Inflamabilitatea cerealelor – ce factori influențează inflamabilitatea?

Siguranța proceselor industriale include atât siguranța profesională a angajaților, cât și siguranța proceselor tehnologice desfășurate.

Ambele domenii formează împreună, într-o unitate de producție, siguranța generală, care, în conformitate cu reglementările legale în vigoare, trebuie asigurată. Siguranța procesuală, care este o parte integrantă a siguranței generale, se referă în special la instalațiile de proces care conțin și prelucrează substanțe chimice. Prin urmare, se referă la problemele de proiectare și exploatare a instalațiilor în care au loc diverse procese chimice și fizice legate de prelucrarea substanțelor chimice (operații unitare) în produse finale utile, concentrându-se pe aspectele legate de prevenirea eliberărilor nedorite de amestecuri și/sau energie, precum și contracararea efectelor unor astfel de eliberări. Conștientizarea menținerii siguranței procesuale însoțește proiectarea fiecărei instalații chimice sau de rafinărie în toate etapele sale de dezvoltare. Aceasta include și obiectele care depozitează și prelucrează substanțe solide. Este o parte a fiecărui proiect de proces, care este produsul principal al ingineriei de proces.

Zone periculoase de explozie în industria alimentară

Industria alimentară este un grup specific de unități industriale care dețin pe teritoriul lor substanțe solide sub formă de cereale, zahăr, ceai, cafea, porumb etc. Această specificitate constă în faptul că analiza pericolului de praf diferă de cea a gazelor și că alți parametri suplimentari sunt luați în considerare în procesul de evaluare a riscului. În cazul produselor cerealiere, factorul care creează un grad ridicat de pericol de incendiu și explozie este prezența prafului de cereale și de făină. De altfel, merită menționat că Polonia este unul dintre cei mai mari producători de cereale din Europa și unul dintre cei mai mari din lume. Conform datelor GUS pentru 2018, producția anuală de cereale în țara noastră este de aproximativ 27 de milioane de tone, inclusiv aproximativ 10 tone de grâu și 4 milioane de triticale. Acest lucru face ca probabilitatea unei defecțiuni în timpul proceselor la care este supusă să fie mai mare decât în majoritatea celorlalte țări. În timpul procesului tehnologic de recepție, curățare, uscare și conservare a cerealelor, precum și măcinarea cerealelor în făină, apar contaminări locale cu praf numite praf tehnologic. Acestea sunt generate ca urmare a frecării boabelor între ele și de elementele mașinilor în interiorul utilajelor. Praful se ridică, așadar, în interiorul utilajelor în timpul transportului orizontal și vertical, în mașinile și echipamentele de curățare, în timpul uscării și mărunțirii boabelor, precum și la cernere, sortare și ambalare a semifabricatelor mărunțite și a produselor finite.

Cercetările arată că, din totalul exploziilor de praf, aproape 25% sunt explozii de praf în industria alimentară, agricolă și a furajelor, cele mai expuse la explozii fiind silozurile, sistemele de dezaerare și ventilație – inclusiv uscătoarele și depozitele destinate uscării cerealelor.

Mărimi fizico-chimice

Conform practicii acceptate, fiecare praf combustibil/exploziv trebuie testat într-o unitate care deține un laborator adecvat în acest scop sau trebuie utilizate fișe de date de securitate gata preparate, specifice substanței date. Printre o serie de mărimi care descriu proprietățile lor fizico-chimice, se disting câțiva parametri:

Pmax [bar] – este presiunea maximă a exploziei, măsurată în timpul exploziei amestecului de praf-aer într-un volum închis al sferei de măsurare (atmosferă explozivă). Valoarea acestui parametru depinde de presiunea inițială.

(dp/dt)max [bar/s] – este creșterea maximă a presiunii exploziei atmosferei explozive pe unitatea de timp. Acest parametru definește „dinamica” procesului de explozie a unui anumit praf, iar pe baza acestuia este determinat următorul parametru Kst.

Kst [m * bar/s] – constanta de praf, numită indice de explozivitate, stă la baza clasificării internaționale a explozivității prafului (vezi tabelul de mai jos).

DGW [g/m3 ] – limita inferioară de explozivitate. Prin acest termen se înțelege cea mai scăzută concentrație de combustibil (în acest caz praf) cu aer (în sfera de măsurare), la care a avut loc explozia. Sub această valoare, amestecul combustibil este prea sărac în componentă combustibilă și conține prea mult oxidant pentru a iniția o explozie.

GST [%] – concentrația limită de oxigen este concentrația maximă de oxigen dintr-un amestec de praf combustibil cu aer și gaz inert, pentru care nu apare explozia.

MEZ [mJ] – energia minimă de aprindere a amestecului de praf-aer este energia minimă a descărcării de scântei (energie cu o valoare dată) între doi electrozi, care va provoca aprinderea amestecului de praf-aer.

MTZw [oC] – temperatura minimă de aprindere a stratului de praf este temperatura minimă a plăcii fierbinți, pe care se va aprinde stratul de praf de 5 mm așezat în inel.

MTZo [oC] – temperatura minimă la care are loc aprinderea norului de praf într-un cuptor cu temperatura cunoscută a pereților și a atmosferei

Factori care influențează parametrii de explozivitate

O serie de factori pot influența parametrii de explozivitate a prafului:

• compoziția chimică a particulelor de praf (diferite elemente și compuși ard în mod diferit);
• dimensiunea particulelor de praf (de obicei, parametrii de explozivitate se schimbă în funcție de dimensiunea granulelor de praf – boabele mai mici ard mai repede. Parametrii de explozivitate cresc odată cu scăderea dimensiunii particulelor de praf;
• umiditatea prafului (conținutul mare de umiditate din praf îngreunează arderea acestuia);
• concentrația prafului (determină cantitatea de material combustibil din amestecul de praf-aer);
• concentrația de oxigen (pentru inițierea procesului de ardere este necesară o anumită concentrație limită de oxigen – la o concentrație prea mică de oxigen, procesul de ardere nu va fi inițiat);

Proprietățile fizice ale bobului de cereale sunt strâns legate de structura sa chimică și au o influență semnificativă asupra proceselor vitale ale masei de cereale depozitate. Cel mai important proces vital al bobului este respirația. Bobul absoarbe oxigenul din aer, arde substanțele chimice și eliberează dioxid de carbon și apă. Ca urmare a acestor procese, se generează căldură, ceea ce duce la intensificarea respirației bobului și la creșterea temperaturii sale, care depinde în mare măsură de gradul de umiditate. În cazul creșterii umidității și temperaturii cu acces la oxigen, bobul se umflă și dobândește tendința de autoîncălzire, și, în consecință, de autoaprindere. Cel mai mult se autoîncălzește bobul cu procese vitale sporite, adică bobul necoapt, proaspăt recoltat și încolțit, precum și cel puternic contaminat cu semințe de buruieni. Sortarea, care este unul dintre procesele caracteristice acestei substanțe, contribuie, de asemenea, la autoaprinderea bobului. Acesta este efectul caracterului curgător și al neomogenității bobului care face parte din masa de cereale depozitată. Apare la transvazarea și transportarea bobului, dar cel mai adesea la umplerea și golirea camerelor de cereale. Conținutul camerei devine neomogen: în mijloc se acumulează bobul grosier și mediu, cu cel mai mic grad de contaminare, iar spre pereți – cel mai fin, cu un grad mai mare de contaminare. La umiditate ridicată, acolo există și cea mai mare probabilitate de autoaprindere a boabelor.

Alte caracteristici ale bobului sunt higroscopicitatea, conductivitatea termică și eliberarea de praf în timpul tuturor operațiilor de prelucrare tehnologică. Higroscopicitatea constă în preluarea sau cedarea umidității, în funcție de umiditatea mediului înconjurător. În astfel de locuri trebuie să se ia în considerare o probabilitate mai mare de autoaprindere. Bobul este un conductor slab de căldură, se aprinde la o temperatură de aproximativ 450°C, valoarea parametrului de căldură a bobului este de 3,5 - 4,0 Mcal/kg și arde fără flacără, mocnind.

Există multe tipuri de instalații care se ocupă cu depozitarea și prelucrarea boabelor de cereale, deci nu se poate stabili un standard unic, însă, pe baza unei unități de panificație și cofetărie, pentru care DACPOL a pregătit un document de evaluare a riscului de explozie, pot fi identificate anumite fragmente caracteristice ale liniei tehnologice.

Tipuri de instalații în funcție de funcționalitate

O instalație exemplu poate fi împărțită, în funcție de funcționalitate, în următoarele părți:

• cea folosită pentru transportul pneumatic al boabelor de cereale la încărcarea silozurilor,
• cea destinată depozitării boabelor de cereale în silozuri exterioare,
• cea folosită pentru transportul cu șnec al boabelor de cereale la descărcarea silozurilor,
• cea folosită pentru pregătirea boabelor pentru măcinare prin curățare mecanică și umectare,
• cea care include moara pentru măcinarea boabelor împreună cu accesoriile,
• sistemul intern integrat de depozitare a făinii, care include patru silozuri cu accesorii și instalația folosită pentru transportul pneumatic al făinii și dozarea acesteia la posturile de preparare a aluatului.

Elemente care pot constitui un pericol de explozie

Pe baza metodelor analitice adoptate, se efectuează operațiuni adecvate pentru a determina care dintre elemente poate constitui un pericol de explozie, scara acestuia și consecințele potențiale. Luând în considerare structura de exemplu a unității menționate mai sus, pot fi identificate cel puțin câteva zeci de zone și elemente potențial periculoase. Aici trebuie menționate următoarele tipuri de echipamente și factori care pot provoca o defecțiune și, în consecință, un incendiu sau o explozie:

1. Transportoare cu șnec, transportoare cu lanț „rodlere”:

• îndoirea arborelui șnecului, frecarea paletei de carcasă, ruperea lanțului, frecarea zalei, pătrunderea unui obiect metalic în interior,
• încălzirea și aprinderea prafului.

2. Elevatoare cu cupe:

Înfundarea benzii de bază, aprinderea benzii și a prafului este posibilă din următoarele motive:

• formarea unui blocaj,
• agățarea cupei de carcasă,
• blocarea elevatorului ca urmare a pătrunderii obiectelor străine în bază,
• slăbirea excesivă a benzii de bază,
• blocarea lagărelor în cazul lubrifierii insuficiente.

3. Mașini de decorticare, mașini de sortare pentru prelucrarea plevei de cereale.

Există pericol de aprindere sau explozie a prafului în cazul:

• pătrunderii unui obiect metalic în tambur,
• scânteierea ca urmare a slăbirii mânerului bătătorului sau al periei, cauzată de frecare,
• mantaua de șmirghel sau metalică a tamburului,
• scânteierea ca urmare a desprinderii unei bucăți de masă abrazivă,
• încălzirea lagărelor.

4. Echipamente de mărunțire, mori cu role, ventilatoare de tărâțe:

Aprinderea sau explozia prafului poate avea loc în cazul pătrunderii în interior a unui obiect metalic și a scânteierii sau încălzirii acestuia ca urmare a frecării.

5. Transport pneumatic:

În echipamentele și conductele de transport pneumatic, precum și în echipamentele de alimentare (cicloni), apar concentrații explozive de praf care, ciocnindu-se, provoacă formarea de sarcini de electricitate statică. Apariția unei explozii sau a unui incendiu poate avea loc ca urmare a:

• descărcării de electricitate statică,
• scânteierii cauzate de frecarea paletelor ventilatorului de carcasă,
• încălzirii lagărelor ventilatorului.

6. Echipamente de aspirație:

Există pericol de aprindere a prafului de cereale sau de făină în cazul:

• apariției unei surse de incendiu într-unul dintre echipamentele menționate mai sus,
• scânteierii cauzate de frecarea paletelor ventilatorului,
• blocării lagărelor ventilatorului.

7. La alimentarea camerelor de cereale și de făină:

Pericolul există ca urmare a pătrunderii focului deschis sau a aprinderii prafului de la echipamente electrice defecte.

Etapele analizei de evaluare a riscului de explozie

Analizele care stau la baza întocmirii evaluării riscului de explozie sunt efectuate în etape. În prima etapă se efectuează identificarea și verificarea datelor privind realizarea lucrărilor/activităților și a procesului în zonele respective. Lucrările se desfășoară pe baza documentației puse la dispoziție de Beneficiar, care conține caracteristicile tehnologice ale instalațiilor și obiectelor, precum și specificațiile fizico-chimice care conțin parametrii de inflamabilitate și explozivitate a substanțelor combustibile utilizate. Datele din documentație sunt completate și verificate cu informațiile obținute în timpul inspecției la fața locului.

Pe baza informațiilor colectate și a datelor de proces, se efectuează o analiză de identificare a riscului de explozie, care include:

• identificarea substanțelor combustibile,
• identificarea locurilor de apariție a potențialelor atmosfere explozive,
• identificarea și clasificarea surselor de emisie a substanțelor combustibile, precum și
• determinarea probabilității de apariție a atmosferelor explozive.

Rezultatele analizelor de identificare a riscului de explozie efectuate vor fi utilizate pentru determinarea clasificării zonelor periculoase de explozie. Documentația completă de clasificare este completată cu documentația grafică de clasificare care conține planuri de situație care ilustrează tipul și întinderea zonelor periculoase de explozie, precum și locația și identificarea surselor de emisie, în conformitate cu principiile stabilite în Standardele Poloneze. În toate zonele în care au fost clasificate zone periculoase de explozie, se determină categoria echipamentelor (marcaj conform directivei, nu standardului), a căror utilizare este permisă, ceea ce permite selectarea componentelor și mașinilor adecvate care dețin certificatul ATEX.