Wie kommt es zu Staubexplosionen in der Prozessindustrie?

Leider brennbar Staubexplosionen haben in letzter Zeit in der verarbeitenden Industrie in ganz Amerika katastrophale Schäden und Todesfälle verursacht. Nach Angaben des Chemical Safety Investigation Board kam es zwischen 2006 und 2017 zu 111 Staubexplosionen in Industrieanlagen, bei denen 66 Menschen ums Leben kamen und 337 Arbeiter schwer verletzt wurden. Im CSB-Bericht heißt es, dass fast ein Viertel, genauer gesagt 24%, dieser verheerenden Explosionen die Lebensmittelindustrie betraf. Allerdings sind auch eine Reihe anderer Prozessindustrien, in denen brennbare Materialien verarbeitet werden, wie der Kohlebergbau, die Holzverarbeitung, die Herstellung pharmazeutischer Komponenten sowie petrochemische und Papierverarbeitungsanlagen, gefährlichen Explosionsrisiken ausgesetzt. 

Wenn Sicherheitsexperten erkennen, wie wichtig es ist, diese Gefahren durch brennbaren Staub zu bewerten und zu kontrollieren, können sie angemessene Maßnahmen zur Verhinderung und Eindämmung von Staubexplosionen umsetzen. Im Jahr 2007 verursachte eine verheerende Zuckerstaubexplosion in der Imperial Sugar-Raffinerie in Georgia irreparable Schäden und forderte 14 Todesopfer und 36 verletzte Mitarbeiter. Nach einer gründlichen Untersuchung kam das CSB zu dem Schluss, dass diese schwere Explosion „völlig vermeidbar“ sei.

Nach diesem schwerwiegenden Sicherheitsvorfall forderte das US Chemical Safety Board die Occupational Safety and Health Agency auf, sich mit der National Fire Protection Agency zusammenzuschließen und eine Reihe von Standards für brennbaren Staub auszuarbeiten. Unternehmen müssen diese Standards einhalten und die Vermeidung und Eindämmung von Staubexplosionen in der Prozessindustrie sicherstellen. 

Als Professor Eckof, der Autor von Die Staubexplosionen in der Prozessindustrie betont in der 3. Auflage dieser unschätzbar wertvollen Ressource: „Es ist unerlässlich, dass dem verantwortlichen Sicherheitsmanager praktisches und theoretisches Wissen über die Entstehung, Entwicklung, Prävention und Eindämmung von Staubexplosionen vermittelt wird.“ Aus diesem Grund konzentriert sich dieser Artikel auf die Faktoren, die zur Entzündung von Staubwolken und zur Eskalation der Staubexplosion innerhalb einer Prozessanlage führen. Darüber hinaus werden praktische Lösungen zur Vermeidung und Eindämmung von Staubexplosionen angeboten. 

Was ist eine Explosion brennbaren Staubes und wie entsteht sie?

Zu diesem möglicherweise katastrophalen Sicherheitsvorfall kommt es, wenn sich Staubpartikel in der Luft ansammeln und schnell verbrennen, wodurch eine Welle mit hohem Luftdruck entsteht. Damit es zu einer Staubexplosion kommt, sind fünf entscheidende Faktoren erforderlich:

• Brennbare Staubpartikel, die als Brennstoff dienen
• Sauerstoff in der Luft, der die Flammenausbreitung fördert
• Geschlossener Raum; Erste Staubexplosionen beginnen meist in geschlossenen Anlagenteilen
• Eine Zündquelle – alles, was etwas enthält, das heiß genug ist, um eine Entzündung auszulösen
• Spezifische Konzentration brennbarer Staubpartikel.

Darüber hinaus spielen Staubausbreitungsgrade eine wichtige Rolle bei der Entscheidung, ob eine Explosion auftritt und eskaliert. Es ist nämlich höchst unwahrscheinlich, dass es zu einer Staubexplosion kommt, wenn die Staubkonzentration nicht hoch genug ist, um sie auszulösen. Wenn die Konzentration an brennbarem Staub zu hoch ist, ist außerdem nicht genügend Sauerstoff in der Luft vorhanden, um eine Explosion auszulösen. Brennbare Stäube mit feinen Partikeln sind gefährlicher, da sie sich leichter verteilen und eine größere Oberfläche haben, wodurch sie leicht entflammbar sind. 

Wenn sich die spezifische explosionsfähige Konzentration von hochdispersem brennbarem Staub mit dem Sauerstoff in einem geschlossenen Gerät in der Nähe einer Zündquelle verbindet, entsteht das sogenannte Staubexplosions-Pentagon, das eine primäre Staubexplosion verursacht. Diese anfängliche Explosion in der Verarbeitungsanlage oder in einem Bereich mit einer ausreichenden Konzentration an angesammeltem „flüchtigem“ Staub erzeugt eine Schockwelle, die dazu führt, dass sich angesammelter Staub in der Luft auflöst. Es kann auch einen Kanal, einen Behälter oder einen Staubabscheider beschädigen und eine sekundäre Explosionswelle verursachen.

Diese Sekundärexplosionen ereignen sich kurz nach den ursprünglichen Explosionen und sind gefährlicher und verheerender und verursachen katastrophale Schäden und den Verlust von Menschenleben. Zum Beispiel der Ursprung des Anfangsbuchstabens Explosion in der Raffinerie Sugar Imperial befand sich im Zentralgebäude. Aufgrund von 15 nachfolgenden Sekundärexplosionen weitete sich die Explosion jedoch auf die drei angrenzenden Silos aus und zerstörte diese vollständig. Diese Staubexplosion demonstriert die verheerende Kraft sekundärer Staubexplosionen. Es zeigt auch, dass die Partikelgröße erheblich zur schnellen Flammenausbreitung während der Staubexplosion beitragen kann. Die NFPA-Studie zeigte, dass eine Staubmenge von der Dicke einer durchschnittlichen Büroklammer ausreicht, um Explosionen auszulösen. 

Risikobewertung von brennbarem Staub

Bevor Sie es umsetzen Sicherheitsmanagementpraktiken und Richtlinien von OSHA und NFPA zur Verhinderung von Staubexplosionen sowie zur Identifizierung und Reduzierung bestehender Risiken durch brennbaren Staub. Dies erreichen Sie mit den folgenden Schritten.

• Problembereiche identifizieren
• Erkennung brennbarer Staubarten 
• Staubgefahren beseitigen 

Die Gefahr einer möglichen Staubexplosion ist in Anlagen der Prozessindustrie hoch, wo pulverförmige Materialien leicht aus den Verarbeitungs- und Fördergeräten austreten und sich auf den umgebenden horizontalen Oberflächen absetzen. Der Staub sammelt sich auf der Oberseite der Geräte, Treppen, Geländern, Beleuchtungskörpern usw. an. Während die sichtbaren Oberflächen regelmäßig gereinigt werden, kann sich der explosive Staub auf den verborgenen Oberflächen, die oft übersehen werden, übermäßig ansammeln. Daher ist die regelmäßige Reinigung und Reinigung freiliegender und verborgener Flächen innerhalb der Anlage von entscheidender Bedeutung für die Reduzierung der Staubgefahr.

Die Feststellung, ob Staub gefährlich ist oder nicht, ist der zweite wichtige Aspekt bei der Eindämmung des Risikos einer Staubexplosion. Versuchen Sie aus Sicherheitsgründen, sich beim Reinigen des Geräts auf brennbare Stäube zu konzentrieren, die schwere Explosionen verursachen können. 

Mehrere NFPA-Veröffentlichungen können wertvolle Informationen über brennbare Materialien liefern. Überprüfen Sie nicht nur wirksame Reinigungsmethoden, sondern auch die Staubquellen, um die Entstehung von explosivem Staub zu verhindern. Sie können auch die primären Zündquellen überprüfen, um Explosionsrisiken auszuschließen. 

Daher müssen Sie die Prozessschritte und die Ausrüstung überprüfen, Öffnungen schließen, um die Ansammlung von flüchtigem Staub zu vermeiden, und verschiedene Zündquellen wie Funken oder Hitze reduzieren. Die NFPA hat eine Sammlung von Codes, Standards und Richtlinien bereitgestellt, um diesen wichtigen Prozess zu erleichtern und Sicherheitsberatern in der Prozessindustrie bei der Bewältigung von Explosionsrisiken zu helfen. 

Verhinderung von Staubexplosionen 

Wir haben bereits darauf hingewiesen, dass es bei der Bildung des sogenannten Staubexplosions-Pentagons zu gefährlichen Staubexplosionen kommt. Indem Sie eines dieser entscheidenden Elemente entfernen, verhindern Sie, dass diese Sicherheitsvorfälle passieren. Dies können Sie durch die Umsetzung der folgenden Maßnahmen erreichen.

• Entfernung von brennbarem Staub
• Reduzierung der Konzentration brennbaren Staubs
• Reduzierung des Sauerstoffgehalts
• Erkennung und Kontrolle von Zündquellen

Die Lagerung von brennbarem Staub außerhalb der Verarbeitungsanlage ist ein grundsätzlich sichererer Ansatz, der Staubexplosionen innerhalb der Anlage verhindert

Stellen Sie sicher, dass der Staubgehalt unter den minimalen Explosionskonzentrationen liegt, indem Sie ihn regelmäßig reinigen oder sich für Geräte entscheiden, die verhindern, dass sich Staub ansammelt oder aus dem Staub entweicht. Rohrschleppseilförderer sind die perfekte Lösung, um das Problem flüchtiger Stäube anzugehen. Diese Rohrkabelfördersysteme transportieren verschiedene Materialien in vollständig versiegelten Rohren durch verschiedene Prozessstufen. Sie verwenden kreisförmige Scheiben, die an einem Kabel befestigt sind, um das Material durch das Rohr zu drücken. Cablevey-Förderer bieten vollständig geschlossene Rohrsysteme an, die verhindern, dass Staubpartikel aus der Ausrüstung austreten.

Sie können den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre reduzieren, indem Sie ein Inertgas wie Stickstoff in ein geschlossenes System injizieren. Dadurch wird die anfängliche Staubexplosion verhindert. 

Indem Sie Zündquellen erkennen, kontrollieren und verhindern, beseitigen Sie das Zündelement aus dem Staubexplosions-Pentagon und vermeiden so einen Sicherheitsvorfall. Ein einzelner Funke kann zu einer Zündquelle werden, wenn er in einen Staubabscheider gesaugt wird. Hitze, Strahlung und Rauch sind Indikatoren für die Gefahr einer Staubexplosion. Sobald Sie es erkennen, aktivieren Sie Kontrollmethoden wie ein Abbruchtor, das die Zündquelle von der Verarbeitungslinie fernhält. Sie können auch Unterdrückungssysteme verwenden, die die Zündquelle löschen, bevor sie ein Stichfeuer oder eine primäre Staubexplosion auslöst.

Staubexplosionsschutz

Der Unterschied zwischen vorbeugenden und schützenden Maßnahmen besteht darin, dass letztere angewendet werden, sobald die Explosion begonnen hat. Erstens können Sie versuchen, den Einschluss zu erhöhen, um die Auswirkungen einer Staubexplosion zu verringern. Darüber hinaus können Sie Staubexplosionsentlastungen einsetzen. Meist traditionell Systeme zur Entlastung von Staubexplosionen bei einem vorgegebenen Druckniveau öffnen. Wenn es zu einer Explosion kommt und sich der Druck aufbaut, öffnen sich die Entlüftungsöffnungen und entweichen der Druck in die Umgebung. Bedenken Sie, dass der Standort bei der Anwendung dieser herkömmlichen Entlüftungssysteme von entscheidender Bedeutung ist. Sie sollten niemals auf Bereiche gerichtet werden, in denen sich Arbeitnehmer aufhalten. Platzieren Sie Entlüftungssysteme außerdem niemals in der Nähe von Wänden, wo der Druck nicht aus dem Raum entweichen kann. Das flammenlose Entlüften ähnelt dem Verfahren zum Entfernen des Einschlusses. Hier tragen Sie Masse auf, um die Flamme zu löschen und zu verhindern, dass sie durch die Entlüftungsplatte entweicht. Auf diese Weise löscht und lenkt die flammenlose Entlüftung die Flamme gleichzeitig ab.

Staubexplosionen in der Prozessindustrie sind zu häufigen und kostspieligen Sicherheitsvorfällen geworden. OSHA und NFPA haben jedoch ernsthafte Anstrengungen unternommen und Sicherheitsmanagementrichtlinien entwickelt, um Staubexplosionen zu verhindern und Menschen und Einrichtungen zu schützen, sobald diese Explosionen auftreten. Der erste Schritt zur Vermeidung der schädlichen Auswirkungen von Staubexplosionen besteht darin, besser zu verstehen, wie sie entstehen.