Minimierung des Staubexplosionsrisikos von Lebensmitteln, Ag-Pulvern und Feststoffen

Mitarbeiter für Pulver- und Schüttgüter | 23. Januar 2023

Um die Gefahr einer Staubexplosion zu verringern und die Einhaltung der NFPA-Standards zu erreichen, müssen Branchen wie die Lebensmittel- und Landwirtschaftsindustrie, die trockene Partikel verarbeiten, handhaben und verpacken, nun die spezifischen Schritte berücksichtigen, die nach der Staubgefahrenanalyse (DHA) zu unternehmen sind.

Clive Nixon, Vertriebsleiter bei BS&B Pressure Safety Management – ​​einem in Tulsa, OK, ansässigen Hersteller einer Reihe von Technologien zur Verhinderung und zum Schutz von Staubexplosionen – geht auf wichtige Fragen ein, die landwirtschaftliche und lebensmittelverarbeitende Unternehmen in Bezug auf Staubgefahrenanalyse, NFPA 61-Konformität, und führende Optionen zur Bewältigung der Explosionsgefahr durch brennbaren Staub.

F: Können Sie uns einen kurzen Hintergrund zur DHA-Konformitätsfrist 2022 und den damit verbundenen Gefahrenrisiken geben?

A: Für die Agrar- und Lebensmittelindustrie war der 1. Januar 2022 die Frist für den Abschluss einer Staubgefährdungsanalyse (DHA) für bestehende Anlagen gemäß Kapitel 7 des Standards 61 (2020) der National Fire Protection Association (NFPA). zur Verhütung von Bränden und Staubexplosionen in landwirtschaftlichen und lebensmittelverarbeitenden Betrieben.

NFPA 61 und andere verwandte NFPA-Standards beschreiben wesentliche Strategien und Verfahren zum Schutz von Menschen, Prozessen und Eigentum vor den Gefahren, die durch Brände und Staubexplosionen in Anlagen entstehen, in denen Massengetreide wie Mais, Weizen, Hafer und Gerste verarbeitet, verarbeitet und gelagert werden , Sonnenblumenkerne und Sojabohnen, deren Nebenprodukte sowie andere brennbare Stäube aus der Landwirtschaft. Alle neuen Prozesse und Anlagen, die brennbare Stäube handhaben und erzeugen, müssen nun eine DHA durchführen.

Anhang F von NFPA 61 (2020) enthält eine umfassende Checkliste, die als Blaupause für die Erstellung eines DHA dient. Diese Checkliste umfasst die Bewertung des Staubexplosionsschutzes für häufig gefährdete Prozessanlagen wie Becherwerke, Förderbänder, Mühlen, Silos und Systeme zur Sprühtrocknung und Staubabscheidung.

F: Welche nächsten Schritte müssen jetzt nach Abschluss der DHA in Betracht gezogen werden?

A: Nach der Erstellung des DHA-Dokuments muss das DHA-Team dann einen Aktionsplan für die identifizierten Gefahren entwickeln und eine priorisierte Aktionspunktliste mit spezifischen Aufgaben, zugewiesenen Parteien, Zielzeitrahmen und erforderlichen Ressourcen erstellen. Dies dient sowohl als Fahrplan zur Gefahrenminderung als auch als Arbeitsdokument, das angemessene Anstrengungen zur Risikobewältigung aufzeigt. Empfehlungen zur Behebung von Mängeln beim Umgang mit Gefahren durch brennbaren Staub müssen dokumentiert und rechtzeitig in einer für die zuständige Behörde akzeptablen Weise umgesetzt werden.

Das DHA ist nur der Ausgangspunkt, um eine Anlage und einen Prozess in Übereinstimmung mit den relevanten NFPA-Standards zu bringen. Der nächste Schritt ist die Umsetzung. Vor der DHA-Implementierung sollten Eigentümer/Betreiber folgende Fragen stellen:

F: Wann sollte ein DHA überprüft oder aktualisiert werden und wann ist eine Expertenberatung erforderlich?

A: Die Überprüfung oder Aktualisierung des DHA durch einen Sicherheitsexperten ist wichtig, wenn etwas fehlt oder unklar ist, da das Risiko und die potenzielle Haftung einer unzureichenden Einhaltung und eines unzureichenden Schutzes sehr kostspielig sein können, wenn es in einer Anlage zu einer Explosion brennbaren Staubs kommt.

Es gibt eine Reihe von Lösungen, um einen kostengünstigen Schutz vor der Gefahr durch brennbaren Staub zu bieten, aber die Wahl jeder Einrichtung hängt von ihren spezifischen Anforderungen ab. Bei der Auswahl der Technologie sollten nicht nur Faktoren wie die Art der Staubgefahr und ihre Eigenschaften berücksichtigt werden, sondern auch der Standort der Ausrüstung, die Festigkeit, die Betriebsdrücke, die Temperaturen und die Prozessverbindungen.

F: Was sind die wichtigsten Optionen für den Explosionsschutz und die Explosionsprävention in Getreide- und Lebensmittelverarbeitungsbetrieben?

A: Zu den wichtigsten Optionen für Explosionsschutz und -verhütung in Getreide- und Lebensmittelverarbeitungsbetrieben gehören im Großen und Ganzen Explosionsentlastung, Explosionsunterdrückung und Explosionsisolierung.

Flammenlose Entlüftungsöffnungen werden verwendet, um die Druckwelle zu zerstreuen und die Flamme zu eliminieren, die normalerweise bei einer entlüfteten Explosion entstehen würde.

F: Können Sie die Explosionsdruckentlastung näher erläutern?

A: Die Entlüftung ist der am weitesten verbreitete Schutzmechanismus, da sie häufig eine bequeme und wirtschaftliche Lösung darstellt. Obwohl es oft als eine „passende Lösung“ angesehen wird, erfordert es eine regelmäßige Inspektion gemäß NFPA 68. Es ist oft die praktischste Lösung für Geräte, die sich außerhalb oder in der Nähe einer Außenwand befinden, wo es einen freien Weg für die Projektion gibt Bringen Sie einen Staubexplosions-Feuerball in einen sicheren Bereich, wo er weder Menschen gefährdet noch Geräte oder nahegelegene Gebäude beschädigt.

In den frühen Stadien einer Staubexplosion öffnen Explosionsentlastungsöffnungen schnell bei einem vorgegebenen Berstdruck. Dadurch können die sich schnell ausdehnenden Verbrennungsgase und das Staub-Luft-Gemisch in die Atmosphäre entweichen und den im Gerät erzeugten Druck auf berechnete sichere Grenzwerte begrenzen. Die meisten landwirtschaftlichen Staubmaterialien würden im Bruchteil einer Sekunde einen Druck von über 100 psi entwickeln, wenn das Prozessgehäuse ausreichend stabil wäre.

Ein System zur Explosionsunterdrückung und -isolierung dient dazu, Verpuffungen zu erkennen, die Ausbreitung von Explosionen zu verhindern und Verpuffungen innerhalb des Staubabscheiders zu unterdrücken.

F: Können Sie ein Beispiel für die Explosionsdruckentlastung und einige Überlegungen zu deren Umsetzung nennen?

A: Explosionsplatten können beispielsweise an Becherwerken angebracht werden, die sich im Freien oder in der Nähe einer Außenwand befinden, wo die Staubexplosion über kurze Entlüftungskanäle sicher nach außen abgeleitet werden kann. Diese Entlüftungsöffnungen sind an den Beingehäusen und dem Elevatorkopf angebracht und öffnen sich schnell, um den Explosionsdruck eines schnell brennenden Staubs, der sogenannten Deflagration, zu entlasten.

Bei Entlüftungslösungen ist die Art der Entlüftungsdimensionierung und die Stärke der Ausrüstung ein wichtiger Gesichtspunkt. Die Dimensionierung von Entlüftungsöffnungen für Becherwerke, die Rohgetreide transportieren, wird durch NPFA 61 abgedeckt. Für verarbeitetes Getreide weicht NFPA 61 von NFPA 68 ab, in dem die erforderliche Festigkeit der Ausrüstung durch den Explosionsindex des Materials (Kst-Wert) bestimmt wird. Die Berechnungsgrundlage für die Entlüftungsfläche ist für Rohgetreide und verarbeitetes Getreide nicht dieselbe, wobei die entstehende Entlüftungsmenge und -position typischerweise für die beiden Materialformen unterschiedlich ist.

Der Weg für die Explosionsentlastungsflammenkugel und die Zugänglichkeit der Entlüftungsplatten für gelegentliche Inspektionen und Wartungsarbeiten sind wichtige Überlegungen bei der Auswahl dieser Schutzmethode. Diese werden in NFPA 61 – 2020 Abschnitt 9.3.14 und NFPA 68 – 2018 Abschnitt 8.8 behandelt.

F: Gibt es Einschränkungen bei der Verwendung der Explosionsdruckentlastung? Wenn ja, was empfehlen Sie?

A: Es gibt einige Anwendungen, z. B. wenn sich der Kofferraum eines Becherwerks oder einer anderen Lebensmittelverarbeitungsanlage innerhalb eines Gebäudes oder unter der Erdoberfläche befindet. Dies stellt eine Herausforderung für die Explosionsentlastung dar, da Flammen und Druck in einen begrenzten Raum freigesetzt werden und unterschiedliche Schutzansätze wie flammenlose Druckentlastung und Unterdrückung erforderlich sind.

Wenn sich Geräte im Inneren befinden oder sich Personen oder brennbares Material aufhalten, können herkömmliche Entlüftungsöffnungen, die einen Feuerball freisetzen, durch flammenlose Entlüftungsöffnungen ersetzt werden. Diese Entlüftungsöffnungen sollen die Druckwelle zerstreuen und die Flamme eliminieren, die normalerweise bei einer entlüfteten Explosion entstehen würde.

Bei Anwendungen außerhalb der Getreide-, Futtermittel- und Lebensmittelindustrie sollte die Möglichkeit berücksichtigt werden, dass bei der Aktivierung dieser Geräte innerhalb eines Gebäudes giftige Nebenprodukte entstehen. Für alle Anwendungen muss eine Sicherheitszone um die flammenlose Entlüftungsöffnung eingerichtet werden, aus der beim Entlüften einer Deflagration kurzzeitig heiße Gase austreten.

F: Können Sie erklären, wie flammenlose Entlüftungsöffnungen funktionieren?

A: Flammenlose Entlüftungsöffnungen bestehen aus einer herkömmlichen Entlüftungsöffnung, die vor einem Gehäuse montiert ist, das ein Edelstahlgewebe enthält, das die Wärme der Verpuffung abführt und gleichzeitig die sichere Ableitung der explosionsartig expandierenden Gase ermöglicht. Dieses Netz fängt die Flammenfront auf und dient zumindest teilweise dazu, die Freisetzung von Staub und Ruß zu filtern. Das Edelstahlgewebe stellt eine Einschränkung des Durchflusses dar, und dies wird durch die Zuweisung einer Entlüftungseffizienz berücksichtigt, um die Auswahl der richtigen Entlüftungsgröße sicherzustellen. Das Netz ist so konfiguriert, dass es die Druckwelle der expandierenden Gase teilweise absorbiert und Staub- und Rußpartikel in unterschiedlichem Maße einfängt, was die „Entlüftungseffizienz“ der flammenlosen Entlüftungsvorrichtung bestimmt.

Der Entlüftungswirkungsgrad kann typischerweise zwischen 50 % und 95 % liegen, was bedeutet, dass die Berechnung einer flammenlosen Entlüftungsfläche größer ist als die einer herkömmlichen Entlüftung für die gleiche Anwendung. In diesem Punkt ist große Vorsicht geboten, wenn der Austausch einer herkömmlichen Entlüftung durch eine flammenlose Entlüftung in Betracht gezogen wird.

Bei der Auswahl für Anwendungen wie den Schutz von Becherwerken werden das Gewicht und die Entlüftungseffizienz flammenloser Entlüftungen berücksichtigt. Die relevanten Codes sind NFPA 61 – 2020 Abschnitt 9.3.14 und NFPA 68 – 2018 Abschnitt 8.8.

F: Können Sie erklären, wie Explosionsunterdrückungssysteme funktionieren?

A: Explosionsunterdrückungssysteme sollen eine Deflagration im Anfangsstadium unterdrücken, bevor zerstörerischer Druck entstehen kann. Dies steht im Gegensatz zur Explosionsdruckentlastung, bei der die Verpuffung vollständig ablaufen kann, während die Ausrüstung den Verbrennungstemperaturen ausgesetzt wird.

Explosionsunterdrückungsgeräte sind so konzipiert, dass sie innerhalb von Millisekunden auf das Signal reagieren, das von Druck- oder Flammendetektoren erzeugt wird, die den Prozess überwachen. Dies führt dazu, dass Explosionsunterdrücker schnell ein Flammenlöschmittel wie Natriumbicarbonat in die geschützten Gerätevolumina abgeben. Dies stoppt die Explosion bereits in ihren Anfängen und führt zu einem verringerten Explosionsdruck, der für die geschützte Ausrüstung ungefährlich ist.

Ein System zur Explosionsunterdrückung und -isolierung dient dazu, Verpuffungen zu erkennen, die Ausbreitung von Explosionen zu verhindern und Verpuffungen innerhalb des Staubabscheiders zu unterdrücken.

F: Welche Beispiele für Situationen gibt es, in denen Explosionsunterdrückungssysteme angezeigt sind?

A: Unterdrückungssysteme können wünschenswert sein, da die Geschwindigkeit der Reinigung und Umrüstung eine schnelle Rückkehr zur Produktion ermöglicht. Beim Entlüften oder flammenlosen Entlüften entwickelt sich die Explosion vollständig in der Prozessausrüstung und erfordert eine Reinigung, die Eindämmung brandbedingter Schäden und anderer Folgen, die Zeit brauchen, bis der Prozess wieder in Betrieb genommen wird.

Die Unterdrückungsschutzmethode wird häufig bei zweischenkligen Becherwerken angewendet, die bei der Getreideförderung eingesetzt werden. Der Schutz besteht aus der Explosionserkennung und -unterdrückung des Elevator-Kopf- und Fußbereichs sowie der Explosionsisolierung der Beingehäuse, Zufuhr- und Entladungspunkte und Staubabsaugpunkte.

Die Unterdrückung von einbeinigen Becherwerken ist auch bei Getreideanwendungen praktisch, obwohl das offene Innenvolumen zwischen Stiefel und Kopf zusätzliche Löschmittel-Einspritzpunkte erfordert. Am wichtigsten ist, dass Unterdrückungssysteme unabhängig davon, ob sie auf ein zweisträngiges oder einsträngiges Becherwerk angewendet werden, eine Explosionsisolierung enthalten, um die Ausbreitung einer Explosion auf verbundene Gerätevolumina wie Silos zu verhindern.

F: Können Sie die Explosionsisolierung erklären und wie sie in jede Explosionsschutzstrategie passt?

A: Die Explosionsisolierung ist ein wesentlicher Bestandteil jeder Explosionsschutzstrategie. Die Ausbreitung einer Staubexplosion kann zu sekundären Ereignissen in angeschlossenen Geräten führen, die zerstörerischer sein können als das ursprüngliche Ereignis. Für alle Prozessverbindungen wie Einlasskanäle, Auslasskanäle und Staubabsaugpunkte sollte eine Isolierung in Betracht gezogen werden.

Obwohl die Explosionsisolierung ein Bestandteil von Explosionsunterdrückungssystemen ist, ist sie kein wesentliches Merkmal von Explosionsdruckentlastungssystemen. Bei der Auswahl von Explosionsentlastungen zum Explosionsschutz muss eine Möglichkeit zur chemischen oder mechanischen Isolierung in Betracht gezogen werden, um die Ausbreitung der Explosion auf miteinander verbundene Prozessvolumina über Einlasskanäle, Auslasskanäle, Förderbänder und Staubabsaugpunkte zu verhindern. Informationen zu konformen Lösungen finden Sie in NFPA 69 und im Abschnitt 9.7.4 von NFPA 61-2020.

Während es für den Eigentümer/Betreiber verlockend sein kann, einen Teilschutz für ein Prozesssystem in Betracht zu ziehen, muss darauf geachtet werden, das Risiko sowohl von als auch für angeschlossene Geräte zu kontrollieren. Ein ungeschütztes Gerät kann die Achillesferse eines Anlagenschutzplans sein.

Nixon kommt zu dem Schluss, dass sorgfältige Überlegungen erforderlich sind, um das Risiko einer Staubexplosion zu bewältigen und gleichzeitig Personal, Einrichtungen und Systeme zu schützen. Eigentümer und Betreiber sind am besten bedient, wenn sie mit einem kompetenten Lieferanten zusammenarbeiten, der Zugriff auf eine vollständige Palette von Sicherheitslösungen für eine bestimmte Anwendung hat.

Für weitere Informationen wenden Sie sich an BS&B Safety Systems (Tulsa, OK) unter 918-622-5950 oder [email protected] oder besuchen Sie www.bsbsystems.com.

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