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Staubexplosionen in der Prozessindustrie

Staubexplosionen

Staubexplosionen sind verheerende Sicherheitsvorfälle, die in einer Vielzahl von Branchen auftreten können, beispielsweise in der Petrochemie, Lebensmittel-, Papier- und Pharmaindustrie. Staubexplosionen in der Prozessindustrie kann zu zahlreichen Todesopfern führen und irreparable Schäden an den Anlagen der Prozessindustrie verursachen. 

Staubexplosionen in der Prozessindustrie – ein ernstes Sicherheitsrisiko 

Nach Angaben des Chemical Safety Board (CSB), einer unabhängigen Behörde, die Untersuchungen zu schweren chemischen Vorfällen durchführt, gab es solche 111 Explosionsfälle zwischen 2006 und 2017 in den Vereinigten StaatenEs gab 66 Todesopfer und 337 Verletzte. Eine weitere CSB-Studie aus dem Jahr 2006 zeigte, dass die Lebensmittelindustrie mit 24% aller Explosionsfälle zwischen 1980 und 2006 die höchste Unfallrate aufweist. Daher wurden diese Explosionen als großes Sicherheitsrisiko erkannt, das mit größter Vorsicht und Aufmerksamkeit angegangen werden muss . 

Um das Leben von Industriearbeitern zu schützen, hat die OSHA 2008 ein „Combustible Dust National Emphasis Program“ (NEP) entwickelt und mit der Umsetzung begonnen. Dieses umfassende Programm Der Sicherheitsplan sah Verfahren für die Staubgefährdungsinspektion vor, begleitet von Richtlinien, die Industriebetriebe zur Reduzierung anwenden müssen Staubexplosion Risiken und Richtlinien zur Einhaltung der NFPA Standards. 

Verlassen Sie sich bei der Verhinderung von Staubexplosionen auf Experten

Industriesicherheit Experten können auf weitere nützliche Ressourcen zurückgreifen bei der Bewältigung von Explosionsproblemen. Rolf K. Eckhof, emeritierter Professor für Prozesssicherheitstechnik am Fachbereich Physik und Technologie der Universität Bergen, Norwegen, teilte sein Wissen zu diesem Thema in seinem Buch „Staubexplosionen in der Prozessindustrie.” 

Die 3. Auflage dieses Buches bietet Ratschläge zur Identifizierung, Bewertung und Kontrolle von Gefahren. In der Buchbeschreibung heißt es: „Es ist unerlässlich, dass praktische und theoretische Kenntnisse darüber vorhanden sind Entstehung, Entstehung, Vorbeugung und Eindämmung von Staubexplosionen wird dem zuständigen Sicherheitsbeauftragten mitgeteilt.“ Dieses Buch bietet auch eine aktualisierte Bewertung der vorherrschenden Aktivitäten, Testmethoden, Designmaßnahmen und sicheren Betriebstechniken. 

Industriesicherheitsberater und Studenten können einen detaillierten Überblick über alle wichtigen Phasen im Zusammenhang mit der Gefahren- und Explosionskontrolle finden. Wie im „Zeitschrift für Schadensverhütung in der ProzessindustrieRezension: „Dieses Buch ist ein Berücksichtigung aller Staubexplosionsaspekte und wird eine unschätzbar wertvolle Informationsquelle für alle Sicherheits- oder Schadensverhütungsspezialisten sein, die mit Staubexplosionsgefahren zu tun haben.“ 

Ein Fördersystem in einer Produktionsanlage

Was ist eine Staubexplosion?

Es kommt zu diesem möglicherweise tödlichen Vorfall wenn sich Partikel in der Luft ansammeln und schnell verbrennen, wodurch eine heftige Druckwelle entsteht. Staubexplosionen stellen ernsthafte Sicherheitsrisiken für die Verarbeitungs- und Fertigungsindustrie dar Lebensmittelverarbeitung, Kohlebergbau, Holzverarbeitung, Herstellung pharmazeutischer Komponenten und andere. Damit es zu einer Explosion kommt, sind mehrere Faktoren erforderlich:

  • Brennbare Stäube,
  • Sauerstoff,
  • Geschlossener Raum,
  • Zündquelle.

Faktoren, die zum Auftreten einer Staubexplosion beitragen

Neben den oben genannten Faktoren ist einer der entscheidenden Faktoren dafür, ob die Es kommt zu einer Staubexplosion ist die Partikelkonzentration. Eine Staubexplosion ist nämlich hoch Dies ist unwahrscheinlich, wenn die Partikelkonzentration nicht hoch ist genug, um es zu befeuern. Wenn die Konzentration brennbarer Stäube zu hoch ist, ist nicht genügend Sauerstoff vorhanden, um eine Explosion auszulösen. 

Brennbare Stäube, die feinere Partikel enthalten, sind gefährlicher, da sie sich leicht verteilen, größere Oberflächen bedecken und sie leicht entflammbar machen. Entsprechend der OSHA Faktenblatt, wenn die Die richtigen Partikelkonzentrationen werden mit ausreichend Sauerstoff kombiniert In einem geschlossenen Raum in der Nähe einer Zündquelle entsteht das sogenannte Staubexplosions-Fünfeck und es kommt zu einem schweren Zwischenfall. 

Wie kommt es zur Explosion?

Alles, von einer Zigarette bis zu einem Funken, der von einem überhitzten Radlager ausgeht, kann eine Staubexplosion auslösen. Sobald der Staub entzündet ist, verbrennt er schnell, wodurch eine Welle mit hohem Luftdruck entsteht. Häufig löst die erste Explosion eine weitere Wolke aus, was zur zweiten Explosion führt. 

Detaillierte Fallstudien zeigten, dass diese zweitrangig sind Staubexplosionen sind heftiger und destruktiv. Kurz nach der ersten kommt es zu einer zweiten ExplosionDies führt zu irreversiblen Schäden an Einrichtungen und gefährdet das Leben der Arbeitnehmer.

Schwarzer Rauch über einem Gebäude

Was sind die Explosionsgefahren? 

Einige Stäube wie Kohle, Getreide und Düngemittel sind leicht als Explosionsgefahr zu erkennen. Das Problem ist, dass es eine Vielzahl anderer gibt Pulver, die eine ernsthafte Brand- oder Explosionsgefahr darstellen können in Industrieanlagen. Leider waren die katastrophalen Explosionen bei der Imperial Sugar Company im Jahr 2007 für diejenigen, die mit Explosionsrisiken nicht vertraut waren, beispiellose Sicherheitsvorfälle. 

Der hohe Konzentration an brennbarem Zucker Der Staub löste eine Reihe verheerender Explosionen aus, bei denen 14 Menschen starben und 38 Arbeiter verletzt wurden, davon 14 mit lebensgefährlichen Verbrennungen. Die Frage, die den OSHA-Inspektoren und -Mitarbeitern nach diesem schweren Vorfall Kopfzerbrechen bereitete, lautete: „Wie kann ein Pulver, ein fester, normalerweise ungefährlicher Stoff wie Zucker oder Kunststoff, zu einem Brand oder einer Explosion, also zu einer Verpuffungsgefahr, werden?“

Das Verständnis der chemischen Natur des Materials ist für die Gefahrenverhütung von entscheidender Bedeutung

Um zu erkennen, warum diese Gefahren bestehen, ist ein tiefgreifendes Verständnis der Beschaffenheit der fein gemahlenen Materialien und der Funktionsweise von Bränden erforderlich. Erstens ist ein Feuer eine Oxidationsreaktion, also alles Materialien, die zur Oxidation neigen, stellen eine Brand- oder Explosionsgefahr dar. Ein hervorragendes Beispiel für ein solches Material ist eine Eisenstange. Wenn ein Eisenbarren der Luft ausgesetzt wird, rostet er langsam und dieser Oxidationsprozess kann Tage, Wochen oder sogar Monate dauern. 

Während eine einzelne rostige Eisenstange kein Explosionsrisiko darstellt, ist eine gemahlene Eisenstange, die feine Partikel enthält, durchaus vorhanden. Dies liegt daran, dass Eisenstaub eine deutlich größere Oberfläche hat, die viel schneller mit Sauerstoff reagiert. Je feiner die Partikel sind, desto schneller und stärker ist die chemische Reaktion wird sein. Durch die Entzündung der Partikel wird Wärme freigesetzt, wodurch sich das Gas um die Partikel herum ausdehnt und eine Flammenfront erzeugt. 

Wenn sich die Flammenfront mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit bewegt, spricht man von einer Deflagration. Wenn es in einem geschlossenen Raum zu einer Verpuffung kommt, führt dies zu einem erhöhten Luftdruck Gehäusewände begrenzen die interne Gasausdehnung. Dies führt zu einer Explosion, wobei die sich ausdehnende Druckwelle irreparable Schäden im umschlossenen Bereich verursacht. Dieser Prozess kann bei jedem Material auftreten, das oxidieren und dabei Wärme freisetzen kann. Daher können die meisten organischen Chemikalien in Form feiner Pulver ein gefährliches Explosionsrisiko darstellen.

Eine Staubexplosion

Wie kann das Explosionsrisiko verringert werden?

Das Verständnis, dass Stäube ein ernstes Brand- und Explosionsrisiko darstellen können, ermöglicht es Sicherheitsberatern und anderen Sicherheitsexperten, zu bestimmen, welche Maßnahmen zu ergreifen sind Bringen Sie Anlagen der Prozessindustrie in Übereinstimmung mit den NEP-Standards der OSHA. Das entscheidende Ziel besteht darin, die Hauptursachen potenziell katastrophaler Explosionen in diesen Anlagen zu beseitigen, auch wenn es möglicherweise nicht möglich ist, alle Ablagerungen zu entfernen. 

Der erste Schritt zu diesem Ziel ist Reduzieren Sie die Ansammlung brennbarer Partikel auf exponierten und versteckten Flächen im Inneren der Pflanzen. Wie bereits erwähnt, können Sekundärexplosionen zu massiven Zerstörungen und zum Verlust von Menschenleben innerhalb der Anlage führen. Zu diesen Explosionen kommt es, wenn die Druckwelle einer anfänglichen Explosion auf horizontalen Flächen angesammelte Partikel in die Luft hebt, wo sie entzündet werden und eine explosive Wolke bilden. Da sich diese explosiven Partikel schnell von der primären Zündquelle entfernen, verursachen sie katastrophale Schäden, schwere Verletzungen und den Verlust von Menschenleben. 

Nach Angaben der National Fire Protection Association (NFPA) reichen Partikelkonzentrationen von 1/32 Zoll, ähnlich der Dicke einer Büroklammer, aus, um eine Explosion auszulösen, wenn sie in der Nähe einer Zündquelle verteilt werden. Aus diesem Grund ist die Entfernung angesammelter Partikel das Hauptanliegen des NEP-Plans der OSHA. Daher, Drei entscheidende Maßnahmen müssen umgesetzt werden um die Gefahr durch Verringerung der Partikelkonzentration zu verringern:

  • Identifizierung von Problembereichen,
  • Identifizierung brennbarer Partikel,
  • Beseitigung der Staubgefahr.

Achten Sie auf die häufigsten Gefahren in der verarbeitenden Industrie

In Anlagen der Prozessindustrie kann eine Gefahr bestehen, wenn pulverförmige Materialien aus der Verarbeitungs- und Förderausrüstung austreten und sich auf verschiedenen horizontalen Oberflächen in der Nähe der Partikelquelle absetzen. Der Partikel befinden sich normalerweise auf der Oberseite des Geräts, Treppen, Geländer, Leuchten usw. 

Während die sichtbaren Oberflächen regelmäßig gereinigt werden, ist der Sprengstoff Partikel können sich auf verdeckten Oberflächen übermäßig ansammeln die oft übersehen werden. Zu diesen problematischen Oberflächen gehören Dachstützkomponenten, Geräteteile über Augenhöhe, erhöhte Rohrleitungen, Rohrleitungen und Kabeltrassen. Daher ist die regelmäßige Reinigung freiliegender und verborgener Oberflächen innerhalb der Anlage ein entscheidender Faktor zur Reduzierung von Gefahren.

Die Feststellung, ob ein Partikel gefährlich ist oder nicht, ist der zweitwichtigste Aspekt bei der Eindämmung des Risikos einer Explosion. Wie wir bereits festgestellt haben, Nicht alle Stäube stellen ein Brand- oder Explosionsrisiko dar. Während aus Sicherheitsgründen alles gereinigt werden sollte, liegt der Schwerpunkt auf brennbaren Partikeln, die schwere Explosionen verursachen können. 

NFPA-Richtlinien können bei der Umsetzung von Sicherheitsmaßnahmen in Produktionsanlagen helfen 

Sicherheitsexperten müssen eine Bestandsaufnahme aller Pulvermaterialien erstellen und Sicherheitsdatenblätter überprüfen, um potenziell riskante Pulver zu identifizieren. Wenn diese Datenblätter unvollständig sind, können Sicherheitsfachkräfte Gefahrenprüfungen durchführen. Mehrere NFPA-Veröffentlichungen liefern wertvolle Informationen auf brennbare Stäube. Neben der regelmäßigen Haushaltsführung müssen Sie Partikelquellen und primäre Zündquellen überprüfen, um Explosionsrisiken auszuschließen. 

Daher müssen Sie die Prozessschritte und die Ausrüstung überprüfen, Öffnungen schließen, durch die gefährliche Partikel entweichen könnten, und verschiedene Zündquellen wie Funken oder Hitze reduzieren. Die NFPA hat bereitgestellt eine Sammlung von Codes, Standards und Richtlinien um diesen wichtigen Prozess zu erleichtern und Sicherheitsberatern in der Prozessindustrie dabei zu helfen, Risiken zu bewältigen. 

Ein Fachmann untersucht das Förderbandsystem

Explosionsprävention und -minderung 

In jüngster Zeit wurden ernsthafte Anstrengungen unternommen, Maßnahmen zur Verhinderung und Eindämmung von Explosionen in der Prozessindustrie zu entwickeln und zu verbessern. Diese Bemühungen führten zur Entwicklung von verschiedene Methoden zur Behebung explosionsbedingter ProblemeB. Echtzeit-Vorhersage der Explosionsentwicklung oder Vermeidung von Zündquellen. 

Die Einführung eines sichereren Prozessdesigns, das auf fundiertem Wissen, Technologie und kontinuierlicher Schulung des Personals basiert, ist der Schlüssel zu einer erfolgreichen Explosionsprävention und -minderung. Fundierte Kenntnisse der Pulverwissenschaft ist eine unschätzbare Hilfe bei der Beurteilung und Beherrschung von Explosionsgefahren. 

In den letzten 20 Jahren haben ausgefeiltere und flexiblere Methoden die einfachen schematischen Methoden ersetzt. In dieser Zeit systematisch Forschung, begleitet von praktischen Umsetzungenhat zu angemessen konzipierten Schadensbegrenzungsmaßnahmen geführt. Beispielsweise entstanden Systeme zur Explosionsentlastung, -unterdrückung und -isolierung aus dem Verständnis von Flammenausbreitungsprozessen. 

Prävention und Eindämmung der Entwicklung von Staubexplosionen

Eines der wesentlichen Probleme im Zusammenhang mit diesen Explosionen ist die schnelle Ausbreitung von Flammen in Partikelwolken. Dies geschieht, weil Trägheitskräfte wirken Wolken können Kraftstoffkonzentrationsgradienten erzeugen. Außerdem können Flammen aufgrund der Wärmestrahlung eine beträchtliche Menge Wärme an die Wolke übertragen. Die Rolle der Wärmestrahlung bei der Entstehung von Explosionen muss jedoch noch weiter untersucht werden. 

Zahlreiche Wissenschaftler haben viel Zeit und Mühe darauf verwendet, umfassende mathematische Modelle zur Messung der Flammenausbreitung in Staubwolken zu entwickeln. Mithilfe dieser Modelle können Sicherheitsmanager besser verstehen, wie Explosionen eskalieren. Wissenschaftler haben eine Ausbreitungstechnik mit flacher Flamme angewendet Messen Sie die Brenngeschwindigkeit genau. Den Ergebnissen zufolge können zahlreiche Faktoren wie Partikelgröße, Konzentrationen, Sauerstoffanreicherung und Wärmeverlust durch Strahlung die Flammenausbreitung in Wolken beeinflussen. 

Dieses Experiment machte auf die Ähnlichkeit zwischen der Flammenausbreitung durch Staubwolken und Kraftstoffnebel aufmerksam Bedeutung des Strahlungswärmeverlusts. Die Ergebnisse zeigten, dass, wenn eine Wolke aus 10 μm großen Graphit- oder Aluminiumpartikeln bestünde, der Strahlungsverlust der Partikel die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit auf bis zu 40% reduzieren könnte.

Verhinderung der Entstehung von explosionsfähigem Staub 

Alles begann mit Dr. Weber, einem der ersten Experten, der sich vor 130 Jahren mit der Staubexplosion in der Prozessindustrie auseinandersetzte. Er wies darauf hin, dass Partikel Dispergierbarkeit und Konzentration beeinflussten die Wolkenbildung erheblich. Am Beispiel von Mehl und den verheerenden Explosionen in Polen und Deutschland aufgrund der hohen Dispergierbarkeit dieses Materials wies er nach, dass die Dispergierbarkeit von Weizenmehlpartikeln mit abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt zunahm. 

Primäre Explosionswolken entstehen normalerweise innerhalb der Verarbeitungsanlage, wenn eine ausreichende Partikelkonzentration angehoben wird. Handhabung und Transport verschiedener Materialien in Mühlen, Trocknern, Mischern, Becherwerken und anderen Verarbeitungsgeräte führen normalerweise zur Dispersion von Partikeln, gefährliche Wolken bildend. Diese primären Explosionen verursachen normalerweise eine zweite, verheerendere Druckwelle mit katastrophalen Folgen.

Es ist wichtig, einige Informationen über die Wolkenstruktur zu haben Vorhersage der Zündempfindlichkeit und des Verlaufs der Wolke dieser Primärexplosion. Allerdings haben Wissenschaftler erst begonnen, numerische Modelle zu entwickeln, um dieses Problem anzugehen, und Beispiele für die praktische Anwendung sind rar. Normalerweise wird das Explosionsproblem dadurch angegangen, dass man dem bestehenden Prozess vorbeugende Maßnahmen hinzufügt. 

Die Anwendung eines inhärent sichereren Prozessansatzes könnte jedoch eine bessere Lösung sein. Dieser Ansatz impliziert das Entwerfen eines Produktionsprozess, bei dem keine Explosionsgefahr besteht. Dazu sollte die Entscheidung für Produktions-, Behandlungs-, Lagerungs- und Transportlösungen gehören, bei denen die Cloud-Erzeugung auf ein Minimum beschränkt wird.

Eine weitere praktische Lösung ist Zugabe von Inertgas wie Stickstoff oder Kohlendioxid zur Luft. Auf diese Weise wird eine Wolke weniger anfällig für Flammen. Diese Maßnahme sollte jedoch mit Vorsicht durchgeführt werden, da durch die Zugabe von Stickstoff in die Luft Erstickungsgefahr besteht. 

Zündquellen verhindern

Die minimale heiße Oberflächentemperatur, die zur Wolkenzündung ausreicht, wurde als universelle Konstante für jede in Frage kommende Staubwolke angesehen. Allerdings sind diese Die Mindestzündtemperaturen können erheblich variieren, abhängig vom Maßstab und der heißen Oberflächengeometrie im Zusammenhang mit der Staubwolke. Daher können wir mehrere Zündquellen identifizieren – elektrostatische Entladungen zwischen zwei Elektroden, elektrostatische Ein-Elektroden-Entladungen, glühende oder brennende Partikel oder ein elektrisches Gerät. Obwohl bereits erhebliche Anstrengungen unternommen wurden, um wirksame Maßnahmen zur Vermeidung von Zündquellen zu entwickeln, müssen diese Maßnahmen und Standards weiterentwickelt werden. 

Ein Rohrförderer in einer Produktionsanlage

Schutz- und Schadensbegrenzungsmaßnahmen 

Zu den entscheidenden Schritten zur Verhinderung dieser Explosionen, die Menschenleben und Ausrüstung schützen, gehören die Sauberkeit von Oberflächen, die Verhinderung der Partikelansammlung und die Reduzierung von Zündquellen. Aus diesem Grund könnten Sicherheitsberater über eine Investition nachdenken Rohrschleppseilförderer, die alle diese Anforderungen erfüllen, die perfekten Förderlösungen für den Explosionsschutz in der Prozessindustrie. 

Warum sollten Sie sich für Rohrschleppkabelförderer entscheiden? 

Erstens sind diese Fördertechniken darauf ausgelegt, verschiedene Rohstoffe durch unterschiedliche Prozessstufen zu transportieren verringert die Möglichkeit der Ansammlung von Rückständen oder Partikeln am Kabel. Die Oberfläche des Rohrkabels, die den Materialien direkt ausgesetzt ist, ist nämlich 80% kleiner als die Oberfläche der Kabelkette. Darüber hinaus ist dieser gleichmäßige und glatte Rohrkabelförderer mit Nylon abgedichtet, wodurch eine Ansammlung innerhalb der Kabelstränge verhindert wird.

Zweitens, Rohrschleppseilförderer bieten verschiedene ReinigungsmöglichkeitenB. Bürstenkästen, Urethanwischer, Inline-Schwämme und Borstenbürsten sowie eine automatische CIP-Nassreinigung, um eine vollständige Partikelentfernung sicherzustellen. 

Schließlich nutzen diese Rohrschleppseilfördersysteme energieeffiziente Motoren mit geringer Leistung. Hier entlang, die Gefahr der Funkenbildung wird minimiert. Einfach ausgedrückt: Durch die Implementierung des Cablevey Conveyors-Systems in Ihrer Anlage minimieren Sie Explosionsrisiken, indem Sie verschiedene Materialien auf sichere und energieeffiziente Weise transportieren. 

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