 Βιβλιοθήκη
|
|||||||||||||||||
 |
2.2.7 Εκρήξεις σκόνης 2.2.7.1 Γενικά Τα περισσότερα καύσιμα υλικά στη μορφή λεπτής σκόνης (κονιορτού) είναι ικανά να σχηματίζουν εκρηκτικά μίγματα, όταν διασπείρονται στον αέρα. Όπως και στην περίπτωση των εύφλεκτων αερίων και ατμών, υπάρχουν και εδώ κατώτερες και ανώτερες συγκεντρώσεις σκόνης στον αέρα, ανάμεσα στις οποίες είναι δυναtη μια έκρηξη. Αυτά τα όρια κυμαίνονται από 20 μέχρι 2000 gr/m3, αλλά ο μέσος όρος για τις περισσότερες καύσιμες σκόνες είναι γύρω στα 40 gr/m3. Η εμφάνιση ενός τέτοιου νέφους σκόνης μοιάζει με πολύ πυκνή ομίχλη. Οι εκρήξεις σκόνης προκαλούν πιέσεις μέχρι περίπου 8 bar. To μέγεθος των σωματιδίων της σκόνης είναι σημαντικός παράγοντας στον προσδιορισμό της ισχύος της έκρηξης και της πιθανότητας να συμβεί μία τέτοια έκρηξη. Οι πιο ισχυρές εκρήξεις συμβαίνουν σε διαμέτρους σωματιδίων μεταξύ 10 και 50 μm. Πιο χονδρόκοκκες σκόνες με διαμέτρους σωματιδίων μεγαλύτερες από 200 μm παρουσιάζουν ασήμαντους κινδύνους έκρηξης (Σχ. 2.9).
Σχήμα 2.9: Επίδραση μεγέθους σωματιδίων αμύλου σε εκρηκτικές παραμέτρους νεφών σκόνης αμύλου. Εκρηκτικά νέφη σκόνης μπορεί να σχηματίσει σχεδόν κάθε καύσιμο υλικό, συμπεριλαμβανομένων των μετάλλων, πλαστικών, τροφίμων, όπως αλεύρι, ζάχαρη, κακάο, καφές, και πολλών άλλων υλικών και χημικών, όπως άνθρακας, ξυλάλευρο, θείο, στεατικό αργίλιο, ελαστικό και φελλός . Παρόλο που οι εκρήξεις σκόνης υλικών σε διασπορά στον αέρα είναι θεαματικές, οι πυρκαγιές που προκαλούνται από την ανάφλεξη στρώσεων σκόνης είναι πιο συχνές. Προκειμένου να διαπιστωθεί η εκρηκτικότητα των κόνεων πραγματοποιούνται ειδικές εργαστηριακές δοκιμές που παρέχουν μια ποσοτική εκτίμηση χαρακτηριστικών παραμέτρων της έκρηξης. Στα μεγέθη αυτά βασίζεται ο σχεδιασμός συστημάτων προστασίας από ενδεχόμενες εκρήξεις, όπως οι δίσκοι θραύσης και τα τοιχώματα αυξημένης ανθεκτικότητας. Οι παράμετροι αυτοί είναι: 1. Η μέγιστη πίεση της έκρηξης, Pmax· Αυτή είναι η υψηλότερη πίεση που αναπτύσσεται από έκρηξη σκόνης σε ένα κλειστό σύστημα και μετρείται στη στοι-χειομετρική αναλογία σκόνης - αέρα. 2. Ο μέγιστος ρυθμός ανόδου της πίεσης, (dP/dt)ma. Αυτός είναι ο υψηλότερος ρυθμός ανόδου της πίεσης που αναπτύσσεται από έκρηξη σκόνης σε ένα κλειστό σύστημα. Μετρείται και αυτός στη στοιχειομετρική αναλογία σκόνης - αέρα. Η μεγαλύτερη τιμή του μέγιστου ρυθμού ανόδου της πίεσης χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό μιας χαρακτηριστικής για κάθε σκόνη σταθεράς, την KSt, η οποία δίνεται από τη σχέση (2.6) που είναι γνωστή και ως κυβικός νόμος: KSt = (dP/dt)maxV"3 (2.12) όπου (dP/dt)max ο μέγιστος ρυθμός ανόδου πίεσης (bar/s), και V ο συνολικός όγκος του δοχείου (m3). H KSt με μονάδες (bar x m/s) προσδιορίζεται από πειράματα που διεξάγονται σε οβίδες όγκου 1 m3 ή 20 It, θεωρείται ανεξάρτητη από τον όγκο του δοχείου, ενώ χρησιμοποιείται για να κατατάξει μια σκόνη ανάλογα με την εκρηκτικότητα της σε μία από τις τέσσερις κατηγορίες του Πιν. 2.12. Η τιμή της ΚSt που προκύπτει χρησιμοποιώντας το δοχείο των 20 It είναι λίγο μικρότερη από αυτήν στο δοχείο του 1 m3. Ωστόσο, για τιμές της ΚSt μεγαλύτερες από 600 bar x m/s, οι τιμές που προκύπτουν είναι ίσες. Αξίζει να σημειωθεί ότι η σφοδρότητα της έκρηξης μειώνεται σημαντικά με την αύξηση της περιεκτικότητας της σκόνης σε υγρασία, και το αντίθετο. Είναι γεγονός ότι, πάνω από ένα ποσοστό υγρασίας, η σκόνη δεν μπορεί πια να εκραγεί. Τα παρακάτω ποσοστά περιεκτικότητας σε υγρασία, είναι ενδεικτικά της επίδρασης της υγρασίας στην εκρηκτικότητα της σκόνης: • Ο - 5% Μικρή επίδραση. • 5-25% Σημαντική ελάττωση της ευαισθησίας της σκόνης. • >25% Η σκόνη είναι απίθανο να αιωρηθεί, αλλά ακόμη και τότε η ευαισθησία της είναι πολύ μειωμένη. Επομένως, χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή κατά τη διεξαγωγή πειραματικών δοκιμών, έτσι ώστε η σκόνη που εξετάζεται να περιέχει την ελάχιστη δυνατή υγρασία που απαντάται σε πραγματικές συνθήκες. Αυξημένη υγρασία στο δείγμα (από αιτίες όπως η έκθεση στον ατμοσφαιρικό αέρα) θα οδηγήσει σε υποεκτίμηση του κινδύνου, ενώ μειωμένη υγρασία σε υπερεκτίμηση. Ο μέγιστος ρυθμός ανόδου της πίεσης χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό μηχανισμών εκτόνωσης μιας έκρηξης. Η μέγιστη συγκέντρωση οξυγόνου για αποφυγή της ανάφλεξης χρησιμοποιείται κατά την προστασία από εκρήξεις σκόνης με τη βοήθεια αδρανούς ατμόσφαιρας. Για παράδειγμα, η αντικατάσταση οξυγόνου του αέρα με άζωτο εμποδίζει την ανάφλεξη ενός νέφους οξικής κυτταρίνης, εάν η περιεκτικότητα σε οξυγόνο δεν ξεπερνά το 5%. Εκρήξεις σκόνης συμβαίνουν συνήθως στο εσωτερικό των μηχανημάτων μιας μονάδας και σπάνια στους χώρους εργασίας, παρόλο που μια φωτιά ή έκρηξη μέσα σε ένα κτίριο μπορούν να σηκώσουν ένα νέφος σκόνης, το οποίο στη συνέχεια να εκραγεί. Αυτές είναι οι λεγόμενες δευτερογενείς εκρήξεις, που ο αποκλεισμός τους εξαρτάται από το καλό "νοικοκύρεμα" της εγκατάστασης, τον καθαρισμό χώρων και μηχανημάτων από στρώματα σκόνης και ένα καλό σχεδιασμό της μονάδας που να μειώνει τις αποθέσεις σκόνης και να διευκολύνει τον καθαρισμό της. Η πιθανότητα έκρηξης αυξάνεται επίσης σε περιπτώσεις χρησιμοποίησης ακατάλληλων μεθόδων καθαρισμού της σκόνης, όπως είναι ο πεπιεσμένος αέρας. Εφόσον μία πρωτογενής έκρηξη σκόνης αναμένεται να συμβεί σε περιορισμένους χώρους, όπως το εσωτερικό μηχανημάτων, είναι απαραίτητο να εξαλειφθούν οι πηγές έναυσης σ' αυτούς ακριβώς τους χώρους. Ένα βασικό στοιχείο είναι και ο καλός σχεδιασμός του εξοπλισμού, που να εξασφαλίζει ελαχιστοποίηση της πιθανότητας έκρηξης σκόνης με την τοποθέτηση κατάλληλων συστημάτων πρόληψης, αλλά και ελαχιστοποίηση των ζημιών σε περίπτωση που θα συμβεί μία έκρηξη. Τα νέφη σκόνης αναφλέγονται δυσκολότερα από περισσότερα νέφη ατμών και, παρόλο που μπορούν να αναφλέγουν γενικά από ένα ισχυρό σπινθήρα, συνήθως απαιτείται μία φλόγα ή μια καυτή επιφάνεια. Οι θερμοκρασίες ανάφλεξης κυμαίνονται από λίγο πάνω από 300°C για προϊόντα όπως η οξική κυτταρίνη, μέχρι πάνω από 900 °C για τα κράματα αλουμινίου - νικελίου. Το θείο έχει εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία ανάφλεξης (190°) Σε αρκετές περιπτώσεις οι θερμοκρασίες ανάφλεξης μιας στρώσης σκόνης πάνω σε θερμή επιφάνεια, όπως σωλήνες ατμού, είναι πολύ χαμηλότερες από τις θερμοκρασίες ανάφλεξης ενός νέφους σκόνης από το ίδιο υλικό. Τότε, είναι δυνατό μία αρχική μικρής ισχύος καύση του στρώματος της σκόνης, να πυροδοτήσει μία δευτερογενή ισχυρή έκρηξη, αν στον ίδιο χώρο υπάρχει νέφος σκόνης. Πίνακας 2.12: Κατηγορίες κατάταξης μιας σκόνης ανάλογα με την εκρηκτικότητα της.
Οι μονάδες και τα μηχανήματα στα οποία έχουν συμβεί ή μπορούν να συμβούν εκρήξεις σκόνης, είναι: • Μηχανήματα θραύσης ή άλεσης καυσίμων υλικών. • Ξηραντήρες σκόνης κάθε είδους (πνευματικοί, περιστρεφόμενου τύμπανου, με διασκορπισμό ή ρευστοαιώρηση). • Κόσκινα, ταξινομητές μεγέθους, φίλτρα με σάκους και συλλέκτες σκόνης. • Μεταφορές και αναβατόρια κάθε τύπου. • Κυκλώνες και θάλαμοι κατακάθισης σκόνης. • Αποθηκευτικά σιλό σκόνης. Μερικές φορές είναι οικονομικά συμφέρον να εξαλειφθεί εντελώς η πιθανότητα έκρηξης σκόνης, π.χ. με την αποφυγή της σκόνης, με τη χρησιμοποίηση ενός αδρανούς αερίου αντί αέρα σε επικίνδυνους χώρους ή με τη χρήση υγρών αντί ξηρών μεθόδων. Αν αυτό δεν είναι δυνατό, πρέπει να λαμβάνονται κατάλληλα προστατευτικά μέτρα, όπως η κατασκευή εξοπλισμού ανθεκτικού σε μία έκρηξη σκόνης, η τοποθέτηση του σε ελεύθερο χώρο όπου δεν θα προκαλέσει άλλες καταστροφές, η χρήση θυρίδων εκτόνωσης και η χρήση συστημάτων καταστολής μιας έκρηξης. 2.2.7.2 Πρόληψη εκρήξεων σκόνης Όπου είναι δυνατό πρέπει να αποφεύγονται μέθοδοι που δημιουργούν νέφη σκόνης. Για τη μεταφορά υλικών σε μορφή σκόνης είναι προτιμότεροι οι μεταφορείς με συρόμενους δίσκους που μεταφέρουν το υλικό συμπιεσμένα, παρά τα αναβατόρια με κάδους, οι μεταφορείς με κοχλία, οι πνευματικοί μεταφορείς και οι μεταφορείς με δονητή. Σε διεργασίες άλεσης, οι υγρές μέθοδοι που χειρίζονται το υλικό στη μορφή πολτού δεν δημιουργούν νέφη σκόνης. Συστήματα συλλογής σκόνης χρησιμοποιούν αρχές βιομηχανικού αερισμού για να δεσμεύσουν τη σκόνη που παράγεται από μια πηγή (Σχ. 2.10). Η δεσμευμένη σκόνη οδηγείται σε ένα συλλέκτη ο οποίος καθαρίζει το ρυπασμένο αέρα. Εξάλλου, συστήματα καταιονισμού χρησιμοποιούν υγρά (συνήθως νερό) για την εφύγρανση των κόκκων του υλικού, η οποία προκαλεί απώλεια του ηλεκτρικού φορτίου των σωματιδίων και συγχρόνως τη συσσωμάτωση τους, έτσι ώστε να παρεμποδίζεται τελικά η αιώρησή τους (Σχ. 2.11).
Σχήμα 2. 11:Σύστημα καταιωνιστήρα υγρού για τη καταστολή της σκόνης. Οι υγροί συλλέκτες τύπου Venturi χρησιμοποιούνται, όταν θέλουμε να παραλάβουμε τη σκόνη του υλικού σε υγρή μορφή. Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι τόσο αποδοτικοί και οικονομικοί, όσο και οι ξηροί συλλέκτες, ενώ είν«ι υποχρεωτικοί στην άλεση του μαγνησίου και των κραμάτων του. Μερικές φορές μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί του αέρα, κάποιο αδρανές αέριο, π.χ. για ξήρανση. Το αδρανές αέριο μπορεί να είναι άζωτο, λιγότερο συχνά διοξείδιο του άνθρακα ή και τα προϊόντα καύσης ενός καυσίμου στον αέρα από μία γεννήτρια αδρανούς αερίου. Στην εφαρμογή αδρανούς ατμόσφαιρας, δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί μια ατμόσφαιρα απαλλαγμένη εντελώς από οξυγόνο. Υπάρχει μία ελάχιστη συγκέντρωση οξυγόνου, όπου για τις περισσότερες σκόνες είναι αδύνατη μία έκρηξη. Για τα περισσότερα μέταλλα αυτή φθάνει το 2% κ.ο., ενώ για τα περισσότερα οργανικά υλικά, είναι περίπου 10%. Η χρησιμοποίηση αδρανούς αερίου σε ξηραντήρες τείνει, όμως, να γίνει ακριβή και είναι γενικά απαραίτητο να συμπυκνώνεται το νερό στην έξοδο του αερίου πριν την ανακύκλωση του. Μερικές φορές βελτιώνεται σημαντικά η ποιότητα του ξηρού προϊόντος με τη χρησιμοποίηση αδρανούς αερίου αντί αέρα, έτσι που να προκύπτει διπλό όφελος, βελτιωμένη ποιότητα και ασφάλεια. Για την απομάκρυνση ρινισμάτων σίδηρου, λίθων, κ.λπ. χρησιμοποιούνται μαγνητικοί διαχωριστές και διαχωριστές βαρύτητας που βοηθούν στη μείωση των κινδύνων έναυσης. 2.2.7.3 Προστασία από εκρήξεις σκόνης Ορισμένα μηχανήματα, στα οποία δεν μπορεί να αποφευχθεί η σκόνη όπως οι σφυρόμυλοι, κατασκευάζονται συνήθως αρκετά ισχυρά ώστε να μπορούν να αντέξουν μια έκρηξη σκόνης. Κάτι τέτοιο δεν αποκλείει βεβαίως ζημιές στους αγωγούς εισόδου και εξόδου. Μεγάλα μηχανήματα, όπως οι κυκλώνες και τα σακκόφιλτρα, που δεν μπορούν γενικά να κατασκευασθούν ώστε να αντέχουν την πίεση μιας έκρηξης σκόνης, τοποθετούνται μακριά από την υπόλοιπη μονάδα και αν είναι δυνατό στη στέγη ενός κτιρίου με απαγορευμένη πρόσβαση. Γενικά, ένας καλός σχεδιασμός εγκαταστάσεων από άποψη ασφάλειας ελαχιστοποιεί την ποσότητα της καύσιμης σκόνης που μπορεί να εκραγεί. Σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να εμποδιστεί η εξάπλωση μιας έκρηξης σε ένα σύστημα επεξεργασίας σκόνης με τη χρησιμοποίηση φλογοφρακτών, π.χ. μίας περιστροφικής αστεροειδους βαλβίδας μεταξύ μιας χοάνης και ενός δοχείου ή ενός κατάλληλου φλογοφράκτη σε έναν οριζόντιο μεταφορέα με κοχλία (Σχ. 2.12). Σε κεκλιμένους μεταφορείς πρέπει να αφαιρεθεί ένα βήμα του κοχλία, ενώ σε οριζόντιους είναι απαραίτητη και η τοποθέτηση φλογοφράκτη.
Σχήμα 2.12: Κατάπνιξη εκρήξεων σκόνης σε μεταφορείς με κοχλία. Με τις περισσότερες ανόργανες σκόνες, αλλά και αρκετά οργανικά υλικά όπως το αλεύρι, η ευκολία έναυοης και η ταχύτητα και η ισχύς μιας έκρηξης σκόνης εξαρτώνται σημαντικά από την περιεκτικότητα της σκόνης σε υγρασία. Στις περιπτώσεις αυτές πρέπει να ελέγχεται η περιεκτικότητα του υλικού σε υγρασία και να διατηρείται αυτή στο πιο οικονομικό επίπεδο. Όπου είναι απαραίτητος ο εσωτερικός φωτισμός δοχείων και σιλό που περιέχουν καύσιμες σκόνες, επιβάλλεται η τοποθέτηση κονεοστεγών ηλεκτρικών συστημάτων. Ακόμη, όμως, και να ληφθούν όλες οι παραπάνω προφυλάξεις, είναι απαραίτητα επιπλέον προστατευτικά μέτρα για την περίπτωση που θα συμβεί μία έκρηξη. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται δύο κυρίως μέθοδοι: • Θραυόμενοι δίσκοι και θυρίδες εκτόνωσης • Συστήματα καταστολής μιας έκρηξης. Στους θραυόμενονς δίσκους και τις θυρίδες εκτόνωσης απαιτείται μία επιφάνεια εκτόνωσης περίπου 0,2 m2 ανά m3 του όγκου της μονάδας για οργανικές σκόνες, και 0,4 m2 ανά m3 για σκόνες μετάλλων. Τέτοιες επιφάνειες εκτόνωσης πρέπει να βλέπουν προς τον ελεύθερο χώρο και σε κατευθύνσεις που δεν βρίσκονται εργαζόμενοι. Τα συστήματα καταστολής μιας έκρηξης βασίζονται στην αρχή ότι ο ρυθμός ανόδου της πίεσης στα πρώτα 10-15 ms είναι μικρότερος. Αυτή η αρχική αύξηση της πίεσης μπορεί να ενεργοποιήσει ένα ταχύτατο πιεσοευαίσθητο στοιχείο, το οποίο μεταβιβάζει ένα ηλεκτρικό σήμα σε ένα ή περισσότερους καταστολείς (Σχ. 2.13). Ο καταστολέας περιλαμβάνει ένα φυσίγγιο γεμάτο με πεπιεσμένο ή υγροποιημένο αδρανές αέριο ή μια ξηρή αδρανή σκόνη, που απελευθερώνονται με την έκρηξη ενός πυροκροτητή.
Σχήμα 2.13: Σύστημα καταστολής μιας έκρηξης. Ο ανιχνευτής αναγνωρίζει την αρχόμενη έκρηξη και ενεργοποιεί το μηχανισμό διασκορπισμού του μέσου κατάπνιξης. Το μέσο αυτό σβήνει την φλόγα της έκρηξης με χημική δράση και ψύξη, αδρανοποιώντας συγχρόνως το υπόλοιπο εκρηκτικό μίγμα. Για να είναι αποτελεσματικό το σύστημα πρέπει να απελευθερωθεί ικανή ποσότητα αδρανούς αερίου, ώστε να αραιώσει το οξυγόνο στο νέφος σκόνης κάτω από την ελάχιστη συγκέντρωση έκρηξης. Με την απελευθέρωση του μέσου καταστολής, ακόμη και χωρίς την έκρηξη σκόνης η πίεση αυξάνει υπερβολικά στο εσωτερικό της μονάδας, έτσι που να απαιτείται οπωσδήποτε η τοποθέτηση θραυόμενου δίσκου ή θυρίδας εκτόνωσης. Όλες οι συνδέσεις, ανθρωποθυρίδες, συρτές, κ.λπ. σε μια μονάδα επεξεργασίας μιας εύφλεκτης σκόνης πρέπει να είναι κονεοστεγείς. 2.2.7.4 Εκρήξεις σκόνης στο εσωτερικό κτιρίων Εφόσον είναι δυνατό, μία μονάδα επεξεργασίας μιας καύσιμης σκόνης πρέπει να ευρίσκεται στον ελεύθερο αέρα. Αν αυτό δεν μπορεί να γίνει, πρέπει να τοποθετηθεί στο τελευταίο πάτωμα ενός κτιρίου, με ελαφρά οροφή που να παρέχει ικανοποιητική εκτόνωση μιας έκρηξης. Πρέπει να εξασφαλίζονται επιφάνειες εκτόνωσης ίσες τουλάχιστον με 0,05 m2 ανά m3 του όγκου του χώρου εργασίας. Πολλά υλικά σε σκόνη έχουν την τάση να σχηματίζουν θόλους κατά το άδειασμα ενός δοχείου ή ενός σιλό, οι οποίοι πρέπει να καταστρέφονται για να συνεχισθεί το άδειασμα. Αυτό επιτυγχάνεται με κατάλληλα εξωτερικά μέσα (π.χ. με δονητές) και όχι με την είσοδο ανθρώπων στο δοχείο ή στο σιλό. Για ελαχιστοποίηση των διαφυγών σκόνης από μία μονάδα μέσα στο κτίριο που τη στεγάζει, η μονάδα πρέπει να λειτουργεί με ελαφρά υποπίεση. Τα κτίρια πρέπει να σχεδιάζονται κατά τέτοιο τρόπο, που να ελαχιστοποιεί τις επιφάνειες που μπορεί να κατακαθίσει η σκόνη και να διευκολύνει το καθάρισμα. Συνιστάται καθάρισμα με ηλεκτρική σκούπα κενού κατάλληλων προδιαγραφών. Ο καθαρισμός με πεπιεσμένο αέρα απαγορεύεται γενικώς. Ο χειρισμός σάκων με περιεχόμενο κάποια λεπτή σκόνη είναι η συχνότερη αιτία επικάθισης σκόνης σε κτίρια. Έτσι, πρέπει να τοποθετούνται τοπικές χοάνες εξαερισμού με αναρρόφηση σε τέτοια σημεία φόρτωσης και εκφόρτωσης. Σε χώρους όπου υπάρχουν μηχανήματα πρέπει να παραμένει ο ελάχιστος δυνατός αριθμός σάκων και η υπόλοιπη ποσότητα να τοποθετείται σε χωριστή αποθήκη.
|
||||||||||||||||
