Pölyräjähdyssuojaus

Pölyräjähdysongelma

Palavan pölyn räjähdykset ovat aiheuttaneet joitakin historian kuolettavimpia teollisuusonnettomuuksia. Vuoden 2008 Imperial Sugar -räjähdys Port Wentworthissa Georgiassa tappoi 14 työntekijää ja loukkaantui 36. Syy: kertynyt sokeripöly, joka syttyi ylikuumentuneen laakerin vaikutuksesta.

Pölyräjähdykset eroavat kaasuräjähdyksistä ratkaisevilla tavoilla:

• Toissijaiset räjähdykset. Alkuperäinen räjähdys irrottaa pinnoille kertyneen pölyn, jolloin syntyy paljon suurempi pölypilvi, joka syttyy välittömästi. Toissijaiset räjähdykset ovat usein paljon tuhoisampia kuin alkuperäinen räjähdys.
• Kerrosten syttyminen. Jopa 5 mm:n paksuiset pölykerrokset kuumilla pinnoilla voivat kyteä ja syttyä ilman näkyvää liekkiä.
• Hidas kehitys. Pöly kertyy vähitellen. Riski kasvaa näkymättömästi päivien, viikkojen tai kuukausien ajan, kunnes yksittäinen syttymislähde laukaisee tapahtuman.

Mikä tekee pölystä palavaa?

Pöly on palavaa, jos se voi palaa nopeasti, kun se leviää ilmaan pilvenä (katso räjähdyskolmion perusteet). Pölyräjähdyksen edellytykset (”pölyräjähdyksen viisikulmio”) edellyttävät kaikkien viiden elementin samanaikaista esiintymistä:

1. Polttoaine. Palavat pölyhiukkaset
2. Happi. Ilma (normaalisti ~21 % O₂)
3. Sytytyslähde. Lämpö, kipinä, liekki tai kuuma pinta
4. Levittäytyminen. Ilmassa riittävän pitoisuutena leijuva pöly
5. Suljettu tila. Suljettu tai puoliksi suljettu tila, jossa paine voi kasvaa

Poista mikä tahansa näistä tekijöistä, eikä räjähdystä tapahdu. Tämä on kaikkien ehkäisy- ja suojausstrategioiden perusta.

Hiukkaskoko on tärkeä

Yleensä vain hienojakoiset hiukkaset (< 500 µm) katsotaan räjähtäviksi. Hienojakoisemmat hiukkaset ovat vaarallisempia:

• < 75 µm. Erittäin räjähtäviä, pysyvät ilmassa pitkään
• 75–500 µm. Räjähtävät, kun ne leviävät riittävällä energialla
• > 500 µm. Yleensä eivät ole räjähtäviä pilvimuodossa (mutta voivat palaa kerroksena)

Jauhamis-, mylly-, kuljetus- ja käsittelytoiminnot tuottavat hienojakoisia hiukkasia jopa materiaaleista, jotka ovat alun perin karkeita rakeita.

Palavat pölytyypit

Pölyryhmät (IEC 60079-0)

Riskialttiit toimialat

• Elintarviketeollisuus. Jauhot, sokeri, tärkkelys, mausteet, vilja, kaakao, maitojauhe
• Puunjalostus. Sahanpuru, hiomapöly, MDF-pöly
• Lääketeollisuus. API-jauheet, apuaineet, tablettien päällystyspöly
• Kemianteollisuus. Muovipelettipöly, pigmentit, väriaineet, hartsijauheet
• Metallinjalostus. Alumiini, magnesium, titaani, rautahiukkaset
• Maatalous. Viljapöly, eläinrehu, lannoitteet
• Kaivostoiminta. Hiilipöly, mineraalipöly
• Kierrätys. Paperin, muovin, puun ja tekstiilien silppuaminen

Pölyräjähdysparametrit

Pölyn räjähdysherkkyys määritetään laboratoriotesteillä standardisarjan EN 14034 mukaisesti (katso standardien yleiskatsaus):

Pölyräjähdysluokat (K_St)

Pölyvyöhykkeet: 20, 21, 22

Alueiden määritelmät

5 mm:n sääntö

Pinnalla oleva vähintään 5 mm:n paksuinen pölykerros katsotaan yleensä sellaiseksi, että se voi levitä räjähtäväksi pilveksi. Alueet, joihin tällaisia kerroksia voi kertyä, on luokiteltava, vaikka pölypilviä ei normaalisti esiintyisikään. Tämä on yksi pölyvyöhykkeiden luokittelussa yleisimmin huomiotta jäävistä seikoista.

Pölykerroksen lämpötilan alennus

Laitteiden pintalämpötilarajat pölyalueilla ovat tiukemmat kuin kaasualueilla:

• Pölypilvi: Pinnan maksimilämpötila ei saa ylittää ⅔ pilven minimisyttymislämpötilasta (MIT)
• Pölykerros (5 mm): Pinnan enimmäislämpötilan on oltava 75 °C alle kerroksen syttymislämpötilan (LIT)
• Paksummat kerrokset: Jokainen ylimääräinen 5 mm:n paksuus alentaa sallittua pintalämpötilaa entisestään

Sovelletaan pilvi- ja kerrostilojen rajoista tiukinta. Monien orgaanisten pölyjen osalta kerrostilan syttymislämpötila on ratkaiseva tekijä.

Pölyn syttymislähteet

EN 1127-1 -standardissa määritellään 13 mahdollista syttymislähdettä. Pölyisissä ympäristöissä merkittävimmät ovat:

Kuumat pinnat

Laakerit, moottorit, kuivaimet, höyryputket, valaisimet ja prosessilämmittimet voivat kaikki ylittää pölyn syttymislämpötilan. Kuumalla putkella oleva pölykerros toimii lämpöeristeenä, nostaen kerroksen alla olevan pinnan lämpötilaa ja laskien syttymiskynnystä.

Mekaaniset kipinät ja kitka

Metallien välinen kosketus myllyissä, kuljettimissa, kauhakuljettimissa ja puhaltimissa tuottaa kuumia hiukkasia. Prosessilaitteisiin joutuvat metallijätteet (pultit, työkalut, lanka) ovat merkittävä syy. Vuoden 2008 Imperial Sugar -räjähdys sai alkunsa kuljettimen ylikuumentuneesta laakerista.

Sähköstaattinen purkaus

Pölyhiukkaset, jotka varautuvat pneumaattisen kuljetuksen, kaatamisen tai seulonnan aikana, voivat kerätä varausta:

• Ei-johtaviin astioihin (muovitynnyrit, pussit, vuoraukset)
• Eristetyt metalliosat (maadoittamattomat laipat, työkalut)
• Henkilöstöön (alhaisen kosteuden ympäristöissä)

Joidenkin pölyjen syttymisenergia on hyvin alhainen: alumiinijauhe voi syttyä jo 10–50 mJ:n sähköstaattisella purkauksella.

Sähkölaitteet

Ei-Ex-luokiteltujen sähkölaitteiden valokaaret, kipinät ja kuumat pinnat ovat ilmeisiä syttymislähteitä. Jopa matalajännitteiset laitteet voivat tuottaa riittävästi energiaa pölypilven syttymiseen.

Itselämpeneminen ja kyte

Jotkin orgaaniset pölyt (vilja, puu, hiili) voivat itselämmetä biologisen toiminnan (bakteerien/sienien kasvu) tai hitaan kemiallisen hapettumisen seurauksena. Silojen tai suodatinjärjestelmien kytevät pesät voivat jatkua päiväkausia ennen räjähdyksen laukaisemista.

Ennaltaehkäisystrategiat

1. Pölypilven poistaminen (ensisijainen ehkäisy)

• Suljettu käsittely. Tiivistä kuljettimet, käytä suljettuja pneumaattisia siirtojärjestelmiä
• Pölynpoisto. Paikallinen pölynpoisto pölyn syntypaikoissa (myllyt, täyttöasemat, siirtopisteet)
• Märkäprosessointi. Lisää kosteutta pölyn muodostumisen estämiseksi (jos prosessi sen sallii)
• Siivous. Säännöllinen siivous pölykerrostumien estämiseksi; pölyn kerääminen imurilla (ei paineilmalla!)

2. Syttymislähteiden poistaminen (toissijainen ehkäisy)

• Oikeanlaisten laitteiden valinta. Käytä ATEX-luokan 1D/2D/3D laitteita luokitelluilla alueilla
• Maadoitus ja liitos. Kaikki johtavat osat on liitettävä potentiaalitasausjärjestelmään
• Kuumatyövalvonta. Lupajärjestelmät, alueen eristäminen, palovartiointi
• Laakereiden valvonta. Kriittisten pyörivien laitteiden lämpötilan ja tärinän valvonta
• Vierasesineiden havaitseminen. Magneetit ja metallinilmaisimet kuljetinjärjestelmissä
• Kipinöiden havaitseminen ja sammuttaminen. Infrapunasensorit kanavissa, jotka laukaisevat vesisuihkutussammutuksen

3. Seurausten lieventäminen (rakenteellinen suojaus)

• Räjähdyspaineen poisto. Siiloissa, suppiloissa ja kanavistoissa olevat rikkoutumispaneelit, jotka vapauttavat paineen turvallisesti ulos (EN 14491)
• Räjähdyksen vaimennus. Paineistettu vaimennusaine (natriumbikarbonaatti, MAP), joka ruiskutetaan millisekunneissa havaitsemisen jälkeen (EN 14373)
• Räjähdyksen eristäminen. Kemialliset esteet tai nopeasti toimivat venttiilit, jotka estävät liekin leviämisen kytkettyjen astioiden välillä (EN 15089)
• Paineenkestävä rakenne. Laitteet, jotka on suunniteltu kestämään täyden räjähdyspaineen (kalliita, käytetään tilanteissa, joissa paineenpoisto ei ole mahdollista)

Laitteiden valinta pölyvyöhykkeille

Suojausmenetelmät pölylle

IP-luokitusvaatimukset

Pölyn tunkeutumisen estäminen on kriittistä:

• Vyöhyke 20: vähintään IP6X (pölytiivis)
• Vyöhyke 21: vähintään IP6X (pölytiivis)
• Vyöhyke 22: vähintään IP5X (pölysuojattu) ei-johtavalle pölylle; IP6X johtavalle pölylle

Merkintäesimerkki

CE 0344
 ⚠  II 2 D Ex tb IIIC T85°C Db IP66

• II 2 D. Ryhmä II, luokka 2, pöly (vyöhyke 21)
• Ex tb. Suojaus kotelolla, taso 'b'
• IIIC. Sopii johtavalle pölylle (luokat IIIA, IIIB, IIIC)
• T85°C. Pinnan enimmäislämpötila 85 °C
• Db. EPL Db (vyöhyke 21)
• IP66. Pölytiivis ja vesisuihkunkestävä

Siisteys: tärkein torjuntakeino

Hyvä siisteys on tehokkain yksittäinen toimenpide pölyräjähdyksiä vastaan. Se koskee sekä polttoaineen lähdettä että toissijaista räjähdysriskiä.

Siivousstandardit

• Tavoite: Pinnalla, erityisesti vaakapinnoilla, reunuksilla, kaapelihyllyillä, palkkien laipoilla ja laitteiden päällä, ei saa olla näkyvää pölykertymää
• Kynnysarvo: Yli 5 mm:n paksuiset pölykerrokset viittaavat puutteelliseen siisteyteen ja saattavat edellyttää vyöhykkeen uudelleenluokittelua
• Menetelmä: Teollisuuspölynimurit, jotka on luokiteltu palavan pölyn imurointiin (ATEX-sertifioidut). Älä koskaan käytä paineilmaa pölyn puhaltamiseen. Se luo räjähtävän pölypilven.
• Tiheys: Riippuu kertymisnopeudesta. Joissakin tiloissa siivous on tehtävä päivittäin, toisissa viikoittain. Dokumentoi aikataulu.

Väritesti

Käytännön kenttätesti: jos pinnan väri ei enää näy pölykerroksen alta, kerros on riittävän paksu aiheuttaakseen vaaran. Tämä vastaa suurin piirtein noin 1 mm:n paksuutta useimpien orgaanisten pölyjen osalta.

Merkittäviä pölyräjähdyksiä

Standardit ja määräykset

• IEC 60079-10-2. Palavan pölyn sisältävien alueiden luokittelu
• IEC 60079-31. Laitteiden pölyräjähdyssuojaus kotelolla (Ex t)
• EN 1127-1. Räjähdysalttiit ilmakehät: räjähdysten ehkäisy ja suojaus (peruskäsitteet)
• EN 14034 -sarja. Pölyräjähdysten ominaisuuksien testaus (P_max, K_St, MEC, MIE, MIT, LIT)
• EN 14491. Suojajärjestelmien pölyräjähdysten poisto
• EN 14373. Räjähdysten vaimennusjärjestelmät
• EN 15089. Räjähdyseristysjärjestelmät
• NFPA 652. Palavan pölyn perusperiaatteita koskeva standardi (Yhdysvallat)
• NFPA 654. Standardi tulipalojen ja pölyräjähdysten ehkäisystä (Yhdysvallat)
• Direktiivi 2014/34/EU. ATEX-laitedirektiivi (sisältää pölyn)
• Direktiivi 1999/92/EY. ATEX-työpaikkadirektiivi (sisältää pölyn)

Pöly vs. kaasu: keskeiset erot

Aiheeseen liittyvät aiheet

• Vaarallisten alueiden luokitus. Täydellinen luokitusmenetelmä, mukaan lukien pölyvyöhykkeet
• Alueiden luokitus. Yleiskatsaus alueisiin 0/1/2 ja 20/21/22
• Lämpötilaluokat. T-luokat kaasulle; pölylle käytetään suoraa lämpötilamerkintää
• Suojausmenetelmät. Kaikki Ex-tyypit, mukaan lukien Ex t (pölykotelo)
• Perusteet. Palokolmio ja räjähdysviisikulmio
• ATEX-tyyppikilven lukeminen. Pölylaitteiden merkintöjen tulkinta