St 1 sınıfı bir toz neden yine de yıkıcı bir patlamaya yol açabilir?

Çünkü St sınıfı basıncın ne kadar yükseğe çıktığını veya ne kadar toz bulunduğunu değil, yalnızca basıncın ne kadar hızlı yükseldiğini ölçer. St 1, deflagrasyon indeksi Kst'nin 0'dan büyük ve 200 bar·m/s'ye kadar olduğu anlamına gelir. Un, şeker, nişasta, ahşap ve kömür gibi St 1 tozları kapalı bir kapta yine de yaklaşık 7 ila 10 bar patlama basıncına ulaşır; oysa binalar ve sıradan proses ekipmanı 1 bar'ın küçük bir kesrinde hasar görür. 2008'de Port Wentworth rafinerisini yıkan şeker tozu da St 1 sınıfı bir malzemeydi.

Kısa cevap

• St 1 bir risk derecesi değil, patlama tahliyesi tasarımı için bir şiddet sınıfıdır. Tozları Kst'ye göre ayırır: St 1 0'ın üzerinde 200'e kadar, St 2 200'ün üzerinde 300'e kadar, St 3 300 bar·m/s'nin üzerinde.
• Basınç sınıflar arasında birbirine yakındır. Test edilmiş St 1 numuneleri 8 ila 10 bar'a ulaşır (örneğin buğday unu 8,3 bar, mısır nişastası 9,5 bar, linyit 10,0 bar); ince bir St 3 alüminyum tozu ise yaklaşık 13 bar'a ulaşır.
• Hasar çok daha düşük basınçlarda başlar. Yayımlanmış patlama hasarı tabloları yaklaşık 0,07 bar'ı evlerin kısmen yıkılmasıyla, yaklaşık 0,14 ila 0,2 bar'ı da donatısız briket duvarların parçalanmasıyla ilişkilendirir.
• Hasarın çoğu toz miktarından kaynaklanır. Asıl yıkımı, St sınıfı ne olursa olsun, binada çökelmiş tozla beslenen ikincil patlamalar yapar.
• St 1 tutuşma hakkında hiçbir şey söylemez. Bazı St 1 tozları birkaç milijullük kıvılcımlarla tutuşur.

St sınıfı gerçekte neyi ölçer

Kst, kapalı bir test kabında ölçülen ve 1 m³ hacme normalize edilen maksimum basınç artış hızıdır (bar·m/s cinsinden). GESTIS-DUST-EX veri tabanını işleten IFA, toz patlama sınıflarını yalnızca bu sayıdan tanımlar. Daha yüksek bir Kst daha hızlı bir patlama demektir; bu da daha büyük bir tahliye alanı veya daha hızlı bir bastırma sistemi gerektirir. Sınıfın amacı budur: patlamadan korunma önlemlerinin boyutlandırılması.

Sınıf, maksimum patlama basıncı Pmax hakkında hiçbir şey söylemez. GESTIS-DUST-EX'ten bazı St 1 numuneleri:

Pmax kapalı bir kapta ölçülür; yani tamamen kapalı bir hacmin göreceği basınçtır. Gerçek bir bina veya filtre gövdesi bu basıncı hiçbir zaman tutmaz: çok daha önce patlar. Kayıp önleme literatürüne dayanan NOAA aşırı basınç tablosu, yaklaşık 1 psi'yi (0,07 bar) evlerin kısmen yıkılmasıyla, 2 ila 3 psi'yi (0,14 ila 0,2 bar) da donatısız beton veya cüruf briket duvarların parçalanmasıyla ilişkilendirir. Bu nedenle bir St 1 patlamasının elindeki basınç, bir binanın taşıyabileceğinin onlarca katıdır. Daha yavaş basınç artışı patlamanın tahliyesini yalnızca bir ölçüde kolaylaştırır; korumasız bir patlamayı atlatılabilir hâle getirmez.

Binalar neden yıkılır: yakıt miktarı

Endüstrideki yıkıcı toz patlamaları nadiren başladıkları ekipmanla sınırlı kalır. Bir konveyör, filtre veya değirmen içindeki birincil patlama zeminlere, kirişlere ve ekipmana çökelmiş tozu sarsarak havaya kaldırır ve arkasından gelen alev bu çok daha büyük bulutu tutuşturur. OSHA bu tür ikincil patlamaları birincil patlamadan çok daha yıkıcı olabilecek patlamalar olarak tanımlar. Açığa çıkan enerji, tozun Kst değerinin 80 mi 280 mi olduğuna değil, ne kadar tozun havaya kalktığına bağlıdır.

Uygulama örneği: Port Wentworth, Georgia, 2008. ABD Kimyasal Güvenlik Kurulu (CSB), ilk patlamanın iki şeker silosunun altındaki çelik bantlı bir konveyörde meydana geldiği sonucuna varmıştır; burada yeni takılan kapak panelleri, şeker tozunun patlayıcı konsantrasyonlara kadar birikmesine yol açmıştı ve tutuşma büyük olasılıkla aşırı ısınmış bir rulmandan kaynaklanmıştı. Patlama, paketleme binalarındaki şeker tozunu ve dökülmüş şekeri havaya kaldırmış ve bu binaları büyük ölçüde yıkan bir dizi ikincil patlamayı tetiklemiştir; 14 çalışan hayatını kaybetmiştir. CSB'nin tesisin pudra şekeri üzerinde yaptığı testler 139 bar·m/s Kst, yani açıkça St 1, ve 7,5 bar maksimum basınç vermiştir. CSB ayrıca şeker endüstrisinin toz patlaması tehlikelerini en az 1925'ten beri bildiğini belirtmiştir.

St 1 tozlarda gevşememek için başka nedenler

• Kst tek bir numuneye aittir. Daha ince, daha kuru malzeme veya bir filtrede toplanan ince kısım, ürün veri sayfasının gösterdiğinden daha yüksek bir Kst'ye sahip olabilir. HSE kılavuzu buğday tozu ve un numuneleri için 53 ila 137 bar·m/s değerleri bildirir; GESTIS-DUST-EX de yukarıdaki pancar şekeri numunesini Kst'sine göre St 1 olarak listeler, ancak bir ön tarama testinden gelen parantez içinde "(St 2)" ekler. 200'e yakın bir toz başka bir partide St 2 olabilir.
• Tutuşma kolay olabilir. Kst'si 119 (St 1) olan bir likopodyum numunesi 5 ile 10 mJ arasında tutuşmuştur; bu, yüklü bir kişiden çıkan bir kıvılcımın ulaşabildiği bir aralıktır. Tutuşma hassasiyetini St sınıfı değil, minimum tutuşma enerjisi ve tutuşma sıcaklıkları tanımlar.
• Tesisteki türbülans test türbülansı değildir. Kst standartlaştırılmış türbülans altında ölçülür. Bir binada basınç dalgası ve engeller alevi hızlandırabilir.
• Koruma yine de gereklidir. St 1 tozları için patlama tahliyesi, bastırma ve izolasyon tasarımları daha küçüktür, ama yok değildir. Örneğin HSE'nin kovalı elevatörlere ilişkin kılavuzu, Kst'si 150'ye kadar olan tozlar için basit bir tahliye düzeni verir ve yine de tahliye panelleri ister.

Sık yapılan hatalar

• "St 1"i "zayıf patlayıcı, dolayısıyla düşük risk" olarak okumak. CSB raporundaki tablonun St 1'e verdiği "zayıf patlama" gibi etiketler yalnızca basınç artış hızını tanımlar.
• Toz St 1 olduğu için temizliği ihmal etmek. Çökelmiş St 1 tozu, diğer her toz gibi aynı ikincil patlamaları besler.
• Bir tedarikçinin St sınıfını farklı bir ürün kalitesi veya filtre ince kısmı için kullanmak, numunenin temsili olup olmadığını kontrol etmeden.

excodex'te ilgili yazılar

• Toz patlama parametrelerinin açıklaması: Kst, Pmax, St sınıfları, MIE ve minimum tutuşma sıcaklıkları
• Toz tabakaları ve temizlik: ne kadar kalınlık fazladır?
• Kst ve Pmax bir toz patlaması hakkında ne söyler?
• İkincil toz patlaması neden genellikle ilkinden daha yıkıcıdır?
• 2008'deki Port Wentworth şeker rafinerisi patlamasına ne sebep oldu?

Standartlar ve ek kaynaklar

• EN 14034-1 ve EN 14034-2, toz bulutlarının maksimum patlama basıncının ve maksimum basınç artış hızının belirlenmesi; ASTM E1226, karşılık gelen ABD yöntemi.
• EN 14491 ve NFPA 68, patlama tahliyesi (tahliye alanı Kst ve Pmax'a bağlıdır).
• IFA, GESTIS-DUST-EX'teki toz patlama sınıflarının açıklaması: staubex.ifa.dguv.de ve buğday unu, pancar şekeri, mısır nişastası ve linyit için numune kayıtları (örneğin buğday unu)
• HSE, HSG103 Safe handling of combustible dusts (buğday unu için Kst verileri, kovalı elevatörlerin tahliyesi): hse.gov.uk (PDF)
• NOAA, endişe verici aşırı basınç seviyeleri (hasar tablosu): response.restoration.noaa.gov
• ABD Kimyasal Güvenlik Kurulu, Port Wentworth şeker rafinerisi inceleme raporu (şeker test verileri, Kst sınıfları): csb.gov (PDF) ve nihai rapor basın duyurusu: csb.gov
• OSHA, endüstride yanıcı toz (ikincil patlamalar): osha.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.