Запаљивост зрна – који фактори утичу на запаљивост?

Безбедност индустријских процеса обухвата како професионалну безбедност запослених, тако и безбедност технолошких процеса који се спроводе.

Ове две области заједно чине општу безбедност у производном погону, која мора бити обезбеђена у складу са важећим законским прописима. Процесна безбедност, која је саставни део опште безбедности, односи се посебно на процесна постројења која садрже и прерађују хемијске супстанце. Дакле, она се бави питањима пројектовања и рада постројења у којима се одвијају различити хемијски и физички процеси везани за прераду хемијских супстанци (јединичне операције) у корисне финалне производе, фокусирајући се на аспекте превенције нежељених ослобађања смеша и/или енергије, као и на сузбијање последица таквих ослобађања. Свест о одржавању безбедности процеса прати пројектовање сваког хемијског или рафинеријског постројења у свим фазама његовог развоја. Ово укључује и објекте који складиште и прерађују чврсте материје. То је део сваког пројектног процеса, који је главни производ процесног инжењеринга.

Зоне опасности од експлозије у прехрамбеној индустрији

Прехрамбена индустрија је специфична група индустријских погона који на својој територији имају чврсте материје у облику житарица, шећера, чаја, кафе, кукуруза итд. Ова специфичност лежи у чињеници да се анализа опасности од прашине разликује од оне за гасове и да се у процесу процене ризика узимају у обзир други, додатни параметри. У случају житних производа, фактор који ствара висок степен опасности од пожара и експлозије је присуство прашине житарица и брашна. Успут, вреди напоменути да је Пољска један од највећих произвођача житарица у Европи и један од већих у свету. Према подацима GUS-а за 2018. годину, годишња производња житарица у нашој земљи износи око 27 милиона тона, укључујући око 10 милиона тона пшенице и 4 милиона тритикалеа. То доводи до тога да је вероватноћа настанка квара током процеса којима су изложени већа него у већини других земаља. Током технолошког процеса пријема, чишћења, сушења и конзервирања житарица, као и млевења житарица у брашно, настају локална загађења прашином, названа технолошка прашина. Она се генерише као резултат трења зрна једно о друго и о елементе машина унутар опреме. Прашина се, дакле, подиже унутар опреме током хоризонталног и вертикалног транспорта, у машинама и уређајима за чишћење, током сушења и мрвљења житарица, као и приликом просејавања, сортирања и паковања уситњених полупроизвода и готових производа.

Истраживања показују да од укупног броја експлозија прашине, скоро 25% чине експлозије прашине у прехрамбеној, пољопривредној и сточној индустрији, при чему су најугроженији експлозијом силоси, системи за отпрашивање и вентилацију – укључујући сушаре и складишта намењена сушењу житарица.

Физичко-хемијске величине

Према прихваћеној пракси, свака запаљива/експлозивна прашина треба да буде испитана у јединици која поседује одговарајућу лабораторију за то или да се користе готови безбедносни листови, специфични за дату супстанцу. Међу низом величина које описују њихова физичко-хемијска својства, издваја се неколико параметара:

Pmax [bar] – то је максимални притисак експлозије, измерен током експлозије смеше прашина-ваздух у затвореној запремини мерне сфере (експлозивна атмосфера). Вредност овог параметра зависи од почетног притиска.

(dp/dt)max [bar/s] – то је максимални прираст притиска експлозије експлозивне атмосфере по јединици времена. Овај параметар дефинише „динамику“ процеса експлозије дате прашине, а на основу њега се одређује следећи параметар Kst.

Kst [m * bar/s] – константа прашине, названа индекс експлозивности, представља основу за међународну класификацију експлозивности прашина (види табелу испод).

DGW [g/m3 ] – доња граница експлозивности (ДГЕ). Овим појмом се дефинише најнижа концентрација горива (у овом случају прашине) са ваздухом (у мерној сфери), при којој је дошло до експлозије. Испод ове вредности, запаљива смеша је превише сиромашна запаљивом компонентом и садржи превише оксиданса да би иницирала експлозију.

GST [%] – гранична концентрација кисеоника – је максимална концентрација кисеоника у смеши запаљиве прашине са ваздухом и инертним гасом, при којој не долази до експлозије.

MEZ [mJ] – минимална енергија паљења (МЕП) смеше прашина-ваздух – је минимална енергија искреног пражњења (енергија дате величине) између две електроде, која ће изазвати паљење смеше прашина-ваздух.

MTZw [oC] – минимална температура паљења слоја прашине – је минимална температура вруће плоче, на којој ће доћи до паљења слоја прашине дебљине 5 mm, постављеног у прстен.

MTZo [oC] – минимална температура при којој долази до паљења облака прашине у пећи са познатом температуром зидова и атмосфере

Фактори који утичу на параметре експлозивности

Низ фактора може утицати на параметре експлозивности прашина:

• хемијски састав честица прашине (различити елементи и једињења горе различито);
• величина честица прашине (обично се параметри експлозивности мењају у зависности од величине зрна прашине – мања зрна горе брже. Долази до пораста параметара експлозивности са смањењем величине честица прашине;
• влажност прашине (велики садржај влаге у прашини отежава њено сагоревање);
• концентрација прашине (одређује количину запаљивог материјала у смеши прашина-ваздух);
• концентрација кисеоника (за иницирање процеса сагоревања потребна је одређена гранична концентрација кисеоника – при прениској концентрацији кисеоника, процес сагоревања неће бити инициран);

Физичка својства зрна су уско повезана са његовом хемијском структуром и имају значајан утицај на животне процесе ускладиштене житне масе. Најважнији животни процес зрна је дисање. Зрно узима кисеоник из ваздуха, сагорева хемијске супстанце и ослобађа угљен-диоксид и воду. Као резултат ових процеса, генерише се топлота, која изазива интензивирање дисања зрна и повећање његове температуре, што у великој мери зависи од степена влажности. У случају повећања влажности и температуре уз приступ кисеонику, зрно набубри и добија склоност ка самозагревању, а последично и ка самозапаљењу. Највише самозагревању подлеже зрно са појачаним животним процесима, тј. незрело, свеже убрано и проклијало зрно, као и оно које је јако загађено семеном корова. Сортирање, које је један од карактеристичних процеса за ову супстанцу, такође доприноси самозапаљењу зрна. То је ефекат растреситости и нехомогености зрна које чини део ускладиштене житне масе. Пројављује се приликом пресипавања и транспорта зрна, али најчешће приликом пуњења и пражњења комора за жито. Садржај коморе постаје нехомоген: у центру се нагомилава крупно и средње зрно са најмањим степеном загађења, а према зидовима – све ситније са већим степеном загађења. При високој влажности, тамо такође постоји највећа вероватноћа самозапаљења зрна.

Остале карактеристике зрна су хигроскопичност, топлотна проводљивост и ослобађање прашине током свих операција технолошке обраде. Хигроскопичност се састоји у примању или одавању влаге, у зависности од влажности околине. На таквим местима треба очекивати већу вероватноћу самозапаљења. Зрно је лош проводник топлоте, пали се на температури од око 450 °C, вредност топлотног параметра зрна је 3,5 - 4,0 Mcal/kg и гори без пламена, тињањем.

Постоји много врста постројења која се баве складиштењем и прерадом житарица, тако да се не може дефинисати јединствен стандард, међутим, на основу примера једног пекарско-посластичарског погона, за који је DACPOL припремао документ процене ризика од експлозије, могу се издвојити одређени карактеристични фрагменти технолошке линије.

Типови постројења према функционалности

Примерно постројење се може поделити, с обзиром на функционалност, на следеће делове:

• који служи за пнеуматски транспорт житарица при утовару силоса,
• који је намењен за складиштење житарица у спољним силосима,
• који служи за пужни транспорт житарица при истовару силоса,
• који служи за припрему житарица за млевење механичким чишћењем и влажењем,
• који обухвата млин за млевење житарица заједно са опремом,
• унутрашњи интегрисани систем за складиштење брашна, у чији састав улазе четири силоса са опремом и постројење које служи за пнеуматски транспорт брашна и његово дозирање на радним местима за припрему теста.

Елементи који могу представљати опасност од експлозије

На основу усвојених аналитичких метода, спроводе се одговарајуће операције у циљу утврђивања који од елемената може представљати опасност од експлозије, њеног обима и потенцијалних последица. Узимајући у обзир горе наведену примерну структуру предузећа, могу се идентификовати најмање неколико десетина потенцијално опасних зона и елемената. Овде треба разликовати следеће врсте уређаја и фактора који могу изазвати квар, а последично и пожар или експлозију:

1. Пужни транспортери, ланчани транспортери „редлери“:

• искривљење пужног вратила, трење лопатице о кућиште, пуцање ланца, трење карике, улазак металног предмета унутра,
• загревање и паљење прашине.

2. Кофасти елеватори:

Заглављивање основне траке, паљење траке и прашине могуће је из следећих разлога:

• стварање зачепљења,
• закачињање корпе за кућиште,
• блокирање елеватора као резултат уласка страних предмета у подножје,
• прекомерно отпуштање основне траке,
• заглављивање лежајева у случају недовољног подмазивања.

3. Љуштилице, машине за сортирање за обраду љуске житарица.

Постоји опасност од паљења или експлозије прашине у случају:

• уласка металног предмета у бубањ,
• искрења услед отпуштања причвршћивача млатилице или четке, узрокованог трењем,
• абразивна или метална облога бубња,
• искрења услед одламања дела абразивне масе,
• загревање лежајева.

4. Уређаји за мрвљење, ваљкасти млинови, сепаратори мекиња:

Паљење или експлозија прашине може настати у случају уласка металног предмета унутра и искрења или загревања тог предмета услед трења.

5. Пнеуматски транспорт:

У уређајима и цевоводима пнеуматског транспорта и у уређајима за довод (циклони) настају експлозивне концентрације прашине, које сударањем изазивају стварање наелектрисања статичког електрицитета. Појава експлозије или пожара може настати услед:

• пражњења статичког електрицитета,
• искрења, узрокованог трењем лопатица вентилатора о кућиште,
• загревање лежајева вентилатора.

6. Уређаји за усисавање:

Постоји опасност од паљења прашине житарица или брашна у случају:

• појаве извора пожара у неком од горе наведених уређаја,
• искрења, узрокованог трењем лопатица вентилатора,
• заглављивање лежајева вентилатора.

7. Приликом пуњења комора за жито и брашно:

Опасност постоји због продора отвореног пламена или паљења прашине од неисправних електричних уређаја.

Фазе анализе процене ризика од експлозије

Анализе које чине основу за израду процене ризика од експлозије спроводе се у фазама. У првој фази се врши идентификација и верификација података који се односе на извођење радова/активности и процес у датим областима. Радови се спроводе на основу документације коју је доставио Наручилац, а која садржи технолошке карактеристике постројења и објеката, као и физичко-хемијске спецификације које садрже параметре запаљивости и експлозивности коришћених запаљивих супстанци. Допуну и верификацију података из документације чине информације добијене током визуелне инспекције на терену.

На основу прикупљених информација и процесних података, спроводи се идентификациона анализа ризика од експлозије, која обухвата:

• идентификацију запаљивих супстанци,
• идентификацију места настанка потенцијално експлозивних атмосфера,
• идентификацију и класификацију извора емисије запаљивих супстанци, као и
• утврђивање вероватноће настанка експлозивних атмосфера.

Резултати спроведених идентификационих анализа ризика од експлозије биће искоришћени за класификационо одређивање зона опасности од експлозије. Комплетна класификациона документација допуњена је графичком класификационом документацијом која садржи ситуационе планове који илуструју врсту и обим зона опасности од експлозије, као и локацију и идентификацију извора емисије, у складу са принципима утврђеним у Пољским стандардима. У свим областима где су класификоване зоне опасности од експлозије, одређује се категорија уређаја (означавање према директиви, а не стандарду), чија је употреба дозвољена, што омогућава избор одговарајућих компоненти и машина које поседују ATEX сертификат.