Dit artikel gaat in op de voornaamste onderdelen van stofexplosiegevaar zoals:

  • Wetgeving
  • Ontbranding
  • Gevarenzone-indeling
  • Ventileren - verwijderen van stoflagen
  • Afmetingen 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

Er zijn veel bedrijven die werken met brandbare stoffen in vaste vorm, denk bijvoorbeeld aan korrels en poeders. Bij het verwerken of transporteren van deze stoffen komt vaak stof vrij. Dit zijn deeltjes met een grootte kleiner dan 0,5 mm. Bij het vrijkomen van stof moet er aandacht gegeven worden aan het voorkomen van brand en het optreden van een stofexplosie. Het voorkomen hiervan is een kwestie van ervoor zorgen dat de brandbare stof niet in contact kan komen met lucht. Voor het geval dat dit niet mogelijk is of dat de brandbare stof toch gemengd wordt met lucht, moet er voor gezorgd worden dat er geen ontstekingsbron aanwezig is die een ontbranding en/of een explosie in gang kan zetten.

In Nederland is er de ARBO-regelgeving die regels voorschrijft met betrekking tot de veiligheid van de werkplek en de machines en installaties die zich op deze werkplek bevinden. Voor het geval dat er een situatie op kan treden met explosieve atmosferen is artikel 7 van de richtlijn 1999/92/EG uit de ARBO-wet van toepassing. Dit artikel schrijft voor dat de werkgever dan een gevarenzone-indeling moet vaststellen.

Betreft het een situatie met brandbare gassen en daarmee de kans op een gasexplosie, dan is de praktijkrichtlijn NPR 7910-1 van toepassing. Voor situaties waar er de kans is op een stofexplosie, is de praktijkrichtlijn NPR 7910-2 van toepassing. Deze praktijkrichtlijn is afgeleid uit in de norm NEN-EN-IEC 60079-10-2 geformuleerde verplichting een gevarenzone-indeling op te stellen indien er in het bedrijf kans op stofexplosie is.

Ontbranding

Een uit fijne deeltjes bestaande brandbare stof, zoals bijvoorbeeld meel, suiker of steenkolenstof, kan zich omhoog wervelen en zich mengen met lucht. Er ontstaat een op nevel lijkende stofwolk die explosief kan zijn. Soms is er ook sprake van een hybride mengsel. In dat geval heeft de stofwolk zich vermengd met een brandbaar gas. Hybride mengsels zijn extra gevaarlijk. Ze kunnen al bij lage concentraties exploderen. Hybride mengsels zijn ook gemakkelijk ontsteekbaar en de reactie is vaak zeer heftig. Een voorbeeld is stof van sojabonen waar de sojastof vermengd wordt met uit de soja vrijkomend hexaan.

Als er een stofwolk ontstaat, bijvoorbeeld bij het storten van bulkgoed, mengt de stof zich met lucht. Het stof-lucht-mengsel kan ontstoken worden en een stofexplosie veroorzaken. De drukgolf die uit deze explosie ontstaat laat vaak nog meer stof opdwarrelen die wederom met lucht vermengd wordt. Dit kan vervolgens voor een zogenaamde ‘secundaire’ drukgolf zorgen. De secundaire drukgolf is vaak nog krachtiger dan de ‘primaire’ explosie. Dit mechanisme kan meerdere keren achter elkaar plaatsvinden.

Als gevolg van de stofexplosie kan er ook brand ontstaan in het stof dat niet aan de explosie heeft deelgenomen of in het materiaal waar het stof vandaan komt.

Voor het ontsteken van een stofwolk is minimaal een bepaalde hoeveelheid energie nodig. Dit wordt de minimale ontstekingsenergie genoemd. Een stofwolk kan worden ontstoken indien het in aanraking komt met een heet oppervlak. De laagste temperatuur van een verticaal staand oppervlak om een stofwolk te doen ontbranden, wordt de minimale ontstekingstemperatuur genoemd.

Om brandbare stoffen te verbranden is zuurstof nodig. Normaal gesproken wordt deze zuurstof uit lucht betrokken. Beneden een bepaalde hoeveelheid stof is het niet mogelijk het stof-lucht-mengsel te ontsteken. Het mengsel is dan te arm. Aan deze grens is de naam “onderste explosiegrens” gegeven, ook wel Low Explosion Level (LEL) genoemd, met als eenheid g/m3. Voor een heel aantal organische stoffen ligt deze onderste explosiegrens in het bereik van 50 g/m3 tot 100 g/m3. Is de precieze waarde niet bekend, dan wordt er vaak van uitgegaan dat er explosiegevaar ontstaat boven een LEL van 20 g/m3.

Indien er zich een laag stof afzet op een warm oppervlak, kan er bij een aanzienlijk lagere temperatuur dan de LEL ontbranding plaatsvinden. De laagste temperatuur waarbij dit kan plaatsvinden wordt de smeultemperatuur genoemd. Deze smeultemperatuur wordt vastgesteld voor een 5 mm dikke stoflaag op een warme plaat. Een dikkere stoflaag kan bij nog lagere temperaturen ontbranden. Voorafgaand aan het smeulen kan er ook broei optreden in een stoflaag. Dit zorgt ervoor dat de temperatuur in de stoflaag stijgt en de smeultemperatuur en/of de LEL sneller bereikt worden.

Theoretisch is het ook mogelijk dat het stof-lucht-mengel te veel brandbare stof bevat. In dat geval is er sprake van een te rijk mengsel. Dit wordt ook wel Ultimate Explosion Level (UEL) genoemd. Boven de UEL zou eigenlijk geen explosie meer ontstaan maar doordat stof-lucht-mengsels in het algemeen niet homogeen zijn, komen er vaak in de stofwolk toch gebieden voor die zich beneden de UEL-grens bevinden. In die gebieden kan dan toch een explosie ontstaan.

Brand, smeulen en broei zijn indirecte oorzaken voor een ontsteking en een explosie. Elektrische stromen, elektrostatische oplading en mechanische mechanismen kunnen vonken tot gevolg hebben en zo op directe wijze een stof-lucht mengsel laten exploderen. De meest relevante ontstekingsbronnen voor stofexplosies zijn hete oppervlakken, vlammen, zelfontbranding, mechanische vonken, lasvonken, elektrische installaties en statische elektriciteit.

Qua explosiviteit heeft een gas-lucht-mengsel andere eigenschappen dat een stof-lucht mengsel. Een gaslucht mengsel mengt zich beter en is homogener dan een stof-lucht-mengsel. Bepalend voor de ontbranding van een gaslucht mengsel zijn de debiet van het brandbare gas, de dichtheid ervan en de aanwezige ventilatie. Een stof-lucht-mengsel kan alleen dan explosief worden indien het op turbulente wijze met lucht wordt gemengd. Verder vormt een stoflaag een latent gevaar. Op een “willekeurig” moment kan de stof gaan opdwarrelen en een explosieve stofwolk vormen.

Stofexplosiegevaar_Ontbrandingsexplosie.jpg

Ontbrandingsexplosie 

Stofexplosie_Smeulingsgevaar_2e plaatje.jpg

Smeulingsgevaar

Bij het vrijkomen van stof moet er aandacht gegeven worden aan het voorkomen van brand en het optreden van een stofexplosie

Gevarenzone-indeling 

In bedrijven waar er explosiegevaar is als gevolg van stofwolken, is een gevarenzone-indeling verplicht. Via onderstaand stappenplan kan deze indeling worden vastgesteld.

Stap 1:  Vaststellen of gevarenzone-indeling nodig is. Dit is afhankelijk van de vraag of er brandbaar stof aanwezig is, of het de binnenzijde van een apparaat betreft en of er meer stof aanwezig is dan de onderste explosiegrens.

Stap 2:  Bepaling wat de aard van de gevarenzone is. Er moet antwoord gegeven worden op de vragen “Wat is de aard van de gevarenbronnen?, “Is er plaatselijke afzuiging?”, “Kan er een stoflaag ontstaan?” en “Wordt de stoflaag door schoonhouden verwijderd?”

Stap 3:  Bepaling wat de afmeting van de zone is. Van belang is of het stof migreert, op welke wijze het stof zich verspreidt en of de stoflaag door regelmatig schoonmaken steeds verwijderd wordt. 

Het indelen is alleen dan zinvol en verplicht indien er meer dan de minimale hoeveelheid brandbare stof aanwezig is of vrij kan komen. Indien er binnen een apparaat minder dan 0,1 kg stof (met een deeltjesgrootte kleiner dan 0,1 mm) en minder dan 1 kg brandbaar stof (met een deeltjesgrootte tussen de 0,1 mm en 0,5 mm) aanwezig is, hoeft er geen gevarenzone-indeling gemaakt te worden. Dit geldt ook voor stof in een gebouw, indien er in dat geval minder dan 50 kg brandbaar stof (met een deeltjesgrootte kleiner dan 0,1 mm) en minder dan 500 kg brandbaar stof (met een deeltjesgrootte tussen de 0,1 mm en 0,5 mm) aanwezig is.

De klasse van een zone wordt bepaald door de aard van de gevarenbronnen, De aard wordt bepaald door de frequentie en duur van de explosieve omstandigheden, de aard van de stoflagen wat gelijk staat aan de frequentie en duur van de aanwezigheid ervan, de plaatselijke ventilatieomstandigheden en de mate van schoonhouden. 

Vaker wordt deel van het proces voorzien van een stofomhulling. Vanuit de stofomhulling ontsnapt er geen stof waardoor de overige procesdelen stofvrij blijven. De stofomhulling moet een veilige grens vormen waarbuiten de gevaren beperkt blijven.

Er zijn diverse soorten gevarenbronnen die van invloed zijn op de gevarenzone-indeling. De indeling is allereerst afhankelijk van de frequentie en de tijdsduur dat stof-lucht-mengsels aanwezig kunnen zijn:

  • Continue vorming van stofwolk: de stofwolk is voortdurend of meer dan 10% van de bedrijfstijd aanwezig. Dit geldt allereerst voor plaatsen binnen de stofomhulling. Voorbeelden zijn cyclonen, mengmachines, mixers, stofafzuigers, transportsystemen voor poeders.
  • Primaire gevarenbron: de stofwolk is gedurende 0,1 tot 10% van de bedrijfstijd aanwezig. Dit geldt met name voor gebieden direct buiten de stofomhulling, bijvoorbeeld op plaatsen waar stof zich kan ophopen of in de nabijheid van zakken-vulinstallaties.
  • Secundaire gevarenbron: de stofwolk is minder dan 0,1% van de bedrijfstijd aanwezig. Als voorbeeld kunnen dienen de gebieden waar zakken met poedervormige producten worden opgeslagen en de gebieden waar incidenteel een mangat wordt geopend waaruit stof kan ontsnappen.

Als tweede uitgangspunt voor de gevarenzone-indeling is het vaststellen of het mogelijk is dat er zich stoflagen kunnen vormen. In principe kan er slechts minimaal gevaar ontstaan indien er regelmatig wordt schoongemaakt. Indien schoonmaken en verwijderen van stoflagen ondergebracht is in installatiebeheer en onderhoudsplannen, kunnen er alleen secundaire stofexplosies ontstaan.

Ventileren - verwijderen van stoflagen

Door goed te ventileren is het mogelijk vrijkomend stof te verwijderen. Uiteraard dient ventilatie vooral daar actief te zijn waar stofwolken kunnen komen. Om die reden wordt dit in de norm kunstmatige plaatselijke ventilatie genoemd. Met betrekking tot ventilatie wordt het volgende onderscheid gemaakt:

  • Voldoende: het uitvallen van de ventilatie wordt automatisch gesignaleerd. Daarna vindt zo spoedig mogelijk herstel plaats.
  • Goed: ventilatie wordt gewaarborgd door een dubbele uitvoering ervan.
  • Goed met absolute waarborgen: ventilatie wordt gewaarborgd door een dubbele uitvoering ervan + de voorziening van een onafhankelijke energievoorziening.

Bij de gevarenzone-indeling van een gasexplosiegevaar wordt het begrip ‘groot gebouw’ gebruikt. Voor de gevarenzone-indeling voor stofexplosiegevaar is dit begrip niet van toepassing. Wanneer men spreekt over de ventilatiecondities van een gebouw, wordt een ‘gesloten gebouw’ bedoelt. 

Stoflagen zullen in het algemeen niet door een ventilatiesysteem verwijderd worden. Daarvoor is regelmatig schoonhouden noodzakelijk. De frequentie dient zo hoog te zijn dat er nooit een stoflaagdikte van meer dan 0,1 mm kan ontstaan. Bij voorkeur dienen stoflagen met vochtig poetsmateriaal verwijderd te worden. Harde bezems en perslucht worden niet gebruikt bij het schoonmaken. Indien er gebruik gemaakt wordt van stofzuiginstallaties, moeten dat centrale installaties zijn die voorzien zijn van elektrostatisch geleidende slangen en mondstukken. 

Ook met betrekking tot het verwijderen van stoflagen en het schoon huishouden zijn er drie niveaus gedefinieerd:

  • Goed: de dikte en daarmee de duur van de stoflagen worden op een verwaarloosbaar niveau gehouden.
  • Voldoende: Stoflagen zijn niet verwaarloosbaar maar wel van korte duur (minder dan 8 uur).
  • Slecht: stoflagen zijn niet verwaarloosbaar en niet van korte duur (meer dan 8 uur).
Stofexplosie_Industriele luchtventilatie.jpg

Industriële luchtventilatie

Afmetingen van de gevarenzone

De aard van het stof, de grootte van de gevarenbron en de aanwezigheid van een stoflaag zijn bepalend voor de afmeting van een gevarenzone. De vorm van een stofwolk wordt onder andere bepaald door de soort stofdeeltjes. Er ontstaat bijvoorbeeld een conusvormige wolk indien deze bestaat uit relatief zware stofdeeltjes of deeltjes met een hoge dichtheid. Deze zakken snel omlaag en veroorzaken daardoor de vorm van een conus. Ook bepalend voor de vorm van de gevarenzone zijn de dichtheid van het stof en het (fysisch bepaalde) stuifgedrag.

Eerder is aangegeven dat een stofwolk op verschillende manieren kan ontstaan. Zowel tijdens het ontstaan als daarna kunnen de vorm en de grootte van een stofwolk snel veranderen. Een stofwolk verandert door het naar beneden wegzakken van het stof maar ook door luchtverplaatsingen. Indien het zicht in een stofwolk minder dan 1 m is, definieert men dat als een explosieve stofwolk.

Aangezien stofwolken vaak een conusvormige vorm hebben, worden ze vaak gekarakteriseerd met de middellijn van de basis van de conus. Als men in de praktijk de grootte van een stofwolk wil bepalen, wordt de afgezette stoflaag opgemeten die een goede indicatie vormt voor de basis van de conus. 

De kleine stofdeeltjes in stofwolken en de deeltjes met een kleinere dichtheid vallen minder snel naar beneden en kunnen zich zelfs door het gehele gebouw verspreiden en overal stoflagen vormen. Ook drukverschillen zorgen er voor dat er stofafzetting zal ontstaan in de richting waar de stofwolk zich beweegt. Dit alles betekent dat in gesloten gebouwen de gehele ruimte in zones moet worden ingedeeld. Het bepalen van de afmetingen van een stofwolk kan via berekeningen en/of door praktijkmetingen. Vaak is het bij machines en installaties niet mogelijk de precieze plaats aan te wijzen waar stof kan vrijkomen. Om die reden is het in dat geval aan te bevelen om de installatie in zijn geheel als gevarenbron te definiëren. 

Gevarenzones zijn ingedeeld in drie klassen. Zoneklasse 20 betreft een gebied waarin continu een stofwolk aanwezig is, zoneklasse 21 wordt veroorzaakt door een primaire stofwolk en zoneklasse 22 door een secundaire stofwolk. Het plaatsen van een kunstmatige ventilatie kan de indeling van de gevarenzone veranderen. Zo kan in tegenstelling met het bovenstaande een gebied met een continue stofwolk leiden tot indeling in zone 21 indien een goede ventilatie aanwezig is. De indeling in zone 21 kan onder de voorwaarde van een goede ventilatie leiden tot een herindeling in zone 22. Een indeling in zone 22 kan zelfs leiden tot de kwalificatie Niet Gevaarlijk Gebied (NGG). Ook schoon huishouden is van invloed op de zone-indeling. Bij verwaarloosbare stoflagen en een goed uitvoeringsniveau van schoon huishouden, leidt dit tot de kwalificatie NGG. Op voldoende wijze schoonhouden zorgt in het geval van niet verwaarloosbare stoflagen voor de indeling in zoneklasse 22. Een slecht uitvoeringsniveau resulteert in dit geval in de indeling in zoneklasse 21.

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?