Schutz von Becherwerken vor Staubexplosionen

Mitarbeiter für Pulver- und Schüttgüter | 09. Mai 2022

Für Käufer und Verkäufer bei der Verarbeitung, Handhabung und Verpackung von Trockenpartikeln sind Becherwerke wesentliche Komponenten in den meisten Getreideumschlaganlagen. Sie gelten außerdem sowohl als Zirkulationsstelle für brennbaren Staub als auch als potenzielle Zündquelle. Eine Staubexplosion, die in einem Becherwerk beginnt, kann sich möglicherweise auf größere nachgelagerte Volumina wie Silos und vorgelagerte Materialtransportsysteme ausbreiten und an anderer Stelle in der Anlage zu verheerenden Sekundärexplosionen führen.

Glücklicherweise gibt es eine Reihe von Lösungen, um sowohl Becherwerke als auch die dazugehörige Prozessausrüstung vor der Gefahr von Staubexplosionen zu schützen. Um die Vorteile dieser Lösungen für Getreideproduzenten und die Pulver- und Schüttgutindustrie zu prüfen und zu untersuchen, haben wir die Vorteile und den Nutzen dieses Ansatzes mit Clive Nixon von BS&B Pressure Safety Management mit Sitz in Tulsa, Oklahoma, einem Hersteller einer Reihe von Stäuben, besprochen Explosionsschutz- und Explosionsschutztechnologien.

A: Im Allgemeinen wird der Schutz von Becherwerken durch die nationalen Brandschutznormen NFPA 61, NFPA 68 und NFPA 69 abgedeckt. Diese Normen behandeln Methoden zur Reduzierung der Gefahr einer Staubexplosion (Verpuffung) durch die Kontrolle potenzieller Zündquellen Methoden zur Bewältigung eines Deflagrationsereignisses durch den Einsatz von Explosionsdruckentlastung, flammenfreier Druckentlastung und/oder Unterdrückung. Alle diese Techniken erfordern eine Explosionsisolierung, um die Ausbreitung einer Deflagration über das Becherwerk hinaus auf andere Teile des Prozesses zu verhindern.

A: Die breiten Themen Prävention und Schutz stellen eine Auswahl an Endpunkten für Getreideproduzenten dar. Bei der Festlegung der Sicherheitslösung müssen viele Entscheidungen getroffen werden. Die Wahl der Schutzmethode hängt vom Standort des Becherwerks ab und insbesondere davon, ob es im Innenbereich, teilweise im Innenbereich oder vollständig im Außenbereich installiert wird. Entlüftungslösungen erfreuen sich großer Beliebtheit, da sie relativ einfach einsetzbar sind. Die Art der Dimensionierung der Entlüftungsöffnungen und die Stärke der Ausrüstung variieren je nachdem, ob das Getreide roh oder verarbeitet ist. Rohes Getreide wird in NFPA 61 und verarbeitetes Getreide in NFPA 68 behandelt, während die Präventions- und Schutzoptionen von NFPA 69 sowohl für rohes als auch verarbeitetes Getreide gelten.

A: Getreideexplosionen entstehen durch die Entzündung von Staub, der sich während der Verteilung, Lagerung oder Verarbeitung mit Luft vermischt. Bei landwirtschaftlichen Anwendungen kann das Material größer sein, aber durch Abrieb während der Handhabung können Staubpartikel unter 500 µm (Mikrometer) entstehen, was nachweislich eine Staubexplosionsgefahr darstellt.

Zu den Geräten, in denen sich Feinstaub in der Luft ansammeln kann, gehören mechanische Fördersysteme. Immer wenn ein Fördersystem befüllt oder entleert wird, entsteht an dieser Stelle eine potenziell brennbare Staubwolke, die entzündet werden könnte. Alles, was benötigt wird, ist eine Zündquelle.

Explosionsunterdrückungsgeräte signalisieren einem Explosionsunterdrücker wie diesem von BS&B, ein Flammenlöschmedium freizusetzen, das eine Explosion bereits im Anfangsstadium effektiv stoppt.

In der Getreideindustrie werden Geräte, in denen Staub vorhanden ist, typischerweise für den beabsichtigten Einsatz bei oder nahe Atmosphärendruck gebaut und sind daher nicht stark genug, um den hohen Drücken standzuhalten, die mit Staubexplosionen auf engstem Raum einhergehen. Bei ungeschützter oder schlecht geschützter Ausrüstung kann dies zu erheblichen Schäden und Verletzungsgefahr für das Personal führen.

Ein kleines Explosionsereignis in einem ungeschützten Gerät kann stromaufwärts oder stromabwärts größere Sekundärexplosionen auslösen. In solchen Fällen erzeugt die erste Explosion Druckwellen, die zu Turbulenzen führen und die Staubbelastung erhöhen, gefolgt von der großen Zündquelle, die das ursprüngliche Ereignis darstellt.

A: Der erste Schritt zur Minderung des Risikos einer Staubexplosion besteht darin, das Auftreten eines Ereignisses durch die Reduzierung potenzieller Zündquellen zu verhindern. Die größten Gefahrenbereiche in einem Becherwerk befinden sich im Kofferraum des Elevators und am Kopf, wodurch ein Ereignis entstehen kann, das sich über die Beingehäuse nach oben oder unten ausbreitet.

Zündquellen lassen sich zwar nicht eliminieren, aber deutlich reduzieren. Bei Becherwerken erfolgt dieser Schutz durch Überwachung der Lagertemperatur, Überwachung der Riemenausrichtung und Überwachung des Riemenschlupfes.

Auch die vorbeugende Wartung von Geräten kann dazu beitragen, Zündquellen zu reduzieren.

A: Die Staubabsaugung kann die Staubkonzentration in der Prozessausrüstung verringern und so eine potenzielle Brennstoffquelle reduzieren. Es ist wichtig, dass die zugehörige Staubsammelausrüstung geschützt wird.

Außerhalb des Prozesses ist es wichtig, gute Haushaltsverfahren einzuhalten, da bereits relativ kleine Mengen brennbarer Getreidestaub eine gefährliche Explosionsgefahr darstellen können. Laut NFPA stellt 1/32 Zoll solchen Staubs, der nur 5 % der Oberfläche eines Raums bedeckt, „eine erhebliche Explosionsgefahr“ dar.

Während diese Maßnahmen das Potenzial einer Staubexplosion verringern, wird die Gefahr nicht beseitigt, weshalb die Notwendigkeit besteht, Lösungen zu implementieren, die die Staubexplosion abmildern, sobald sie im Becherwerk begonnen hat. Diese Lösungen sollen verhindern, dass explosive Drücke das Becherwerk zerstören, und sollten Methoden umfassen, um eine Explosionsausbreitung auf verbundene Prozessvolumina vor und nach zu verhindern.

In den frühen Stadien einer Getreidestaubexplosion öffnen sich Explosionsöffnungen schnell bei einem vorgegebenen Berstdruck, wodurch die sich schnell ausdehnenden Verbrennungsgase in die Atmosphäre entweichen und der in der Anlage erzeugte Druck auf berechnete sichere Grenzwerte begrenzt wird.

A: Die wichtigsten Optionen für den Explosionsschutz von Becherwerken sind Explosionsdruckplatten, Explosionsunterdrückung und Explosionsisolierung. Ich werde jede dieser Optionen besprechen.

Die Entlüftung ist der am weitesten verbreitete Schutzmechanismus, da sie eine wirtschaftliche Lösung darstellt und häufig als „Einbau-und-Vergessen“-Lösung angesehen wird.

In den frühen Stadien einer Getreidestaubexplosion öffnen sich Explosionsöffnungen schnell bei einem vorgegebenen Berstdruck, wodurch die sich schnell ausdehnenden Verbrennungsgase in die Atmosphäre entweichen und der in der Anlage erzeugte Druck auf berechnete sichere Grenzwerte begrenzt wird.

Explosionsplatten können an Becherwerken angebracht werden, die sich außerhalb oder in der Nähe einer Außenwand befinden, wo die Staubexplosion über Entlüftungskanäle sicher nach außen abgeleitet werden kann. Diese Paneele werden an den Beingehäusen und dem Aufzugskopf montiert und öffnen sich schnell, um den Explosionsdruck bei einer Verpuffung zu entlasten.

Bei Entlüftungslösungen sind die Größe der Entlüftungsöffnungen und die Stärke der Ausrüstung ein wichtiger Gesichtspunkt beim Umgang mit verarbeitetem Getreide. Für verarbeitetes Getreide weicht NFPA 61 von NFPA 68 ab, bei dem die erforderliche Festigkeit der Ausrüstung vom Explosionsindex des Materials (Kst-Wert) abhängt. Becherwerke zur Beförderung von Rohgetreide fallen unter NPFA 61.

Der Weg für die Explosionsentlastungsflammenkugel und die Zugänglichkeit der Entlüftungsplatten für gelegentliche 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.

Es gibt einige Anwendungen, bei denen sich der Schacht des Becherwerks innerhalb eines Gebäudes und/oder unter dem Gefälle befindet. Dies stellt eine Herausforderung für die Explosionsentlastung dar, da Flammen und Druck in einen begrenzten Raum freigesetzt werden und ein anderer Schutzansatz für die an diesem Ort beginnende Verpuffung erforderlich ist.

Aktive Geräte wie Explosionsunterdrückungsgeräte können helfen, einen kleinen Brand zu löschen, bevor er eine Explosion auslösen kann.

Explosionsunterdrückungsgeräte dienen dazu, eine Explosion im Anfangsstadium zu löschen, bevor sie zerstörerischen Druck erzeugen kann. In den ersten Millisekunden des Ereignisses signalisiert die Anlage den Explosionsunterdrückern, schnell ein Flammenlöschmedium – wie etwa Natriumbikarbonat – in die Verteilungs- oder Lageranlage freizusetzen. Dadurch wird die Explosion bereits in ihren Anfängen effektiv gestoppt und es entsteht ein reduzierter Explosionsdruck, der für die geschützte Ausrüstung ungefährlich ist.

Stellen Sie sich Explosionsunterdrückung wie einen Feuerlöscher vor, der automatisch, aber mit etwa 1.000-facher Geschwindigkeit auslöst.

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.

Diese Schutzmethode ist ideal für doppelsträngige Becherwerke, die häufig beim Getreideumschlag eingesetzt werden. Der Schutz besteht aus der Explosionserkennung und -unterdrückung des Aufzugskopfes und des Fußbereichs des Aufzugs sowie der Explosionsisolierung der Beingehäuse, Zufuhr- und Entladungspunkte sowie der 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, problemlos eine Explosionsisolierung integrieren können. Siehe NFPA 69.

Explosionsisolationsgeräte sind von entscheidender Bedeutung, um angeschlossene Geräte und Rohrleitungen vor der Ausbreitung einer Staubexplosion zu schützen, die zu einem sekundären Ereignis führen kann, das gefährlicher und zerstörerischer sein kann als das ursprüngliche Ereignis. Dazu gehört die Isolierung des Zuführpunkts zu einem Becherwerk, des Entladepunkts und etwaiger Staubabsaugkanäle.

Obwohl die Explosionsisolierung ein Bestandteil von Explosionsunterdrückungssystemen ist, ist sie kein wesentliches Merkmal herkömmlicher Entlüftungs- und Flammenentlüftungssysteme. Bei Entlüftungssystemen muss daher eine Möglichkeit zur chemischen oder mechanischen Isolierung in Betracht gezogen werden, um eine Explosionsausbreitung auf miteinander verbundene Prozessvolumina wie Staubabscheider und Silos zu verhindern. Verwenden Sie NFPA 69-konforme Lösungen und lesen Sie NFPA 61-2020 Abschnitt 9.7.4.

A: Für Getreideproduzenten und -händler sind bei der Auswahl von Geräten zur Verhinderung und Eindämmung von Staubexplosionen angesichts der gefährdeten Bereiche, der Schutzmethoden, der relevanten NFPA-Codes und der Art des verarbeiteten Materials viele wichtige Entscheidungen zu treffen.

Allerdings kann eine sorgfältige Beachtung der Prävention, Schadensbegrenzung und Isolierung von Becherwerken den Schutz sowohl des Personals als auch der Getreidehandhabungs- und Lagereinrichtungen gewährleisten. Dadurch wird auch das Potenzial vermeidbarer Produktions- und Betriebsunterbrechungen begrenzt.

Für weitere Informationen oder Unterstützung bei der Auswahl einer Lösung für eine bestimmte Anwendung wenden Sie sich an BS&B Pressure Safety Management LLC unter 918-622-5950 oder [email protected] oder besuchen Sie www.bsbipd.com

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