Explosiones de polvo en la industria de procesos

Las explosiones de polvo son incidentes de seguridad devastadores que pueden ocurrir en una amplia gama de industrias, como la petroquímica, la alimentaria, la papelera y la farmacéutica. Explosiones de polvo en la industria de procesos puede provocar numerosas víctimas y causar daños irreparables a las instalaciones de la industria de procesos. 

Explosiones de polvo en la industria de procesos: una grave preocupación de seguridad 

Según la Junta de Seguridad Química (CSB), una agencia independiente que lleva a cabo investigaciones de incidentes químicos graves, hubo 111 casos de explosiones entre 2006 y 2017 en Estados Unidos, dejando 66 muertos y 337 heridos. Otro estudio del CSB de 2006 mostró que la industria alimentaria tiene la tasa de incidentes más alta, con 24% de todos los casos de explosión ocurridos entre 1980 y 2006. Por lo tanto, estas explosiones han sido reconocidas como un riesgo importante para la seguridad que debe abordarse con la mayor precaución y atención. . 

Para proteger las vidas de los trabajadores de la industria, OSHA ideó y comenzó a implementar un Programa de Énfasis Nacional (NEP) en Polvo Combustible en 2008. Este programa integral El plan de seguridad proporcionó procedimientos para la inspección de peligros de polvo., acompañado de políticas que las plantas industriales deben aplicar para reducir explosión de polvo riesgos y pautas para el cumplimiento de las NFPA estándares 

Confiar en expertos para obtener recursos sobre la prevención de explosiones de polvo

Seguridad en la industria Los expertos pueden confiar en otros recursos útiles. al abordar problemas de explosiones. Rolf K. Eckhof, profesor emérito de Tecnología de Seguridad de Procesos en el Departamento de Física y Tecnología de la Universidad de Bergen, Noruega, compartió sus conocimientos sobre el tema en su libro “Explosiones de polvo en las industrias de procesos.” 

La tercera edición de este libro brinda consejos sobre la identificación, evaluación y control de peligros. Como dice la descripción del libro, “Es imperativo que el conocimiento práctico y teórico de la Origen, desarrollo, prevención y mitigación de explosiones de polvo. se imparte al responsable de seguridad”. Este libro también ofrece una evaluación actualizada de las actividades predominantes, métodos de prueba, medidas de diseño y técnicas de operación segura. 

Los estudiantes y consultores de seguridad de la industria pueden encontrar una revisión detallada de todas las fases importantes relacionadas con el control de riesgos y explosiones. Como se indica en el “Revista de prevención de pérdidas en la industria de procesos" reseña, "Este libro es una cuenta de todos los aspectos de la explosión de polvo y será una fuente invaluable de información para todos los especialistas en seguridad o prevención de pérdidas involucrados con los riesgos de explosión de polvo”. 

¿Qué es una explosión de polvo?

Este incidente potencialmente mortal ocurre cuando las partículas se acumulan en el aire y se queman rápidamente, creando una violenta ola de presión. Explosiones de polvo presentan graves riesgos de seguridad para las industrias de procesamiento y fabricación, como procesamiento de alimentos, minería de carbón, procesamiento de madera, fabricación de componentes farmacéuticos y otros. Se requieren varios factores para que ocurra una explosión:

• polvos combustibles,
• Oxígeno,
• Espacio cerrado,
• Fuente de ignición.

Factores que contribuyen a la ocurrencia de una explosión de polvo

Además de los factores mencionados anteriormente, uno de los factores decisivos para determinar si el se producirá una explosión de polvo es la concentración de partículas. Es decir, una explosión de polvo es altamente Es poco probable que suceda cuando el nivel de concentración de partículas no es alto. suficiente para alimentarlo. De manera similar, cuando la concentración de polvos combustibles es demasiado alta, no hay suficiente oxígeno para provocar una explosión. 

Los polvos combustibles que contienen partículas más finas son más peligrosos porque se dispersan fácilmente, cubriendo superficies más grandes y haciéndolas altamente inflamables. De acuerdo con la OSHA Hoja informativa, cuando el Las concentraciones correctas de partículas se combinan con suficiente oxígeno. en un espacio confinado cerca de una fuente de ignición se forma el llamado pentágono de explosión de polvo y se produce un incidente grave. 

¿Cómo ocurre la explosión?

Cualquier cosa, desde un cigarrillo hasta una chispa proveniente de un cojinete de rueda sobrecalentado, puede provocar una explosión de polvo. Una vez encendidos, el polvo se quema rápidamente., creando una ola de alta presión de aire. Con frecuencia, la primera explosión agita otra nube, lo que lleva a la segunda explosión. 

Estudios de casos detallados demostraron que estos segundos las explosiones de polvo son más violentas y destructivo. Una segunda explosión ocurre poco después de la primera., causando daños irreversibles a las instalaciones y poniendo en peligro la vida de los trabajadores.

¿Cuáles son los riesgos de explosión? 

Algunos polvos, como el carbón, los cereales y los fertilizantes, son fácilmente reconocibles como riesgos de explosión. El problema es que existe una amplia gama de otros Polvos que pueden presentar graves riesgos de incendio o explosión. en plantas industriales. Desafortunadamente, las explosiones catastróficas en Imperial Sugar Company en 2007 fueron incidentes de seguridad sin precedentes para quienes no estaban familiarizados con los riesgos de explosión. 

El alta concentración de azúcar combustible El polvo provocó una serie de explosiones devastadoras que causaron 14 muertes e hirieron a 38 trabajadores, 14 de ellos con quemaduras potencialmente mortales. La pregunta que desconcertó a los inspectores y trabajadores de OSHA después de este grave incidente fue: "¿Cómo puede un polvo, un material sólido, típicamente no peligroso como el azúcar o el plástico, convertirse en un incendio o una explosión, es decir, un riesgo de deflagración?"

Comprender la naturaleza química del material es crucial para la prevención de peligros

Es necesaria una comprensión profunda de la naturaleza de los materiales finamente molidos y de cómo funcionan los incendios para comprender por qué existen estos peligros. Primero, un incendio es una reacción de oxidación, lo que significa que todos Los materiales propensos a la oxidación presentan riesgo de incendio o explosión.. Un excelente ejemplo de este material es una barra de hierro. Cuando se expone al aire, una barra de hierro se oxida lentamente y este proceso de oxidación puede tardar días, semanas o incluso meses. 

Si bien una sola barra de hierro oxidada no presenta riesgo de explosión, una barra de hierro molida que contenga partículas finas sí lo presenta. Esto se debe a que el polvo de hierro tiene una superficie significativamente mayor que reaccionará con el oxígeno mucho más rápidamente. Cuanto más finas son las partículas, más rápida y fuerte es la reacción química. será. Esta ignición de partículas libera calor, lo que hace que el gas alrededor de las partículas se expanda y cree un frente de llama. 

Cuando el frente de llama se mueve a una velocidad inferior a la de la luz, esto se conoce como deflagración. Cuando se produce una deflagración en un espacio cerrado, se produce un aumento de la presión del aire porque la Las paredes del recinto limitan la expansión interna del gas.. Esto provoca una explosión y la onda de presión que se expande causa daños irreparables en el recinto cerrado. Este proceso puede ocurrir con cualquier material que pueda oxidarse liberando calor. Por lo tanto, la mayoría de los productos químicos orgánicos en forma de polvos finos pueden presentar riesgos peligrosos de explosión.

¿Cómo reducir el riesgo de explosión?

Comprender que el polvo puede presentar riesgos graves de incendio y explosión permite a los consultores de seguridad y otros expertos en seguridad determinar qué medidas implementar para hacer que las instalaciones de la industria de procesos cumplan con los estándares NEP de OSHA. El objetivo crucial es eliminar las principales causas de explosiones potencialmente catastróficas en estas instalaciones, aunque tal vez no sea posible eliminar todos los depósitos. 

El primer paso hacia este objetivo es reducir la acumulación de partículas combustibles en superficies expuestas y ocultas dentro de las plantas. Como ya se ha dicho, las explosiones secundarias pueden ser responsables de una devastación masiva y pérdida de vidas dentro de la instalación. Estas explosiones ocurren cuando la onda de presión de una explosión inicial eleva al aire partículas acumuladas en superficies horizontales, donde se encienden y forman una nube explosiva. A medida que estas partículas explosivas se extienden rápidamente desde la fuente principal de ignición, causan daños catastróficos, lesiones graves y pérdida de vidas. 

Según la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), concentraciones de partículas de 1/32 de pulgada, similar al grosor de un clip, son suficientes para provocar una explosión cuando se dispersan cerca de una fuente de ignición. Por esta razón, la eliminación de partículas acumuladas es la principal preocupación del plan NEP de OSHA. Por lo tanto, Es necesario implementar tres medidas cruciales. Para reducir el peligro reduciendo la concentración de partículas:

• Identificación de áreas problemáticas,
• Identificación de partículas combustibles,
• Eliminación del peligro del polvo.

Prestando atención a los peligros más comunes en la industria de procesamiento

Puede existir un peligro en las instalaciones de la industria de procesos donde los materiales en polvo escapan del equipo de procesamiento y transporte y se depositan en varias superficies horizontales cerca de la fuente de partículas. El Las partículas suelen estar en la parte superior del equipo., escaleras, barandillas, luminarias, etc. 

Si bien las superficies visibles se limpian periódicamente, el explosivo Las partículas pueden acumularse excesivamente en superficies ocultas. que muchas veces se pasan por alto. Estas superficies problemáticas incluyen componentes de soporte del techo, piezas de equipos por encima del nivel de los ojos, conductos elevados, tuberías y bandejas de cables. Por lo tanto, la limpieza periódica de las superficies expuestas y ocultas dentro de la instalación es un factor crucial para reducir los peligros.

Identificar si una partícula es peligrosa o no es el segundo aspecto más importante para frenar el riesgo de explosión. Como ya concluimos, No todos los polvos presentan riesgo de incendio o explosión.. Si bien todo debe limpiarse por razones de seguridad, la atención se centra en las partículas combustibles que pueden provocar explosiones graves. 

Las pautas de la NFPA pueden ayudar con la implementación de medidas de seguridad en las instalaciones de producción 

Los profesionales de seguridad deben hacer un inventario de todos los materiales en polvo y revisar las hojas de datos de seguridad de los materiales para identificar los polvos potencialmente riesgosos. Si estas hojas de datos están incompletas, los profesionales de seguridad pueden realizar pruebas de peligro. Varios Las publicaciones de NFPA brindan información valiosa sobre polvos combustibles. Además de la limpieza regular, es necesario inspeccionar las fuentes de partículas y las fuentes primarias de ignición para eliminar los riesgos de explosión. 

Por lo tanto, es necesario revisar las etapas y los equipos del proceso, cerrar las aberturas por las que pueden escapar partículas peligrosas y reducir diversas fuentes de ignición, como chispas o calor. La NFPA ha proporcionado una colección de códigos, estándares y directrices para aliviar este importante proceso y ayudar a los consultores de seguridad de la industria de procesos a abordar los riesgos. 

Prevención y mitigación de explosiones 

Recientemente se han realizado serios esfuerzos para idear y mejorar medidas para la prevención y mitigación de explosiones en la industria de procesos. Estos esfuerzos dieron como resultado el desarrollo de Varios métodos para abordar los problemas relacionados con las explosiones., como la predicción del desarrollo de explosiones en tiempo real o la prevención de fuentes de ignición. 

La adopción de un diseño de proceso más seguro basado en conocimientos profundos, tecnología y capacitación continua del personal son claves para una prevención y mitigación exitosa de las explosiones. Conocimiento profundo de la ciencia del polvo. Es una ayuda invaluable para evaluar y controlar los riesgos de explosión. 

En los últimos 20 años, métodos más sofisticados y flexibles han reemplazado a los simples esquemáticos. Durante este tiempo, sistemático investigación, acompañada de implementaciones prácticas, ha resultado en medidas de mitigación adecuadamente diseñadas. Por ejemplo, los sistemas de ventilación, supresión y aislamiento de explosiones surgieron de la comprensión de los procesos de propagación de llamas. 

Prevención y mitigación del desarrollo de explosiones de polvo

Uno de los problemas importantes relacionados con estas explosiones es la rápida propagación de las llamas en las nubes de partículas. Esto sucede porque las fuerzas de inercia en Las nubes pueden producir gradientes de concentración de combustible.. Además, las llamas pueden transferir una cantidad considerable de calor a la nube debido a la radiación térmica. Sin embargo, es necesario estudiar más a fondo el papel de la radiación térmica en el desarrollo de explosiones. 

Numerosos científicos han dedicado mucho tiempo y esfuerzo a diseñar modelos matemáticos integrales para medir la propagación de llamas en las nubes de polvo. Estos modelos ayudarán a los responsables de la seguridad a comprender mejor cómo se intensifican las explosiones. Los científicos han aplicado una técnica de propagación de llama plana para medir la velocidad de combustión con precisión. Según los resultados, numerosos factores, como el tamaño de las partículas, las concentraciones, el enriquecimiento de oxígeno y la pérdida de calor por radiación, pueden afectar la propagación de las llamas en las nubes. 

Este experimento llamó la atención sobre la similitud entre la propagación de llamas a través de nubes de polvo y nieblas de combustible y la importancia de la pérdida de calor por radiación. Los resultados mostraron que si una nube constaba de partículas de grafito o aluminio de 10 μm, la pérdida de radiación de las partículas podría reducir la velocidad de propagación de la llama hasta 40%.

Prevención de la generación de polvo explosivo 

Todo empezó con el Dr. Weber, uno de los primeros expertos que hace 130 años abordó la explosión de polvo en la industria de procesos. Señaló que las partículas la dispersabilidad y la concentración afectaron considerablemente la generación de nubes. Utilizando el ejemplo de la harina y las devastadoras explosiones en Polonia y Alemania debido a la alta dispersabilidad de este material, demostró que la dispersabilidad de las partículas de harina de trigo aumentaba a medida que disminuía su nivel de humedad. 

Las nubes explosivas primarias generalmente se crean dentro del equipo de procesamiento cuando se levanta una concentración suficiente de partículas. Manipulación y transporte de diversos materiales en molinos, secadores, mezcladoras, transportadores de cangilones y otros. El equipo de procesamiento generalmente conduce a la dispersión de partículas., formando nubes peligrosas. Estas explosiones primarias suelen provocar una segunda onda expansiva, más devastadora, junto con consecuencias catastróficas.

Es importante tener cierta información sobre la estructura de la nube para predecir la sensibilidad de ignición de la nube y el curso de esta explosión primaria. Sin embargo, los científicos apenas han comenzado a desarrollar modelos numéricos para abordar este problema y los ejemplos de uso práctico son escasos. La gente suele abordar el problema de las explosiones añadiendo medidas preventivas al proceso existente. 

Sin embargo, aplicar un enfoque de proceso inherentemente más seguro puede ser una mejor solución. Este enfoque implica diseñar un Proceso de producción donde no existe ninguno de los riesgos de explosión.. Esto debería incluir optar por soluciones de producción, tratamiento, almacenamiento y transporte donde la generación de nube se mantenga al mínimo.

Otra solución práctica es agregar gas inerte como nitrógeno o dióxido de carbono al aire. De esta manera, una nube se vuelve menos susceptible a incendiarse. Sin embargo, esta medida debe implementarse con precaución porque agregar nitrógeno al aire puede presentar un riesgo de asfixia. 

Prevención de fuentes de ignición

La temperatura mínima de la superficie caliente suficiente para la ignición de las nubes se consideraba una constante universal para cualquier nube de polvo en cuestión. Sin embargo, estos Las temperaturas mínimas de ignición pueden variar considerablemente., dependiendo de la escala y la geometría de la superficie caliente relacionada con la nube de polvo. Por lo tanto, podemos identificar varias fuentes de ignición: descargas electrostáticas entre dos electrodos, descargas electrostáticas de un solo electrodo, partículas incandescentes o ardientes, o un aparato eléctrico. Aunque ya se han realizado importantes esfuerzos para idear medidas eficientes para prevenir las fuentes de ignición, estas medidas y normas deben desarrollarse más. 

Medidas de Protección y Mitigación 

Los pasos cruciales para prevenir estas explosiones, que protegen vidas humanas y equipos, incluyen mantener limpias las superficies, prevenir la acumulación de partículas y reducir las fuentes de ignición. Por esta razón, los consultores de seguridad pueden considerar invertir en Transportadores tubulares por cable de arrastre que cumplen todos estos requisitos, las soluciones de transporte perfectas para la prevención de explosiones en la industria de procesos. 

¿Por qué elegir transportadores de cable de arrastre tubulares? 

En primer lugar, estas tecnologías de transporte están diseñadas para transportar diversas materias primas a través de diferentes etapas del proceso y tienen Reducción de la posibilidad de acumulación de residuos o partículas. en el cable. Es decir, la superficie del cable tubular expuesta directamente a los materiales es 80% menor que la superficie de la cadena portacables. Además, este transportador de cable tubular uniforme y liso está sellado con nailon, lo que evita la acumulación dentro de los hilos del cable.

En segundo lugar, transportadores de cable de arrastre tubular ofrecer varias opciones de limpieza, como cajas de cepillos, limpiadores de uretano, esponjas en línea y cepillos de cerdas, y limpieza húmeda CIP automatizada para garantizar una eliminación completa de las partículas. 

Finalmente, estos sistemas de transporte por cable de arrastre tubular utilizan motores energéticamente eficientes que funcionan con baja potencia. Por aquí, se minimiza el riesgo de generar chispas. En pocas palabras, al implementar el sistema Cablevey Conveyors en sus instalaciones, minimizará los riesgos de explosión al transportar diversos materiales de una manera segura y energéticamente eficiente. 

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