چکیده
انجمن ملی غلات و خوراک گزارش می دهد که غبار ایجاد شده از غلات منبع اصلی سوخت برای انفجار در تاسیسات حمل غلات است. این گرد و غبار بسیار قابل احتراق است و در صورت تجمع گرد و غبار روی سطوح یا ایجاد ابرهای گرد و غبار در هوا می تواند باعث آتش سوزی و انفجار شود. با توجه به این خطر، استانداردهای OSHA حداکثر ۱/۸ اینچ گرد و غبار غلات را در مناطق سرپوشیده، که شامل مناطق محصور حاوی تجهیزات آسیاب یا خشک کن دانه و را اجازه می دهد. براساس گزارش های OSHA، در ۵۰ سال گذشته، تاسیسات حمل و نقل غلات در ایالات متحده بیش از ۵۰۰ انفجار را تجربه کرده است که نزدیک به ۷۰۰ نفر را مجروح و ۱۸۰ نفر را کشته است. تنها در سال ۲۰۱۸، ۱۲ انفجار گرد و غبار غلات رخ داد. این نوع گزارشات در ایران جمع آوری نشده و در حال حاضر اطلاعات خاصی در این خصوص در کشور موجود نیست. با اینحال، بررسی ها نشان می دهد که کارخانه های تولید خوراک محل های پرخطری در این خصوص هستند و نیاز است عوامل موثر بر تولید این گردو غبار قابل انفجار و همچنین الگوریتم های علمی برخورد با این عوامل تحت بررسی قرار گیرد.
کلمات کلیدی
کارخانه خوراک دام، گرد و غبار قابل انفجار، سیستم های تهویه، ذرات میکرونی.
چکیده تصویری
|
عوامل موثر بر گرد و غبار قابل احتراق در کارخانه های خوراک دام و روش های مقابله با آن
مقدمه
گرد و غبار قابل احتراق در کارخانه های خوراک دام به ذرات جامد ریزی اطلاق می شود که در هنگام معلق شدن در هوا مستعد اشتعال هستند. برای مثال گرد و غبار مواردی همچون شیرخشک، ذرات چوب، مواد قند، آردها، فلزات، زغال سنگ، لاستیک و پلاستیک در کارخانه های خوراک دام مشاهده می شود. این ذرات گرد و غبار قابل احتراق و فرآورده های فرعی می توانند از مواد و تجهیزات مختلف منشأ گیرند. تجمع گرد و غبار از فرآیندهای صنعتی در یک فضای محدود ایجاد می شود و خطر آتش سوزی یا انفجار را ایجاد می کند. آسیبی که گرد و غبار قابل احتراق ایجاد می کند می تواند فاجعه بار باشد (۵،۷). با اینحال، گرد و غبار زمانی قابل احتراق است که دارای ویژگی های خاصی باشد.این ویژگی های کلیدی شامل اندازه ذرات، غلظت و ترکیب شیمیایی است. ذرات ریز، اغلب کوچکتر از ۴۲۰ میکرون، به دلیل افزایش مساحت سطح، احتمال اشتعال بیشتری دارند (۸). علاوه بر این، یک ابر گرد و غبار باید به غلظت معینی در هوا برسد، تا قابل احتراق شود. ترکیب گرد و غبار یکی دیگر از عوامل حیاتی است، زیرا مواد خاصی وجود دارند، که ذاتاً دارای خواص قابل اشتعال هستند. درک این ویژگی ها برای شناسایی و مدیریت خطرات مرتبط با گرد و غبار قابل احتراق و اطمینان از ایمنی محیط کار و جلوگیری از خطر آتش سوزی یا انفجار حیاتی است (۶،۷). اندازه ذرات گرد و غبار بر خطر احتمالی انفجارتأثیر می گذارد. سه عنصر کلیدی مثلث آتش که برای انفجار گرد و غبار ضروری است شامل سوخت (غبار قابل احتراق)، اکسیژن (موجود در هوا) و منابع اشتعال (معمولاً جرقه، شعله باز، الکتریسیته ساکن یا حتی سطوح داغ) هستند.
همانطور که در بالا اشاره شد برای وقوع آتش سوزی سه شرط لازم است (مثلث آتش)
۱. هوا (اکسیژن)
۲. منبع اشتعال (گرما)
۳. سوخت مناسب (با در نظر گرفتن غلظت گرد و غبار، اندازه ذرات و رطوبت)
برای وقوع انفجار دو شرط دیگر لازم است :
۱. پراکندگی گرد و غبار در یک ابر متراکم
۲ .محبوس شدن گرد و غبار در ظرف یا ساختمان.
مجموع این شرط ها پنج ضلعی انفجار نامیده می شود. هنگامی که سوخت به شکل ذرات بزرگ باشد، به عنوان مثال، غلات کامل یا توده ای از غبار، سرعت احتراق کند خواهد بود که نتیجه دود یا آتش سوزی با شدت کم است. اگر گرد و غبار ریز به هوا بلند شود، یک ابر غبار متراکم تشکیل شده که شعله می تواند به سرعت در این ابر پخش شود (متر در ثانیه) و باعث آتش سوزی سریع گردد. اگر این گازها در داخل یک کارخانه یا ساختمان محصور شوند، افزایش سریع فشار می تواند به کارخانه یا ساختمان آسیب برساند (۵). منبع احتراق با انرژی کافی قادر است یک لایه غبار را مشتعل کند. منابع احتراق متعدد هستند، برخی از آنها شعله های باز، سطوح داغ، جرقه¬های الکتریکی و مکانیکی، تخلیه های الکترواستاتیک و بسیاری دیگر هستند (۱،۲).
انفجار گرد و غبار در صنایع غذایی و خوراک دام باعث بروز حوادثی شده است که منجر به تلفات جانی، آسیب های ساختاری و اثرات مخرب بسیاری شده است. این نوع حوادث انفجار گرد و غبار در جهان منجر به تخریب تاسیسات صنعتی زیادی شده است. در ایالات متحده، ۲۸۱ انفجار بزرگ گرد و غبار و آتش سوزی از سال ۱۹۸۰ تا ۲۰۰۵ رخ داد. این حوادث منجر به کشته شدن ۱۱۹ و مجروح شدن ۷۱۸ نفر شد و بسیاری از تاسیسات صنعتی را ویران کرد. اخیراً در یک صنعت غذایی، یک سری انفجار گرد و غبار در یک کارخانه تولید شکر در جورجیا، ایالات متحده آمریکا نیز رخ داده است (۳،۴) که خسارات زیادی به بار آورده است (۵). طبق تحقیقات انجام شده در صنعت خوراک بریتانیا، انفجارهای گرد و غبار فاجعه بار، نادر است. با این حال، انفجارهای گرد و غبار در ۲۰ سال گذشته وجود داشته است. به طور مثال در بریتانیا در کارخانه تولید خوراک حیوانات، انفجارهای گرد و غبار زیادی به وقوع پیوسته است ، که یکی از مهمترین اتفاقات در Bosley در نزدیکی Macclesfield در سال ۲۰۱۵ بود.
عوامل موثر بر قابلیت انفجار گرد و غبار قابل احتراق
عوامل موثر مختلفی بر قابلیت انفجار گرد و غبار تاثیر دارد، که در ذیل به مهمترین آنها اشاره می شود.
غلظت
غلظت سوخت (گرد و غبار) در هوا بسیار مهم است. در غلظت های زیر حد پایین، سوخت کافی برای حفظ سوختن وجود ندارد. حد پایین برای اکثر محصولات دانه ای معمولاً از ۵۰ تا ۱۰۰ گرم بر متر مکعب است که ابری را تشکیل می دهد، که بیش از حد متراکم است و نمی توان از آن عبور کرد. تقریباً جامد به نظر می رسد و آنقدر متراکم است که نمی توان در آن نفس کشید. این ابرها به قدری متراکم توصیف شده اند که چراغ جلو اتومبیل در فاصله ۲ متری قابل مشاهده نیست.
اندازه ذرات
اندازه و شکل ذرات گرد و غبار به شدت بر سطح و واکنش پذیری آنها تأثیر می گذارد. هرچه ذرات کوچکتر باشند، احتمال وقوع انفجار و شدت آن بیشتر می شود، ذرات ریزتر با افزایش نسبت سطح به جرم بیشتر قابل احتراق هستند. بنابراین، اندازه گیری و ارزیابی دقیق اندازه و شکل ذرات در ارزیابی خطر آتش سوزی ناشی از گرد و غبار قابل احتراق بسیار مهم است . ذرات گرد و غبار با اندازه بزرگتر از ۵۰۰ میکرون منفجر نمی شوند (HSE, 2003). ۱۰۳HSG نشان میدهد که انفجار در جایی که اندازه متوسط ذرات بیشتر از ۲۰۰ میکرون باشد، بعید است رخ دهد. بررسی نتایج آزمایش انفجار و احتراق منتشر شده در GESTIS-Dust-Ex که توسط مؤسسه ایمنی و بهداشت شغلی بیمه حوادث اجتماعی آلمان تهیه شده است، نشان می دهد که موادی که معمولاً در صنعت خوراک دام استفاده می شوند، اندازه بیشتر از ۱۰۰ میکرون ، منفجر نمی شوند. در صنعت، گرد و غبارها همگن نیستند و توزیع اندازه ثابتی نخواهند داشت. هر چه درصد ذرات بزرگتر بیشتر باشد، خطر کمتری برای مواد وجود دارد. در جایی که گرد و غبار با اندازه ذرات مخلوط وجود دارد، این احتمال وجود دارد که بخش های ریزتر در هوا باقی بمانند، بیشتر حرکت کنند و ممکن است در سطح بالایی رسوب کنند، این رسوبات ممکن است توسط یک انفجار اولیه مختل شوند، و یک ابر متراکم با اندازه ذرات نسبتا کم تشکیل دهند و باعث انفجار ثانویه بسیار مخرب تر شوند.
محتوای رطوبت
میزان رطوبت یکی دیگر از عوامل اساسی موثر بر طبقه بندی گرد و غبار است. وجود رطوبت در گرد و غبار می تواند به طور قابل توجهی بر قابلیت احتراق آن تأثیر بگذارد. وجود رطوبت در گرد و غبار می تواند قابلیت احتراق آن را کاهش دهد. هرچه میزان رطوبت گرد و غبار بیشتر باشد، خطر کمتری دارد. مواد گرد و غبار با رطوبت بالاتر ممکن است در مقایسه با گرد و غبار خشک، قابلیت اشتعال کمتری از خود نشان دهند. رطوبت به عنوان یک عامل کاهش دهنده عمل می کند و ویژگی های احتراق گرد و غبار را تغییر می دهد و متعاقباً بر طبقه بندی آن تأثیر می گذارد.(HSG 103 (HSE, 2003 نشان میدهد که رطوبت بالای ۱۶ درصد خطر را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. محتوای رطوبت بسیاری از مواد وارداتی در صنعت خوراک دام معمولاً در منطقه ۱۲-۱۵ درصد قرار دارد، یعنی به سمت انتهای طیف کم خطر. که این یکی از دلایلی است که انفجارهای گرد و غبار در صنعت غذای حیوانات بریتانیا در مقایسه با ایالات متحده نسبتاً نادر و ضعیف است.
ترکیب شیمیایی گرد و غبار قابل احتراق
ترکیب گرد و غبار قابل احتراق یک عامل تعیین کننده در طبقه بندی آن است و تأثیر قابل توجهی بر خطرات مرتبط با گرد و غبار قابل احتراق در محیط های صنعتی دارد. مواد مختلف سطوح مشخصی از احتراق را نشان می دهند که مستقیماً بر خطرات احتمالی و قابلیت انفجار گرد و غبار تأثیر می گذارد. برخی از مواد بسیار واکنش پذیر و مستعد اشتعال هستند، در حالی که برخی دیگر ممکن است ویژگی های احتراق کمتری از خود نشان دهند. ترکیب گرد و غبار نقش مهمی در طبقه بندی آن دارد. درک ترکیب گرد و غبار برای طبقه بندی دقیق و برای اجرای اقدامات ایمنی مناسب متناسب با خطرات خاص ناشی از مواد مختلف ضروری است (۵). به عنوان مثال، مواد آلی مانند چوب، آرد، شکر یا برخی از فلزات به شکل پودر می توانند بسیار قابل احتراق باشند، آتش بگیرند و باعث انفجار گرد و غبار ویرانگر شوند. برعکس، مواد معدنی یا برخی ترکیبات غیرفلزی ممکن است تمایل کمتری برای احتراق داشته باشند. تجزیه و تحلیل ترکیب گرد و غبار به شناسایی خطرات ذاتی مرتبط با انواع مختلف گرد و غبار قابل احتراق کمک می کند و صنایع را قادر می سازد تا با اتخاذ پروتکل های ایمنی مناسب و اقدامات پیشگیرانه بر اساس ویژگی های خاص مواد موجود، خطرات احتمالی را به طور موثر ارزیابی و مدیریت کنند.
تست گرد و غبار و قابلیت انفجار
Kst
حداکثر میزان افزایش فشار (در حین آزمایش انفجار) و به زبان ساده معیاری برای سنجش شدت انفجار است. گرد و غبارها بر اساس مقادیر Kst به کلاس های انفجاری مختلفی تقسیم می شوند. غبارهایی که به عنوان غیر انفجاری طبقه بندی می شوند ST 0 طبقه بندی می شوند. غبارهایی با Kst بین ۰ و ۲۰۰ به عنوان ST 1 طبقه بندی می شوند. طبقه بندی های بیشتری از ST 2 و ST 3 وجود دارد که برای غبارهای انفجاری قوی یا بسیار قوی اعمال می شود، با این حال این طبقه بندی ها برای اکثر مواد مورد استفاده در صنعت خوراک اعمال نمی¬شود. تعداد کمی از مواد تشکیل دهنده میکرو می توانند در طبقه بندی ST 2 قرار گیرند و اپراتورها باید اطمینان حاصل کنند که ارزیابی های مناسب برای شناسایی آنها وجود دارد (جدول ۱) .
جدول ۱. طبقه بندی حداکثر میزان افزایش فشار.
طبقه بندی انفجار |
ارزش KSt |
مشخصات |
St 0 |
KSt=0 |
بدون انفجار |
St 1 |
KSt > 0 and ≤۲۰۰ (bar-m/s) |
انفجار ضعیف |
St 2 |
KSt > 200 and ≤۳۰۰ (bar-m/s) |
انفجار قوی |
St 3 |
KSt > 300 (bar-m/s) |
انفجار بسیار قوی |
Kst پارامتر مهمی است که در طراحی سیستم های حفاظت در برابر انفجار مانند دریچه های امدادی باید در نظر گرفته شود (جدول ۲).
جدول ۲. خواص عمومی مواد خطرناک.
|
شدت انفجار |
حساسیت احتراق |
محدودیت ها |
KSt Bar MS-۱ |
Pmax (bar) |
دمای کمینه احتراق (MIT) سانتیگراد |
دمای لایه های احتراقسانتیگراد |
انرژی کمینه احتراق(MIE) میلی ژول |
غلظت کمینه انفجار (گرم بر مترمکعب) |
گرد و غبار غلات قابل احتراق |
۱۳۰ |
۸ |
>400 |
>300 |
>100 |
۵۰ |
Pmax
این اندازه گیری بالاترین فشاری است که در طول آزمایش انفجار بدست آمده است و در غلظت بهینه گرد و غبار انجام می شود. این نشان دهنده بالاترین فشاری است که احتمالاً به دست می آید. در اصل، اگر یک محفظه به گونه ای معقول طراحی شده باشد که بتواند Pmax را تحمل کند، می توان انفجار را مهار کند (شکل۱).
شکل۱. اندازه گیری کمترین و بالاترین غلظت غبار که منجر به انفجار می شود. حداقل میزان شناخته شده به عنوان حد انفجار پایین (LEL) مورد توجه طراحان و اپراتورهای کارخانه است.
حداقل انرژی احتراق (MIE)
حداقل انرژی ذخیره شده در خازن می باشد که پس از تخلیه یک جرقه، اشتعال پذیرترین مخلوط هوای گرد و غبار را مشتعل می کند. این معیار سنجش میزان حساسیت گرد و غبار به اشتعال الکتریکی ساکن است. حداقل انرژی احتراق مورد نیاز برای احتراق یک ابر گرد و غبار با افزایش رطوبت به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. MIE همچنین با سایر منابع احتراق از جمله تجهیزات الکتریکی مرتبط است (۶،۷).
حداقل دمای احتراق (MIT)
کمترین دمایی است که در آن یک سطح داغ می تواند یک ابر گرد و غبار قابل احتراق را مشتعل کند.
دمای احتراق لایه
کمترین دمایی است که در آن یک لایه گرد و غبار با ضخامت خاص (معمولاً ۵ میلی متر) روی یک سطح گرم شده مشتعل می شود و باید هنگام طراحی تجهیزات در نظر گرفته شود. اگر اجازه داده شود که لایه¬های ضخیم تر تجمع کنند، ممکن است احتراق در دمای پایین تر رخ دهد (۷،۸).
اقدامات کنترل گرد و غبار
سیستم های جمع آوری گرد و غبار: این سیستم ها ذرات گرد و غبار موجود در هوا را حذف کرده و از تجمع آنها بر روی تجهیزات یا سطوح جلوگیری می کند.
سیستم های تهویه: تهویه کافی تضمین می کند که گرد و غبار به طور مداوم از محیط خارج می شود و غلظت گرد و غبار قابل احتراق در هوا را کاهش می دهد.
شیوه های نظافت اصولی: تمیز کردن منظم برای به حداقل رساندن تجمع گرد و غبار قابل احتراق.
فن های کنترل گرد و غبار: می توانند در مدیریت گرد و غبار قابل احتراق در تنظیمات صنعتی نقش داشته باشند.
رعایت نکات ایمنی و آموزش کارکنان
رعایت نکات ایمنی، مطابق با استانداردهای ایمنی گرد و غبار قابل احتراق را تضمین می کند و زمینه های اتش سوزی بالقوه را شناسایی می کند. علاوه بر این، کارکنان باید در زمینه تشخیص خطر، استفاده مناسب از تجهیزات و روش های اضطراری آموزش ببینند (۶).
نتیجه گیری
طبقه بندی و آزمایش دقیق گرد و غبار قابل احتراق برای حفظ محیط کار ایمن و جلوگیری از آتش سوزی و انفجار گرد و غبار ضروری است. طبقه بندی دقیق و معیارهای حداقل دمای احتراق هنگام انتخاب تجهیزات تولید گرما مانند وسایل روشنایی یا موتورها مورد نیاز است. صنایع با درک هدف، طبقه بندی ها، عوامل موثر مانند حداقل دما و تاثیر بر روی روش های ایمنی گرد و غبار قابل احتراق، می توانند خطرات مرتبط با ذرات گرد و غبار قابل احتراق تجهیزات الکتریکی و انفجار گرد و غبار را مدیریت و کاهش دهند. آسیبی که گرد و غبار قابل احتراق می تواند ایجاد کند می تواند فاجعه بار باشد. ایمنی گرد و غبار قابل احتراق، رفاه کارگران و رعایت مقررات ایمنی را تضمین می کند. این دانش جامع نه تنها رفاه کارگران را تضمین می کند، بلکه انطباق با مقررات ایمنی را نیز تضمین می کند، فرهنگ محیط کار را تقویت کرده که ایمنی را در اولویت قرار می دهد و خطرات احتمالی مربوط به گرد و غبار قابل احتراق را در محیط های صنعتی به حداقل می رساند. گرد و غبار می¬تواند انفجاری باشد، حتی اگر گرد و غبار از آزمون های اشتعال پذیری عبور کند. گاهی اوقات الکتریسیته ساکن می تواند علت اصلی انفجار گرد و غبار باشد.
منابع
۱- Palmer, K.N. Dust explosions and fires, Chapman and Hall, 1973.
۲- Lees, F. P. Loss prevention in the process industries. 2nd ed. London: Butterworth Heinemann, 1996.
۳-Sigma, Natural catastrophes and man-made disasters in 2011, Swiss Re iii, No 2/2012
۴-Fawaz K. Sweis, Dust Explosions in the Food Industries, international Journal of
Science and Engineering Investigations, January 2020
۵-https://www.agindustries.org.uk , Stephen Pope, CONTROL OF FIRE AND EXPLOSION RISKS IN ANIMAL FEED MANUFACTURING PLANTS AND PROCESSES, November 2020,
۶-https://dustsafetyscience.comWhat Are the Different Classifications of Combustible Dust?July 12, 2024 Authored by Dr. Chris Cloney and Jon Barrett of Dust Safety Science
۷-https://dustsafetyscience.comClass 2 Division 2 Hazardous Locations: Guide to Equipment and Combustible Dust Safety
۸-https://www.nfpa.org , N FPA 61, Standard for the Prevention of Fires and Dust Explosions in Agricultural and Food Processing Facilities