In veel bedrijven in de industrie is er een reële kans op een gasexplosie. 

De Nederlandse norm NEN-EN-IEC 60079-10-1 geeft de principes aan voor het vaststellen van de gevarenzone-indeling. In vervolg hierop gaat de Nederlandse praktijkrichtlijn NPR 7910-1 in op de uitvoering ervan en het daadwerkelijk indelen in gevarenzones. Dit artikel bespreekt de hoofdlijnen van deze gevarenzone-indeling met betrekking tot gasexplosiegevaar. Er zal worden ingegaan op:

  • Wetgeving
  • Ontbranding
  • Vrijkomen van brandbare stoffen
  • Menging met lucht
  • Gevarenzones
  • Ontstekingsbronnen – temperatuurklasse
  • Gasgroepen
  • Gevarenzone indeling
  • Benodigde gegevens
  • Gevarenbronnen
  • Ventilatie
  • Begrenzing van de gevarenzone

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

Neem contact op met Juul Jenneskens 077 467 3555


Wetgeving

Overal waar in de industrie gewerkt wordt met brandbare vloeistoffen en gassen is er het risico aanwezig dat ze in aanraking komen met zuurstof, wat een brand of een explosie als gevolg kan hebben. Evident is dat dit voorkomen kan worden door te zorgen dat de combinatie brandbare stoffen, zuurstof en een actieve ontstekingsbron uitgesloten wordt.

De ARBO-regelgeving, artikel 7 van de richtlijn 1999/92/EG, schrijft voor dat de werkgever een gevarenzone-indeling vaststelt indien er in het bedrijf situaties voorkomen met explosieve atmosferen. De op te stellen indeling is gebaseerd op de frequentie en de tijdsduur van de aanwezigheid van de explosieve atmosfeer. 

In de norm NEN-EN-IEC 60079-10-1 staan de principes van het indelen beschreven. De uitvoering ervan staat centraal in de praktijkrichtlijn NPR 7910-1 en is van toepassing op brandbare gassen, nevels en vloeistoffen en tot vloeistof verdichte brandbare gassen. 

Ontbranding

Een brandbaar gas of damp afkomstig van een brandbare vloeistof of vaste stof kan ontbranden indien er een bepaalde verhouding lucht wordt toegevoegd. De ontbranding kan starten door het activeren van een ontstekingsbron. Een “spontane” start van de ontbranding is ook mogelijk, indien de temperatuur van het gas-lucht-mengsel boven de ontbrandingstemperatuur ligt.

Het resultaat van de ontbranding is een verwarming van het mengsel, de vorming van verbrandingsproducten en meestal een (plaatselijk) snelle volumetoename, met daaraan gekoppeld een lokale drukstijging die als een drukgolf voor het vlamfront uit loopt. Deze drukgolf kan zich nog geruime tijd door de lucht voortbewegen en de kracht ervan zal geleidelijk afnemen. Zowel de concentratie van het brandende mengsel als de reactiesnelheid en de verbrandingswarmte bepalen de kracht van de drukgolf. 

Wanneer het ontbrandende mengsel zich in een afgesloten ruimte met daarin obstakels bevindt, kan er turbulentie ontstaan. Dit zorgt vervolgens voor een heftigere verbranding en een nog krachtigere drukgolf.
Indien er sprake is van een lage concentratie van brandbare gassen, kan er wel een steekvlam ontstaan zonder dat er een merkbare drukgolf ontstaat.

Vrijkomen van brandbare stoffen

Brandbare vloeistoffen kunnen in damp overgaan. De dampspanning en de uittredingstemperatuur zijn belangrijke factoren voor het uittreden van damp uit een vloeistof. Wanneer de dampspanning hoger is dan de atmosferische druk, dan gaat de vloeistof koken en komt er snel brandbare damp vrij. Ook beneden de kooktemperatuur kan er damp vrijkomen. De meest van invloed zijnde factoren zijn in dat geval de temperatuur van de uittredende vloeistof, de verdampings-snelheid, het oppervlak waarop de vloeistof ligt en de omgevingstemperatuur. 
 

Menging met lucht

Zoals hierboven reeds aangegeven kan ontbranding plaats vinden indien het brandbaar gas zich in voldoende mate met lucht heeft vermengd. De snelheid van het mengen hangt met name af van de volgende zaken:

  • de turbulentie van de lucht,
  • de snelheid van uitstroming,
  • de dichtheid van de stof.

Het gas-lucht-mengsel is alleen binnen een bepaalde mengverhouding te ontsteken. De bovenste explosiegrens heeft betrekking op de minimale verhouding gas-lucht die het mengsel nodig heeft om te kunnen ontsteken. Boven een bepaalde verhouding gas-lucht zal geen ontbranding meer plaatsvinden. Dit wordt de onderste explosiegrens genoemd. Indien het meerdere brandbare gassen betreft, is de explosiegrens van het mengsel op eenvoudige wijze te berekenen met de explosiegrenzen van afzonderlijke gassen.

Gasexplosiegevaar_Turbulent and laminar flow.jpg

Laminar flow en turbelent flow

Gevarenzones

Op vele plaatsen in een installatie kunnen brandbare stoffen vrijkomen en zich mengen met lucht. Het vrijkomen kan onderdeel zijn van de normale bedrijfsvoering maar kan ook het resultaat zijn van lekkages van bijvoorbeeld pompen, roerders, leidingen of tijdens overslag. Alle plaatsen waar brandbare stoffen vrij kunnen komen, worden gevarenzones genoemd. Ook de plaatsen waar deze vrijgekomen stoffen zich kunnen verzamelen, behoren tot de gevarenzones.

Gasexplosiegevaar_Gevarenzone.jpg

Gevarenzone

In bedrijven waar er explosiegevaar bestaat, is het verplicht een gevarenzone-indeling te maken. De praktijkrichtlijn NPR 7910-1 biedt voldoende houvast om deze indeling op gestructureerde wijze vast te stellen

Ontstekingsbronnen - temperatuurklasse

Er zijn tal van oorzaken waardoor een brandbaar mengsel ontstoken kan worden. Het betreft met name hete oppervlakken, vlammen, vonken, statische elektriciteit, straling, ultrasoon geluid en chemische reacties.

De zelfontbrandingstemperatuur is de laagste temperatuur waarbij een gas-lucht-mengsel ontstoken kan worden. Betreft het een mengsel van gassen, dan moet er uiteraard gekozen worden voor de laagste zelfontbrandingstemperatuur van de verschillende gassen.
In installaties voorkomend materieel dient een lagere temperatuur te hebben dan de zelfontbrandingstemperatuur. Omdat de temperatuur zo’n bepalende factor is voor de ontbranding, is het materieel ingedeeld in temperatuurklassen T1 tot en met T6. Voor wat betreft de maximaal toelaatbare oppervlakte temperatuur geldt voor T1 een waarde van 450 oC en T6 een waarde van 85 oC.

Gasgroepen

Er bestaan vele soorten gassen en dampen. Deze zijn ingedeeld in twee hoofdgroepen. Groep I bevat ondergronds gas dat alleen voorkomt in mijnen, een voorbeeld hiervan is mijngas. In groep II zijn alle ontvlambare gassen en dampen ondergebracht die in de industrie voorkomen. Vervolgens is groep II weer opgedeeld in gasgroep IIA, IIB en IIC. Voorbeelden voor gasgroep IIA zijn propaan, butaan en aardgas, voor gasgroep IIB ethyleen, ethanol en koolmonoxide en voor gasgroep IIC waterstof en acetyleen.

Alleen materieel dat geschikt is voor een bepaalde subgroep mag worden ingezet. Hierbij mag het materieel wel voor een lagere subgroep worden ingezet, niet voor een hogere.

Gevarenzone-indeling

Een gevarenzone-indeling is een hulpmiddel om plaatsen waar explosies kunnen optreden te analyseren en te classificeren. Allereerst kan er een verdeling worden gemaakt van gevaarlijke en niet-gevaarlijke gebieden.

Niet-gevaarlijk is een gebied waar geen maatregelen genomen hoeven te worden om het gevaar van ontstekingsbronnen te elimineren. 

Voor gevaarlijke gebieden zijn deze maatregelen wel noodzakelijk. Er zijn drie soorten gevaarlijke gebieden:

  • Zone 0: explosieve atmosfeer is voortdurend of gedurende lange perioden aanwezig.
  • Zone 1: kans op aanwezigheid van explosief atmosfeer is groot, tussen de 0,1% en 10% van de bedrijfsduur.
  • Zone 2: kans op aanwezigheid van explosief atmosfeer is klein, minder dan 0,1% van de bedrijfsduur.

Het indelen betreft een drie-stappen-plan:

  1. Vaststellen of gevarenindeling nodig is.
  2. Bepaling van het soort gevarenzone, zone 0, zone 1 of zone 2.
  3. Bepaling van de afmeting van de zone.

Het vaststellen om welke soort gevarenzone het gaat, hangt ook af van de ventilatieomstandigheden. De afmeting van de zone wordt onder andere bepaald door de inschatting hoeveel gevaarlijke stof er vrij kan komen en hoe de verspreiding ervan verloopt. Ver van de locatie van de vrijgekomen stof zal de verdunning met lucht zo groot zijn, dat de concentratie beneden de onderste explosiegrens komt en er geen explosierisico meer is. Dit vormt de grens van de gevarenzone.

Een gemakkelijkere en meer praktisch methode om de afmeting te bepalen is gebaseerd op 3 uitgangspunten:

  1. De gevarenbronnen worden ingedeeld op twee groottes van het vrijkomend debiet, een kleiner dan 1 g/s en 1 g/s tot en met 10 g/s.
  2. De gevarenzone heeft de vorm van een bol, met als middelpunt de plaats waar de gevaarlijke stof vrijkomt. De straal is de grootste afstand waar zich nog explosieve mengsels kunnen bevinden onder de ongunstigste ventilatie-omstandigheden.
  3. De gehele ruimte waar de gevarenbron zich bevindt wordt beschouwd als gevarenzone.

Benodigde gegevens

Voor het vaststellen van de gevarenzone-indeling is nodig te weten welke brandbare stoffen er kunnen voorkomen. Deze stoffen zijn onder te verdelen in gassen, tot vloeistof verdichte gassen en vloeistoffen. Het is verplicht de hoeveelheid van mogelijk vrijkomende brandbare stof in beeld te brengen, ondanks het gegeven dat in de praktijk minimale hoeveelheden geen risico zullen opleveren.

Gevarenbronnen

De praktijkrichtlijn vermeld drie klassen van situaties waar brandbare stoffen kunnen voorkomen:

  • Continue gevarenbronnen, bijvoorbeeld ontluchtingsopeningen en open vaten
  • Primaire gevarenbronnen, bijvoorbeeld lekkende pakkingen en lekbakken
  • Secundaire gevaren, bijvoorbeeld flenzen, schroeven, kranen en afsluiters

Leidingen appendages worden niet als gevarenbron beschouwd.

Gasexplosiegevaar_Lekkende flens.jpg

Lekkende flens

Ventilatie

Voor het indelen in gevarenzones is de plaats van de gevarenbron ook van invloed. Bepalend is of de gevarenbron in de buitenlucht is geplaatst, in een open gebouw of in een gesloten gebouw. 

Betreft het een gesloten gebouw, dan kunnen de ventilatieomstandigheden van invloed zijn. Er staan in de praktijkrichtlijn vijf ventilatieomstandigheden gedefinieerd, te weten geen ventilatie, beperkte ventilatie, kunstmatige ruimtelijke ventilatie, kunstmatige plaatselijke ventilatie of een groot gebouw. 

Verder definieert de richtlijn op welke wijze te bepalen is of de ventilatiecapaciteit “gematigd” is of “voldoende”. Voor zo ver van toepassing geeft de richtlijn bij elk type ventilatieomstandigheid aan op welke wijze de capaciteit te berekenen is.

Begrenzing van de gevarenzone

Gevarenzones worden vaak begrensd door obstakels in de nabijheid. Dit kunnen bijvoorbeeld muren of dijken zijn, goten of greppels, kelders of putten of een hellend dak. In de grenzen tussen gevarenzones kunnen zich openingen bevinden. Deze openingen vormen ook weer een mogelijke gevarenbron. In de norm worden ze ingedeeld in 5 soorten, te weten A, B, C, D of sluizen. Via een tabel is vervolgens de gevarenklasse van de opening als gevarenbron vast te stellen.

Gasexplosiegevaar_ventilatie.jpg

Ventilatie in een fabriek

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?