inleiding ATEX2018-03-14T18:03:33+00:00

Inhoudsopgave

Wat is de ATEX-richtlijn?
Explosieveiligheid
Operationele ontstekingsbronnen
Theorie stofexplosie
Wat houdt de ATEX-richtlijn in?
Preventieve maatregelen
Constructieve beschermingsmaatregelen
Secundaire stofexplosies
Wat verandert er door de ATEX-richtlijn?
Triviale ontstekingsbronnen
Stortgoed en explosiegevaar
Het verschijnsel van een stofexplosie

Wat is de ATEX-richtlijn?

ATEX is afgeleid van het Franse “ATmosphère EXplosible”. De term ATEX is gegeven aan twee nieuwe Europese richtlijnen die te maken hebben met explosieveiligheid, ATEX 95 (94/9/EG) en de ATEX 137 (99/92/EG). De grootste wijziging ten opzichte van de oude richtlijn (ATEX 100) is dat ATEX niet alleen in gasexplosiegevaarlijke omgevingen van toepassing is maar nu ook in stofexplosiegevaarlijke omgevingen.

Hoewel de richtlijnen zijn ingegaan op 1 maart 1996, zijn deze sinds 1 juli 2003 van kracht in Nederland. Dat houdt in dat alle nieuwe installaties en gebouwen in overeenstemming moeten zijn met de Europese richtlijnen ATEX 95 en ATEX 137. Voor bestaande installaties geldt een  overgangsregeling tot 1 juli 2006.

De ATEX 137 richtlijn is in de Nederlandse wetgeving geïmplementeerd in het arbeidsomstandighedenbesluit (ARB0) en de ATEX 95 is geïmplementeerd in het Besluit Explosiegevaarlijk materieel.

  • Richtlijn 1999/92/EG (ATEX 137): minimumvoorschriften ter bescherming van de gezondheid en veiligheid van werknemers in een explosiegevaarlijke omgeving.
  • Richtlijn 94/9/EG (ATEX 95) : eisen aan apparaten en beveiligingssystemen in een explosiegevaarlijke omgeving.

Wat houdt de ATEX-richtlijn in?

In deze richtlijn zijn de eisen opgenomen voor apparaten en beveiligingssystemen voor plaatsen waar gevaar voor gas- damp- en/of stofexplosies kunnen voorkomen. In het algemeen wordt onterecht gedacht dat apparaten slechts preventief moeten worden beveiligd. De ATEX-richtlijn schrijft voor dat men zich tegen een explosie moet beveiligen om ook de schadelijke gevolgen te beperken.

Wat verandert er door de ATEX-richtlijn?

In het kort kunnen de hoofdpunten worden samengevat:

  • Niet alleen voorkomen maar ook beperken van schadelijke gevolgen door een explosie;
  • Niet alleen van toepassing voor gas-, damp- en nevelontploffingsgevaar, maar ook voor stofexplosies;
  • Niet alleen voor elektrisch materieel maar ook voor mechanisch, pneumatisch, hydraulisch en overig materieel;
  • Overeenstemming was optioneel, nationaal afwijkende eisen werden toegestaan. Dankzij totale harmonisatie is nu overeenstemming verplicht, dus een richtlijn;
  • Niet alleen een indeling voor elektrisch materieel in groepen, maar een apparatenindeling in groepen en categorieën met verschillende beschermingsniveaus;
  • Vervanging van onduidelijke zone-indeling voor vaste stoffen en poeders door een nieuwe indeling, onderverdeeld in zones 20, 21 en 22;
  • Procedurebeoordeling van overeenstemming werd gedaan door een nationaal erkende instantie, nu door een EU aangemelde instantie;
  • Volstaan werd met de markering ‘Epsilon x’ in een zeskant, nu is deze markering ook in de stofverwerkende industrie verplicht.

Explosieveiligheid

Stofexplosies vinden regelmatig plaats in Nederland. Zo’n 80% van alle (industrieel) verwerkte stortgoederen is brandbaar en vormt daarom een explosierisico. Dodelijke slachtoffers zijn hierbij in Nederland nog nooit gevallen. Stofexplosies vormen vooral een risico voor de werknemers en brandweermensen. Het is voornamelijk een probleem van arbeidsveiligheid, veel minder een veiligheidsprobleem voor de burgers in de omgeving (mits het bedrijf op voldoende afstand van de woonhuizen ligt). Stofexplosies kunnen een verwoestende uitwerking hebben op de installaties en gebouwen op het bedrijfsterrein waar de explosie plaatsvindt. Preventieve en constructieve beschermings- maatregelen kunnen de schade beperken. Enkele voorbeelden van typen bedrijven waar stofexplosies kunnen plaatsvinden zijn:

  • Graanoverslagbedrijven;
  • Bedrijven die gewasbeschermingsmiddelen maken;
  • Kunststofverwerkende bedrijven;
  • Mengvoederbedrijven;
  • Meubelfabrieken;
  • Papierverwerkingsbedrijven;
  • Suikerfabrieken;
  • Textielverwerkingsbedrijven;
  • Zetmeelverwerkingsbedrijven;
  • Zuivelfabrieken

Een explosie is in beginsel een snelle verbranding. Een stofexplosie wordt gevormd als fijn verdeeld (brandbaar) stof, goed gemengd met lucht, wordt ontstoken. Een explosie kan zich dus alleen voordoen als alle elementen van de zogeheten branddriehoek tegelijkertijd aanwezig zijn: brandstof, zuurstof en een ontbrandingstemperatuur (ontstekingsbron). Bij een stofexplosie gaat het meestal om een poeder, zuurstof en bijvoorbeeld een vonk of een heet oppervlak. Als de explosie plaatsvindt in een gesloten ruimte (bijv. in een silo) neemt de druk toe, waardoor de ruimte kan bezwijken. Bij stofexplosies kan de druk in een gesloten ruimte oplopen tot zo’n 8 à 11 bar, afhankelijk van het type stof. In het algemeen zijn brandbare poeders explosiegevaarlijk als voldaan is aan de volgende voorwaarden:

  • Deeltjesgrootte kleiner dan 0,5 mm;
  • Laag vochtgehalte (stof afhankelijk);
  • Stofconcentratie die groter is dan circa 30 g/m3;
  • Explosie-eigenschappen van de stof.

Om te komen tot de juiste preventieve en/of constructieve beschermingsmaatregelen dient men de stofexplosie-eigenschappen van de betreffende stof te kennen. Het gaat dan om eigenschappen zoals:

  • Explosiegrenzen en met name de Lower Explosion Limit (LEL);
  • Zuurstofgrensconcentratie;
  • Minimale Ontstekingsenergie (MOE);
  • Smeultemperatuur, de maximale temperatuur van een heet oppervlak moet minstens 75ºC onder de smeultemperatuur liggen van het stof;
  • Minimale Ontstekingstemperatuur (MOT), bij hete oppervlakken mag de temperatuur niet hoger worden dan 2/3 van de MOT (temperatuur waarbij een stofwolk tot ontsteking komt);
  • Maximale explosie-overdruk (Pmax);
  • Stofexplosieconstante (KSt);
  • Glimtemperatuur (temperatuur waarbij een 5 mm dikke stoflaag tot ontsteking komt);
  • Geleidend vermogen van de stof, elektrisch of niet elektrisch

Preventieve maatregelen

Voorkomen is beter dan genezen. De eerste zorg is daarom het nemen van preventieve maatregelen. Deze zijn erop gericht het ontstaan van een explosief mengsel te voorkomen door zoveel mogelijk elementen uit de branddriehoek uit te schakelen.

De vorming van een poeder/lucht-mengsel kan men tegengaan met maatregelen, zoals stofdichte uitvoering van apparatuur, lokale afzuiging van vrijkomend stof, vermijding van horizontale oppervlakken waarop zich stof kan afzetten en ‘good housekeeping’.
Je ziet in de onderstaande grafiek de drie categorieën waar stoffen ingedeeld kunnen worden. Het vermijden van een dik afgezette stoflaag is belangrijk, hoe groter de laagdikte van een stof hoe sneller het zal ontsteken bij een lagere temperatuur. Bij alle drie de categorieën is een veiligheidsmarge tot 5 mm van: de smeultemperatuur minus 75 ° C of 2/3 van de minimumontstekingstemperatuur. Wanneer de smeultemperatuur bij een laagdikte van 5mm kleiner dan 250 C blijkt te zijn dan is er een onderzoek nodig door een research center.

Als het niet mogelijk blijkt om het ontstaan van poeder/lucht-mengsels geheel uit te sluiten, dient men de aanwezigheid van ontstekingsbronnen zoveel mogelijk te beperken. Er zijn twee typen ontstekingsbronnen: triviale ontstekingsbronnen(zoals lassen, snijden en branden) en operationele ontstekingsbronnen (zoals productieapparatuur).

Triviale ontstekingsbronnen

De risico’s van triviale ontstekingsbronnen kunnen worden beperkt door de volgende maatregelen, die meestal in werkvoorschriften zijn vastgelegd:

  • Verwijdering of afscherming van brandbare stoffen in de omgeving van de werkzaamheden;
  • Stopzetting van aanvoer van brandbare stoffen (uitschakelen van transporteurs);
  • Goed onderhoud van de apparaten;
  • Directe aanwezigheid van en bekendheid met blusmiddelen;
  • Rookverbod in een omgeving met explosiegevaar.

Operationele ontstekingsbronnen

Operationele ontstekingsbronnen betreffen niet alleen apparaten die bij normaal bedrijf een risico vormen, maar ook systemen die in principe onverdacht zijn en onder bijzondere omstandigheden een risico opleveren. Zo kan een aanlopende transportband een ontstekingsbron vormen, bijvoorbeeld door wrijving. Afhankelijk van de ontstekingsenergie kan het een potentieel gevaar vormen in stofomgevingen. Om de risico’s van operationele ontstekingsbronnen te beperken dient men te kijken/waken voor de volgende zaken:

Hete, gloeiende oppervlakten en open vuur kunnen ontstaan door het lassen en snijden, gloeilampen, wrijving (lagers, elevatorbanden, slippende v-snaren), broei, roken, enz.

Vonken zijn elektrisch of mechanisch van aard. Elektrische vonken kunnen veroorzaakt worden door bijvoorbeeld vonkende motoren, schakelaars, slechte contacten of verbindingen, statische elektriciteit enz. Mechanische vonken zijn kleine metaaldeeltjes, die door mechanisch krachten zijn losgescheurd en daardoor zijn gaan gloeien. Enkele voorbeelden van mechanische vonken zijn: slijpen, aanlopers, losgeraakte delen (bouten of moeren, kunnen door wrijving tot een ontsteking leiden), enz.

De risico’s van elektrische apparatuur kunnen worden beperkt door stofdichte uitvoeringen in te zetten en te letten op de maximale temperatuur van het oppervlak van het apparaat (de T-klasse).

Apparatuur die aanleiding kan geven tot statische elektriciteit dient te worden geaard. Bovendien dient men de oplading van stof te vermijden. Je hebt verschillende vormen van statische elektriciteit, bijvoorbeeld: corona-, borstel-, kegel-, vonk ontladingen.

Exotherme chemische reacties vormen een potentiële ontstekingbron. Enkele preventieve maatregelen zijn een efficiënte koeling en een bewaking met behulp van temperatuur- en CO-metingen.

Constructieve beschermingsmaatregelen

Wanneer alle preventieve maatregelen zijn genomen en desondanks een explosierisico blijft bestaan, dient men constructieve beschermingsmaatregelen te nemen. Is er toch een explosie, dan onmiddellijk stoppen met de bezigheid en het effect beperken. Deze maatregelen richten zich op de bescherming tegen de gevolgen van een explosie. Men kan dan denken aan:

Het toepassen van apparatuur die een explosie kan doorstaan.

Hierbij wordt de druk ontlast via een opening, bijvoorbeeld door het toepassen van breekplaten in apparatuur. Hierbij voorziet men een apparaat doelbewust van een zwakke plek. Bij een explosie wordt de breekplaat aangesproken, waardoor de druk wordt ontlast via de ontstaneopening. Het mag duidelijk zijn dat deze ontlasting niet kan plaatsvinden in gesloten ruimten, aangezien het gepaard gaat met steekvlammen en de uitstroom van hete gassen. Deze verschijnselen kunnen vervolgens op zich weer een ontstekingsbron worden voor stofafzettingen buiten het apparaat.

Onder compartimentering ofwel explosie-isolatie wordt verstaan: het op een mechanische of chemische manier voorkomen dat een explosie zich verder kan uitbreiden van het ene naar het andere apparaat. Door de explosie te isoleren wordt het effect beperkt tot dat deel van de installatie waarin de explosie begint. Explosiebescherming is dikwijls een combinatie van compartimentering met explosiedrukontlasting ofandere beveiligingstechnieken. Enkele middelen hiervoor zijn vlamdovers en snelsluitkleppen.

Het is mogelijk om de maximale explosieoverdruk te reduceren door het inblazen van een blusmiddel zodra een explosie in een apparaat wordt gedetecteerd. Het doel is om de explosieoverdruk beneden de bezwijkdruk van het apparaat te houden.

Exotherme chemische reacties vormen een potentiële ontstekingbron. Enkele preventieve maatregelen zijn een efficiënte koeling en een bewaking met behulp van temperatuur- en CO-metingen.

Stortgoed en explosiegevaar

Veel stortgoed in de industrie is brandbaar en daardoor in principe explosief. Vrijwel elk stortgoed bevat een fractie fijn stof en in bedrijven waar stortgoed wordt verwerkt en getransporteerd, is daarom het risico van een stofexplosie steeds reëel aanwezig. Eén vonk, een plaatselijke verhitting of een drukverhoging in een brandbaar stof-luchtmengsel kan voldoende energie overdragen om stofdeeltjes te doen ontbranden.

Stofexplosies gebeuren vrijwel altijd op momenten die afwijken van de normale procescondities. Bijvoorbeeld bij het opstarten of stopzetten van een proces, bij het aanlopen van een machine en tijdens of na onderhouds- en reparatiewerkzaamheden. Vaak is de explosie relatief gering met weinig schade, maar soms ook zeer hevig en met catastrofale gevolgen.

Theorie stofexplosie

Een stofexplosie is een zeer snelle verbranding van een stofwolk ofwel een stof-luchtmengsel. Die snelle verbranding is mogelijk doordat de stofdeeltjes vaak uiterst klein zijn (< 0,1 mm) en doordat stof en lucht optimaal zijn gemengd. De verbranding gaat vervolgens door totdat ofwel de zuurstof ofwel de brandstof op raakt.

In het begin is de snelheid van een stofexplosie meestal relatief laag -enkele meters per seconde – maar deze snelheid kan gedurende de verbranding snel (deflagratie) oplopen tot wel 100 m/s (explosiesnelheid). Voorwaarde daarbij is dat er steeds meer brandstof voor de explosie ontstaat. Vaak zorgen al aanwezige luchtturbulenties (snelle luchtstroming) voor stofwolken. Deze turbulenties ontstaan door transport of bewerking van stortgoed. Maar van grotere invloed is de extra turbulentie die wordt veroorzaakt door de explosie of door hete gassen die uitzetten. Onder ‘optimale’ omstandigheden kan in leidingen zelfs een explosiesnelheid worden gehaald van enkele kilometers per seconde.

Secundaire stofexplosies

Een stofexplosie lijkt op een gasexplosie, maar is vaak veel krachtiger. Dit heeft in het bijzonder te maken met het optreden van secundaire stofexplosies. De primaire veelal wat lichtere stofexplosie, wervelt ander stof op tot een nieuwe, explosieve stofwolk. Het gevolg is een kettingreactie, waarbij de opvolgende secundaire stofexplosies meestal veel groter zijn dan de primaire stofexplosie. De secundaire stofexplosies kunnen zo met hoge snelheid door een heel gebouw razen. We zien de desastreuze gevolgen hiervan vaak bij bedrijven waar overal stof ligt, zoals meel-, graanopslag- en overslagbedrijven. Een primaire explosie in één van de silo’s van een galerij uiteindelijk kan leiden tot een grote explosie elders.

Het verschijnsel van een stofexplosie

Ten opzichte van een gasexplosie is een stofexplosie een stuk gecompliceerder. Wanneer in een fabrieksomgeving onopgemerkt stof ligt te broeien en een deur opengaat, ontstaat er een luchtstroom door de ruimte. Het stof dwarrelt hierdoor op, waarna er een stofwolk in een explosieve  er houding kan ontstaan. De ’onschuldige’ broei komt vrij te liggen en ontsteekt de stofwolk, waarna een zogenaamde primaire stofexplosie ontstaat. De drukgolf van deze primaire explosie doet het stof in andere ruimten opdwarrelen waardoor ook hier nieuwe, secundaire explosies ontstaan. Een stofexplosie is hierdoor in staat zich door een heel bedrijf voort te planten, met alle gevolgen van dien.

In tegenstelling tot de explosiebeveiliging in een gashoudende omgeving  dient er bij stof rekening gehouden te worden met het feit dat:

  • Stof niet vervluchtigt maar zich in een steeds dikker wordende laag afzet;
  • Stof-explosiebeveiliging heel sterk afhangt van de gebruiksomstandigheden.

Een ontsteekbare gasomgeving kan door krachtig ventileren zo ver verdund worden dat er geen explosiegevaar meer bestaat. Gebruikt men eenzelfde proces bij stofafzettingen, dan worden deze zo opgewaaid en verdeeld dat hierdoor weer een extra gevarenbron ontstaat. De stoflagen bemoeilijken de koeling van apparatuur en vormen zodoende een extra risico. Dat betekent dat het bij stofexplosiebeveiliging beslist noodzakelijk is de betreffende apparaten regelmatig te reinigen. Ook vanuit deze overweging dient voor voldoende veiligheid gekozen te worden.