|

Stofexplosiebeschermingssysteem - een vereiste voor voedselverwerking

Download de inhoud van deze whitepaper als pdf.

brandbaar stof in voedsel- en drankverwerkende fabrieken vereist speciale aandacht voor de verschillende apparatuur, evenals het niveau van hygiëne en hygiëne dat vereist is door gezaghebbende instanties

door: Jérôme Taveau, wetenschappelijk adviseur Fike Corporation

Abstract

De verwoestende gevolgen van stofexplosies zijn wijdverbreid en blijvend, maar met de juiste preventie- en beschermingsinspanningen kunnen de risico's tot een aanvaardbaar niveau worden teruggebracht. Voor voedsel- en drankenverwerkers die dagelijks met stof te maken hebben, is de uitdaging groter maar toch beheersbaar. Dit document introduceert de huidige oplossingen voor explosiebeveiliging en geeft richtlijnen voor het nauwkeurig afstemmen van de beschikbare technieken op typische toepassingen.


Invoering

Fabrieken voor de productie van voedingsmiddelen en dranken zijn hygiënische, hygiënische omgevingen en toch zijn ze onderhevig aan stoffige omstandigheden. Fijne, droge producten en materialen zoals zoetstoffen, zetmeel en bloem vormen een duidelijk brand- en explosiegevaar. Er moet speciale aandacht worden besteed aan ruimtes in of buiten faciliteiten waar stof wordt geproduceerd, verwerkt, opgeslagen of vervoerd en in de atmosfeer terecht kan komen. Anders is alles wat nodig is een ontstekingsbron met voldoende energie om een nachtmerrieachtige gebeurtenis te veroorzaken.

Beperking en beheer van explosiegevaar begint met het begrijpen van de explosie-eigenschappen van het materiaal. Als die informatie niet beschikbaar is, is het testen van explosiviteit nodig. Als het materiaal eenmaal is gekarakteriseerd, kunnen explosieveiligheids- en beschermingsmaatregelen worden genomen op basis van de beoogde toepassing. Preventie is de eerste verdedigingslinie, terwijl bescherming de gevolgen van explosies die zich voordoen, aanpakt.

In de voedselverwerkende industrie worden vier explosiebeveiligingstechnieken gebruikt: ontluchting, vlamloze ontluchting, onderdrukking en isolatie. Ze kunnen afzonderlijk of in combinatie worden gebruikt, afhankelijk van de toepassing. Het is belangrijk om de voordelen en beperkingen van elke techniek te begrijpen om de meest effectieve beslissingen te nemen over explosiebeveiliging.

Ontluchting: drukontlasting

Veruit de meest populaire explosiebeveiligingstechniek is ontluchting. Deze methode is uitgebreid beschreven in technische literatuur en normen zoals National Fire Protection Association (NFPA) 68: Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting [1] en Europese Norm (EN) 14491: Dust Explosion Venting Protective Systems [2]. De sanitaire ontploffingsopeningen die worden gebruikt bij de verwerking van voedsel en dranken, moeten geschikt zijn voor omstandigheden met gedeeltelijk vacuüm en een breed temperatuurbereik.

Ontluchting beschermt een vat tegen barsten door ervoor te zorgen dat de druk die tijdens een explosie in het vat wordt ontwikkeld, veilig in de omgeving kan worden vrijgelaten (Figuur 1). Een breekmembraan wordt op het vat geplaatst en ontworpen om te openen bij een statische barstdruk (PSTAT) ruim onder de druk waarbij het vat zou worden vernietigd of beschadigd.

Afb. 1. Fike Sani-V en Sani-VS explosieopeningen

De belangrijkste prestaties van een geschikte ventilatieopening zijn onder meer een betrouwbare PSTAT, snelle opening en het ontbreken van fragmentatie.

Door te ontluchten kan de druk die in een omhulling wordt ontwikkeld, worden beheerst, maar het gevaar van de vlam die uit de ventilatieopening komt, wordt niet verminderd (Figuur 2). Vanwege deze secundaire stofexplosiegevaren wordt conventionele ventilatie niet aanbevolen voor behuizingen die zich binnenshuis bevinden [3].

Ontluchting van stofexplosie bij Fike Remote Testing Facility toont ontluchting met vlamontgrendeling
Fig. 2. Ontluchting van stofexplosie bij Fike Remote Testing Facility toont ontluchting met vlamontgrendeling

Voor behuizingen binnenshuis kunnen ventilatiekanalen worden toegevoegd om de vlam en de druk naar buiten te leiden. Dit kan echter moeilijk zijn om effectief toe te passen, omdat het toevoegen van een ventilatiekanaal de verminderde explosiedruk binnen de geventileerde behuizing (PRED) kan verhogen. Een alternatieve benadering is ventilatie zonder vlammen

Vlamloze ventilatie: drukontlasting, vlamdoving en stofretentie.

De vlamloze ontluchtingstechniek is speciaal ontworpen om te beschermen tegen stofexplosies. Het doel is drievoudig: om de druk te ontlasten, de vlam te blussen en het stof vast te houden. In het vroege stadium van een explosie gaat een ventilatiepaneel open en wordt het stof (verbrand en onverbrand) opgevangen in de vlamdovereenheid, die is opgebouwd uit lagen roestvrijstalen gaas. De vlamdovende eenheid kan cilindrisch, rechthoekig of vierkant zijn (figuur 3).

Het Fike EleQuench ™ -vlamfilter is ontworpen voor gebruik op de elevatorpoten van de graanemmer
Afb. 3. Fike EleQuench ™ vlamfilter is ontworpen voor gebruik op de poten van de graanemmer

Vlamloze ventilatie biedt een compact alternatief voor ventilatiekanalen met een veel grotere ventilatie-efficiëntie. Het minimaliseert ook de explosie, thermische straling en lawaai buiten de beschermde apparatuur, en kan daarom buitenshuis worden gebruikt wanneer secundaire effecten geassocieerd met conventionele ventilatie een probleem zijn.

Ontluchting zonder vlammen past echter niet bij alle toepassingen; een onderdrukkingssysteem kan geschikter zijn als er beperkte ruimte is om ventilatieopeningen te installeren of als het verwerkte materiaal giftig is.

Onderdrukking: energieabsorptie

Explosieonderdrukking is een actieve techniek met belangrijke voordelen ten opzichte van conventionele ontluchting: er komt geen druk, vlammen of potentieel giftig materiaal vrij in de omgeving omdat de explosie dynamisch in de behuizing wordt ingesloten. Het vermindert ook de schade aan de apparatuur en vermindert de potentiële brandgevaren die kunnen ontstaan door een explosie.

Onderdrukkingssystemen zijn doorgaans duurder dan ventilatieopeningen, maar bieden belangrijke voordelen. Een explosieonderdrukkingssysteem bestaat doorgaans uit een druksensor, een bedieningspaneel en een hoge snelheid ontlading (HRD) onderdrukker (s) met geschikte verstuivers. Het ontsteken van een stofwolk in een omhulsel produceert een vuurbal die drukgolven uitzendt. Deze worden snel gedetecteerd door de sensor, die een signaal naar het bedieningspaneel stuurt om de ontlading van de onderdrukker te starten. Stikstof en het onderdrukkingsmiddel worden snel in het vat afgegeven, waardoor de vuurbal wordt gedoofd door de temperatuur van het brandbare materiaal te verlagen tot onder een niveau dat nodig is om de verbranding in stand te houden.

Isolatie: voortplantingspreventie

Procesapparatuur is heel vaak verbonden met andere delen van een faciliteit door buizen of transportsystemen. Elke stofexplosie die ontstaat in een onderling verbonden behuizing, zelfs als deze wordt geventileerd of onderdrukt, kan zich voortplanten en andere procesapparatuur bereiken en grote schade veroorzaken. Omdat het vlamfront zal versnellen en er sterkere drukeffecten zullen worden geproduceerd, kan de resulterende explosie in het secundaire vat veel gewelddadiger zijn dan de aanvankelijke gebeurtenis.

Explosie-isolatie beschermt tegen dit gevaar. Isolatie kan vlamverspreiding naar een secundaire behuizing voorkomen, drukstapeling en vlamstraalontsteking in de secundaire behuizing voorkomen en deflagratie naar detonatieovergang in leidingen voorkomen (hoge lengte tot diameterverhouding).

Isolatie kan passief of actief zijn. Passieve systemen worden geactiveerd door de explosie zelf en omvatten wissels, vlotterkleppen en klepkleppen (Figuur 4). Met klepkleppen zal de druk die door de explosie wordt gegenereerd een poort duwen en de buis sluiten, waardoor verspreiding van de vlam naar de beschermde delen van het proces wordt voorkomen. Passieve systemen zijn doorgaans eenvoudiger en vergen minder onderhoud dan actieve isolatiesystemen.

Fike Flap Valve ValvEx ™ passief explosie-isolatiesysteem
Fig. 4. Fike Flap Valve ValvEx ™ passief explosie-isolatiesysteem

Actieve systemen, aan de andere kant, moeten worden geactiveerd door een sensor. Die trigger sluit ofwel een mechanische klep voor het vlamfront of injecteert een blusmiddel in de buis om verdere vlamverspreiding te stoppen. Actieve systemen zijn onder meer chemische barrières, schuifafsluiters en slangafsluiters.
De plaatsing van isolatieapparaten is essentieel voor het succes ervan. Als het apparaat ver van de ontsteking wordt geplaatst, kan de deflagratie hoge drukken in de leidingen veroorzaken en het isolatieapparaat beschadigen. Als het in de buurt van de ontsteking is geplaatst, is het mogelijk dat het niet helemaal gesloten is voordat de vlam arriveert.

Stappen voor selectie van explosiebeveiliging

Bij het kiezen van de juiste explosiebeveiligingsmethode voor voedsel- en drankprocessen moeten fundamentele toepassingsvragen worden beantwoord. Ze worden hier beschreven en ook in meer detail geïllustreerd in het onderstaande selectiestroomdiagram (Figuur 5).

  1. Gebruik explosieontluchting wanneer ... de behuizing buiten is.
  2. Gebruik vlamloze ventilatie als ... de behuizing binnenshuis is en ventilatiekanalen onpraktisch zijn.
  3. Gebruik explosieonderdrukking wanneer ... het materiaal giftig is, de behuizing binnenshuis is en ventilatie zonder vlammen onpraktisch is, of wanneer brandschade een probleem kan zijn.
  4. Gebruik explosie-isolatie (passief of actief) wanneer ... de behuizing onderlinge verbindingen heeft.

Selectietabel Fike-oplossingen voor explosiebeveiliging
Afb. 5. Keuzeschema explosiebeveiliging (Fike Corporation)

Steun op de experts op het gebied van explosiebeveiliging

Bescherming tegen stofexplosie is van cruciaal belang om te voorkomen wat anders een rampzalig incident zou kunnen worden, dat levens, eigendommen, milieu-integriteit en reputatieschade zou kosten. Gelukkig beschikken producenten van voedingsmiddelen en dranken over vier effectieve methoden om de verschillende toepassingen aan te pakken. Om ervoor te zorgen dat de juiste beslissingen worden genomen, kunt u overwegen om nauw samen te werken met een fabrikant van explosiebeveiliging die aanbevelingen kan doen en geschikte apparatuur kan leveren om aan de zakelijke behoeften te voldoen. Fike test zijn explosiebeveiligingsapparatuur op grote schaal onder realistische deflagratieomstandigheden om volledige effectiviteit te garanderen.

Referenties:
[1] NFPA 68, norm voor explosiebeveiliging door ontluchting door ontploffing (2013).
[2] EN 14491, Ontluchtingssystemen voor stofexplosies (2006).
[3] J. Taveau, Secundaire stofexplosies: hoe ze te voorkomen of hun effecten te verminderen, Process Safety Progress 31 (2012) 36-50.

Download de inhoud van deze whitepaper als pdf.

Hulp nodig
0032 14 21 00 31

Dutch
English Portuguese Spanish Dutch