Inleiding

Er bestaat enige verwarring over de gevaren van stofafzettingen, vooral rond installaties, binnen gebouwen. Het is algemeen bekend dat dergelijke stofafzettingen een gevaar van secundaire explosies opleveren: als er een explosie plaatsvindt in apparatuur die niet goed beschermd is, kan de vlamstraal (in combinatie met de luchtstroom en de drukgolf) van deze primaire explosie dergelijke afzettingen opblazen en secundaire stofexplosies veroorzaken.

Indien de apparatuur echter goed beschermd is (bijvoorbeeld door explosieventilatie in de open lucht, met adequate explosie-isolatie en geen lekken), kan worden gesteld dat er geen risico is voor dergelijke secundaire explosies en dat er geen maatregelen met betrekking tot stofexplosiepreventie nodig zouden zijn in een stoffige ruimte. Dergelijke maatregelen omvatten ATEX-zonering en het gebruik van ATEX-gecertificeerde apparatuur binnen de gezoneerde gebieden.

In deze publicatie zullen eerst de huidige wetgeving en richtlijnen met betrekking tot zonering bij stofafzetting worden gepresenteerd. Vervolgens worden de gevaren van stofafzetting geëvalueerd. Tot slot worden de kenmerken besproken die relevant zijn voor stoflagen.

Zonering

De Europese richtlijn 1999/92/EG (ATEX 137) geeft in bijlage I de definities van zones. Ten aanzien van stoflagen wordt het volgende gesteld: Lagen, afzettingen en hopen brandbaar stof moeten worden beschouwd als elke andere bron die een explosieve atmosfeer kan vormen.

Daarom moet volgens deze richtlijn worden beoordeeld of het mogelijk is dat stoflagen stofwolken doen ontstaan. In het algemeen is dit voor stoflagen op vloeren zeer onwaarschijnlijk. Als er geen luchtstromingen te verwachten zijn, zou het zelfs uitgesloten kunnen zijn en zou er geen zonering nodig zijn. Voor stoflagen op hoge oppervlakken (op leidingen, kabelgoten, balken) is de situatie anders. Vooral zeer dikke lagen kunnen gemakkelijk naar beneden vallen en een stofwolk doen ontstaan, bijvoorbeeld als gevolg van trillingen of stoten.

Het is belangrijk op te merken dat de zone-indeling, volgens ATEX 137, gebaseerd is op normaal bedrijf. Dit betekent dat secundaire explosies, die ontstaan doordat primaire explosies stoflagen opblazen en doen ontbranden, niet in aanmerking worden genomen. Dit kan verwarrend zijn, omdat algemeen wordt aangenomen dat dergelijke secundaire explosies een belangrijk risico van stoflagen vormen. Het doel van het afbakenen van zones is echter een adequate keuze mogelijk te maken van de apparatuur die in dergelijke zones wordt geïnstalleerd, zie bijlage IIB van ATEX 137. Aangezien de keuze van apparatuur in stoffige zones geen invloed heeft op de kans op dergelijke secundaire explosies, heeft dit geen invloed op de zone-indeling.

Een zeer belangrijke eis in ATEX 137 is de risicobeoordeling. Bij deze risicobeoordeling moet rekening worden gehouden met de omvang van de te verwachten effecten (zie artikel 4), waartoe uiteraard ook de kans op secundaire explosies behoort.

De IEC-norm inzake stofzonering (IEC 60079-10-2:2009) heeft precies dezelfde aanpak: stoflagen moeten in aanmerking worden genomen als mogelijke bronnen van stofwolken. In bijlage B wordt het gevaar besproken dat stoflagen tot ontsteking worden gebracht.

Aangezien een dergelijke aanpak (voor elke stofbron, inclusief stoflagen, bepalen hoe groot de kans is dat een explosieve atmosfeer ontstaat) vrij ingewikkeld en zeer tijdrovend is, werden verschillende richtlijnen ontwikkeld die een praktische aanpak bieden. De Nederlandse NPR7910-2:2010 wordt veel gebruikt (ook buiten Nederland). Deze richtlijn is zeer streng ten aanzien van stoflagen:

• Stoflagen zijn niet verwaarloosbaar als de dikte > 0,1 mm is.
• Indien lagen (> 0,1 mm) > 8 uur (ononderbroken) aanwezig zijn wordt een zone 21 gedefinieerd. Beneden de 8 uur is er een zone 22.

 

Deze aanpak wordt vaak bekritiseerd als te conservatief: uiteraard gaat NPR ervan uit dat elke stoflaag gemakkelijk kan resulteren in een stofwolk.  Er zij echter op gewezen dat, als men een ingewikkelde analyse wil voorkomen en een vereenvoudigde leidraad wil gebruiken, dit meestal betekent dat een dergelijke vereenvoudigde aanpak conservatief is, om te voorkomen dat deze onveilig is. Aangezien het slechts om een richtlijn gaat, is het uiteraard toegestaan van deze benadering af te wijken, mits dit door een goed onderbouwde analyse wordt ondersteund.

 

De laagdikte van 0,1 mm wordt soms ook als zeer conservatief beschouwd. Daarom wordt de volgende indicatieve schatting gegeven. Veronderstel dat er een stoffige ruimte is, met een hoogte van 3 m. Het stof in kwestie heeft een soortelijk gewicht van 1000 kg/m³ en een LEL van 30 g/m³. Als de hele vloer bedekt is met een laag stof van uniforme dikte, is een dikte van 0,09 mm al voldoende voor de vorming van een uniforme stofwolk in de hele ruimte met een concentratie op de LEL. Als er regelmatig wordt schoongemaakt en er geen stof op de vloer ligt, maar alleen op kabelgoten, leidingen en balken die (bij wijze van voorbeeld) een totale oppervlakte van 1 % van het vloeroppervlak hebben, zou de vereiste dikte om een stofwolk bij de LEL mogelijk te maken 9 mm bedragen. Stofafzettingen met een geringere dikte, of alleen plaatselijke stofafzettingen, kunnen bij de LEL misschien niet de hele ruimte vullen, maar toch leiden tot een plaatselijke explosieve atmosfeer. Aangezien de UEL van een gemiddeld stof ongeveer 1000 keer de LEL is, is het hoogst onwaarschijnlijk dat, in geval van verstoring van de stoflaag, een stofwolk ontstaat met een concentratie boven de UEL.

 

Een praktisch probleem, is dat, hoewel deze NPR slechts een richtlijn is, deze soms door inspecteurs wordt opgelegd. Met name in Nederland eist SZW (arbeidsinspectie) een strikte toepassing van de NPR. Dit betekent dat een meer verfijnde aanpak, in plaats van deze zeer eenvoudige aanpak, niet wordt geaccepteerd.

 

Gevaren van stoflagen

Er zijn een aantal gevaren verbonden aan stoffige gebouwen, waaronder:

• Secundaire stofexplosies

Een primaire explosie kan stoflagen opblazen, waardoor een stofwolk ontstaat die door de primaire explosie wordt ontstoken.

• Onderhoud waarbij heet werk wordt verricht

 

In het geval van werkzaamheden bij hoge temperaturen zijn er meestal voorschriften dat het gebied tot X m rond de werkplek moet worden schoongemaakt (om te voorkomen dat stoflagen worden ontstoken). Stoflagen die zich ver boven de werkplek bevinden (b.v. op kabelgoten) worden echter vaak over het hoofd gezien. Als tijdens hetzelfde onderhoud dergelijke afzettingen zeer waarschijnlijk naar beneden vallen, kan er alsnog een gevaarlijke stofwolk op de werkplek ontstaan. Dit kan gemakkelijk gebeuren als een elektricien boven kabels uit een kabelgoot aan het verwijderen is. Daarom is het voor dergelijke werkzaamheden bij hoge temperatuur bijzonder belangrijk dat bij de risicoanalyse rekening wordt gehouden met de aanwezigheid van stofafzetting boven de werkplek. De beste oplossing zou een grondige reiniging van het hele gebouw zijn, maar dit is niet altijd haalbaar.

• Afzetting op hete oppervlakken

Als de oppervlaktetemperaturen voldoende hoog zijn, kunnen afzettingen op dergelijke oppervlakken gaan smeulen. Bij instabiele producten kunnen ontledingsreacties op gang komen, die eveneens tot zeer hete, of smeulende, afzettingen kunnen leiden.

• Vonken slaan neer in stoflagen

 

Afzettingen van sommige stofsoorten zijn nogal gevoelig voor ontsteking door mechanische vonken. Ook elektrische of elektrostatische vonken kunnen leiden tot smeulende of brandende afzettingen.

• Elektrische apparatuur

 

Gewone elektrische apparatuur is niet altijd stofdicht. Dat betekent dat in een stoffige omgeving er rekening mee moet worden gehouden dat er stof in de apparatuur kan binnendringen en stofafzetting kan ontstaan. In het geval van geleidend stof kan dit kortsluiting veroorzaken, wat tot brand kan leiden.  Maar ook bij niet-geleidend stof bestaat brandgevaar: door de aanwezigheid van stof kan elektrische apparatuur oververhit raken (isolatie van dergelijke apparatuur door het stof) of kan stofafzetting ontbranden door elektrische vonken.

 

Omwille van deze gevaren is het zeker zinvol om de conservatieve methode volgens NPR7910-2 toe te passen en het gebruik van ATEX-gecertificeerde apparatuur te eisen, zelfs als het onwaarschijnlijk is dat de stoflagen stofwolken zullen veroorzaken.

 

Relevante kenmerken voor stoflagen

De meeste explosiekarakteristieken (explosiegrenzen, Pmax, Kst, MIE, MIT) hebben betrekking op de gevaren van stofwolken. Indien het beschouwde gevaar van de stoflagen de waarschijnlijkheid is dat stofwolken ontstaan (onder normale omstandigheden of ten gevolge van een primaire explosie) zijn deze kenmerken ook relevant voor stoflagen, als potentiële stofwolken. Anders zijn ze niet relevant. Er zijn ook een aantal specifieke kenmerken die alleen voor stoflagen relevant zijn en die zeer nuttig zijn bij de evaluatie van de verschillende gevaren die in de vorige paragraaf zijn genoemd:

• Ontstekingstemperatuur van de laag (LIT)

 

Dit is de temperatuur van een heet oppervlak, bedekt met een 5 mm dikke stoflaag, die net in staat is om een ontsteking (smeulen of branden) van deze stoflaag te veroorzaken. Men dient er rekening mee te houden dat de ontstekingstemperatuur van stoflagen in feite afhangt van de dikte van de stoflagen. Bij stoflagen dikker dan 5 mm kan een hete laag met een temperatuur onder het LIT nog steeds gevaarlijk zijn. Anderzijds, in een zeer schone installatie waar de laagdiktes steeds ver onder 5 mm liggen, is het gebruik van de LIT als grens voor maximale oppervlaktetemperaturen een conservatieve benadering.

• De verbrandingsklasse (Brennzahl- of BZ-waarde)

 

Deze waarde bepaalt de waarschijnlijkheid dat een stoflaag door vonken tot ontsteking kan worden gebracht. In de test wordt geprobeerd een stofhoop te ontsteken met een gloeiende platina draad bij 1000°C, wat een vonk of gloeiend deeltje simuleert. De resultaten variëren van BZ1 (er gebeurt niets) tot BZ6 (een zeer snelle ontbranding van de hele hoop).

• Elektrische geleidbaarheid

Een waarde die geen explosiekarakteristiek is, maar zeker relevant voor de gevaren van stoflagen, is de elektrische geleidbaarheid van het stof. Bij geleidend stof is er een verhoogd risico op kortsluiting in elektrische apparatuur. Bij niet-geleidend stof kunnen onderdelen geïsoleerd raken en geladen worden, wat kan leiden tot elektrostatische ontladingen.

• Stoffigheid

 

Er zijn nog vele andere parameters, zoals de grootte van de deeltjes, het soortelijk gewicht, de vorm van de deeltjes, de kleverigheid van het stof, enz. Deze bepalen de kans dat stoflagen een stofwolk kunnen veroorzaken. Er is een nieuw (Duits) kenmerk dat hiermee rekening houdt: de Dustiness. In de betreffende test wordt een monster van het stof op een goed gecontroleerde manier laten vallen en wordt de ontstane stofconcentratie gemeten.

 

Conclusie

Stofzonering is alleen bedoeld om de waarschijnlijkheid van de aanwezigheid van een explosief stof-luchtmengsel tijdens normaal bedrijf te definiëren, zodat in dergelijke gezoneerde gebieden de juiste keuze van apparatuur kan worden gemaakt. In deze context moeten stoflagen enkel worden gezien als een potentiële bron van een explosieve atmosfeer. Indien niet wordt verwacht dat de stoflaag bij normaal bedrijf zal opwervelen, is strikt formeel een stofzone niet vereist.

 

Afgezien van het gevaar van stofwolkvorming zijn er twee bijkomende gevaren verbonden aan de afzetting van brandbaar stof:

1. Indien stofwolken (ten gevolge van afzettingen) alleen te verwachten zijn in geval van een primaire stofexplosie, is geen zonering vereist, maar hiermee moet wel rekening worden gehouden in de risicoanalyse.
2. Stofafzettingen kunnen ook ontstekingsbronnen bevorderen. Er zijn verschillende kenmerken van stoflagen die dit ontstekingsgevaar helpen definiëren. Ook hiermee moet rekening worden gehouden in de risicoanalyse.

 

De Nederlandse NPR7910-2 lijkt vrij conservatief: elke stoflaag dikker dan 0,1 mm vereist zonering. Maar zelfs bij frequente en uitgebreide reiniging is het hoogst onwaarschijnlijk dat er geen stoflagen zullen zijn op moeilijk bereikbare oppervlakken. Aangezien dergelijke afzettingen gemakkelijk naar beneden kunnen vallen, zou in feite zonering vereist zijn.

 

Aangezien gewone elektrische apparatuur meestal niet stofdicht is, veroorzaken dergelijke stoflagen bovendien een verhoogd brandgevaar. Het is duidelijk zinvol om in dergelijke ruimten stofdichte apparatuur te installeren. In de praktijk is de meeste stofgecertificeerde ATEX-apparatuur stofdicht. Daarom, hoewel de zonering van NPR7910-2 misschien conservatief is, is de installatie van ATEX gecertificeerde apparatuur zeker nuttig, maar stofdichte apparatuur kan ook voldoende zijn.

 

NPR7910-2 kan worden beschouwd als een vereenvoudigd instrument dat de indeling in zones en de overeenkomstige keuze van apparatuur tot een vrij gemakkelijke taak maakt. In sommige situaties kan de vereenvoudigde aanpak leiden tot onnodige investeringen. Aangezien NPR7910-2 slechts een leidraad is, moet afwijking van de leidraad worden toegestaan, op voorwaarde dat een dergelijke afwijking op goed onderbouwde argumenten berust.