Toz toplayıcılar, silolar ve kovalı elevatörler: toz patlamalarının başladığı yerler

Toz patlamaları en sık proses ekipmanının içinde başlar ve toz toplayıcılar, silolar ve kovalı elevatörler inceleme raporlarında tekrar tekrar karşımıza çıkar. Üçü de normal çalışma sırasında patlayıcı bir toz bulutu içerir, üçü de makul tutuşturucu kaynaklarla karşılaşır (içeri çekilen kıvılcımlar ve korlar, sürtünmeyle ısınma, sıcak rulmanlar, yabancı metal parçaları, statik elektrik, kendiliğinden ısınma) ve üçü de kanallar, oluklar ve konveyörlerle tesisin geri kalanına, çoğu zaman da binaya bağlıdır; bu yüzden içlerinde başlayan bir patlama yayılabilir. Bir paketle korunurlar: tutuşturucu kaynak kontrolü ve izleme, patlama tahliyesi veya bastırma, her bağlantının izolasyonu ve çevrelerinde iyi bir temizlik düzeni.

Bu yazı her makinenin neden yüksek riskli bir nokta olduğunu, tipik bir koruma paketinin neye benzediğini, nelerin kontrol edileceğini ve resmi olarak incelenmiş beş patlamanın neler öğrettiğini açıklar.

Temel noktalar

• Bir toz toplayıcının içi (kirli taraf), dolum sırasındaki bir silo ve bir kovalı elevatörün kolları normal çalışmada patlayıcı toz bulutları içerir ve normalde Bölge 20 olarak sınıflandırılır.
• Toz toplayıcılar tozun üründen daha hassas ve daha patlayıcı olan en ince kısmını yoğunlaştırır ve yanan malzemenin girebileceği veya çıkabileceği çok sayıda emiş noktasına bağlıdır.
• Kovalı elevatörler esas olarak sürtünmeyle tutuşur: bant kayması, gövdeye sürtünen kaymış bantlar, arızalanan rulmanlar ve tıkanan kollar. Elevatörü durduran hız, bant hizası ve rulman izlemesi, tutuşturucu kaynak kontrolünün özüdür.
• Silolar büyük hacimleri, uzun biçimleri ve uzun depolama sürelerini bir araya getirir: patlamalar şiddetli olur, depolanan malzeme de kendiliğinden ısınıp için için yanabilir.
• Tahliye, alevsiz tahliye veya bastırma kabı korur; giriş ve çıkışlardaki izolasyon cihazları patlamanın ilerlemesini durdurur, kilitlemeler de fanları ve konveyörleri durdurur.
• İncelenen olaylarda en yıkıcı hasar genellikle patlamanın yayılmasından kaynaklandı: kanallar üzerinden geriye, konveyörler boyunca ve binalarda çökelmiş toza doğru.

Patlamalar neden bu makinelerde başlar

Bir toz patlamasının beş unsuru (yakıt, oksijen, tutuşma, dağılma ve kapalılık; bkz. Bir tozu patlayıcı yapan nedir?) bu makinelerin içinde olağan bir şekilde bir araya gelir.

HSE'nin yanıcı tozlara ilişkin kılavuzu; kovalı elevatörlerin normal çalışmada iki kolunda da patlayıcı bir bulut bulunabileceğine ve sürtünmeyle ısınmanın birçok patlamaya neden olduğuna, siklonların ve filtrelerin tozu yoğunlaştırdığına ve büyük olasılıkla patlayıcı ortam içerdiğine, kapsamlı merkezi toz toplama sistemlerinin de yanan malzemenin yayılabileceği çok sayıda bağlantı oluşturduğuna dikkat çeker. Olay kayıtlarında bu üç makinenin baskın olmasının nedenleri bunlardır.

Toz toplayıcılar

Onları yüksek riskli yapan nedir

Bir filtre veya siklon tesisteki en ince tozu toplamak üzere tasarlanır ve bu, tam da en düşük tutuşma enerjisine ve en yüksek Kst değerine sahip kısımdır. Ürün olarak nispeten iri olan bir ahşap tozu veya gıda tozu, çok daha patlayıcı filtre inceleri oluşturabilir; bu nedenle test verileri ürün bilgi formundan değil, toplanan tozdan elde edilmelidir (bkz. Toz patlama parametreleri).

Kirli tarafın içi normalde Bölge 20'dir ve çoğu zaman en kötü noktalar bunker ve boşaltma ağzıdır. Temiz taraf genellikle Bölge 22'dir, çünkü yırtık bir torba veya gevşek bir kartuş içine toz salar; bu konu Toz bölgeleri 20, 21 ve 22 yazısında açıklanmıştır. Tutuşturucu kaynaklar içeriden olduğu kadar dışarıdan da gelir: taşlama, zımparalama, kesme veya kurutuculardan gelen sıcak parçacıklar kanallar boyunca ilerler; HSE kılavuzu, bir öğütme tesisinden çıkan ürünü kıvılcım veya kor halindeki malzeme açısından izleyen ve parçacık filtredeki gibi bir toz bulutuna ulaşmadan önce akış yönünde bir su spreyini tetikleyen dedektörleri anlatır. Filtre elemanları ve destek kafesleri topraklanmalıdır, çünkü toz akışıyla yüklenen izole iletken bir parça en yüksek enerjili statik deşarjları verir.

Tipik koruma paketi

• Konum. Bir tahliyenin güvenli şekilde boşalabilmesi için dış ortam veya bir dış duvarın yanı. Örneğin ABD tahıl işleme standardı, yeni kumaş filtreli toplayıcıların dış ortamda, içeride ama patlama bastırma ile korunmuş halde veya bir dış duvara bitişik, dışarıya tahliyeli ve yangına dayanıklı bir odada bulunmasını şart koşar.
• Kap koruması. Kirli taraf hacmine ve toplanan toza göre boyutlandırılmış, kirli taraftaki tahliye panelleri; toplayıcının kapalı mekanda kalması gerekiyorsa alevsiz tahliyeler veya bastırma.
• Giriş izolasyonu. Patlamanın emiş noktalarına ve binaya geri ilerleyememesi için giriş kanalında pasif bir klape vana veya aktif bir bariyer.
• Çıkış izolasyonu. Bunker çıkışında izolasyon cihazı olarak sertifikalı bir döner vana veya başka bir bariyer; hava bir çalışma alanına geri dönüyorsa temiz hava kanalının korunması.
• Tutuşturucu kaynak kontrolü. Kanallarda kıvılcım algılama ve söndürme, yabancı metallerin manyetik ayrıştırılması, tüm metal parçaların ve filtre kafeslerinin topraklanması ve kuşaklaması, toza uygun filtre malzemesi.
• İzleme ve kilitlemeler. Filtre üzerindeki fark basıncı (tıkanmış veya yırtılmış elemanlar), fan ve hava akışı izlemesi ve bir tahliye patladığında veya bastırma sistemi devreye girdiğinde fanı ve konveyörleri durduran açma devreleri.

Her cihaz hakkında daha fazlası Toz patlamasından korunma: tahliye, bastırma, izolasyon ve dayanıklı tasarım yazısındadır.

Silolar, bunkerler ve hazneler

Silo, her doldurulduğunda bir toz bulutuyla dolan büyük, kapalı bir hacimdir. Büyük bir hacimde patlama basıncı küçük bir hacme göre daha yavaş yükselir, ancak yakıt miktarı ve tahliye edilen ateş topunun boyutu çok daha büyüktür; yüksek ve narin silolar da genellikle yalnızca çatıda bulunabilen büyük bir tahliye alanı gerektirir. Patlamalar ayrıca üstteki galeri, alttaki konveyör tüneli ve siloları birbirine bağlayan toz emiş sistemi üzerinden silodan siloya ilerler.

Silolar kendilerine özgü iki tehlike ekler. Birincisi kendiliğinden ısınmadır: HSE kılavuzu, uzun depolama sırasında kendiliğinden ısınmaya yatkın malzemeler arasında balık unu, mısır unu, kurutulmuş arıtma çamuru ve süt tozunu sayar ve depolanan kütlenin içinde sıcaklık kontrolleri yapılmasını veya ürünün silolar arasında düzenli olarak aktarılmasını önerir. İçin için yanan bir odak, bir sonraki dolum veya boşaltma sırasında bulutu tutuşturabilir. İkincisi, silo içindeki yangınlara yaklaşmak tehlikelidir: içeriye bakmak için bir kapağı açmak havanın hızla içeri girmesine, bulut oluşmasına ve açıklık üzerinden bir patlamaya yol açabilir. HSE kılavuzu dışarıdan soğutmayı veya uygulanabildiği yerlerde küçük bir açıklıktan ince su spreyi uygulanmasını önerir. Derine yerleşmiş yangınlarla inert bir ortam oluşturarak mücadele edilebilir, ancak büyük bir toz kütlesindeki havanın uzaklaştırılması uzun sürer; HSE, büyük bir silodaki yangının kalan ısısının dağıtılmasının günler, hatta haftalar alabileceğini belirtir.

Tipik koruma: çatıda silo hacmine, şekline ve toza göre boyutlandırılmış tahliyeler; dolum hattının, silo havalandırma filtresinin ve konveyörlerin izolasyonu; kendiliğinden ısınan ürünler için sıcaklık izleme; için için yanmanın mümkün olduğu yerlerde üst boşlukta karbon monoksit izleme ve HSE kılavuzunun büyük silolar için kuvvetle önerdiği dış ortama yerleşim.

Kovalı elevatörler

Neden tutuşurlar

Kovalı elevatör, ürünü tahrikli bir baş tamburu ile alttaki bir ayak tamburu üzerinden dönen bir banda sabitlenmiş kovalarla, iki gövde içinde yukarı taşır: yukarı giden kol (up-leg) ve aşağı inen kol (down-leg). Ürün ayak bölümünde (boot) kepçelenir ve baş bölümünde (head) dışarı fırlatılır; bu yüzden iki kol da normal çalışmada toz bulutu taşır.

Tutuşmaların çoğu mekaniktir. Elevatör tıkanırsa veya bant kayarsa, tahrikli baş tamburu duran banda karşı dönmeye devam eder ve bandı için için yanacak kadar ısıtabilir. Rayından çıkan bir bant gövdeye sürtünür. Gövdenin içinde veya kısmen içinde bulunan bir rulman arızalanır ve aşırı ısınır. Yabancı metal, taşlar ve gevşek kovalar gövdeye çarpar. İletken olmayan bir bant yüklenebilir. Tıkanmış bir elevatörü açmak için tekrar tekrar çalıştırıp durdurmak (jogging), ısıyı ve tozu tam da bulutun en yoğun olduğu yerde üretir.

Tehlike izlemesiyle tutuşturucu kaynak kontrolü

ABD tahıl işleme standardı, iyi uygulamanın neye benzediğine dair açık ve denetlenebilir bir örnek verir. Şunları şart koşar:

• rulmanların kol gövdesinin dışına monte edilmesi veya içeride ya da kısmen içeride olan rulmanların titreşim, sıcaklık veya başka bir yöntemle izlenmesi;
• bant hızı normal çalışma hızının en fazla %20'si kadar düştüğünde elevatörü kapatan bir hareket algılama cihazı;
• bant hizasının alarmlı olarak izlenmesi veya bandın sürekli bir hizalama sistemiyle rayında tutulması;
• 1988'den bu yana satın alınan bant ve tambur kaplamalarının yüzey direnci 300 megaohmu aşmayan iletken malzemeden olması;
• tıkanmış bir kolun asla kesik kesik çalıştırılarak açılmaması;
• baş ve ayak bölümlerinin muayene ve temizlik için erişilebilir olması.

Bu standarda göre, en az baş ve ayak bölümünü koruyan çalışır durumda bir patlama bastırma sistemi bulunan elevatörler rulman, hareket ve hizalama gerekliliklerinden muaftır; bu da bastırma ile izlemenin birbirinin alternatifi güvenlik önlemleri olarak ele alındığını gösterir. Tahıl sektörü dışında da aynı önlemler, her yanıcı ürün için kabul görmüş iyi uygulamadır.

Patlamadan korunma

HSE kılavuzu, baş bölümünde ve ayağa mümkün olduğunca yakın, genellikle ayağın 6 m yakınında bulunan patlama tahliyelerinin, tahliyeler kolun kesiti kadar büyük olmak kaydıyla (baş bölümündeki bir panel için iki kolun kesiti kadar), Kst değeri 150 bar·m/s veya daha düşük tozları taşıyan bir elevatörü genellikle koruyacağını belirtir. Uzun elevatörler kollar boyunca ek tahliyeler gerektirir; daha yüksek Kst'li tozlar ise ilave tasarım gerektirir. Ayağa yakın tahliyeleri kapalı mekanda güvenli şekilde yerleştirmek zor olduğundan HSE, elevatörlerin mümkün olduğunda bina dışına yerleştirilmesini önerir. Kapalı mekanda olağan alternatifler baş ve ayak bölümünde bastırma veya elevatörler için tasarlanmış alevsiz tahliyelerdir. Giriş oluğu ile siloya veya konveyöre boşaltma noktası izolasyon gerektirir; bir patlama veya tahliye patlaması tahriki durdurmalıdır.

Kontrol noktaları

Bu kontroller, makineye kurulu Ex ekipmanın muayenesine ek olarak, her makinenin rutin muayenesine dahildir (bkz. IEC 60079-17'ye göre Ex tesisatlarının muayenesi).

Derhal müdahale gerektiren bulgular arasında devre dışı bırakılmış veya baypas edilmiş bir izleme cihazı, boyanmış, kaynaklanmış veya üstü kapatılmış bir tahliye paneli, açık konumda sıkışmış bir klape vana ve makine çevresinde gözle görülür toz tabakaları bulunur (bkz. Toz tabakaları ve temizlik).

İncelenmiş olaylardan dersler

Burada yalnızca resmi incelemeleri yayımlanmış olaylar özetlenmiştir.

• Blaye, Fransa, 1997 (tahıl silosu). Bir patlamanın 44 hücreli bir tahıl silosunun büyük bölümünü yıkması sonucu on bir kişi hayatını kaybetti. INERIS'in hazırladığı Fransız bilirkişi raporu, tutuşmanın büyük olasılıkla merkezi toz emiş devresinde (fanındaki darbe veya sürtünmeden ya da toz odasındaki kendiliğinden ısınmadan) gerçekleştiği sonucuna vardı. Alev, muhtemelen çökelmiş tozu havalandırarak hücrelerin üstündeki galeri boyunca ilerledi, uzun biçimlerinin basıncı artırdığı açık depolama hacimlerine girdi ve aktarma kulesinden aşağı indi. Ne siloda ne de kulede patlama tahliyesi vardı. Çıkarılan dersler arasında toz birikiminin önlenmesi, kıvılcım ve sıcaklık algılama, yapıların birbirinden ayrılması, tahliye takılması ve çok narin hücrelerden kaçınılması yer aldı.
• Huntington, Indiana, ABD, 2003 (alüminyum toz toplayıcı). CSB'ye göre alüminyum tozu bina dışındaki bir toz toplayıcıda tutuştu. Basınç dalgası kanal sistemi üzerinden geri ilerledi ve bir ateş topu, çatı makaslarında ve ekipman üzerinde birikmiş tozu havalandırıp tutuşturdu; bir çalışan hayatını kaybetti, diğerleri yandı. CSB, filtrelerin seyrek temizlendiğini, aşınmış kanalların toz sızdırdığını ve şirketin toplama sisteminin yaygın kullanılan bir yangın kuralının kılavuzuna göre tasarlanmasını sağlamadığını tespit etti.
• Port Wentworth, Georgia, ABD, 2008 (şeker rafinerisi). CSB, birincil patlamanın büyük olasılıkla iki depolama silosunun altındaki, tozun patlayıcı konsantrasyona kadar birikebilmesine imkan verecek şekilde kısa süre önce çelik panellerle kapatılmış bir şeker konveyöründe başladığı ve muhtemelen aşırı ısınmış bir rulmanla tutuştuğu sonucuna vardı. Patlama, paketleme binalarının tamamında tozu ve dökülmüş şekeri havalandırarak bir dizi ikincil patlamaya yol açtı; 14 çalışan hayatını kaybetti, 36 kişi yaralandı. CSB, yetersiz tasarlanmış ve bakımı yapılmamış toz toplama ve taşıma ekipmanını ve kötü temizlik düzenini gerekçe olarak gösterdi.
• East Rutherford, New Jersey, ABD, 2012 (mürekkep tesisi toz toplama sistemi). Birkaç gün içinde tıkanan kanallardan gelen yanan malzeme, çatıdaki bir toz toplayıcıya taşındı. CSB, oradaki patlamanın bastırma ekipmanıyla içeride tutulduğunu, ancak basıncın hava akışını ön karışım odasına doğru tersine çevirdiğini ve orada bir ani alev yangınının yedi çalışanı yaktığını bildirdi. Yeni sistem test edilmemiş ve tam olarak devreye alınmamıştı, hava akışı da önerilerin çok altındaydı.
• Cambria, Wisconsin, ABD, 2017 (kuru mısır değirmeni). Beş çalışan hayatını kaybetti, 14 kişi ağır yaralandı. CSB, mısır tozunun proses ekipmanının içinde tutuştuğunu ve yangının birbirine bağlı toz toplama sistemleri üzerinden yayılarak toz toplama ekipmanında patlamalara, ardından da tesis genelinde ikincil patlamalara yol açtığını tespit etti.

Ortak nokta egzotik bir tutuşturucu kaynak değildir. Ortak nokta, bir makinenin içindeki bilinen bir tehlikenin, patlamanın ilerlemesine izin veren bağlantılar ve onu bir felakete dönüştüren bina içindeki tozla birleşmesidir. İzolasyon, durdurma kilitlemeleri ve temizlik her olayda bu zinciri kırabilirdi.

Sık yapılan hatalar ve yanlış kanılar

• Kabı korumak ama bağlantılarını korumamak. Giriş izolasyonu olmayan tahliyeli bir toplayıcı, patlamayı her emiş noktasına geri gönderebilir. Her kanal, oluk ve konveyör için bir çözüm gerekir.
• Toplayıcı için ürün verilerini kullanmak. Bir filtredeki inceler, yığın üründen daha patlayıcıdır ve daha kolay tutuşur. Filtrenin gerçekte topladığı tozu test edin.
• Elevatör izleme cihazlarını baypas etmek. Gereksiz duruşlara neden olan hız ve hiza açma devreleri çoğu zaman devre dışı bırakılır. Nedeni giderin ve açma devresini koruyun; kayan bir bant bir tutuşturucu kaynaktır.
• Sıcak bir siloyu içine bakmak için açmak. İçeri hızla giren hava bir bulut oluşturabilir ve için için yanan bir yangını patlamaya dönüştürebilir. Bir acil durum planına göre dışarıdan soğutun ve inertleyin.
• Muayene kapaklarını açık bırakmak. Elevatör kollarında ve filtrelerde açık bırakılan kapaklar binaya toz salar ve tahliye tasarımının davranışını değiştirir.
• Yeni bir toz toplama sistemini eskisinin aynısı saymak. 2012 olayının gösterdiği gibi fan, kanal sistemi, filtre tipi veya üründeki değişiklikler bir tehlike analizi ve devreye alma testleri gerektirir.

Sık sorulan sorular

Toz toplayıcılar neden patlar?

Bir toz toplayıcı normal çalışma sırasında tesisteki en ince ve en hassas tozdan oluşan patlayıcı bir bulut içerir; önceki proseslerden gelen kıvılcımlar ve korlar, filtre elemanlarından kaynaklanan statik veya kendiliğinden ısınan birikintiler gibi tutuşturucu kaynaklar bu buluta ulaşabilir. Toplayıcı tahliyeli veya bastırmalı değilse ve kanalları izole edilmemişse, patlama gövdeyi parçalar ve kanallar üzerinden binaya geri ilerleyebilir.

Bir silonun içi hangi bölgedir?

Yanıcı tozla doldurulan bir silonun üst boşluğu normalde Bölge 20'dir, çünkü her dolumda bir bulut oluşur. Çevredeki alanlar filtrelerdeki, kapaklardaki ve bağlantılardaki sızıntılara ve temizlik seviyesine göre sınıflandırılır; çoğu zaman Bölge 22'dir.

Kovalı elevatörler patlamalara karşı nasıl korunur?

Elevatörü durduran bant hızı, bant hizası ve rulman sıcaklığı izlemesi, iletken bantlar ve iyi bakımla sürtünmeden kaynaklanan tutuşturucu kaynakları önleyerek ve gövdeyi baş bölümünde ve ayağa yakın (uzun kollarda kollar boyunca da) tahliyelerle veya bastırmayla koruyarak. Giriş ve boşaltma noktaları izole edilir ve elevatörün en iyi yeri dış ortamdır.

Bir toz toplayıcı binanın içinde mi, dışında mı olmalıdır?

Mümkün olan her durumda dışarıda veya tahliyeleri dış ortama boşalan bir dış duvara bitişik olmalıdır. Kapalı mekandaki bir toplayıcı bastırma veya alevsiz tahliye gerektirir; her iki durumda da bir patlamanın binaya geri ilerleyememesi için giriş kanalında izolasyon gerekir.

Kıvılcım algılama ve söndürme sistemi nedir?

Örneğin bir öğütücü veya zımpara makinesinden gelen sıcak parçacıkları veya korları algılayan ve parçacık ulaşmadan önce akış yönünde daha ileride söndürücü bir su spreyini tetikleyen, kanal içindeki kızılötesi dedektörlerden oluşan bir sistemdir. Tutuşturucu kaynakları bir toz toplayıcıya veya siloya ulaşmadan ortadan kaldırır, ancak kabın içinde başlayan bir patlamaya karşı koruma sağlamaz.

excodex'te ilgili yazılar

• Toz patlamasından korunma: tahliye, bastırma, izolasyon ve dayanıklı tasarım
• Toz bölgeleri 20, 21 ve 22: pratik örneklerle
• Toz tabakaları ve temizlik: ne kadar kalınlık fazladır?
• Tehlikeli bölgelerde tutuşturucu kaynaklar: 13 tutuşturucu kaynak ve kontrolleri
• Tehlikeli bölgelerde elektriksiz ekipman: Ex h
• Standart sayfaları: IEC 60079-10-2, ISO 80079-36, EN 1127-1; sorular için forum

Standartlar ve ek kaynaklar

• IEC 60079-10-2, alanların sınıflandırılması, patlayıcı toz ortamları (filtrelerin, siloların ve elevatörlerin içindeki ve çevresindeki bölgeler).
• ISO 80079-36 ve ISO 80079-37, patlayıcı ortamlar için elektriksiz ekipman (elevatörler, fanlar ve döner vanalar gibi mekanik ekipmanın tutuşma tehlikesi değerlendirmesi).
• EN 14491, NFPA 68, EN 14373, EN 15089 ve NFPA 69, tahliye, bastırma ve izolasyon tasarımı.
• NFPA 660 (2025), artık eski tarım ve gıda (NFPA 61), ahşap (NFPA 664) ve genel (NFPA 654) gerekliliklerini içeren yanıcı tozlar ve katı parçacıklar standardı.
• OSHA 29 CFR 1910.272, tahıl işleme tesisleri (filtre toplayıcı konumu, kovalı elevatör izlemesi, temizlik): osha.gov
• HSE, HSG103 Yanıcı tozların güvenli kullanımı: patlamalara karşı önlemler (elevatörler, filtreler, silolar, kendiliğinden ısınma, izolasyon): hse.gov.uk (ücretsiz PDF)
• INERIS, 1997 Blaye tahıl silosu patlamasına ilişkin bilirkişi raporunun özeti: ineris.fr
• ABD Kimyasal Güvenlik Kurulu, 2008 Port Wentworth şeker tozu patlamalarına ilişkin nihai rapor: csb.gov
• ABD Kimyasal Güvenlik Kurulu, 2003 Huntington alüminyum toz toplayıcı patlaması: csb.gov
• ABD Kimyasal Güvenlik Kurulu, 2012 East Rutherford toz toplama sistemi ani alev yangını: csb.gov
• ABD Kimyasal Güvenlik Kurulu, 2017 Cambria mısır değirmeni patlamalarına ilişkin nihai rapor: csb.gov

Bu yazı excodex editör ekibinin hazırladığı genel teknik bilgidir. Geçerli standartların, ekipman sertifikalarının ve talimatlarının, ulusal mevzuatın veya yetkin bir kişinin değerlendirmesinin yerini tutmaz.