Inleiding

Vele bedrijven in België en Nederland beschikken over een eigen (R&D-) labo. De intrinsieke chemische gevaren van producten zijn meestal goed gekend. De relatief recente modernisering van deze materie, namelijk de invoering van REACH, heeft zeker bijgedragen aan een beter begrip hieromtrent.

 Een risico dat echter regelmatig onderschat wordt, is de vorming van een explosie-gevaarlijke atmosfeer en de gevolgen na ontsteking ervan. Wanneer gewerkt wordt met brandbare, vluchtige producten, moet hier de nodige aandacht aan gegeven worden. In productie-installaties en procesapparatuur is deze oefening meestal wel gemaakt, maar voor het labo echter in veel gevallen niet.

 ISMA tracht steeds op een pragmatische wijze installaties en situaties te beoordelen en enkel zinvolle beheersmaatregelen voor te schrijven. In dit artikel wordt op een praktische wijze de noodzaak tot zonering en beveiliging van bepaalde labo-gerelateerde equipment onderzocht, zodanig dat de lezer eenvoudig kan nagaan of er in zijn/haar bedrijf extra maatregelen nodig zouden zijn.

 Chemie-kasten/Chemiekluis

Vraag: Als ik een beperkte opslag van ontvlambare vloeistoffen heb, en deze worden allemaal opgeslagen in een conforme chemiekluis, is er voor die ruimte dan nog een EVD en/of zoneringsdossier nodig?

Antwoord: ATEX 153, de sociale richtlijn, stelt dat men als bedrijf verplicht is tot opstellen van een EVD met zoneringsdossier, wanneer brandbare producten worden gebruikt. Het gevolg is dat de werkgever genoodzaakt is tot het uitvoeren van een risicoanalyse, en om deze risicoanalyse correct te doen, dient men te zoneren. Een zoneringsverslag is aldus een onmisbaar deel van een EVD, en dus ook een wettelijke verplichting. 

 De eerste vraag die zich aandient, luidt: Wordt er met brandbare vloeistoffen gewerkt? Hier wordt gebruik gemaakt van het vlampunt, en in België en Nederland ligt de grens op 45°C. Daarboven wordt meestal niet gezoneerd. (Indien op kamertemperatuur wordt gewerkt). Laten we ervan uitgaan dat het vlampunt onder deze temperatuur ligt.

 De tweede vraag wordt dan: hoe doe ik de risicoanalyse op zo’n chemiekast? Wel, voor inspiratie tot zoneren kan de NPR7910-1 geraadpleegd worden, maar dit is zeer moeilijk toepasbaar op deze situatie. Want wat is nu de kans op lekken van zo’n fles met product, en hoeveel zou er dan ontsnappen? Het is moeilijk om dit te kwantificeren en dus een mogelijke zone daaromtrent te definiëren.  

 In dit geval is de vraag beter: is het volledig uitgesloten dat een fles begint te lekken? Anders gesteld: “Wat is de kans op de vorming van een explosief mengsel?” Dit is namelijk de definitie van zoneren. 

 Wanneer uitsluitend met ONGEOPENDE UN-gekeurde verpakkingen wordt gewerkt, mag de mogelijkheid op lekken uitgesloten worden. Echter, een chemiekast wordt vaak gebruikt voor stockage van flessen waaruit dan wordt afgevuld in kleinere recipiënten. En wanneer een UN-gekeurde verpakking is geopend, vervalt de UN-keuring.

 Een andere richtlijn waaronder men zou kunnen terugvallen is het LQ-verpakkingsregime (limited quantities), kleiner dan 5 liter. Echter, LQ vereist een dubbele verpakking, en zal hier ook hoogstwaarschijnlijk dan ook niet van toepassing zijn.

 Bovenstaande geeft aan dat het heel moeilijk wordt om lekken helemáál, met 100% zekerheid, uit te sluiten. Het lijkt immers waarschijnlijker dat er eens een fles in wordt geplaatst die niet goed afgesloten is, of nog erger: een verpakking met een ontluchtingsventiel. Nog steeds niet overtuigd?: steek je de neus eens in de chemiekast. Waarschijnlijk zal U dan ruiken dat het vrijkomen van stoffen niet ondenkbaar is. Men spreekt daarom ook over een secundaire gevarenbron, i.e. het vrijkomen is onwaarschijnlijk, of minder dan 10 uur per jaar.

 Het gevolg is dus dat er dient gezoneerd te worden. Wanneer het verhaal van een secundaire gevarenbron wordt aanhouden, dan betekent dit een zone 2 in de kast. Dit is realistisch wanneer de kast beschikt over ventilatie. De reden dat het met ventilatie nog steeds een zone 2 blijft, is dat de ventilatie kan uitvallen, en daardoor dampen kunnen ophopen. Indien niet geventileerd wordt, zou hier zelfs een zone 1 nodig zijn, met buiten de kast een zone 2 op een afstand van 1m. Bedenk maar eens dat een fles brandbaar product een hele nacht heeft liggen lekken, en dat ’s ochtends de deur wordt opengedaan. Door de aanwezigheid van een ontstekingsbron in de nabijheid van de kast, is dan een potentieel risico. Het definiëren van een zone 2, met bijhorende maatregelen, zal dit risico beheersbaar maken.

 Zoals hierboven reeds kort aangestipt: wanneer de zonering is uitgevoerd, moet er gekeken worden naar de ontstekingsbronnen. Om na te gaan of het explosief mengsel kan worden ontstoken, moet men overlopen welke ontstekingsbronnen in deze kast aanwezig (kunnen) zijn. (Lamp, elektrische pomp, andere elektronica, enz.…). De toestellen die in een zone staan, dienen hiervoor geschikt te zijn door een middel van een ATEX-certificering. Vaak wordt dan echter een vruchteloze zoektocht gestart naar een ATEX-gecertifieerde kast. Echter, een ATEX gecertifeerde-chemiekast zal men niet vinden. Waarom niet? Wel, een kast is volgens ATEX 114 (het economische broertje van ATEX 153), geen apparaat. De reden dat de kast geen apparaat is: Een kast heeft geen eigen energiebron. (evenzeer zal men ook geen ATEX gecertificeerde silo of een ATEX gecertificeerde deur vinden). Hang je echter een lamp in de kast, dient deze dus wel conform te zijn aan de voorheen bepaalde zone.

 Wat betreft de ruimte waar deze kast instaat, dient een analoge oefening te worden gemaakt. Is de kans op een explosief mengsel bestaande? ISMA adviseert hier volgende aanpak:

Indien ventilatie aanwezig is in de kast dient uitwendig geen zone gedefinieerd te worden. De kans op uitvallen van de ventilatie gedurende lange tijd, én tegelijk met opbouw van een explosieve atmosfeer binnenin, én het naar buiten lekken door de deuren die geconstrueerd zijn om gevaarlijke dampen binnen te houden; is verwaarloosbaar.

Indien geen ventilatie aanwezig, dient buiten de kast een zone 2 gedefinieerd te worden, met een afstand van 1m. Deze zone dient ook naar boven toe beschouwd te worden.

 Zuurkasten/trekkasten

 Vraag: Ik werk met ontvlambare producten, moet ik nu een explosie-veilige zuurkast aanschaffen?

Bovenstaande vraag is niet geheel onterecht, en een logische reflex. Een explosie in een zuurkast is jammer genoeg geen zeldzaam fenomeen, en de grote kans op nabijheid van een werknemer vergroot de mogelijke gevolgen drastisch.

 Er zijn echter behoorlijk wat misvattingen omtrent dit onderwerp. De belangrijkste misvatting is “dat een explosie-veilige zuurkast gebouwd zou zijn om de gevolgen van een explosie te beperken.” De druk bij een (gas)-explosie kan stijgen tot enkele bar, en met zulke drukken zal zelfs veiligheidsglas gevaarlijke projectielen vormen. Het enige wat een explosie-veilige zuurkast doet, is geen éxtra ontstekingsbronnen introduceren.

 Nog een misvatting: “De ventilator van de zuurkast moet ATEX-zijn, want er wordt gebruik gemaakt van een brandbaar product in de zuurkast.”  Wanneer de zuurkast correct gebruikt wordt, ligt het ventilatievoud in deze ruimte zo hoog, dat de kans op een explosief mengsel in de meeste gevallen verwaarloosbaar klein is. De gevormde brandbare gassen komen maar beperkt vrij. Denk bijvoorbeeld aan een destillatie-opstelling, waarbij er een lek is voor de koeler of een onderbreking in het koelwater. Daarentegen: Het uitgieten van een fles met brandbaar product in de zuurkast is geen te verwachten praktijk, en een grove overschatting van de potentiële lekbron.

 Samengevat: het werken met brandbare producten, betekent niet automatisch een reden om te gaan kijken naar explosie-veilige zuurkasten. Aan de binnenzijde van standaard zuurkasten worden reeds standaard geen elektrische componenten voorzien, de verlichting is afgeschermd door een dik stuk veiligheidsglas, schakelaars staan steeds aan de buitenzijde, en alle bekabeling zit in de dubbele wand, afgeschermd van de ruimte van de zuurkast. Op het moment dat een brandbaar gas tot aan de ventilator komt, is dit reeds zodanig verdund dat de concentratie ver onder de LEL zit.

 Hoe komt het dan dat er toch regelmatig ongelukken gebeuren? Het antwoord moet niet gezocht worden in de zuurkast zelf, maar aan de buitenzijde: de gebruiker zelf, en het gebrek aan opleiding met betrekking tot de specifieke risico’s omtrent explosies. Hieronder worden enkele veelgemaakte fouten opgesomd.

 Oorzaak 1: Explosies veroorzaakt door een chemische reactie.

ATEX heeft geen betrekking op explosies door chemische reacties. Dus wanneer een chemische reactie zoveel druk creëert dat dit tot een explosie leidt, zal een explosie-veilige zuurkast hier niets aan veranderen. Wanneer deze oorzaak niet met zekerheid valt uit te sluiten, dient overwogen te worden om het reactievat voldoende zwak te maken, of te voorzien van een zwak punt. Op deze manier zal de resulterende druk kunnen tegengehouden worden door de beschermingswand van de zuurkast. Indien de druk in een reactievat niet gegarandeerd laag kan gehouden worden, dienen extra maatregelen genomen te worden, en mag niet vertrouwd worden op de sterkte van de zuurkast. 

 Oorzaak 2: Introduceren van ontstekingsbronnen

Zoals eerder gesteld, is te verwachten dat de concentratie aan brandbare gassen voldoende is gedaald, wanneer deze gasstroom tot aan de extractie komt. Dit geldt echter niet persé voor de concentratie van brandbare gassen ter hoogte van het werkvlak van de zuurkast! Veelal zijn hier toestellen te vinden die hier niet thuishoren, bijvoorbeeld verwarmingsplaten, roertoestellen, enz…, en zijn deze niet ATEX-gecertificeerd. Deze kunnen dus dienen als ontstekingsbron, en het vast opstellen van deze toestellen in een zuurkast moet met de nodige risicoanalyse gepaard gaan, en werknemers moeten zich bewust zijn van de gevaren hieromtrent. Specifieke aandacht moet ook gaan naar flexibele, verplaatsbare afzuigmonden om zeer gericht af te zuigen. De combinatie van metaal en plastics met een voortdurende flow van lucht, zorgt ervoor dat deze sterk kunnen opladen en krachtige vonkontladingen kunnen veroorzaken. Vergewis u daarom steeds van een correcte en afdoende equipotentiaalverbinding en aarding van deze onderdelen.

 Oorzaak 3: Introduceren van andere voorwerpen in de zuurkast.

De luchtflow in een zuurkast is verzekerd wanneer de mobiele wand in neergelaten toestand is, en wanneer deze luchtflow vrij kan bewegen. Veelal wordt een zuurkast echter gebruikt als mini-magazijn voor flessen met brandbaar of toxisch product. Deze praktijk belemmert de voorziene luchtflow, en kan zelfs dode zones creëren. Een secundaire lek, zoals een niet goed sluitende fles, zal nu leiden tot ophoping en de vorming van een explosief mengsel tot gevolg, met alle risico’s vandien. In labo’s die niet 24/7 bemand worden, worden daarenboven de zuurkasten weleens uitgeschakeld gedurende het weekend. Deze praktijk combineren met de opslag van ontvlambaar product is uiteraard ontoelaatbaar. Samenvattend het advies: Plaats in een zuurkast enkel de zaken die nodig zijn voor het experiment, vooral wanneer gewerkt wordt met (licht-) ontvlambare producten.

 Aanvullend: De voorschriften voor zuurkasten staan beschreven in de norm EN 14175, en werden vertaald in de praktijkrichtlijn NPR 4500. Hierin staat een handige checklist om periodiek de zuurkast te controleren op correcte werking, en de manier waarop deze controle dient te gebeuren. Een correct onderhouden zuurkast is uiteraard één van de basisvereisten voor veilig werken.

 Conclusie

In bovenstaande tekst werden twee praktische problemen uitgewerkt, geïnspireerd door vragen en vaststellingen die ISMA regelmatig voorgeschoteld krijgt vanuit labo’s in het bedrijfsleven.

 Aan de hand van deze tekst, kan u eenvoudig nagaan of er in uw bedrijf een mogelijkheid is tot verbetering op deze vlakken.

Wetgeving

In dit artikel is niet altijd rechtstreeks verwezen naar wetgeving of normen. De systematiek zoals besproken, wordt echter wel ondersteund door de ATEX-wetgeving en bijhorende normen.

 Tot slot

Dit artikel behandelt zeker niet alle mogelijke explosiegevaren in een labo-omgeving, maar werkt enkel twee vaak voorkomende voorbeelden uit. Wanneer u echter vragen hebt over een specifieke toepassing, kan ISMA u daar steeds in adviseren.

The corona crisis has had a profound impact on our way of working and thinking. Much more attention is being paid to the way of working than in the past, and business processes and operations are being scrutinized more closely.

Companies understand more than ever that they have to arm themselves against unplanned setbacks. Safeguarding valuable assets has gained tremendously in importance.

Few events can hit a company as hard as a fire or explosion. In times when investments have to give way to securing continuity, ISMA is happy to assist you in our typically pragmatic way. Our extensive process knowledge, combined with a broad, scientific basis in the matter of dust and gas explosions, will help you to protect what is really important: your employees and your installations.

Many risk analyses and consulting assignments can be carried out remotely, and with the help of modern communication tools, can be worked out in a corona-proof manner. If an on-site visit is required nevertheless, meeting time is reduced to a minimum and maximum use is made of visits to the installations themselves.

In this way, more than 100 companies and installations have already been screened this year, ranging from machine builders and food companies to major players in the (petro)-chemistry.  If you have a question about explosion protection, if you work with flammable substances or if you can no longer see the forest for the trees regarding ATEX regulations, please feel free to contact us and together we will see what we can do for you.

Michel Vandeweyer
Explosion Safety Consultant

RISKS OF DUST LAYERS

risks of dust layers

Introduction

There is some confusion about the hazards of dust deposits, especially surrounding installations, within buildings. It is generally known that such deposits create a hazard of secondary explosions: if there is an explosion inside equipment that is not well protected, the flame jet (in combination with the air flow and pressure wave) from this primary explosion may blow up such deposits and cause secondary dust explosions.

However, if equipment is well protected (for example explosion venting into open air, with adequate explosion isolation and no leaks), it could be argued that there is no risk for such secondary explosions and no measures regarding dust explosion prevention would be required in a dusty room. Such measures include ATEX zoning and the use of ATEX certified equipment within the zoned areas.

At first, this publication will present the current legislation and guidance with respect to zoning when there are dust deposits. Next, the hazards of dust deposits will be evaluated. Finally, the characteristics that are relevant for dust layers will be discussed.

Zoning

The European directive 1999/92/EC (ATEX 137) provides the definitions of zones in Annex I. Concerning dust layers following is stated: Layers, deposits and heaps of combustible dust must be considered as any other source which can form an explosive atmosphere.

According to this directive, therefore, it should be evaluated if it is possible that dust layers could create dust clouds. In general, for dust layers on floors, this is most unlikely. If air currents are not to be expected, it might even be excluded and no zoning would be required. For dust layers on high surfaces (on ducting, cable trays, beams), the situation is different. Especially very thick layers may easily fall down and create a dust cloud, for example due to vibrations or impact.

It is important to note that zoning, according to ATEX 137, is based on normal operation. This means that secondary explosions, which are created by primary explosions blowing up and igniting dust layers, are not taken into account. This might be confusing, because it is generally accepted that such secondary explosions are an important risk of dust layers. However, the purpose of defining zones is to allow the adequate choice of equipment that is installed in such zones, see annex IIB of ATEX 137. Since the choice of equipment in dusty areas has no effect on the probability of such secondary explosions, it does not influence the zoning.

A very important requirement in ATEX 137 is the risk assessment. This risk assessment should take into account the scale of the anticipated effects (see article 4) which of course includes the probability of secondary explosions.

The IEC standard on dust zoning (IEC 60079-10-2:2009) has exactly the same approach: dust layers need to be taken into account as possible sources of dust clouds. In annex B the hazard that dust layers are ignited is discussed.

Since such an approach (determine for each dust source, including dust layers, the likelihood that an explosive atmosphere is created) is rather complicated and very time consuming, several guidelines were developed providing a practical approach. The Dutch NPR7910-2:2010 is widely used (also outside the Netherlands). This guideline is very strict on dust layers:

• Dust layers are non-negligible if the thickness is > 0,1 mm.
• If layers (> 0,1 mm) are present for > 8 hours (uninterrupted) a zone 21 is defined. Below 8 hours there is a zone 22.

This approach is often criticized as being too conservative: obviously NPR assumes that any dust layer can easily result into a dust cloud.  However, it needs to be noted that, if one wants to prevent a complicated analysis and use simplified guidance, this usually means that such a simplified approach is conservative, to prevent it is unsafe. Since it is merely a guideline, it is of course allowed to deviate from this approach, if supported by a well-founded analysis.

The layer thickness of 0,1 mm is also sometimes considered as being very conservative. Therefore, following indicative estimation is given. Assume there is a dusty room, with a height of 3 m. The dust involved has a specific weight of 1000 kg/m³ and a LEL of 30 g/m³. If the whole floor is covered with a layer of dust of uniform thickness, a thickness of 0,09 mm is already sufficient to enable formation of a uniform dust cloud in the whole room with a concentration at the LEL. If there is frequent cleaning and there is no dust on the floor, but only on cable trays, piping and beams which have (as an example) an overall surface area of 1 % of the floor area, the required thickness to enable a dust cloud at the LEL would be 9 mm. Deposits with lower thicknesses, or local dust deposits only, might not be able to fill the whole room at LEL, but might still result in local explosive atmospheres. Since the UEL of an average dust is about 1000 times the LEL, it is most unlikely that, in case of dust layer disturbances, a dust cloud is created with a concentration beyond the UEL.

A practical problem, is that, although this NPR is only a guideline, it is sometimes imposed by inspectors. Especially in the Netherlands, SZW (labour inspectorate) requires strictly application of the NPR. Meaning a more sophisticated approach, instead of this very simple approach, is not accepted.

Hazards of dust layers

There are a number of hazards related to dusty buildings, including:

• Secondary dust explosions

A primary explosion might blow up dust deposits, causing a dust cloud which is ignited by the primary explosion.

• Maintenance involving hot work

In case of hot work activities there are usually requirements that the area should be cleaned up to X m around the work place (to prevent dust layers from being ignited). Dust layers that are located far above the work place (e.g. on cable trays), however, are often overlooked. If during the same maintenance, such deposits are very likely to fall down, a hazardous dust cloud at the work place may still be created. This could easily occur if an electrician is removing cables from a cable tray above. Therefore, for such hot work activities, it is especially important that the presence of dust deposits above the work place is taken into account in the risk analysis. The best solution would be a thorough cleaning of the overall building, but this is not always feasible.

• Deposits on hot surfaces

If surface temperatures are sufficiently high, deposits on such surfaces may start smouldering. With instable products decomposition reactions may start, which might also result into very hot, or smouldering, deposits.

• Sparks settling down in dust layers

Deposits of some dusts are rather sensitive to ignition by mechanical sparks. Also electrical or electrostatical sparks might result into smouldering or burning deposits.

• Electrical equipment

Common electrical equipment is not always dust tight. Meaning, in a dusty environment, it has to be taken into account that dust might enter the equipment and create dust deposits. In case of conductive dusts, this might cause a short circuit, which could result into a fire.  But also for non-conductive dusts there are fire hazards: due to the presence of dust, electrical equipment might become overheated (insulation of such equipment by the dust) or dust deposits might be ignited by electrical sparks.

Because of these hazards, it certainly makes sense to apply the conservative method according to NPR7910-2 and require the use of ATEX certified equipment  even if the dust layers are unlikely to cause dust clouds.

Relevant characteristics for dust layers

Most explosion characteristics (explosion limits, Pmax, Kst, MIE, MIT) refer to the hazards of dust clouds. If the considered hazard of the dust layers is the probability that dust clouds are created (under normal conditions or due to a primary explosion) these characteristics are also relevant for dust layers, as potential dust clouds. Otherwise these are not relevant. There also a number of specific characteristics that are relevant for dust layers only and which are very useful in the evaluation of the various hazards mentioned in the previous paragraph:

• Layer Ignition Temperature (LIT)

This is the temperature of a hot surface, covered with a 5 mm dust layer, that is just capable to cause an ignition (smouldering or fire) of this dust layer. It needs to be taken into account that the ignition temperature of dust layers actually depends on the thickness of the dust layers. When dust layers thicker than 5 mm are involved, a hot layer with a temperature below the LIT might still be dangerous. On the other hand, in a very clean installation where layer thicknesses are always far below 5 mm, using the LIT as a limit for maximum surface temperatures is a conservative approach.

• The combustion class (Brennzahl or BZ value)

This value defines the probability that a dust layer might be ignited by sparks. In the test it is tried to ignite a dust heap with a glowing platinum wire at 1000°C, which simulates a spark or glowing particle. The results range from BZ1 (nothing happens) up to BZ6 (a very fast inflammation of the whole heap).

• Electrical conductivity

A value that is not an explosion characteristic but certainly relevant for the hazards of dust layers is the electrical conductivity of the dust. With conductive dusts, there is an increased risk of short circuits in electrical equipment. With non-conductive dust, parts may become isolated and charged resulting into electrostatic discharges.

• Dustiness

There are many other parameters, such as particle size, specific weight, shape of the particles, stickiness of the dust, etc. These determine the probability that dust layers may cause a dust cloud. There is a new (German) characteristic that takes this into account: the Dustiness. In the test concerned, a sample of the dust is dropped in a well-controlled way and the arising dust concentration is measured.

Conclusion

Dust zoning is only intended to define the likelihood of an explosive dust-air mixture being present during normal operation, in order to enable the adequate choice of equipment in such zoned areas. In this context, dust layers should only be seen as a potential source of an explosive atmosphere. If the dust layer is not expected to be whirled up in normal operation, strictly formal, dust zoning is not required.

Apart from the hazard of dust cloud formation, there are two additional hazards related to deposits of combustible dusts:

1. If dust clouds (due to deposits) are only to be expected in case of a primary dust explosion, no zoning is required, but this needs to be taken into account in the risk analysis.
2. Dust deposits might also promote ignition sources. There are several characteristics of dust layers that help to define this ignition hazard. This also needs to be taken into account in the risk analysis.

The Dutch NPR7910-2 seems rather conservative: any dust layer thicker than 0,1 mm requires zoning. However, even with frequent and extensive cleaning, it is most unlikely that there will be no dust layers on surfaces which are hard to reach. Since such deposits may easily fall down, zoning would in fact be required.

Moreover, since common electrical equipment is generally not dust tight, such dust layers cause an increased fire hazard. It clearly makes sense to install dust tight equipment in such areas. In practice, most dust certified ATEX equipment is dust tight. Therefore, although the zoning of NPR7910-2 might be conservative, the installation of ATEX certified equipment is certainly useful, however, dust tight equipment might also be sufficient.

NPR7910-2 can be considered as a simplified tool which makes the zoning and corresponding choice of equipment a rather easy task. In some situations, the simplified approach might lead to unnecessary investments. Since NPR7910-2 is a guideline only, deviation from the guidance should be allowed, on condition that such a deviation is on well-founded arguments. 

Acceptable Explosion Protection for Dust Filters

Introduction

Given the number of technical questions raised recently by our customers, filter manufacturers and explosion experts on how to protect industrial filters, it appears there is some confusion on how to deal with acceptable explosion protection for dust filters.

This document aims to present some guidelines and highlight important considerations concerning protection strategies for industrial dust filters.

The German VDI 2263 suggests explosion protection is only required when the Minimum Ignition Energy (MIE) of the dust is below 1 mJ. For MIE values in excess of 10 mJ, preventive measures are sufficient. In between 1 and 10 mJ “expert advice should be sought”. Yet, according to other sources, explosion protection of filters is always required.

In this document, we will investigate, starting from the ATEX directives, under which conditions it is possible to rely on explosion prevention only for protecting dust filters.

Explosive atmospheres

Although dust filters can be used in applications where there are high dust concentrations, many filters are used in extraction systems where the average dust concentration is below the Lower Explosion Limit (LEL).  Therefore it is tempting to state that in such filters an explosive atmosphere is unlikely to arise.

However, when the air (with low dust load) enters the filter, part of the dust fines will settle down on the filter elements.  In order to prevent clogging of the filter elements, from time to time an air pulse strikes the filter elements, which will release the fines.  As a consequence, with each cleaning pulse, a dense cloud of very fine dust is typically created around the cleaned filter elements.  And since in common filters such pulses are created frequently, an explosive dust cloud is to be expected frequently, at least in a part of the filter housing. According to the zone definitions as per the ATEX directive 1999/92/EC (ATEX 153), the consequence of this pulse cleaning is that a zone 20 situation will be present.

Of course there are exceptions to this general rule.  In some situations the dust concentration in the extracted air is extremely low so that manual cleaning once a day will suffice to keep the filter operating properly. In other situations, no cleaning at all over long periods of time can be acceptable such as in a secondary filter in the outlet of a common filter.

Acceptable risk according to ATEX

According to ATEX 153 equipment in a zone 20 should be certified as category 1D, with reference to ATEX directive 2014/34/EU (ATEX 114). According to ATEX 114, the requirements for cat 1D equipment are that ignition sources may not even arise in case two independent fault situations or a “rare” fault situation occur.

The two faults or rare fault scenarios should be the starting point for performing the process risk analysis in order to determine if preventive measures intended to avoid ignition sources, will be sufficient to reach an acceptable safety level.

In other words, for a zone 20 environment inside a filter, relying on preventive measure solely, is only then sufficient if ignition sources are not to be expected even in case of two independent faults or a rare fault occurrences.

Example - if a (conductive) filter element is not earthed, it may become charged and create spark discharges towards the filter housing.  In order to prevent such discharges, the filter element should be earthed.  Even then, such discharges still need to be considered: suppose one element was forgotten, or a filter element becomes detached and falls down. 

This is certainly not to be considered as a normal situation, but can hardly be excluded in fault situations. A spark discharge should at least be considered as a rare fault situation. But even such a situation is not acceptable in a zone 20!

Hazardous ignition sources

The spark energy of an isolated filter element is limited.  It depends on the type and size of the filer element, but it is very unlikely that such a spark discharge will ever exceed 10 mJ.  The VDI limit of 10 mJ therefore does make sense.

A similar approach is possible for mechanical sparks: if fast moving machinery is extracted towards a filter, it is very hard to prove that even in rare fault situations no spark will ever arrive in the filter.  But incidental mechanical sparks will only ignite rather “sensitive” dusts (MIE lower than 10 mJ and Minimum Ignition Temperature MIT lower than 400°C). However this needs to be evaluated with care. For dusts having a very low MIT, sparks could be able to ignite even if the MIE is greater than 10 mJ.  Therefore, apart from the MIE also the MIT is an important variable when verifying whether protection is required.

An event that is often overlooked is that a single spark, even if it is not capable of igniting a dust cloud directly, may settle down on a filter element and start a smouldering fire. The surface temperature of such a smouldering fire is far above the MIT of almost any dust cloud. A smouldering fire is a guarantee for a dust explosion as soon as an explosive mixture arises (i.e. with the next pulse cleaning). Therefore, before it can be concluded that explosion protection of a specific filter can be excluded, proof is required that such an event of a smouldering fire due to sparks (or due to auto-ignition of deposits) can be excluded, even as a rare fault condition.  Please remember that even a dust with a Burning Number BZ of 1 or 2 (meaning it will not support a smouldering fire in a dust layer) might very well support a smouldering fire when the dust layer involved is on a filter element with continuous air flow!

Prevention

If sparks are to be expected in an extraction line (like on machinery) spark detection and extinguishing might help to prevent sparks from arriving in the filter. While this certainly helps, it is not immune to failure: the spark detector may become blinded due to deposits, the water pressure can drop, the water valve can be accidentally closed, etc. Therefore it is usually impossible to exclude sparks as rare fault conditions.

Conclusion

In considering and applying ATEX requirements, explosion protection of filters will be required in nearly all situations.

Except for those special cases, where form a specific risk assessment it can be concluded that either explosive dust clouds are unlikely or all potential ignition sources can be excluded with almost 100 % certainty, protection will not be required.

 All information contained in this document belongs to the intellectual property of ISMA NV. All rights reserved.

Ook in 2020 heeft ISMA het ISO9001: 2015 aangevraagd en een hercertificeringsaudit doorstaan ​​met onze eveneens vernieuwde QSM (Quality System Manual).

Het (her) vernieuwde certificaat werd uitgereikt door AIB Vinçotte en is geldig tot 16 juni 2023.

De wet in een notendop

Als eigenaar van een installatie waar brandbare stoffen of gassen kunnen voorkomen, is het verplicht te voldoen aan ATEX153 (1999/92/EG). Deze wettekst stelt kortweg dat het explosierisico voor werknemers aanvaardbaar klein moet zijn.

De plaatsen waar explosieve atmosferen kunnen voorkomen worden ingedeeld in zones. In de betreffende zones dienen apparaten gebruikt te worden overeenkomstig de categorieën van ATEX114 (2014/34/EU). Maar er is alleen sprake van een apparaat indien het een eigen, intrinsieke ontstekingsbron heeft én een autonome functie vervult. Ook beveiligingssystemen, bedoeld om de gevolgen van een explosie te beperken, dienen te voldoen aan ATEX114.

Afwijkingen zijn enkel toegestaan mits een degelijke onderbouwing. Apparaten in dienst voor 30 juni 2003 hoeven niet Ex uitgevoerd te zijn. In beide gevallen is het van groot belang dat de explosieveiligheid wordt aangetoond en gegarandeerd.

Inwendige zonering

De ATEX wetgeving geeft niet aan of het inwendige van een installatie moet gezoneerd worden. In de ATEX guidelines wordt vermeld dat inwendige zonering niet noodzakelijk is, op voorwaarde dat er een degelijke explosie risicoanalyse wordt uitgevoerd. Uit deze analyse moet o.a. blijken welke eisen er gesteld moeten worden aan apparatuur en of er beveiligingsmaatregelen nodig zijn. Apparaten die binnenin geplaatst worden moeten, als een explosief mengsel mogelijk is, wél aan ATEX114 voldoen!

Op deze algemene regel zijn een aantal uitzonderingen. Zo moet het apparaat wel aan ATEX114 voldoen als het door zijn ontwerp ook rondom een explosieve atmosfeer kan veroorzaken.

Installaties uit de praktijk

Een perslucht gereinigd filter is geen apparaat, het heeft immers geen eigen ontstekingsbron. Een eigen risicoanalyse is hier voldoende. Aangezien er bij elke persluchtreiniging wellicht een explosief stofmengsel ontstaat, dienen ontstekingsbronnen met hoge zekerheid vermeden te worden. Elektrostatische ontladingen, vonken of gloeiende deeltjes van buitenaf zijn vaak moeilijk uit te sluiten waardoor beveiliging meestal noodzakelijk is.

Een schroef transporteur voldoet wel aan de voorwaarden van een apparaat. Hier is inwendig zeker kans op explosieve stofmengsels. Indien het een goed afgesloten transporteur betreft mag er vanuit gegaan worden dat er geen interface is met de buitenzijde. In dat geval is ATEX114 niet aan de orde. De fabrikant of de gebruiker moet een risicoanalyse uitvoeren waaruit blijkt of het product in kwestie veilig getransporteerd kan worden.

Een pomp, te plaatsen in niet gezoneerd gebied, kan lekken en aldus toch een zone 2 veroorzaken in de omgeving. Uitwendig moet deze pomp dan Ex Cat. 3G zijn. Het is niet aan de fabrikant om deze zonering te bepalen, maar het is wel nuttig dat de fabrikant hier op voorhand rekening mee houdt.

In een houtzagerij zijn er lokaal zones 22 gedefinieerd omwille van stoflagen, die regelmatig worden verwijderd. In het gezoneerde gebied staan verscheidene houtbewerkingsmachines zoals een zaag- en freesmachine. Deze hebben ontegensprekelijk mechanische en elektrische ontstekingsbronnen. Een Ex uitvoering is hier niet aan de orde, door de nodige organisatorische maatregelen te treffen dient het explosierisico hier geëlimineerd te worden.

Conclusie

Voor de omgeving van installaties zijn Ex apparaten per definitie verplicht als ze in een zone gebruikt worden.

Procesmatig (inwendig) is het vooral van belang dat een goede risicoanalyse wordt uitgevoerd. Hieruit zal moeten blijken waar extra maatregelen nodig zijn, dit zijn bij voorkeur preventieve systemen maar in veel gevallen is beveiliging onvermijdelijk.

Beveiliging elevator is maatwerk

Explosieve mengsels

Voor een stofexplosie in een elevator is het noodzakelijk dat er in de elevator een explosief stof-lucht-mengsel is.

In een elevator die poeders transporteert zou je verwachten dat de kans op een explosief mengsel groot is. In de praktijk is echter de stofconcentratie in deze elevator vaak zo hoog, dat deze boven de bovenste explosiegrens ligt. Dit bleek (onder andere) bij een testprogramma in Engeland. Er werd getracht een explosie te veroorzaken in een aantal elevatoren die zetmeel of bloem transporteerden. Het bleek dat, tijdens bedrijf, geen ontsteking mogelijk was of er enkel een milde explosie optrad. Ook in Duitsland heeft men geprobeerd een explosie te creëren in een poederelevator. Het bleek dat de meest heftige explosie kon gemaakt worden kort na de opstart van een elevator, zonder hierbij product te voeden. Bij opstart van een lege elevator ontstaan immers trillingen. Deze blijken dus voldoende om stofafzettingen te laten vallen en ongeveer een optimale concentratie te geven!

Toch komen explosies niet alleen voor bij opstart. Meestal gaat het niet over elevatoren die poeder transporteren, maar korrelvormige materialen, zoals graan of houtpellets. Daarin is maar weinig stof, maar toch voldoende om stofafzettingen te krijgen en dus, zeker bij trillingen, gevaarlijke stof-lucht mengsels te maken.

In Duitsland zijn stof concentratie metingen uitgevoerd in een elevator voor kristalsuiker tijdens bedrijf. Als niet werd afgezogen op de elevator bleek de concentratie in de buurt van de bovenste explosie grens te liggen, met een goede afzuiging werd de concentratie veel lager: ongeveer optimaal (voor een explosie).

Bijgevolg zijn elevatoren die grof product transporteren vaak het gevaarlijkst. Als de korrels echt stofvrij zijn, of het stof plakt, dan is er véél minder explosiegevaar.

Tip voor de twijfelaar: Kijk eens door het kijkvenster van de elevator. Of, als er geen venster is, demonteer een plaat. En geef een flinke klap op de elevator. Zie je stof naar beneden dwarrelen? Dan is er een explosie risico!

Ontstekingsbronnen

Voor het overzicht van alle ontstekingsbronnen in een elevator en de maatregelen om deze te vermijden wordt verwezen naar NPR-CEN/TR 16829:2016.

De praktijk is dat, bij explosies in elevatoren, de meeste ontstekingsbronnen te maken hebben met mechanische problemen:

• Slippen van de band.
• Aanlopen van de band.
• Een losgeraakt bakje.
• Breuk van de band (of ketting).
• Kapot lager.

Hierdoor kunnen mechanische vonken ontstaan, maar ook vooral hete oppervlakken. Tegelijk zullen dergelijke problemen ertoe leiden dat de elevator gaat trillen, waardoor tegelijk ook een explosief mengsel kan ontstaan.

Preventieve maatregelen

Stofafzuiging op een elevator leidt niet altijd tot een kleinere kans op explosieve mengsels, maar wordt wel aangeraden om lekkages naar buiten te voorkomen.

Graan wordt vaak, als onderdeel van het proces, grondig gereinigd. Ideaal zou zijn eerst deze reiniging uit te voeren waardoor daarna een vrijwel stofvrij product in de elevator komt. In de praktijk is dat meestal niet haalbaar. Dan wordt aangeraden één specifieke elevator voor niet-gereinigd graan te gebruiken, in de andere elevatoren is het risico dan alvast kleiner.

Terugstorten van afgezogen stof in het product is uiteraard sterk af te raden.

Naast alle preventieve maatregelen in NPR-CEN/TR 16829, is goed preventief onderhoud van elevatoren van het grootste belang. Ook een goede bewustmaking van operatoren is van niet te onderschatten belang.

Mits de preventieve maatregelen zijn voorzien, stelt NPR-CEN/TR 16829 dat explosiebeveiliging enkel noodzakelijk is voor poeders of stoffige producten. Grondig gereinigd graan is niet langer stoffig, hier kunnen dus preventieve maatregelen volstaan. Het is erg lastig om voor deze regel een duidelijke grens te stellen, dit dient geval per geval geëvalueerd te worden.

Beveiliging tegen de gevolgen van explosies

Als beveiliging van elevatoren wordt vaak explosie drukontlasting met breekplaten toegepast. Voor het dimensioneren van deze drukontlasting wordt, in NPR-CEN/TR 16829, gedetailleerde informatie gegeven.

Belangrijk is dat explosie-ontkoppeling niet wordt vergeten. Omdat veel elevatoren rechtsreeks (of via een kettingtransporteur) in een silo storten is, zonder goede ontkoppeling op de uitlaat, de kans groot dat de explosie doorslaat naar de silo.

Vooral bij elevatoren met een grote capaciteit is het moeilijk om de uitlaat te beveiligen met een mechanisch systeem, zoals een draaisluis of eventueel snelsluitschuif. Een chemische barrière, het lokaal inblazen van een dichte wolk bluspoeder, is dan het enige beschikbare alternatief. Maar, in combinatie met drukontlasting op de elevator, is een chemische barrière meestal niet betrouwbaar: zeker als de explosie in de voet begint is de kans groot dat de barrière al weggeblazen is als de explosie boven aankomt. In dat geval is het beter de elevator in zijn geheel te beveiligen met explosie onderdrukking.