Explosiebeveiliging machines

Als er machines met ontstekingsbronnen in een ruimte met explosiegevaar staan, zijn maatregelen noodzakelijk. Welke maatregelen dat zijn, wordt duidelijk met dit stappenplan.

Machines die ontstekingsbronnen bevatten en in een gebied gebruikt worden waar explosiegevaar aanwezig is, moeten voldoen aan de Europese ATEX 95-richtlijn. Deze richtlijn is van toepassing op apparaten en beveiligingssystemen. De tijdsduur dat er een explosieve atmosfeer aanwezig is rondom een machine, is bepalend voor het aantal en de aard van de te nemen maatregelen. De aanwezigheidsduur van een explosieve atmosfeer wordt uitgedrukt in een gevarenzoneklasse.

Risicoanalyse en categorie van explosiebeveiliging machine
Om vast te stellen of en welke maatregelen genomen moeten worden om het explosiegevaar te managen voor een machine, wordt een risicoanalyse uitgevoerd. De te nemen maatregelen kunnen technisch en/of organisatorisch van aard zijn. Uit de risicoanalyse blijkt ook welke gevarenzoneklasse en daarmee welke categorie van beveiliging van toepassing is. Vervolgens is daarmee ook bekend aan welke eisen zal moeten worden voldaan conform de ATEX 95-richtlijn. Er zijn drie categorieën te onderscheiden: 1, 2 en 3. Elke categorie is gekoppeld aan een gevarenzoneklasse conform onderstaande tabel:

* voor een geleidende stof geldt dat categorie 3 wordt categorie 2

In Nederland is de toepassing van de richtlijn NPR-7910-(2008) bepalend voor de indeling in gevarenzoneklassen. Naast de gevarenzoneklasse zijn de temperatuurklasse en de gasgroep bepalend voor het ontwerp van een explosieveilige machine. De temperatuurklasse bepaalt de maximale oppervlaktetemperatuur. De gasgroep bepaalt de gelimiteerde hoeveelheid energie die mag vrijkomen bij vonkvorming.

Stappenplan voor explosiebeveiliging
Om tot een geïntegreerde explosiebeveiliging van een machine te komen dient men het navolgende stappenplan te volgen:

Stap 1. Bepaal of de machine inherent explosieveilig te ontwerpen is.

Stap 2. Neem maatregelen om te voorkomen dat een gas- of stofwolk ontstaat.

Stap 3. Neem maatregelen zodat de gas- of stofwolk niet ontsteekt. Oftewel neem de ontstekingsbron weg dan wel beheers deze.

Stap 4. Neem maatregelen om het effect van een explosie te beperken.

Ad Stap 1. Inherent explosieveilig ontwerp 

Een machine inherent explosieveilig maken kan door:

• te opereren onder inerte condities (bijvoorbeeld kooldioxide of stikstof). Hierdoor is er te weinig zuurstof in de omgeving aanwezig, zodat explosies zijn uitgesloten.
• alleen te werken met een brandbare vloeistof die een vlampunt heeft dat ruim boven de omgevingstemperatuur is; of waarvan de operationele temperatuur beduidend lager is dan het vlampunt van de betreffende vloeistof. 

​Ad Stap 2. Maatregelen ter voorkoming van een explosiegevaarlijke gas- of stofwolk

Er zijn mogelijkheden om een explosiegevaarlijke gas- of stofwolk te voorkomen:

• Eerste mogelijkheid is om het gas- of stofexplosiegevaar weg te nemen door de wolk te verdunnen tot onder de laagste explosiegrens. Dit kan door het toepassen van plaatselijke ventilatie nabij de gevarenbron (lekbron) met voldoende capaciteit en een goede beschikbaarheid. Hiermee wordt de gas- of stofwolk direct verdund tot onder de laagste explosiegrens, zodat het explosiegevaar direct is weggenomen.Voor het toepassen van deze mogelijkheid en de specifieke eisen ten aanzien van de ventilatie wordt verwezen naar de gevarenzone-indelingsrichtlijn NPR-7910.
• Een andere mogelijkheid specifiek voor stofexplosiegevaar is het monitoren van de mogelijke stofwolk. Dit kan met behulp van een infrarode lichtstraal. Op basis van de vermindering van de lichtintensiteit kan de stofconcentratie berekend worden en zou vervolgens de stofwolk weggenomen kunnen worden door bijvoorbeeld de machine stop te zetten.

Ad Stap 3. Het wegnemen of beheersen van de ontstekingsbron

In de norm EN-1127-1 staan dertien typen ontstekingsbronnen vermeld, evenals de wijze waarop zij beheerst moeten worden. De meest voorkomende ontstekingsbronnen zijn:

• elektrische installaties en materieel; voorbeelden zijn elektromotoren en verlichting;
• hete oppervlakken van bewegende delen, zoals lagers, assen van pompen en tandwielkasten;
• open vuur, hete gassen en lasvonken;
• mechanische vonken, bijvoorbeeld veroorzaakt door botsen of slijpen;
• zwerfstromen en kathodische bescherming;
• statische elektriciteit en bliksem.

Specifiek in het kader van stofexplosiegevaar en het beheersen van ontstekingsbronnen moet ook gedacht worden aan:

• temperatuurdetectie in de stoflaag. Hiermee wordt voorkomen dat gloeinesten zich in het product bevinden. Gloeinesten kunnen de oorzaak zijn voor het uitbreken van brand of explosies.
• detectie van koolmonoxide boven de stoflaag. Het smeulen van een stof (gloeinesten) resulteert in de vorming van koolmonoxide. Een koolmonoxidedetectiesysteem kan het smeulen van een stof vroegtijdig detecteren, zodat maatregelen genomen kunnen worden om het smeulproces te stoppen en daarmee een stofexplosie te voorkomen.

Ad Stap 4. Het beperken van het effect van een explosie

Er zijn diverse mogelijkheden om de effecten van een explosie te beperken. Onderscheid moet gemaakt worden tussen:

• explosieontkoppeling;
• explosiedrukontlasting.

Bij explosieontkoppeling valt bij een gasexplosie te denken aan een vlamdover of een snelsluitende afsluiter om propagatie van het vlamfront (explosie) te voorkomen. Voor explosieontkoppeling bij een stofexplosie zijn er meer mogelijkheden:

• Snelsluitende vlinderkleppen. Een vlinderklep wordt door een veer in open stand vastgehouden. Bij een hoge druk of drukstoot wordt de klep automatisch gesloten door dit veermechanisme.
• Draaisluis. Een draaisluis zorgt voor scheiding van het brandbare product en is drukvast uitgevoerd, zodat een explosie zich niet kan voortzetten.
• Afsluitventielen op basis van een drukverschil. Het ventiel bevindt zich in een vrije positie in een behuizing en wordt vervolgens in een gesloten positie gedrukt door een drukverschil, veroorzaakt door een explosie of hoge luchtsnelheden.
• Explosieslot. Een explosieslot is een bocht van 180 graden in een leiding. In deze bocht is een zwakke plek gemaakt. Hierdoor wordt de voortzetting van de explosie in het leidingwerk voorkomen. De zwakke plek is bijvoorbeeld een breekplaat of een afsluiter.
• Snelsluitende (bol)afsluiter of schuiven met een actuator. Deze (‘full bore’ bol)afsluiter of schuiven zorgen voor een goede doorstroming van het product tijdens normale productie. Op het moment van een explosie zullen de schuiven in zeer korte tijd (<20 milliseconde) moeten sluiten. Om deze afsluittijd te kunnen bereiken wordt gebruikt gemaakt van een pneumatische actuator.
• Vonkdetectie in combinatie met blussing. Deze methode wordt gebruikt om in luchtstromen van stof eventueel aanwezige vonken en/of gloeiende deeltjes te detecteren en vervolgens te blussen.

Bij explosiedrukontlasting van stofexplosie moet gedacht worden aan:

• Breekplaten. Het meest gebruikte systeem is de breekplaat. De breekplaat bestaat vaak uit een dunne roestvrijstalen plaat waarop dunne lagen plastic ter afdichting zijn aangebracht. De breekplaat moet bij een vooraf bepaalde druk opengaan. Om dit proces te bevorderen zijn breekplaten soms voorgegroefd.
• Explosiepanelen. Een explosiepaneel is bedoeld om bijvoorbeeld op een tank te plaatsen. Bij een vooraf bepaalde druk zal het paneel zich openen waardoor het vlamfront/de druk uit de tank wordt afgevoerd. Het voordeel is dat een paneel na een explosie weer kan worden teruggeplaatst. Ten opzichte van de breekplaat onderscheidt het explosiepaneel zich dat het bestand is tegen drukschommelingen.
• Explosieluiken. Explosieluiken worden toegepast op plaatsen waar de kans op veelvuldige explosies groot is. De werking van een explosieluik vangt de druk op door middel van een veer.
• Flash poederblussysteem. Het flash poederblussysteem is erop gericht om het groeien van een vuurbal na de ontsteking te stoppen. Dit kan gerealiseerd worden door een blusmiddel in de vuurbal te injecteren. Het is daarom van belang een eventuele vuurbal tijdig te signaleren.

Het kan zijn dat niet alle stappen genomen hoeven te worden. Na elke stap zou een evaluatie moeten volgen om vast te stellen of een volgende stap nog nodig is.

Literatuur
1. NPR 7910-1: Gevarenzone-indeling met betrekking tot ontploffingsgevaar – Deel 1: Gasontploffingsgevaar, gebaseerd op NEN-EN-IEC 60079-10
2. NPR 7910-2: Gevarenzone-indeling met betrekking tot ontploffingsgevaar – Deel 2: Stofontploffingsgevaar, gebaseerd op NEN-EN-IEC 61241-10:2004
3. De Europese richtlijn ATEX 95
4. De Europese richtlijn ATEX 137
5. Niet bindende gids voor goede praktijken met het oog op de tenuitvoerlegging van de ATEX 137 richtlijn 1999/92/EG, uitgebracht door de Europese Commissie
6. De leidraad voor toepassing van de richtlijn 94/9/EG ATEX 95, uitgebracht door de Europese Commissie
7. NEN-EN 1127-1: Ontplofbare atmosferen – Voorkoming van en bescherming tegen ontploffingen – Deel 1: Grondbeginselen en methodologie
8. Arbo-informatieblad 34: Veilig werken in een explosieve atmosfeer (ISBN 90 12 101190 0)