Badanie laboratoryjne parametrów wybuchowości pyłów

Badanie laboratoryjne oraz w konsekwencji oznaczenie parametrów wybuchowości pyłów jest podstawową czynnością, która pozwoli określić skalę zagrożenia wybuchowego na wskazanym obszarze instalacji przemysłowej. 

Celem doprecyzowania tego zagrożenia jest podjęciem odpowiednich kroków bezpieczeństwa. Wszędzie tam, gdzie prowadzona jest obróbka materiałów np. szlifowanie, mielenie, przesiewanie itp. powstają odpady w postaci pyłów. Unoszące się w powietrzu lub osadzające się na maszynach cząstki pyłowe znacznie zwiększają ryzyko zagrożenia wybuchowego. Dlatego aby zapewnić właściwy poziom bezpieczeństwa prowadzonych procesów przemysłowych konieczne jest prawidłowe określenie właściwości wybuchowych tych pyłów. Kiedy znamy już parametry, dobranieskutecznych środków zabezpieczających instalacje przed wybuchem jest wówczas dużo łatwiejsze.

Jeśli chcesz sprawdzić, jakie parametry zapalności i wybuchowości mają pyły występujące w Twoim zakładzie, sprawdź naszą ofertę badania wybuchowości pyłów lub skontaktuj się z naszymi ekspertami. Zachęcamy również do przeczytania o naszej realizacji dla klienta – badanie wybuchowości pyłów na przykładzie pyłu węglowego

Źródła zapłonu pyłów

Chmura pyłu może ulec zapłonowi, kiedy dostarczona zostanie wystarczająca ilość energii. Do najczęściej spotykanych źródeł takiego zapłonu możemy zaliczyć m.in.:

• otwarty płomień (pojawiający się podczas np. spawania czy cięcia),
• gorąca powierzchnia (nagrzana suszarka, łożyska i inne pracujące maszyny),
• ciepło powstające w wyniku uderzeń mechanicznych,
• wyładowanie elektryczne,
• wyładowanie elektrostatyczne,
• tlący się lub już palący się pył itp.

Określanie ryzyka wybuchu pyłu

Aby właściwie dobrać najskuteczniejszą koncepcję zabezpieczeń przeciwwybuchowych konieczne jest określenie m.in. parametrów wybuchowości pyłów. Jedną z podstawowych wartości, które musimy poznać jest maksymalne ciśnienie wybuchu Pmax oraz wartość współczynnika stałej wybuchowości Kst. Parametrów tych nie można określić na podstawie istniejącej literatury ponieważ rozdrobnienie każdego pyłu, jego indywidulany skład oraz materiał z jakiego powstają są za każdym razem mocno zróżnicowane. Konieczne zatem jest przeprowadzenie właściwych testów. Poniżej kilka przykładowych metod badania różnych właściwości pyłów.

1. Badanie ciśnienia wybuchu Pmax oraz stałej wybuchowości Kst

Badanie to polega na serii testów w sferycznym zbiorniku. Pierwsza faza przygotowań polega na umieszczeniu na elektrodach znajdujących się na pokrywie komory zapłonników pirotechnicznych. Następnie po zamknięciu komory, zbiornik jest opróżniany a w zasobniku pyłowym umieszczana jest odpowiednia porcja pyłu. Dalej zamykane są odpowiednie zawory i uruchomiona zostaje procedura systemowa. Zasobnik pyłowy napełnia się powietrzem, a później otwierany jest elektrozawór separujący kulę od zasobnika w wyniku czego pył wtłaczany jest do kuli a ciśnienie w jej wnętrzu wyrównuje się do ciśnienia atmosferycznego. Po ok. 60ms zapłonniki pirotechniczne ulegają zapłonowi. Jeśli mieszanina pyłowo-powietrza ulegnie zapłonowi, czujniki ciśnienia dynamicznego odnotują zmianę ciśnienia w czasie oraz wartość maksymalną ciśnienia wewnątrz zbiornika sferycznego podczas badania. Po każdym jednorazowym badaniu, cały układ należy wyczyści z pozostałości i do następnego testu wykorzystać nowe zapłonniki. Badania parametrów Pmax i Kst wykonywane przez wprowadzanie do komory badawczej kolejnych stężeń pyłu z powietrzem.

Testy prowadzi się do momentu oznaczenia wartości maksymalnych tych parametrów.

2. Minimalna energia zapłonu

Ten test określa ilościowo minimalną energię iskry wymaganą do zapalenia określonego stężenia pyłu. Najmniejsza energia elektryczna zgromadzona w kondensatorze, która w wyniku wyładowania zapala najszybciej palną mieszaninę pyłu w określonych warunkach badania. Bardzo silnie zależy od rozdrobnienia pyłu oraz od typu obwodu generującego iskrę. Wynik oznaczenia podaje się w postaci przedziału, np.: 10 mJ < MIE < 30 mJ.

3. Badanie temperatury zapłonu

Badanie rozpoczyna się od umieszczenia pierścienia stalowego na powierzchni płyty, zamontowaniu termopary wewnątrz pierścienia, a następnie równomiernym zasypaniu wnętrza pierścienia pyłem. Testom poddawany jest pył, który przeszedł przez oczka sita. Istotne jest zanotowanie temperatury otoczenia, w jakim bada się pył oraz jego gęstość nasypową (obliczoną na podstawie masy nadwyżki pyłu i objętości wnętrza pierścienia). Na płytę grzejną i termoelement nakłada się pierścień. Następnie włączany jest piec płyty a ta ogrzewana jest do zadanej temperatury. Po osiągnięciu nominalnej zadanej temperatury wewnątrz pierścienia umieszcza się naważkę pyłu i zrównuje warstwę pyłu z górną krawędzią pierścienia. Następnie usuwa się pył rozsypany wokół pierścienia oraz jego nadmiar i rozpoczynamy badanie. Przez wyznaczony czas obserwuje się zachowanie pyłu na płycie o stałej temperaturze. Według normy zapłon następuje, gdy: zaobserwowano żarzenie lub palenie pyłu, gdy temp. warstwy pyłu osiągnie 450ºC lub gdy temp. przekroczyła o 250K temp. płyty grzejnej. Po uzyskaniu najniższej temperatury, w której dochodzi do zapłonu odnotowuje się wartość i zapisuje temperaturę o 10ºC mniejszą, jako minimalną temperaturę zapłonu warstwy pyłu.

4. Badanie w piecu Godberta – Greenwalda

Test ujawnia wrażliwość na zapłon w kontakcie z gorącymi powierzchniami, które mogą występować np. w suszarkach czy innych przegrzanych częściach. Dodatkowo określa wrażliwość próbki pyłu na zapłon od iskier powstających w wyniku tarcia.

5. Badanie granicy wybuchowości

Granice wybuchowości dla pyłów są bardzo trudnym elementem badawczym. Niestety nie mają takiego mocno wiążącego znaczenia jak w przypadku gazów i par. Obłoki pyłów są zazwyczaj niejednorodne co utrudnia znacząco określenie granic. Stężenie pyłów może zmieniać się w dużym stopniu w zależności od sposobu jego osadzania się i rozpraszania w powietrzu. Zawsze należy liczyć się z możliwością tworzenia atmosfer wybuchowych w obecności osadów palnego pyłu.

Przy określaniu parametrów wybuchowości pyłów konieczna jest znajomość temperatury zapłonu i żarzenia różnych materiałów. Poniżej przykładowe zestawienie kilku najpopularniejszych produktów, które zostały poddane badaniom laboratoryjnym w określonym celu.