Aanvaardbare explosiebescherming voor stoffilters

Inleiding

Gezien het aantal technische vragen dat onze klanten, filterfabrikanten en explosiedeskundigen de laatste tijd hebben gesteld over de bescherming van industriële filters, blijkt er enige verwarring te bestaan over de manier waarop moet worden omgegaan met een aanvaardbare explosiebescherming voor stoffilters.

Dit document heeft tot doel enkele richtsnoeren te geven en belangrijke overwegingen te belichten betreffende beschermingsstrategieën voor industriële stoffilters.

De Duitse VDI 2263 suggereert dat explosiebescherming alleen nodig is wanneer de minimale ontstekingsenergie (MIE) van het stof lager is dan 1 mJ. Bij MIE-waarden van meer dan 10 mJ zijn preventieve maatregelen voldoende. Tussen 1 en 10 mJ moet advies van deskundigen worden ingewonnen. Maar volgens andere bronnen is explosiebescherming van filters altijd vereist.

In dit document zullen wij, uitgaande van de ATEX-richtlijnen, nagaan onder welke voorwaarden het mogelijk is alleen op explosiepreventie te rekenen voor de bescherming van stoffilters.

Explosieve atmosferen

Hoewel stoffilters gebruikt kunnen worden in toepassingen waar hoge stofconcentraties voorkomen, worden veel filters gebruikt in afzuigsystemen waar de gemiddelde stofconcentratie lager is dan de onderste explosiegrens (LEL).  Daarom is het verleidelijk om te stellen dat het onwaarschijnlijk is dat in dergelijke filters een explosieve atmosfeer ontstaat.

Wanneer echter de lucht (met geringe stofbelasting) het filter binnenkomt, zal een deel van de stoffijnstoffen zich op de filterelementen afzetten.  Om verstopping van de filterelementen te voorkomen, slaat er van tijd tot tijd een luchtpuls op de filterelementen in, waardoor de fijne stofdeeltjes vrijkomen.  Het gevolg is dat bij elke reinigingspuls een dichte wolk van zeer fijn stof ontstaat rond de gereinigde filterelementen.  En omdat in gewone filters dergelijke pulsen vaak ontstaan, is er vaak een explosieve stofwolk te verwachten, althans in een deel van de filterbehuizing. Volgens de zone-definities volgens de ATEX richtlijn 1999/92/EG (ATEX 153) is het gevolg van deze pulsreiniging dat er een zone 20 situatie aanwezig zal zijn.

Er zijn natuurlijk uitzonderingen op deze algemene regel.  In sommige situaties is de stofconcentratie in de afgezogen lucht uiterst laag, zodat één keer per dag handmatig schoonmaken voldoende is om het filter goed te laten werken. In andere situaties kan helemaal geen reiniging over langere perioden aanvaardbaar zijn, zoals bij een secundaire filter in de uitlaat van een gemeenschappelijk filter. 

Aanvaardbaar risico volgens ATEX

Volgens ATEX 153 moet apparatuur in een zone 20 gecertificeerd zijn als categorie 1D, met verwijzing naar de ATEX richtlijn 2014/34/EU (ATEX 114). Volgens ATEX 114 zijn de eisen voor cat 1D-apparatuur dat er zelfs geen ontstekingsbronnen mogen ontstaan in het geval er twee onafhankelijke foutsituaties of een "zeldzame" foutsituatie optreden.

De twee storingen of zeldzame storingsscenario's moeten het uitgangspunt zijn voor de uitvoering van de procesrisicoanalyse, om te bepalen of preventieve maatregelen, bedoeld om ontstekingsbronnen te vermijden, voldoende zullen zijn om een aanvaardbaar veiligheidsniveau te bereiken.

Met andere woorden, voor een zone 20-omgeving binnen een filter is het alleen dan voldoende om alleen op preventieve maatregelen te vertrouwen, als er geen ontstekingsbronnen te verwachten zijn, zelfs niet in geval van twee onafhankelijke storingen of een zeldzaam optredende storing.

Voorbeeld - als een (geleidend) filterelement niet geaard is, kan het geladen raken en vonkontladingen naar de filterbehuizing veroorzaken.  Om dergelijke ontladingen te voorkomen, moet het filterelement geaard zijn.  Zelfs dan moet er nog rekening gehouden worden met dergelijke ontladingen: stel dat een element vergeten is, of dat een filterelement losraakt en naar beneden valt.

Dit is zeker niet als een normale situatie te beschouwen, maar kan in storingssituaties moeilijk worden uitgesloten. Een vonkoverslag moet op zijn minst als een zeldzame storingssituatie worden beschouwd. Maar zelfs zo'n situatie is in een zone 20 niet aanvaardbaar!

Gevaarlijke ontstekingsbronnen

De vonkenergie van een geïsoleerd filterelement is beperkt.  Zij hangt af van het type en de grootte van het filterelement, maar het is zeer onwaarschijnlijk dat zo'n vonkoverslag ooit meer dan 10 mJ zal bedragen.  De VDI-grens van 10 mJ is dus wel degelijk zinvol.

Een soortgelijke benadering is mogelijk voor mechanische vonken: als snel bewegende machines naar een filter worden afgezogen, is het heel moeilijk te bewijzen dat er zelfs in zeldzame storingssituaties nooit een vonk in het filter terecht zal komen.  Maar incidentele mechanische vonken zullen alleen eerder "gevoelige" stoffen doen ontbranden (MIE lager dan 10 mJ en minimale ontstekingstemperatuur MIT lager dan 400°C). Dit moet echter voorzichtig geëvalueerd worden. Voor stoffen met een zeer lage MIT zouden vonken kunnen ontbranden, zelfs als de MIE groter is dan 10 mJ.  Daarom is naast de MIE ook de MIT een belangrijke variabele om na te gaan of bescherming nodig is.

"Een enkele vonk, ook al is die niet in staat om een stofwolk te ontsteken, kan zich op een filterelement afzetten en brand veroorzaken."

Een gebeurtenis die vaak over het hoofd gezien wordt, is dat een enkele vonk, ook al is die niet in staat om een stofwolk rechtstreeks te ontsteken, zich op een filterelement kan neerzetten en een smeulend vuurtje kan doen ontstaan. De oppervlaktetemperatuur van zo'n smeulend vuurtje ligt ver boven de MIT van bijna elke stofwolk. Een smeulend vuur is een garantie voor een stofexplosie zodra er een explosief mengsel ontstaat (d.w.z. bij de volgende pulsreiniging). Voordat men dus kan concluderen dat explosiebescherming van een bepaald filter kan worden uitgesloten, is bewijs nodig dat zo'n gebeurtenis van een smeulbrand door vonken (of door zelfontbranding van afzettingen) kan worden uitgesloten, zelfs als zeldzame foutconditie.  Bedenk dat zelfs een stof met een verbrandingsgetal BZ van 1 of 2 (wat betekent dat het geen smeulend vuur in een stoflaag zal ondersteunen) heel goed een smeulend vuur kan ondersteunen wanneer de betrokken stoflaag zich op een filterelement met continue luchtstroom bevindt!

Preventie

Als er vonken te verwachten zijn in een afzuigleiding (zoals bij machines) kan vonkdetectie en -doving helpen voorkomen dat er vonken in het filter terechtkomen. Hoewel dit zeker helpt, is het niet immuun voor storingen: de vonkdetector kan verblind raken door afzettingen, de waterdruk kan dalen, de waterklep kan per ongeluk gesloten worden, enz. Daarom is het meestal onmogelijk om vonken uit te sluiten als zeldzame storingsomstandigheden.

Conclusie

Bij het overwegen en toepassen van de ATEX-voorschriften zal in bijna alle situaties explosiebescherming van filters nodig zijn.

Behalve in die speciale gevallen, waarin op grond van een specifieke risicobeoordeling kan worden geconcludeerd dat ofwel explosieve stofwolken onwaarschijnlijk zijn, ofwel alle potentiële ontstekingsbronnen met bijna 100 % zekerheid kunnen worden uitgesloten, zal bescherming niet vereist zijn.

 Alle informatie in dit document behoort tot het intellectuele eigendom van ISMA NV. Alle rechten voorbehouden.