Het voorkomen van vreemde voorwerpen in de installatie.
  • Het installeren van vonkendetectie en blussystemen. Hierbij worden alle aanwezige ontstekingsbronnen gedetecteerd en geëlimineerd kunnen worden.
  • CO-controle. Wordt bij melkpoedertorens toegepast om smeulende afzettingen in een vroegtijdig stadium te kunnen detecteren.

Wanneer er ondanks alle preventieve maatregelen nog steeds een onaanvaardbaar risico is, is het nodig om extra maatregelen te nemen om de gevolgen van een stofexplosie te beperken. Deze explosiebeheersende maatregelen, ook wel constructieve of post-operatieve maatregelen genoemd, bestaan uit:

  • Explosieontkoppeling: door draaisluizen, snelsluitende kleppen, explosiesloten, blusmiddelbarrières e.d. te installeren, wordt voorkomen dat een explosie overslaat van een proceseenheid naar andere aangekoppelde eenheden.
  • Explosievaste bouwwijze: De bouwwerken dienen zo sterk te zijn dat ze de maximaal te verwachten explosiedruk kunnen weerstaan, zonder open te scheuren.
  • Explosieontlasting: met behulp van breekplaten, explosiepanelen of deuren kan de explosie ontlast worden naar een ruimte buiten het beschermde apparaat.
  • Explosieonderdrukking: een explosie wordt in het beginstadium gedetecteerd door detectoren die een of meer blusmiddeleenheden activeren. Deze blusmiddeleenheden of suppressors bevatten een blusmiddel, wat een poeder of een vloeistof kan zijn, dat bij activatie zeer snel geïnjecteerd wordt in de verspreidende vuurbal en deze dooft voordat de explosie een kritisch niveau bereikt.

Welke maatregelen er genomen worden om een explosie te voorkomen hangen af van de afwegingen die gemaakt worden met betrekking tot de kosten en de risico’s.

3.2 Stofexplosie eigenschappen

Veel stofeigenschappen beïnvloeden de ontstekingskans en/of de heftigheid van een stofexplosie. De meeste stofexplosie eigenschappen hangen af van de fysische en de chemische eigenschappen van de betreffende stof (deeltjesgrootte, vochtgehalte, chemische reactiviteit, enz.)
Stofconcentratie:

  • Onderexplosiegrens (LEL): de minimale concentratie van stof in lucht om een stofexplosie mogelijk te maken.
  • Bovenexplosiegrens (UEL): wordt zelden gebruikt omdat in de praktijk altijd van de ondergrens uitgegaan wordt.
  • Zuurstofgrensconcentratie (LOC): belangrijk in het geval dat inertisatie gekozen wordt als een preventieve explosiebeveiligingsmaatregel. De LOC geeft de maximaal toelaatbare zuurstofconcentratie in een inert proces aan waarbij er nog net geen explosie optreedt. De LOC is echter voor veel producten niet exact bekend, maar ligt rond de 10-15 %. De natuurlijke zuurstofconcentratie in lucht is 20-21%.

Ontstekingsgevoeligheid van een stofwolk:

  • Minimale ontstekingsenergie (MIE): dit is de minimale hoeveelheid (vonk)energie die nodig is om een optimaal stof-luchtmengsel te kunnen ontsteken.
  • Minimale ontstekingstemperatuur (MIT): dit is de minimale oppervlaktetemperatuur van een voorwerp die nodig is om een optimaal stof-luchtmengsel te kunnen ontsteken.

Ontstekingsgevoeligheid en brandeigenschappen van stofafzettingen
Afzetstoffen hebben niet de eigenschap om de kunnen exploderen, maar ze zijn wel van belang bij het inschatten van de mogelijkheid van een explosie. Ze kunnen namelijk dienen als ontstekingsbron. Twee belangrijke eigenschappen zijn:

  • Glimtemperatuur (GT): of de minimale ontstekingstemperatuur van een 5 mm dikke stoflaag op een heet oppervlak, waarbij de stoflaag gaat smeulen of branden.
  • Brandgroep (BG): deze geeft een aanduiding over het gedrag van een stofafzetting na ontsteking.

Explosiehevigheid
De explosie eigenschappen die de hevigheid van een explosie kenmerken, worden bepaald in een standaardtestvat met een volume van 1 m³ of 20 l.


Figuur 1: Maximale explosiedruk (Pmax), Maximum drukstijgsnelheid (Kst)

4 Explosiepreventie

4.1 Procesinertisatie

Een van de belangrijkste technieken die tegenwoordig toegepast worden als bescherming tegen explosierisico is het inertisatiesysteem.
Helaas is deze methode vooral bekend vanwege de grote hoeveelheid ongevallen die er gebeuren door bijvoorbeeld verstikking van het personeel of het falen van de inertisatie. Het inertisatiesysteem wordt toch veel toegepast vanwege de lage investeringskosten en het gebruiksgemak in het algemeen.
Systemen met inerte gassen worden meestal gebruikt om zoveel mogelijk de vorming van explosiegevaarlijke mengsels te voorkomen. De keuze van het gas hierbij is afhankelijk van een aantal factoren:

  • Giftigheid of de verstikkende werking van een gas
  • Betrouwbaarheid van zuurstofdetectoren
  • Back-up systemen
  • Lekdetectie
  • Stromingsdynamica
  • Druk
  • Temperatuur
  • Enz.

Toepassingsgebieden
Het inertisatiesysteem wordt toegepast bij:

  • Petrochemische industrie
  • Raffinaderijen, offshore platformen
  • Herwinningsystemen voor vluchtige organische componenten
  • Procesreactoren, wastorens
  • Olie- en chemische tankers
  • Pijpleidingen, compressiestations
  • Hogesnelheidsinertisatie van instrumenten- en controlekamers

4.2 Infrarood technieken

Op het gebied van explosiebeveiliging met behulp van infrarood technieken zijn een drie tal oplossingen beschikbaar:

  • Vonkendetectie en blussystemen
  • Branddetectie en blussystemen
  • Temperatuur line scanning

4.2.1 Vonkendetectie en blussystemen

Vonkendetectie en blussing wordt gebruikt om in luchtstromen vonken en/of gloeiende deeltjes te detecteren en blussen. De techniek wordt vooral toegepast in systemen die een potentieel risico vormen wanneer ze in contact komen met vonken en/of brandende deeltjes. Het automatische systeem bestaat uit een optische sensor, een besturingseenheid en een of meer blussystemen. Wanneer de optische sensor een vonkje of een gloeiend deeltje gedetecteerd heeft, wordt deze geblust door een waternevel. Het water wordt verneveld door middel van bluskoppen die in het leidingnetwerk stroomafwaarts van de optische sensor zijn opgesteld. Om wateroverlast in het systeem te voorkomen wordt de verneveling van water beperkt tot een korte tijd.

Installatie en materiaal
Tussen de vonkendetector en de blusapparatuur is voor een goede werking van het systeem een minimale afstand nodig.
De waterbluskoppen zijn gemaakt van niet corrosief roestvrij staal met speciale afdichting om lekken te voorkomen. Deze koppen moeten voorzien worden van een constante waterdruk. Indien dit niet mogelijk is dient er een drukopvoereenheid geïnstalleerd te worden om de benodigde waterdruk te kunnen garanderen.

4.2.2 Branddetectie en blussystemen

Dit type explosiebeveiliging wordt vooral toegepast bij poedercoating. Het coatingpoeder wordt hierbij elektrostatisch aangebracht op het te coaten oppervlak via elektrostatische pistolen.
Ontsteking is hierbij mogelijk als het poeder de onderexplosiegrens bereikt heeft. Daarom is er een CO2 blussysteem ontwikkeld dat direct kan reageren bij detectie van een vlam. De vlam wordt dan geblust voordat het een ernstige brand kan veroorzaken.

Blussen
Op het moment van detectie wordt de lucht en poederstroom door de pistolen gestopt en wordt automatisch overgeschakeld naar CO2. Door deze manier van handelen wordt de CO2 rechtstreeks in de vlam gespoten en blijven de pistolen schoon na het blussen. Ook wordt er CO2 aan de voorkant van de installatie ingespoten, dit om verdere verspreiding van het vuur naar het filter en de cycloon te voorkomen.

Besturing
De spuitcabine wordt constant door twee infrarood detectoren gecontroleerd. Deze detectoren zijn zo ontworpen dat ze alleen reageren op vuur en niet op elektrostatische ontladingen.
Bij detectie van een vlam zullen de detectoren de CO2 flessen in werking brengen via de sturingseenheid, waardoor CO2 ingebracht kan worden en het vuur geblust wordt. De sturingseenheid heeft weigerings en alarmcontacten voor de aansluiting op een PLC en kan uitgerust worden met een knipperlicht en sirene. Of de flessen nog voldoende inhoud hebben wordt gecontroleerd door een weegsysteem.

4.2.3 Temperatuur line scanning

Statistieken over stofexplosies tonen aan dat de meeste branden in industriële fabricageprocessen worden veroorzaakt door smeulende stof lagen. Deze lagen zijn moeilijk door standaard branddetectie systemen te detecteren. Dit komt omdat de gloeiende lagen stof bedekt kunnen zijn met ander materiaal of dat er zich smeulende klompen midden in het product bevinden. Smeulende materialen zijn verantwoordelijk voor het vertraagt uitbreken van brand of explosies.

Oplossingen
Er zijn verschillende oplossingen te verkrijgen voor de vroege detectie van smeulende materialen:

  • CO detectie, uiterst gevoelige detectie, speciaal ontworpen voor extreem lage concentraties koolmonoxide in sproeidrogers.
  • Vonkendetectie, voor het detecteren van smeulende klompen die tijdens het transport uit elkaar breken.
  • Infrarood Temperatuur Line Scanning (ITLS), voor het detecteren van verborgen of begraven smeulend materiaal.

ITLS
Door middel van een snel bewegende infraroodstraal kan de oppervlakte van bijvoorbeeld een transportband of kettingtransporteur met een hoge frequentie gescand worden. Hierbij worden ook kleine temperatuurstijgingen gedetecteerd. Om het proces niet onmiddellijk te verstoren kunnen er verschillende alarmniveaus ingesteld worden.


Figuur 2: Schema: toepassing

Voordelen van het ITLS systeem zijn dat door het constant scannen van verschillende belangrijke posities in het proces, de temperatuurontwikkeling nauwgezet gevolgd kan worden. De hiermee verkregen informatie kan gebruikt worden om de nodige veiligheidsmaatregelen te treffen. Verder kan deze informatie ook gebruikt worden voor de optimalisatie van het proces.

4.3 Vroegtijdige stofdetectie

Hierbij onderscheiden we twee verschillende systemen:

  • Stofconcentratie monitor
  • Koolmonoxide controle

4.3.1 Stofconcentratie monitor

Wanneer de stofconcentratie in de lucht het pijl van 15 gr/m3 bereikt, ontstaat er een potentieel risico op explosies. De stofconcentratie kan gemeten worden met een stofconcentratie monitor. Deze werkt volgens het principe van een infrarode lichtstraal die door het met stofdeeltjes beladen medium gestuurd wordt. Vervolgens wordt er aan de hand van de vermindering van de lichtintensiteit de stofconcentratie berekend.

Toepassing
Het stofconcentratie bewakingstoestel wordt voornamelijk gebruikt voor het

4.3.2 Koolmonoxide (CO) controle

Bij melkproductie in sproeidrogers wil zich het probleem van zelfontbranding nog al eens voordoen. Dit probleem doet zich voor wanneer een klomp product begint te broeien en vervolgens in de sproeidroger naar beneden valt en uit elkaar spat. Hierop kan een brand of explosie volgen. Om het beginnende vuur zo snel mogelijk te meten kan CO detectie toegepast worden.
Met het CO detectiesysteem kan een thermische verandering of het smeulen van droge producten gedetecteerd worden op het moment dat ze nog niet als ontstekingsbron kunnen dienen. CO is een indicator voor de thermische lading van een poederproduct. Met de uitgestoten lucht van het droogproces kan de CO-waarde bepaald worden.
Er is een hoge doorstoomsnelheid door de sproeidroger. Daarom worden de alarmpunten bepaald door de concentratiegebieden. Deze kunnen ook bepaald worden aan de hand van CO uitstoot tijdens de verandering van watercondities, doorlopende motoren of vuur in de nabijheid van luchttoevoerkanalen
Een vergelijkende meting tussen de binnenkomende en uitgestoten lucht in de droger is de maat voor de vervuiling en bepaald dus of er een alarm gegeven moet worden. Er moet echter wel opgepast worden voor hoge geconcentreerde ‘CO wolken’ in de nabijheid van lucht inlaatpunten. Deze kunnen tot een vals alarm leiden. In deze situaties is het vanwege de niet gelijkmatig verspreide CO, niet langer mogelijk om een correcte verschilmeting uit te voeren.


Figuur 3: CO verschilmeting

Werking
Er worden bij de CO meting constant gas monsters genomen van de lucht in- en uitlaatpunten van de droger. Deze lucht wordt naar de analysekast gepompt. Dit moet zo afgesteld worden dat beide gasmonsters ter gelijkertijd de analysekast bereiken.
De monsters worden vervolgens gekoeld in de meetgasprocessor tot een temperatuur van ongeveer 5° C. Dit is om te voorkomen dat waterdamp het meetproces verstoort. Het gecondenseerde water dat bij dit proces ontstaat wordt via pompen weg gepompt.
De gasanalyser geeft een signaal af dat een maat is voor het gemeten CO verschil.

5 Explosiebeheersing

Explosiebeheersing kan in de volgende groepen ingedeeld worden:

  • Explosieontkoppeling
  • Explosieonderdrukking

5.1 Explosie ontkoppeling

5.1.1 Snelsluitende vlinderklep

Een vlinderklep wordt door een veerslot steeds in open stand vastgehouden. Bij activatie wordt dit veerslot door het actieve element teruggetrokken en wordt de klep gesloten door middel van een veermechanisme met hoge voorspanning. Mechanische stoppers zorgen er voor dat de klep niet voorbij haar zittingen schiet.

Toepassing
Snelsluitende vlinderkleppen worden toegepast op plaatsen waar direct gevaar dreigt voor een explosie. De installatie gebruikt een detectieschakelaar die de vlinderklep sluit voordat de opkomende drukschok en de vlammen de klep kunnen bereiken.


Figuur 4: Snelsluitende vlinderklep

Inbouw
Het is belangrijk dat de snelsluitende vlinderkleppen op de juiste manier geplaatst worden. Wanneer de klep te dicht bij de explosiebron geplaatst wordt zou de steekvlam zich toch nog kunnen voortplanten. Wanneer de klep te ver van de explosiebron geplaatst wordt ontstaat het risico dat er toch een explosie plaats vindt.
De vlinderkleppen worden aangedreven door veermotoren. De kracht van de veren kan bijgesteld worden om de sluitingstijd van de klep te verhogen of te verlagen. Een veerklep kan slechts eenmaal gebruikt worden. Na activatie dient het actieve gedeelte vervangen te worden.

5.1.2 Explosieveilige draaisluis

Draaisluizen bestaan uit een stationaire cilindrische behuizing en een rotor. Deze rotor is uitgerust met een aantal rotorbladen, waardoor het totale behuizingvolume in compartimenten is verdeeld.
Deze draaisluizen worden vaak gebruikt voor het inbrengen van producten in pneumatische transportsystemen. Bij het veranderen van de rotatiesnelheid zijn ze zeer geschikt voor productdoseringen.
Voor explosieontkoppeling en beveiligingsdoeleinden worden draaisluizen met speciale mechanische eigenschappen gebruikt. Zij zorgen ervoor dat explosies zich niet kunnen voortzetten.
Om voortplanting van een explosie te voorkomen, moeten de draaisluizen aan de volgende eisen voldoen:

  • Het lichaam en de rotorbladen moeten explosiebestendig zijn (tot 10 bar)
  • De spleetwijdte en de spleetlengte moeten nauwkeurig bepaald worden zodat zij de vlammen uitdoven en deze zich dus niet kunnen verspreiden.

Toepassing
De explosievaste draaisluis wordt toegepast bij pneumatisch transport in de chemische, de farmaceutische en de voedingsindustrie.
Wanneer er een explosie plaats vindt moet de draaisluis onmiddellijk worden gestopt. Wanneer dit niet gebeurt, zou de explosie wel tegen gehouden worden. Nu bestaat de kans dat smeulend product verder wordt getransporteerd en later tot een nieuwe explosie leidt.
Een oplossing voor dit probleem is het monteren van een infrarood sensor boven de draaisluis. Hiermee kan het transport van smeulende producten gedetecteerd worden.

5.1.3 Snelsluitende bolkraan

Bolkranen zijn zo ontworpen dat ze de doorgang van de leiding waarin ze geïnstalleerd zijn niet hinderen. Echter zijn de standaard bolkranen, vanwege hun lange sluitingstijden, ongeschikt om explosies tegen te houden.
Voor explosieontkoppeling worden bolkranen met speciale mechanische eigenschappen gebruikt. Deze bolkranen moeten de volledige explosiedruk kunnen weerstaan en de leidingen moeten in zeer korte tijd (<20 ms) afgesloten kunnen worden. Om die afsluittijd te bereiken wordt er gebruik gemaakt van een gasgenerator.

Activatie
De bolkraan wordt geactiveerd door een afvuurkaart die op de bolkraan zelf wordt gemonteerd. De afvuur kaart wordt op haar beurt door de besturingseenheid geactiveerd.

Toepassing
Bolkranen worden voornamelijk gebruikt om gas en stofexplosies te voorkomen, of om het transport van smeulende deeltjes te voorkomen. Veel voorkomende toepassingsgebieden zijn pneumatische leidingen en ontstoffingsleidingen.

5.1.4 Afsluitventiel

In het ventiel bevindt zich een vrij beweegbaar afsluitlichaam dat in zijn gesloten positie wordt gedrukt door een drukverschil, veroorzaakt door een explosie of hoge luchtsnelheden.
Het afsluitlichaam is op een centrale as gemonteerd en wordt open gehouden door twee veren. De maximum toegelaten luchtsnelheid van de lucht is 20 m/s.
Wanneer er een explosie plaats vindt, wordt het afsluitlichaam tegen een rubberen dichting gedrukt zodat een afsluiting ontstaat die geen vlammen doorlaat. Het afsluitlichaam wordt door een vergrendelingsmechanisme op zijn plaats gehouden. Het alarm dat vervolgens gegeven wordt, wordt gemaakt door eindschakelaars.


Figuur 5: Ventex ventiel

Inbouwplaats
Het is belangrijk dat het ventiel op de juiste plaats geplaatst wordt. De juiste plaats kan bepaald worden met het ‘Gerd’ rekenmodel.

Toepassing
De afsluitventielen worden toegepast bij organische- en metaalpoederproductiesystemen. Hierbij worden ze gebruikt bij de pneumatisch transportsystemen met lage stofconcentraties.

5.1.5 Explosieveilige snelsluitschuif

Explosievaste snelsluitschuif
Figuur 6: Explosieveilige snelsluitschuif

Bij een gas of stof explosie zorgt de snelsluitschuif er voor dat een steekvlam en/of drukgolf zich niet voort kan planten naar de aangrenzende procesapparatuur.
De schuif wordt gesloten via een zuiger met perslucht (600 kPa) en heeft ten opzichte van andere afsluiters als voordeel dan de schuif zuiver pneumatisch bediend wordt. Hij heeft dus geen onder druk staand vat nodig.

Inbouw
Het is belangrijk om de juiste inbouwplaats van de schuif te bepalen, maar ook om hem voor de juiste toepassing in te zetten. Wanneer ze te dicht bij de ontstekingsplaat geplaatst worden, kan het zijn dat de vlam al gepasseerd is voordat de afsluiter dicht is. Worden ze te ver weg gezet, dan kan er een explosie optreden.

5.1.6 Explosieslot

Een explosieslot is zo ontworpen dat de richting van de luchtstroom ongeveer 180° gekeerd wordt waardoor de voortzetting van de explosie in het leidingwerk vermeden wordt. Door de versnellende explosie uit de leiding weg te nemen heeft de explosie de neiging om in de bocht rechtdoor te gaan i.p.v. met de bocht mee. Door in de bocht een zwakke plaats te maken kan de aanstormende explosie naar buiten worden afgevoerd. De zwakke plek kan een breekplaat of klep zijn.


Figuur 7: Explosieslot (Stuvex)

Types
Het basisprincipe van alle sloten is hetzelfde. Toch zijn er enkele varianten op de markt waarbij de variatie zit in de vorm en het soort ontlastingsvoorziening. Deze voorziening kan een breekplaat, een explosieklep of een eenvoudig los deksel zijn.

Toepassing
Explosiesloten worden voornamelijk toegepast in ontstoffingslijnen om een terugstoot van een explosie in de filter naar de luchtinlaatpunten te vermijden.
Ze zijn vanwege de drukval niet geschikt voor pneumatische transportsystemen. Ook bij eroderende producten kan het explosieslot maar beperkt toegepast worden.

5.1.7 Blusmiddelbarrière

Het doel van een blusmiddelbarrière is het vermijden van voortplanting van een steekvlam afkomstig van een gas of stofexplosie naar de procesapparatuur. Het principe van de blusmiddelbarrières bestaat uit het injecteren van een blusmiddel stroomafwaarts van de explosie. Hierdoor dooft de steekvlam in het inert gemaakte leidingstuk.
Een chemische barrière bestaat uit een detector, een sturingseenheid en een blusmiddelfles. De grootte van de blusmiddelfles is afhankelijk van de grootte en de vorm van het leidingnetwerk.
Het systeem kan een explosiefront of drukgolf detecteren door middel van een of meerdere druk of optische sensoren.
Wanneer de activering via de sturingseenheid plaats vindt, zullen de blusmiddelflessen die zich stroomafwaarts van de sensoren bevinden ook blusmiddel in de leidingen injecteren. Op deze manier ontstaat er een inerte barrière voor de explosie. Door de barrière zal de explosie geblust worden.
De blusmiddelflessen zijn zo ontworpen dat de benodigde toevoersnelheid van bluspoeder op een gecontroleerde wijze en gedurende een vastgestelde tijd is gegarandeerd.

Voordelen
Explosieontkoppeling met behulp van blusmiddelbarrières heeft dezelfde voordelen als het flash onderdrukkingssysteem dat verder op in het verslag besproken wordt.

Types
De volgende uitvoeringen zijn beschikbaar:

Figuur 8a: Single uitvoering
Figuur 8b: Multi point uitvoering
Figuur 8c: Multi uitvoering

Single uitvoering
Dit is de standaard uitvoering voor montage op leidingen met grotere diameters. Multi Point uitvoering
Deze suppressor is uitgerust met 2 tot 4 uitgangen met een 25 mm diameter. Het blusmiddel wordt via deze slangen in het leidingwerk gestuwd. Het systeem kan ter gelijkertijd verschillende leidingen bedienen.

Multi uitvoering
Deze gasgenerator wordt op een expansievat gemonteerd. Vanaf dit vat wordt het gas aan maximaal vier kleinere blusmiddelflessen geleverd.

5.2 Explosie drukontlasting

5.2.1 Breekplaten

Gas en stof explosie drukontlasting is een van de meest gebruikte beschermingstechnieken om installaties tegen explosiedruk te beschermen. Het meest gebruikte systeem is de goedkope breekplaat. Deze bestaat meestal uit een roestvrijstalen folie en dunne lagen plastic ter afdichting. De metalen bladen zijn om bij de juiste druk open te gaan, soms voorgegroefd.
De afdichting van de breekplaten kan uit verschillende materialen bestaan:

  • Natuurrubber, wordt gebruikt bij temperaturen tussen de –25 en 80 °C
  • Siliconen, wordt gebruikt bij temperaturen tussen de –50 en 200 °C
  • Keramiek, wordt gebruikt bij temperaturen tussen de –100 en 400 °C

5.2.2 Explosiepanelen

Een explosiepaneel is bedoeld om op een vat te plaatsen en bij een lage overdruk te openen waardoor de vuurbal en de druk uit dat vat afgevoerd kunnen worden. Wanneer een paneel door een explosie is geopend, kan hij nadien weer terug geplaatst worden.
Het paneel is opgebouwd uit een aantal lagen metalen bladen die op een honinggraat paneel geplaatst zijn. Hierdoor ontstaat er een sterk en lichtgewicht paneel.
De druk waarbij het paneel open mag springen wordt ingesteld op de klemcassettes die het paneel op z’n plaats houden.
Het voordeel van het explosiepaneel ten opzichte van de breekplaat is dat deze bestand is tegen hevige drukschommelingen.

5.2.3 Explosieluiken

Explosieluiken worden toegepast op plaatsen waar de kans op veelvuldige explosies groot is.
De schokadsorptie vind plaats door middel van een luchtkussen dat zich tijdens het openen van het luik tussen het luik en de verticale plaat achter het luik vormt. De impact van het luik op de opvangplaat wordt gedempt door de massatraagheid van de opvangplaat en door de veer achter de verticale plaat. Opening van het luik kan plaats vinden vanaf een overdruk van 0.03 bar

Figuur 9b: explosieluik
Figuur 9b: explosieluik schematisch

6 Explosieonderdrukking d.m.v. Flash poederblus systeem

6.1 Algemeen

Het flash systeem is er op gericht om explosies te onderdrukken. Bij ontsteking van een gas- of stofwolk zal vanuit het ontstekingspunt een vuurbal ontstaan die uiteindelijk tot een gas- of stofexplosie kan leiden. Om te voorkomen dat de groeiende vuurbal oncontroleerbaar wordt en een hoge druk genereert, moet het groeien van die vuurbal onmiddellijk na de ontsteking gestopt worden. Dit kan gerealiseerd worden door een blusmiddel in de groeiende vuurbal te injecteren. Het is daarom ook van belang dat de vuurbal tijdig gesignaleerd wordt, zodat het blusmiddel zo snel mogelijk in de vuurbal geïnjecteerd kan worden.
Deze manier van explosiebeveiliging wordt explosieonderdrukking genoemd. Het idee achter deze explosieonderdrukking is dat de uiteindelijke explosiedruk gereduceerd wordt tot een fractie van de maximale explosiedruk.In de onderstaande grafiek geeft de rode curve de ontsteking van het Flash systeem. De blauwe curve geeft de druk van de explosie aan.


Figuur 10: drukontwikkeling bij een explosie bij gebruik van het Flash systeem

Figuur 11: Type Single Flash (EAB10B)

Voordelen van het systeem zijn:

  • maakt geen gebruik van explosieven
  • maakt geen gebruik van drukvaten
  • werkt met gasgeneratoren

6.2 Principe

Het blusmiddel bevindt zich in een poederkit die in een niet onder druk staande blusmiddelfles geplaatst wordt.
Boven op de fles bevindt zich een gasgenerator. Wanneer het detectiesysteem reageert, wordt de gasgenerator geactiveerd. Binnen een zeer korte tijd wordt een grote hoeveelheid gas geproduceerd waardoor de druk in de fles stijgt. Het poeder wordt nu gefluïdiceerd (Het inbrengen van een bepaalde druk op een gas zodat het zich als een vloeistof gaat gedragen) en komt onder hoge druk te staan.
Vervolgens scheurt de poederkit open bij de uitstroomopening van de fles. Het blusmiddel wordt nu binnen enkele milliseconden uitgeblazen en met hoge snelheid in de te beschermen apparatuur geïnjecteerd. De gassen uit de fles zijn niet corrosief of toxisch.
In de bijlagen 1 en 2 staat een tekening van hoe de blusmiddelflessen geplaatst zouden kunnen worden in de installatie.

6.3 De gasgenerator

De gasgenerator van het Flash systeem werkt op dezelfde manier als de gasgeneratoren die in de ruimtevaart en de auto-industrie toegepast worden. Door een snelle verbranding van een bepaalde chemische stof wordt een grote hoeveelheid gas geproduceerd.
De tijd die nodig is om bij de gasgenerator de uitstootdruk te bereiken licht tussen de 3 en 10 milliseconde, afhankelijk van de grootte van de gasgenerator.
Een voordeel van het gebruik van een gasgenerator is dat doordat de druk in een gasgenerator hoofdzakelijk wordt veroorzaakt door de hoge temperatuur van het gevormde gas, er uiteindelijk maar relatief weinig gas in de beschermde apparatuur geblazen wordt. Hierdoor kunnen de explosiedrukken sterk gereduceerd worden.

6.4 Blusmiddel en poederkits

Voor het Flash systeem wordt natriumcarbonaat als blusmiddel gebruikt, maar er kan ook water gebruikt worden.De blusmiddelflessen zijn voorzien van scharnieren zodat de losgeleverde poederkit eenvoudig te vervangen is. Ook zijn de flessen drukloos waardoor ze niet lekken.
Het poeder is opgeslagen in plastic poederkits. Na activatie hoeven alleen de poederkits maar vervangen te worden.

6.5 Detectoren

Type PDS
Voor de meeste toepassingen wordt gebruik gemaakt van een PDS detector. Deze druksensor werkt met een membraan. De sensor heeft een permanente instelling die ongewijzigd blijft. Voordeel hiervan is dat de instelling niet langer gecontroleerd hoeft te worden.
De werking van de detector is gebaseerd op de verandering van weerstand op het moment dat er een hogere druk dan 50 mbar op het membraam drukt. De weerstand verandert dan van 3.9 kΩ naar 1.8 kΩ in geactiveerde toestand.

Figuur 11a: PDS-detector (voorkant)
Figuur 11b: PDS-2 detector (achterkant)

Type PDP
Bij grote drukschommelingen en trillingen of wanneer we te maken hebben met een installatie die geheel of gedeeltelijk open is kunnen de statische druksensoren niet gebruikt worden. Dit komt doordat er in een open installatie geen drukopbouw plaats kan vinden. In deze situaties wordt gebruik gemaakt van PDP detectoren.
Deze detector bestaat uit:

  • Een pïezo-resistief element in de vorm van een kristal. Dit kristal veroorzaakt een verandering van de weerstand bij oplopende druk.
  • infrarood sensor
Figuur 12a: PDP-detector (voorkant)
Figuur 12b: PDP-2 detector (achterkant)

De druk waarbij activatie plaats moet vinden kan ingesteld worden op basis van twee grootheden.

  1. Dit is bij overschrijding van:
    - een bepaalde statische druk
    - een bepaalde drukstijgsnelheid
    Om vervuiling van het sensorkristal te voorkomen wordt de druk overgebracht via een beschermmembraan.
    Wanneer er schommelingen in de druk of trillingen van bepaalde frequenties plaats vinden, kan de detector zo ingesteld worden dat hij deze negeert. Hierdoor wordt het risico van een foute activatie van het systeem verminderd.
  2. De infrarood detector reageert op warmtestralen

7 Tot slot

Explosiebeveiliging is belangrijk voor de beveiliging van productieprocessen waarbij poeders verwerkt worden. Er zijn een aantal maatregelen die eenvoudig genomen kunnen worden. Dit zijn maatregelen als het schoonhouden van de machine en het aarden van de apparatuur.
Ook het installeren van breekplaten of explosieluiken kan eenvoudig plaatsvinden. Helaas zijn deze maatregelen niet in alle processituaties afdoende. Daarom kan er ook gekozen worden voor aanvullende maatregelen zoals het Flash explosieonderdrukkingssysteem.
Binnen mijn stagebedrijf is sinds kort een CO controle systeem en een Flash explosieonderdrukkings systeem geïnstalleerd. Het gaat voorlopig nog om een toren waar dit systeem op geïnstalleerd is. In de toekomst is het de bedoeling dat deze systemen ook op de andere poedertorens in de fabriek geïnstalleerd worden.

8 Literatuuropgave

  • Atex Explosionschuts GmbH, Documentatie bij CO meet systeem
  • www.stuvex.com, StuvEx safety systems ltd.
  • Workshop, Gegeven door StuvEx international
  • Documentatie bij Flash explosieonderdrukkingssysteem, StuvEx internationaal