In dit artikel wordt ingegaan op de Nederlandse Norm Explosieve atmosferen (Deel 36): niet-elektrische uitrusting voor gebruik in explosieve atmosferen. Hierbij is aandacht voor de basismethoden en eisen, zoals:

  • Het Ignition Hazard Assessment report en Dust Explosion Analysis
  • De invloed van hete oppervlakte op ontstekingen
  • Vonken als bron van ontstekingen
  • Ontladingen van statische elektriciteit
  • Regels voor de markering van apparatuur

De experts van Dinnissen Process Technology staan klaar voor al uw vragen:

Neem contact op met Juul Jenneskens 077 467 3555

Het Ignition Hazard Assessment report en Dust Explosion Analysis

Wanneer er wordt gesproken over explosieve atmosferen, is het onderscheid tussen een potentiële en effectieve ontstekingsbron erg belangrijk. Een potentiële ontstekingsbron is namelijk een bron in de apparatuur die de mogelijkheid heeft om een ​​explosieve atmosfeer te ontsteken. Een effectieve ontstekingsbron daarentegen is een ontstekingsbron die daadwerkelijk in staat is om een ​​explosieve atmosfeer te ontsteken. Bij de beoordeling van de ontstekingsgevaren moet men dan ook rekening houden met dat het feit dat de onderstaande bronnen zowel een potentiële als effectieve ontstekingsbron kunnen zijn: 

  • Warme oppervlakten,
  • Vlammen en hete gassen,
  • Mechanisch gegenereerde vonken,
  • Elektrische bronnen,
  • Lekstromen,
  • Statische elektriciteit,
  • Bliksem,
  • Elektromagnetische golven van 104 Hz tot 3 x 10 12 Hz uit radiofrequente straling,
  • Elektromagnetische golven inclusief optische straling van 3 x 1011 Hz to 3 x 1015 Hz,
  • Ioniserende straling,
  • Echografie,
  • Adiabatische compressie en schokgolven,
  • Exothermische reacties, waaronder de zelfontbranding van stoffen schokgolven.

Dinnissen analyseert en toetst al deze onderdelen in een zogenoemde Dust Explosion Analysis (DEA). In algemene termen wordt zo’n onderzoek naar de ontstekingsgevaren en de beoordeling ervan vaak het Ignition Hazard Assessment genoemd. Hierin worden alle potentiële ontstekingsbronnen geïdentificeerd die zouden kunnen optreden tijdens normaal gebruik, een verwachte storing en een zeldzame storing. Onder een zeldzame storing verstaan we een storing tussen twee onafhankelijke verwachte storingen die alleen in combinatie voor een ontstekingsbron zorgen, afzonderlijk van elkaar niet. Afhankelijk van de uitkomst van de DEA wordt de apparatuur geschaard onder een van de volgende Equipment Protection Level (EPL): 

  • Groep I: apparatuur voor mijnen die vatbaar zijn voor mijngas, bevat 2 EPL’s: Ma en Mb.
  • Groep II: apparatuur voor locaties met een explosieve atmosfeer die is veroorzaakt door mengsels van lucht met gas, dampen of mist. Deze groep bevat 3 EPL’s: Ga, Gb, Gc. Daarnaast is deze groep nog eens onderverdeeld op basis van de aard van de explosieve gasatmosfeer in: IIA (propaan), IIB (ethyleen), IIC (waterstof).
  • Groep III: apparatuur voor locaties met een explosieve atmosfeer die is veroorzaakt door mengsels van lucht met een andere brandbare stof. Hieronder vallen 3 EPL’s: Da, Db en Dc. Ook deze groep is onderverdeeld op basis van de aard van de explosieve stofatmosfeer in: IIIA (geschikt voor brandbare stuivende stofdeeltjes), IIIB (geschikt voor brandbaar stuivende stofdeeltjes en een niet-geleidende stof), IIIC (geschikt voor brandbaar stuivende stofdeeltjes, een niet-geleidende en geleidende stof).

Apparatuur die het Ignition Hazard Assessment doorstaat en waarbij is bevestigd dat er geen effectieve ontstekingsbronnen ontstaan bij normaal gebruik, kan worden geclassificeerd als EPL Gc of Dc. Als uit het onderzoek blijkt dat de apparatuur geen effectieve ontstekingsbronnen bevat bij normaal gebruik en zelfs niet bij verwachte storingen, dan valt het onder de categorie EPL Mb, Gb of Db. Als blijkt dat naast normaal gebruik en verwachte storingen, er óók geen kans is op effectieve ontstekingsbronnen tijdens zeldzame storingen, dan valt de apparatuur onder EPL Ga of Da. Afhankelijk van de EPL van de apparatuur, kan op elk van de potentiële ontstekingsbronnen mitigatie worden toegepast, om zo de kans dat ze effectieve ontstekingsbronnen worden nog kleiner te maken.

 

Explosieve atmosferen_Bliksem als ontstekingsbron.jpg

Bliksem als ontstekingsbron

Het Ignition Hazard Assessment report ofwel DEA bevat ten minste de volgende punten:

  • Basisinformatie zoals een beschrijving van de apparatuur en de materialen,
  • Geïdentificeerde gevaren en de oorzaken ervan,
  • Onderzoek naar het ontstekingsgevaar,
  • Middelen om de ontstekingsgevaren te verwijderen of tot een minimum te beperken,
  • Resultaat van de definitieve beoordeling van het ontstekingsgevaar en eventueel redenen hiervoor,
  • Andere gevaren die actie vereisen,
  • de EPL als resultaat en de noodzakelijke beperkingen als het gaat om de veiligheid.

De installaties en machines die Dinnissen produceert, bevinden zich vooral in groep II en III. 90% van de producten die in de machines van Dinnissen worden verwerkt, valt namelijk onder categorie IIIB. Vanaf nu wordt daarom alleen nog ingegaan op de voorwaarden van groep II en III.

De invloed van hete oppervlakten op ontstekingen

Bij de beoordeling van mogelijke ontstekingsproblemen wordt ook nadrukkelijk gelet op hete oppervlakten. Deze kunnen namelijk zorgen voor een ontsteking als ze in contact komen met een explosieve atmosfeer. Zelfs een stoflaag of een brandbare vaste stof die in contact komt met een heet oppervlak en uit zichzelf ontbrandt, kan een ontstekingsbron zijn. De maximale oppervlakte temperatuur van elk onderdeel apart bepaalt of het een ontstekingsbron wordt of niet. Wanneer het gaat over hete oppervlakten, dient de apparatuur van groep II:

  • Geclassificeerd te zijn in een temperatuurklasse die afhankelijk is van de maximale oppervlaktetemperatuur, dit is weergegeven in de onderstaande tabel. Hierbij mag de maximale oppervlaktetemperatuur de grenzen zoals ze in de onderstaande tabel zijn aangegeven, niet overschrijden.
  • gedefinieerd te zijn door de maximale oppervlaktetemperatuur.
  • wanneer nodig, alleen gebruikt te worden in de specifieke explosieve gasatmosfeer waarvoor het bestemd is. Daarbij mag de maximale oppervlaktetemperatuur niet hoger zijn dan de zelfontbrandingstemperatuur van de explosieve gasatmosfeer.
TemperatuurklasseMaximale oppervlakte temperatuur ℃
T1≥ 450
T2≥ 300
T3≥ 200
T4≥ 135
T5≥ 100
T6≥ 85
GassoortOntstekingstemperatuur℃  Temperatuurklasse
Aardgas670T1
Methaan595T1
Zwavelkoolstof90T6
Benzine220T3

Wanneer een gasmengsel of stofwolk in aanraking komt met een voorwerp groter of gelijk aan de ontstekingstemperatuur van dit brandbare gas of stof dan kan ontsteking plaatsvinden.

In de bovenstaande tabel staan een aantal voorbeelden van gassen met hun ontstekingstemperatuur. Deze ontstekingstemperatuur bepaalt de temperatuurklasse.

Als we kijken naar de voorwaarden voor groep III omtrent hete oppervlakken, geldt het volgende:

  • Wanneer er geen sprake is van een stoflaag, mag de vastgestelde maximale oppervlaktetemperatuur de toegewezen maximale oppervlaktetemperatuur niet overschrijden.
  • Wanneer er wel rekening gehouden moet worden met stoflagen, kan de maximale oppervlaktetemperatuur ook voor een gegeven laagdikte (TL) van stof rondom alle zijden van de apparatuur worden bepaald.
  • De aangegeven maximale oppervlaktetemperatuur op de apparatuur, moet de werkelijke maximale oppervlaktetemperatuur zijn.

Onder bepaalde omstandigheden kunnen ontladingen van statische elektriciteit ontstaan die brandgevaar met zich meebrengen

Vonken als bron van ontstekingen

Ook vonken kunnen een bron van ontstekingen zijn. Ze ontstaan als gevolg van wrijving, stoot- of slijtageprocessen waarbij kleine deeltjes loskomen van het vaste materiaal en ook nog heet worden door de energie die wordt gebruikt in het proces. Deze vonken kunnen ervoor zorgen dat brandbare gassen, dampen en bepaalde stof/lucht-mengsels ontbranden. Ook kunnen ze zorgen dat een stoflaag gaat smeulen wanneer ze daarop terecht komen, iets wat ook een ontstekingsbron kan vormen voor een explosieve atmosfeer. Enkele botsingen tussen metalen onderdelen waaruit vonken kunnen ontstaan, hoeven echter niet te worden beschouwd als potentiële ontstekingsbronnen mits er is voldaan aan één van de volgende combinaties van voorwaarden:

1. Als de inslagsnelheid minder is dan 1 m/s en de maximale potentiële inslagenergie minder is dan 500 J, plus

  1. Aluminium, titanium en magnesium in combinatie met ferritisch staal niet wordt gebruikt of,
  2. Aluminium in combinatie met roestvrijstaal of aluminium alleen wordt gebruikt als het roestvrijstaal niet kan corroderen en er geen ijzeroxide of roestige deeltjes op het oppervlak kunnen achterblijven of,
  3. Hard staal in combinatie met hard staal niet wordt gebruikt of,
  4. Hard staal niet wordt gebruikt waar het van invloed kan zijn op graniet.

Of 

2. Als er een combinatie van niet-vonkende metalen wordt gebruikt en de inslagsnelheid daarbij minder of gelijk is aan 15 m/s en de maximale potentiële energie minder is dan 60 J voor gas/dampatmosferen of minder dan 125 J voor stofatmosferen.

Vonken die ontstaan door inslag van botsende objecten hoeven dus niet als effectieve ontstekingsbronnen te worden beschouwd wanneer de inslagsnelheid minder dan 15 m/s is en de maximale potentiële energie lager is dan de waarden in de onderstaande tabellen. Deze tabellen bieden ondersteuning bij het maken van de keuze of de potentiele ontstekingsbron een effectieve ontstekingsbron kan worden of niet. Als een inslag een lager energieverbruik heeft dan in de tabellen, dan is er geen effectieve ontstekingsbron. Anderzijds, als de energie de waarden uit de tabellen overschrijd, wil dat niet meteen zeggen dat de ontstekingsbron ook meteen een effectieve bron wordt. Het Ignition Hazard Assessment moet daarbij laten zien dat de kans op een inslag laag genoeg is en geen gevaar kan vormen. 

GroepEnergielimieten voor enkele inslag
Niet-vonkende metalen		Energielimieten voor enkele inslag
Andere materialen
ICC60 J5 J (waterstof
3 J (koolwaterstoffen inclusief acetyleen)
IIB125 J10 J
IIA125 J20 J
GroepEnergielimieten voor enkele inslag
Niet-vonkende metalen		Energielimieten voor enkele inslag
Andere materialen
ICC125 J10 J
IIB250 J20 J
IIA500 J40 J
GroepEnergielimieten voor enkele inslag
Niet-vonkende metalen		Energielimieten voor enkele inslag
Andere materialen
ICC250 J20 J
IIB500 J40 J
IIA500 J80 J
EPLEnergielimieten voor enkele inslag
Niet-vonkende metalen		Energielimieten voor enkele inslag
Andere materialen
Da125 J20 J
Db en Dc500 J80 J

Er zijn echter wat kanttekeningen bij deze tabellen te maken. De criteria uit tabel 3, 4 en 5 zijn namelijk niet van toepassing op atmosferen met brandbare gassen zoals koolstofdisulfide, koolstofmonoxide en ethyleenoxide. Daarnaast geldt voor tabel 6 dat deze waarden zijn niet gelden voor explosieve pyrotechnische of zelf-ontledende stoffen die niet in het toepassingsgebied van deze betreffende norm vallen.

Metalen die geen vonken veroorzaken zijn koper, zink, tin, lood, brons en enkele messingen. Dit zijn voorbeelden van non-ferrometalen met een hoge warmtegeleiding en die moeilijk oxideren. Alleen wanneer ze worden gebruikt in combinatie met materialen met een extreem hoge hardheid, kunnen ze voor vonken zorgen. 

Explosieve atmosferen_Symbool statische electriciteit.jpg

Ontlading van statisch elektriciteit

Explosieve atmosferen_Geschikt m.jpg

Geschikte materiaalkeuze zoals RVS

Ontladingen van statische elektriciteit

Onder bepaalde omstandigheden kunnen ontladingen van statische elektriciteit ontstaan die brandgevaar met zich meebrengen. De ontlading van geladen en geïsoleerde, geleidende delen kan namelijk eenvoudig leiden tot brandgevaarlijke vonken. Daarnaast kunnen bij geladen onderdelen die gemaakt zijn van niet-geleidend materiaal, zoals veel plastic soorten, borstelontladingen ontstaan. Die borstelladingen kunnen zich in sommige gevallen ook nog verspreiden, zoals tijdens snelle scheidingsprocessen of bij een combinatie van geleidend en niet-geleidende materialen. Deze verspreidende borstelontladingen ontstaan ​​door het efficiënt opladen van niet-geleidende lagen of andere coatings op metalen oppervlakken. Ze kunnen voorkomen worden door te zorgen voor een doorslagspanning over de lagen die minder is dan 4 kV of door ieder ander laadmechanisme uit te sluiten dat sterker is dan handmatige wrijving over oppervlakken. 

Puntontladingen en bliksemachtige ontladingen worden niet als ontstekingsbron beschouwd, omdat puntontladingen niet brandgevaarlijk zijn voor explosieve atmosferen en bliksemachtige ontladingen nog nooit zijn waargenomen in geladen wolken in een omvang waarvan sprake is bij industriële operaties. Stortkegelontlading van bulkmateriaal daarentegen, kan wel voorkomen en wordt ook beschouwd als een ontstekingsbron. Afhankelijk van de ontladingsenergie kan een stortkegelontlading net als een borstel- en vonkontlading een explosieve atmosfeer ontsteken. Borstontladingen kunnen vrijwel alle explosieve gasatmosferen doen ontsteken, maar geen brandbare stoffen (afhankelijk van hun minimale ontstekingsenergie) wanneer er geen brandbare gassen of dampen zijn. 

Voor de groepen II en III met betrekking tot de statische elektriciteit gelden verschillende voorwaarden. De apparatuur en onderdelen van groep II die elektrostatisch geladen kunnen worden, moeten zodanig zijn ontworpen dat tijdens gebruik, onderhoud en reiniging een ontsteking door elektrostatische oplading ontweken wordt. Dit kan bereikt worden door: 

  • Geschikte materiaalkeuze.
  • Dusdanige grootte, vorm en ontwerp zodat gevaarlijke elektrostatische ladingen niet voor kunnen komen.
  • Beperking van het oppervlak. Dit geldt voor elk deel van de apparatuur dat niet-geleidende delen bevat die elektrostatisch kunnen worden opgeladen. Op voorwaarde dat borstelontladingen zich niet kunnen verspreiden.
  • Het niet-geleidende materiaal in apparatuur wordt bedekt met een geaard metaal of ander geleidend oppervlak.
  • Als het ontstekingsgevaar door elektrische ontladingen niet voorkomen kan worden door het ontwerp van de apparatuur, moet de markering het symbool X en een waarschuwingslabel bevatten.

Bij apparatuur van groep III kunnen borstelontstekingen er niet voor zorgen dat een explosieve stofatmosfeer ontsteekt. Om die reden zijn er geen regels voor de dikte van het oppervlakte of coatings die nodig zijn om verspreidende borstelontladingen te voorkomen. 

Explosieve atmosferen_Machineplaat.jpg

Machineplaat Dinnissen 

Regels voor de markering van apparatuur.

Wanneer het Iginition Hazard Assessment of DEA is afgerond, krijgt de apparatuur een label waarop de volgende informatie dient te staan:

  • De naam van de producent of het geregistreerde handelsmerk,
  • Identificatietype van de fabrikant,
  • Symbool Ex,
  • Letter ‘h’,
  • Waar nodig het symbool van de apparatuursgroep I, II of II inclusief de extra onderverdelingen (IIA, IIB, etc.). Wanneer de apparatuur speciaal is ontworpen voor het gebruik in een bepaald gas, moet de chemische formule of de naam van het gas tussen haakjes op het label,
  • Voor groep II apparatuur geldt een symbool dat de temperatuurklasse en/of de maximale oppervlaktetemperatuur in graden Celsius aangeeft,
  • Voor groep II apparatuur geldt dat de maximale oppervlakte temperatuur in graden Celsius is weergegeven, voorafgegaan aan de letter T (T90℃),
  • Waar nodig de EPL categorieën: Ma, Mb, Ga, Gb, Gc, Da, Db, of Dc,
  • Waar nodig een markering van omgevingstemperatuur,
  • Een serienummer,
  • Naam van de uitgever van het certificaat,
  • Als specifieke gebruikersvoorwaarden van toepassing zijn, het symbool X.
Juul Jenneskens

Naam: Juul Jenneskens
Adviseur

Neem gerust contact op als u vragen heeft over dit onderwerp. Samen met mijn collega's sta ik klaar om u te helpen!

Neem contact op met Juul Jenneskens 077 467 3555 [email protected]

Liever direct een adviesgesprek aanvragen?