Grūdų degumas – kokie veiksniai daro įtaką degumui?

Pramoninių procesų sauga apima tiek darbuotojų profesinę saugą, tiek vykdomų technologinių procesų saugą.

Abi šios sritys kartu sukuria bendrąją saugą gamybos įmonėje, kuri turi būti užtikrinta pagal galiojančius teisės aktus. Procesų sauga, kuri yra neatsiejama bendrosios saugos dalis, ypač taikoma technologiniams įrenginiams, kuriuose yra ir perdirbamos cheminės medžiagos. Taigi, ji susijusi su įrenginių, kuriuose vyksta įvairūs cheminiai ir fiziniai procesai, susiję su cheminių medžiagų perdirbimu (vienetinės operacijos) į naudingus galutinius produktus, projektavimo ir eksploatavimo klausimais, dėmesį sutelkiant į nepageidaujamų mišinių ir/arba energijos išleidimo prevenciją, taip pat į tokių išleidimų pasekmių šalinimą. Procesų saugos užtikrinimo suvokimas lydi kiekvienos cheminės ar naftos perdirbimo įrenginio projektavimą visais jo plėtros etapais. Tai apima ir objektus, kuriuose saugomos ir perdirbamos kietosios medžiagos. Tai yra kiekvieno technologinio projekto, kuris yra pagrindinis procesų inžinerijos produktas, dalis.

Sprogimo pavojus maisto pramonėje

Maisto pramonė yra specifinė pramonės įmonių grupė, turinti savo teritorijoje kietųjų medžiagų, tokių kaip grūdai, cukrus, arbata, kava, kukurūzai ir kt. Šis specifiškumas pasireiškia tuo, kad dulkių pavojaus analizė skiriasi nuo dujų analizės ir kad rizika vertinama atsižvelgiant į kitus, papildomus parametrus. Grūdinių produktų atveju, veiksnys, keliantis didelį gaisro ir sprogimo pavojų, yra grūdų ir miltų dulkių buvimas. Beje, verta pažymėti, kad Lenkija yra viena didžiausių grūdų gamintojų Europoje ir viena didesnių pasaulyje. Remiantis GUS duomenimis už 2018 m., metinė grūdų produkcija mūsų šalyje siekia apie 27 mln tonų, iš jų apie 10 tonų kviečių ir 4 mln kvietrugių. Dėl to avarijų tikimybė procesų metu, kuriems jie yra veikiami, yra didesnė nei daugelyje kitų šalių. Technologinio proceso metu, priimant, valant, džiovinant ir konservuojant grūdus, taip pat malant grūdus į miltus, atsiranda vietinė dulkių tarša, vadinama technologinėmis dulkėmis. Jos susidaro dėl grūdų trinties vienas į kitą ir į mašinų elementus įrenginių viduje. Dulkės pakyla įrenginių viduje horizontaliai ir vertikaliai transportuojant, valymo mašinose ir įrenginiuose, džiovinant ir smulkinant grūdus, taip pat sijojant, rūšiuojant ir pakuojant susmulkintus pusgaminius ir gatavus produktus.

Tyrimai rodo, kad iš visų dulkių sprogimų beveik 25% sudaro dulkių sprogimai maisto, žemės ūkio ir pašarų pramonėje, o labiausiai sprogimams pažeidžiami yra silosai, dulkių šalinimo ir vėdinimo sistemos – įskaitant džiovyklas ir sandėlius, skirtus grūdams džiovinti.

Fizikinės ir cheminės savybės

Pagal priimtą praktiką, kiekvienos degios/sprogiamos dulkės turi būti ištirtos tam tikroje laboratorijoje arba reikia naudoti paruoštas savybių korteles, būdingas konkrečiai medžiagai. Tarp savybių, apibūdinančių jų fizikines ir chemines savybes, išskiriami keli parametrai:

Pmax [bar] – tai maksimalus sprogimo slėgis, išmatuotas sprogstant dulkių ir oro mišiniui uždarame matavimo sferos tūryje (sprogioje atmosferoje). Šio parametro vertė priklauso nuo pradinio slėgio.

(dp/dt)max [bar/s] – tai maksimalus sprogimo slėgio prieaugis sprogioje atmosferoje per laiko vienetą. Šis parametras apibrėžia duotų dulkių sprogimo proceso „dinamiką“, ir pagal jį nustatomas kitas parametras Kst.

Kst [m * bar/s] – dulkių konstanta, vadinama sprogumo rodikliu, yra tarptautinės dulkių sprogumo klasifikacijos pagrindas (žr. lentelę žemiau).

DGW [g/m3 ] – žemesnioji sprogumo riba. Šiuo terminu apibrėžiama mažiausia kuro (šiuo atveju dulkių) koncentracija su oru (matavimo sferoje), kuriai esant įvyko sprogimas. Žemiau šios vertės degus mišinys yra per prastas degiuoju komponentu ir turi per daug oksidatoriaus, kad būtų galima inicijuoti sprogimą.

GST [%] – ribinė deguonies koncentracija – tai maksimali deguonies koncentracija degiųjų dulkių, oro ir inertinių dujų mišinyje, kuriai esant sprogimas neįvyksta.

MEZ [mJ] – minimali užsidegimo energija dulkių ir oro mišinio – tai minimali kibirkštinio išlydžio energija (užduotos vertės energija) tarp dviejų elektrodų, kuri sukels dulkių ir oro mišinio užsidegimą.

MTZw [oC] – minimali dulkių sluoksnio užsidegimo temperatūra – tai minimali karštos plokštės temperatūra, kurioje įvyks 5 mm dulkių sluoksnio, patalpinto į žiedą, užsidegimas.

MTZo [oC] – minimali temperatūra, kurioje įvyksta dulkių debesies užsidegimas krosnyje su žinoma sienelių ir atmosferos temperatūra

Veiksniai, turintys įtakos sprogumo parametrams

Dulkių sprogumo parametrams gali turėti įtakos keletas veiksnių:

• cheminė sudėtis dulkių dalelių (įvairūs elementai ir junginiai dega skirtingai);
• dydis dulkių dalelių (dažniausiai sprogumo parametrai keičiasi priklausomai nuo dulkių grūdelių dydžio – mažesni grūdeliai dega greičiau. Sprogumo parametrai didėja, mažėjant dulkių dalelių dydžiui;
• drėgnumas dulkių (didelis drėgmės kiekis dulkėse apsunkina jų degimą);
• koncentracija dulkių (apibrėžia degaus materialo kiekį dulkių ir oro mišinyje);
• deguonies koncentracija (deginimo proceso inicijavimui reikalinga tam tikra ribinė deguonies koncentracija – esant per mažai deguonies koncentracijai, degimo procesas nebus inicijuotas);

Fizinės grūdo savybės glaudžiai susijusios su jo chemine struktūra ir daro didelę įtaką sandėliuojamos grūdų masės gyvybiniams procesams. Svarbiausias grūdo gyvybinis procesas yra kvėpavimas. Grūdas iš oro ima deguonį, degina chemines medžiagas ir išskiria anglies dioksidą bei vandenį. Dėl šių procesų gaminama šiluma, kuri sukelia grūdo kvėpavimo sustiprėjimą ir jo temperatūros padidėjimą, dideliu mastu priklausantį nuo drėgnumo laipsnio. Padidėjus drėgmei ir temperatūrai, esant deguonies prieinamumui, grūdas išbrinksta ir įgyja polinkį į savaiminį įkaitimą, o kartu ir į savaiminį užsiliepsnojimą. Labiausiai savaime įkaista grūdas su sustiprėjusiais gyvybiniais procesais, t. y. neprinokęs, ką tik nuimtas ir sudygęs, taip pat stipriai užterštas piktžolių sėklomis. Savaiminiam grūdo užsiliepsnojimui taip pat prisideda rūšiavimas, kuris yra vienas iš būdingų šios medžiagos procesų. Tai yra grūdų birumo ir nevienalytiškumo sandėliuojamoje grūdų masėje pasekmė. Tai pasireiškia perkeliant ir transportuojant grūdus, bet dažniausiai užpildant ir ištuštinant grūdų kameras. Kameros turinys tampa nevienalytis: centre kaupiasi stambūs ir vidutiniai grūdai su mažiausiu užterštumo laipsniu, o link sienų vis smulkesni su didesniu užterštumo laipsniu. Esant didelei drėgmei, ten taip pat yra didžiausia grūdų savaiminio užsiliepsnojimo tikimybė.

Kitos grūdo savybės yra higroskopiškumas, šilumos laidumas ir dulkių išskyrimas visų technologinio apdorojimo operacijų metu. Higroskopiškumas pasireiškia drėgmės priėmimu arba atidavimu, priklausomai nuo aplinkos drėgnumo. Tokiose vietose reikia atsižvelgti į didesnę savaiminio užsiliepsnojimo galimybę. Grūdas yra prastas šilumos laidininkas, užsidega maždaug 450°C temperatūroje, grūdo šilumos parametro vertė yra 3,5 - 4,0 Mcal/kg, o dega **be liepsnos**, rusendamas.

Egzistuoja daug rūšių įrenginių, užsiimančių grūdų saugojimu ir perdirbimu, todėl negalima apibrėžti vieno standarto, tačiau remiantis kepyklos ir konditerijos įmonės, kuriai DACPOL ruošė sprogumo rizikos vertinimo dokumentą, pavyzdžiu, galima išskirti tam tikrus būdingus technologinės linijos fragmentus.

Įrenginių tipai pagal funkcionalumą

Pavyzdinė įrenginių sistema gali būti padalinta, atsižvelgiant į funkcionalumą, į šias dalis:

• skirtą pneumatiniam transportui grūdų pakrovimo į silosus metu,
• skirtą saugojimui grūdų išoriniuose silosuose,
• skirtą sraigtiniam transportui grūdų iškrovimo iš silosuose metu,
• skirtą paruošimui grūdų malimui mechaniniu valymu ir drėkinimu,
• apimančią malūną grūdų malimui su įranga,
• vidinę integruotą miltų saugojimo sistemą, į kurią įeina keturi silosai su įranga ir įrenginys, skirtas pneumatiniam miltų transportui ir jų dozavimui tešlos paruošimo vietose.

Elementai, galintys kelti sprogimo pavojų

Remiantis priimtais analitiniais metodais, atliekamos atitinkamos operacijos, skirtos nustatyti, kuris elementas gali kelti sprogimo pavojų, jo mastą ir potencialias pasekmes. Atsižvelgiant į aukščiau pateiktą pavyzdinę įmonės struktūrą, galima identifikuoti bent keliolika potencialiai pavojingų sričių ir elementų. Reikia išskirti šiuos įrenginių tipus ir veiksnius, galinčius sukelti avariją, o kartu ir gaisrą arba sprogimą:

1. Sraigtiniai konvejeriai, grandininiai konvejeriai „rodleriai“:

• sraigto veleno iškrypimas, mentės trintis į korpusą, grandinės nutrūkimas, grandies trintis, metalinio daikto patekimas į vidų,
• įkaitimas ir dulkių užsiliepsnojimas.

2. Kaušiniai elevatoriai:

Grindinės juostos užstrigimas, juostos ir dulkių užsiliepsnojimas galimas dėl šių priežasčių:

• susidarymas užsikimšimas,
• kaušo užsikabinimas už korpuso,
• elevatoriaus užblokavimas dėl pašalinių daiktų patekimo į koją,
• per didelis grindinės juostos atsipalaidavimas,
• guolių užstrigimas dėl nepakankamo tepimo.

3. Lukštentuvai, rūšiavimo mašinos grūdų luobelės apdorojimui.

Yra dulkių užsiliepsnojimo ar sprogimo pavojus atveju:

• metalinio daikto patekimas į būgną,
• kibirkščiavimas dėl spragilo ar šepečio laikiklio atsilaisvinimo, kurį sukėlė trintis,
• šlifavimo arba metalinis būgno apvalkalas,
• kibirkščiavimas dėl šlifavimo masės gabalo atšokimo,
• guolių įkaitimas.

4. Smulkinimo įrenginiai, valciniai malūnai, sėlenų atskyrimo įrenginiai:

Dulkių užsiliepsnojimas ar sprogimas gali įvykti, jei į vidų patenka metalinis daiktas ir jis sukelia kibirkštį arba įkaista dėl trinties.

5. Pneumatinis transportas:

Pneumatinio transporto įrenginiuose ir vamzdynuose bei užpildymo įrenginiuose (ciklonuose) atsiranda sprogios dulkių koncentracijos, kurios susidurdamos sukelia statinės elektros krūvius. Sprogimas ar gaisras gali kilti dėl:

• statinės elektros išlydžio,
• kibirkščiavimo, kurį sukelia ventiliatoriaus menčių trintis į korpusą,
• ventiliatoriaus guolių įkaitimas.

6. Aspiraciniai įrenginiai:

Egzistuoja grūdų ar miltų dulkių užsiliepsnojimo pavojus atveju:

• gaisro šaltinio atsiradimo viename iš aukščiau aptartų įrenginių,
• kibirkščiavimo, kurį sukelia ventiliatoriaus menčių trintis,
• ventiliatoriaus guolių užstrigimas.

7. Pildant grūdų ir miltų kameras:

Pavojus egzistuoja dėl atviros ugnies patekimo arba dulkių užsiliepsnojimo nuo sugedusių elektrinių įrenginių.

Sprogimo pavojaus vertinimo analizės etapai

Analizės, sudarančios sprogimo pavojaus vertinimo pagrindą, atliekamos etapais. Pirmajame etape atliekamas duomenų, susijusių su darbų/veiksmų įgyvendinimu ir procesu šiose srityse, identifikavimas ir patikrinimas. Darbai atliekami remiantis Užsakovo pateikta dokumentacija, apimančia įrenginių ir objektų technologines charakteristikas, taip pat fizikines ir chemines specifikacijas, kuriose pateikiami naudojamų degiųjų medžiagų užsidegimo ir sprogumo parametrai. Duomenys iš dokumentacijos papildomi ir patikrinami informacija, gauta vizito vietoje metu.

Remiantis surinkta informacija ir proceso duomenimis, atliekama sprogimo pavojaus identifikavimo analizė, apimanti:

• degiųjų medžiagų identifikavimą,
• potencialių sprogių atmosferų atsiradimo vietų identifikavimą,
• degiųjų medžiagų emisijos šaltinių identifikavimą ir klasifikavimą, taip pat
• sprogios atmosferos atsiradimo tikimybės nustatymą.

Atliktų sprogimo pavojaus identifikavimo analizės rezultatai bus naudojami sprogimo pavojaus zonų klasifikaciniam nustatymui. Visa klasifikacinė dokumentacija papildoma grafine klasifikacine dokumentacija, apimančia situacinius planus, iliustruojančius sprogimo pavojaus zonų tipą ir apimtį, taip pat emisijos šaltinių vietą ir identifikavimą, vadovaujantis Lenkijos Standartuose nustatytais principais. Visose srityse, kuriose klasifikuotos sprogimo pavojaus zonos, nustatoma įrenginių kategorija (žymėjimas pagal direktyvą, o ne standartą), kuriuos leistina naudoti, kas leidžia parinkti atitinkamus komponentus ir mašinas, turinčias ATEX sertifikatą.