A gabona éghetősége – mely tényezők befolyásolják az éghetőséget?

Az ipari folyamatok biztonsága magában foglalja mind a munkavállalók munkahelyi biztonságát, mind a végrehajtott technológiai folyamatok biztonságát.

Ez a két terület együtt alkotja a termelő üzem általános biztonságát, amelyet a hatályos jogszabályoknak megfelelően biztosítani kell. A folyamatbiztonság, amely az általános biztonság szerves része, különösen azokat a technológiai létesítményeket érinti, amelyek vegyi anyagokat tartalmaznak és dolgoznak fel. Ennek megfelelően foglalkozik a kémiai anyagok (egységműveletek) hasznos végtermékekké történő feldolgozásához kapcsolódó különféle kémiai és fizikai folyamatokkal működő berendezések tervezésével és üzemeltetésével, különös hangsúlyt fektetve a keverékek és/vagy energia nem kívánt kibocsátásának megelőzésére, valamint az ilyen kibocsátások következményeinek ellensúlyozására. A folyamatbiztonság fenntartásának szükségességével kapcsolatos tudatosság minden vegyipari vagy finomító létesítmény tervezését elkíséri a fejlesztés minden szakaszában. Ez magában foglalja azokat a létesítményeket is, amelyek szilárd anyagokat tárolnak és dolgoznak fel. Ez minden folyamatterv része, ami a folyamatmérnöki munka fő terméke.

Robbanásveszélyes zónák az élelmiszeriparban

Az élelmiszeripar egy speciális csoportja azoknak az ipari létesítményeknek, amelyek területén szilárd anyagok találhatók, például gabona, cukor, tea, kávé, kukorica stb. Ez a sajátosság abban rejlik, hogy a porveszély elemzése eltér a gázokétól, és a kockázatértékelési folyamat során más, kiegészítő paramétereket is figyelembe vesznek. A gabonatermékek esetében a tűz- és robbanásveszély magas fokát teremtő tényező a gabona- és lisztpor jelenléte. Egyébként érdemes megjegyezni, hogy Lengyelország az egyik legnagyobb gabonatermelő Európában és az egyik nagyobb a világon. A GUS 2018-as adatai szerint az éves gabonatermelés hazánkban körülbelül 27 millió tonna, ebből mintegy 10 millió tonna búza és 4 millió tonna tritikálé. Ez azzal jár, hogy a velük végzett folyamatok során a meghibásodás valószínűsége magasabb, mint a legtöbb más országban. A gabona átvételének, tisztításának, szárításának és tartósításának technológiai folyamata során, valamint a gabona lisztté őrlésekor helyi por szennyeződések keletkeznek, amelyeket technológiai pornak neveznek. Ezek a szemek egymással és a berendezésen belüli gépalkatrészekkel való súrlódása következtében jönnek létre. A por tehát a berendezés belsejében, vízszintes és függőleges szállítás, tisztítógépek és eszközök, gabona szárítása és zúzása, valamint a zúzott félkész termékek és késztermékek szitálása, osztályozása és csomagolása során keletkezik.

A kutatások szerint az összes porrobbanás közel 25%-a az élelmiszer-, mezőgazdasági és takarmányiparban történik, a robbanások szempontjából a legveszélyeztetettebbek a silók, a porelszívó és szellőztető rendszerek – beleértve a szárítókat és a gabonaszárításra szolgáló raktárakat.

Fizikai-kémiai mennyiségek

Az elfogadott gyakorlatnak megfelelően minden éghető/robbanásveszélyes port megfelelő laboratóriummal rendelkező egységben kell vizsgálni, vagy felhasználni a kész biztonsági adatlapokat, amelyek az adott anyagra vonatkoznak. A fizikai-kémiai tulajdonságaikat leíró mennyiségek sorában több paraméter is kiemelkedik:

Pmax [bar] – ez a maximális robbanási nyomás, amelyet a por-levegő keverék robbanása során mérnek a mérőgömb zárt térfogatában (robbanásveszélyes atmoszféra). Ennek a paraméternek az értéke a kezdeti nyomástól függ.

(dp/dt)max [bar/s] – ez a robbanásveszélyes atmoszféra maximális robbanási nyomásnövekedése időegységenként. Ez a paraméter határozza meg az adott por robbanási folyamatának „dinamikáját”, és ennek alapján határozzák meg a következő paramétert, a Kst-t.

Kst [m * bar/s] – a porállandó, amelyet robbanásveszélyességi indexnek is neveznek, alapja a porok robbanásveszélyességének nemzetközi osztályozásának (lásd az alábbi táblázatot).

DGW [g/m3 ] – alsó robbanási határ (ARH). Ezzel a kifejezéssel a tüzelőanyag (ebben az esetben por) levegővel (a mérőgömbben) való legkisebb koncentrációját határozzák meg, amelynél robbanás történt. Ezen érték alatt az éghető keverék túl szegény éghető komponensben, és túl sok oxidálószert tartalmaz ahhoz, hogy robbanást indítson el.

GST [%] – határ-oxigénkoncentráció – az oxigén maximális koncentrációja éghető por levegővel és inert gázzal alkotott keverékében, amelynél robbanás nem következik be.

MEZ [mJ] – a por-levegő keverék minimális gyújtási energiája (MGE) – az elektródák közötti szikrakisülés minimális energiája (adott értékű energia), amely a por-levegő keverék gyulladását okozza.

MTZw [oC] – a porréteg minimális gyulladási hőmérséklete – a forró lemez minimális hőmérséklete, amelyen a gyűrűbe helyezett 5 mm vastag porréteg meggyullad.

MTZo [oC] – minimális hőmérséklet, amelyen a porfelhő meggyullad egy ismert fal- és atmoszférájú kemencében

A robbanásveszélyességi paramétereket befolyásoló tényezők

A porok robbanásveszélyességi paramétereit számos tényező befolyásolhatja:

• a porrészecskék kémiai összetétele (különböző elemek és vegyületek eltérően égnek);
• a porrészecskék mérete (általában a robbanásveszélyességi paraméterek változnak a porszemek méretétől függően – a kisebb szemek gyorsabban égnek. A robbanásveszélyességi paraméterek növekedése figyelhető meg a porrészecskék méretének csökkenésével;
• a por nedvességtartalma (a por magas nedvességtartalma megnehezíti annak égését);
• a por koncentrációja (meghatározza az éghető anyag mennyiségét a por-levegő keverékben);
• az oxigénkoncentráció (az égési folyamat elindításához szükség van egy bizonyos határ-oxigénkoncentrációra – túl alacsony oxigénkoncentráció esetén az égési folyamat nem indul el);

A gabonaszem fizikai tulajdonságai szorosan összefüggenek kémiai szerkezetével, és jelentős hatással vannak a tárolt gabonamassza életfolyamataira. A gabona legfontosabb életfolyamata a légzés. A gabona felveszi az oxigént a levegőből, elégeti a kémiai anyagokat, és szén-dioxidot és vizet bocsát ki. E folyamatok eredményeként hő keletkezik, amely a gabona légzésének intenzívebbé válását és hőmérsékletének emelkedését okozza, ami nagymértékben függ a nedvesítés mértékétől. A nedvesség és a hőmérséklet emelkedése, oxigén hozzáférése esetén a gabona megduzzad, és hajlamos lesz az önmelegedésre, majd az öngyulladásra. A megnövekedett életfolyamatokkal rendelkező gabona, azaz az éretlen, frissen betakarított és kicsírázott, valamint a gyommagvakkal erősen szennyezett gabona a leginkább hajlamos az önmelegedésre. A gabona öngyulladásához hozzájárul az osztályozás is, amely az egyik jellegzetes folyamat ennél az anyagnál. Ez a tárolt gabonamasszát alkotó gabona folyékonyságának és heterogenitásának következménye. Előfordul a gabona átöntése és mozgatása során, de leggyakrabban a gabonakamrák feltöltésekor és ürítésekor. A kamra tartalma heterogénné válik: középen a nagy és közepes szemű gabona halmozódik fel a legkisebb szennyezettségi fokkal, a falak felé pedig az egyre finomabb, nagyobb szennyezettségi fokkal rendelkező. Magas páratartalom esetén ott is a legnagyobb a valószínűsége a gabona öngyulladásának.

A gabona további jellemzői a higroszkopicitás, a hővezető képesség és a por kibocsátása minden technológiai feldolgozási művelet során. A higroszkopicitás abból áll, hogy a környezeti páratartalomtól függően nedvességet vesz fel vagy ad le. Az ilyen helyeken nagyobb valószínűséggel kell számítani az öngyulladásra. A gabona rossz hővezető, körülbelül 450°C-on gyullad meg, a gabona hőparaméterének értéke 3,5 - 4,0 Mcal/kg, és láng nélkül, parázslással ég.

Sokféle gabonatárolással és feldolgozással foglalkozó létesítmény létezik, ezért nem lehet egyetlen szabványt meghatározni, de egy pékség-cukrászda példájából kiindulva, amelynek számára a DACPOL robbanásveszélyességi kockázatértékelési dokumentumot készített, bizonyos jellemző szakaszok megkülönböztethetők a technológiai vonalon.

Berendezéstípusok funkció szerint

A példa szerinti létesítmény funkcióját tekintve a következő részekre osztható:

• a silók feltöltésekor a gabona pneumatikus szállítására szolgáló,
• a gabona külső silókban történő tárolására szolgáló,
• a gabona silók ürítésekor történő csigás szállítására szolgáló,
• a gabona mechanikai tisztítással és nedvesítéssel történő előkészítésére szolgáló,
• az őrlőt magában foglaló, a gabona őrlésére szolgáló, tartozékokkal együtt,
• a belső integrált lisztraktározási rendszer, amely négy silót tartalmaz tartozékokkal és a liszt pneumatikus szállítására, valamint a tészta előkészítési helyeken történő adagolására szolgáló berendezést.

Robbanásveszélyt jelentő elemek

Az elfogadott elemzési módszerek alapján megfelelő műveleteket hajtanak végre annak érdekében, hogy meghatározzák, melyik elem jelenthet robbanásveszélyt, annak mértékét és potenciális következményeit. Figyelembe véve a fent említett példa szerinti vállalati struktúrát, legalább több tucat potenciálisan veszélyes terület és elem azonosítható. Itt a következő típusú berendezéseket és tényezőket kell megkülönböztetni, amelyek meghibásodást, majd tüzet vagy robbanást okozhatnak:

1. Csavaros szállítószalagok, láncos szállítószalagok „redlerek”:

• a csigahajtás tengelyének elgörbülése, a lapát súrlódása a házon, láncszakadás, láncszem súrlódása, fém tárgy behatolása a belsejébe,
• a porok felmelegedése és gyulladása.

2. Serleges felvonók:

Az alapszalag elakadása, a szalag és a porok gyulladása a következő okok miatt lehetséges:

• elakadás kialakulása,
• a serleg beakadása a házba,
• a felvonó blokkolása idegen tárgyak behatolása miatt az aljába,
• az alapszalag túlzott meglazulása,
• a csapágyak besüllyedése elégtelen kenés esetén.

3. Hámozó gépek, osztályozó gépek a gabonahéj feldolgozására.

Fennáll a porok gyulladásának vagy robbanásának veszélye a következő esetekben:

• fém tárgy behatolása a dobba,
• szikrázás a verő vagy kefe rögzítésének lazulása miatt, amelyet súrlódás okoz,
• a dob dörzsölő vagy fém burkolata,
• szikrázás egy koptató massza darabjának leválása miatt,
• a csapágyak felmelegedése.

4. Zúzóberendezések, hengerprések, korpa szeparátorok:

A por gyulladása vagy robbanása akkor következhet be, ha fém tárgy kerül be a belsejébe, és ez a tárgy szikrázik vagy felmelegszik a súrlódás miatt.

5. Pneumatikus szállítás:

A pneumatikus szállítás berendezéseiben és csővezetékeiben, valamint a töltőberendezésekben (ciklonok) robbanásveszélyes porkoncentrációk alakulnak ki, amelyek ütközve statikus elektromosság töltések kialakulását okozzák. Robbanás vagy tűz a következő okok miatt következhet be:

• statikus elektromosság kisülése,
• szikrázás, amelyet a ventilátor lapátok súrlódása okoz a házon,
• a ventilátor csapágyainak felmelegedése.

6. Szívóberendezések:

Fennáll a gabona- vagy lisztpor gyulladásának veszélye a következő esetekben:

• tűzforrás megjelenése valamelyik fent említett berendezésben,
• szikrázás, amelyet a ventilátor lapátok súrlódása okoz,
• a ventilátor csapágyainak besüllyedése.

7. Gabona- és lisztkamrák feltöltésekor:

A veszély a nyílt láng behatolása vagy a por meggyulladása miatt fennáll hibás elektromos berendezésektől.

A robbanásveszélyességi kockázatértékelés elemzési fázisai

A robbanásveszélyességi kockázatértékelés elkészítésének alapját képező elemzéseket szakaszosan végzik. Az első szakaszban elvégzik a munka/tevékenységek és a folyamat végrehajtására vonatkozó adatok azonosítását és ellenőrzését az érintett területeken. A munka a Megrendelő által rendelkezésre bocsátott dokumentáció alapján történik, amely tartalmazza a berendezések és objektumok technológiai jellemzőit, valamint a felhasznált éghető anyagok gyúlékonysági és robbanásveszélyességi paramétereit tartalmazó fizikai-kémiai specifikációkat. A dokumentáció adatainak kiegészítését és ellenőrzését a helyszíni szemle során szerzett információk képezik.

Az összegyűjtött információk és a folyamatadatok alapján robbanásveszélyességi kockázat azonosító elemzést végeznek, amely magában foglalja:

• az éghető anyagok azonosítását,
• a potenciális robbanásveszélyes atmoszférák kialakulási helyeinek azonosítását,
• az éghető anyagok kibocsátási forrásainak azonosítását és osztályozását, valamint
• a robbanásveszélyes atmoszférák kialakulási valószínűségének meghatározását.

Az elvégzett robbanásveszélyességi kockázat azonosító elemzések eredményeit a robbanásveszélyes zónák osztályozás szerinti meghatározására használják. A teljes osztályozási dokumentációt kiegészítik a grafikus osztályozási dokumentációval, amely helyszínrajzokat tartalmaz, illusztrálva a robbanásveszélyes zónák típusát és terjedelmét, valamint a kibocsátási források elhelyezkedését és azonosítását, a lengyel szabványokban meghatározott elveknek megfelelően. Minden olyan területen, ahol robbanásveszélyes zónákat osztályoztak, meghatározzák az engedélyezett készülékkategóriát (jelölés a direktíva szerint, nem a szabvány szerint), ami lehetővé teszi a megfelelő, ATEX tanúsítvánnyal rendelkező alkatrészek és gépek kiválasztását.