Ispitivanje relavantnih osobina eksplozivnih prašina

Mr Vladimir Kapor dipl.el.ing. TAK Hazardous Areas, Beograd, tel/fax: 3423630 ili 3429186, E-mail: vkapor@Eunet.rs Ivica Bačvanski dipl.el.inž.ELEM ELGO Beograd

Explosive dusts caracteristics testing Vladimir Kapor M.Sc. in EE, TAK Hazardous Areas, Belgrade, tel/fax: +381-11-3429-186, E-mail: vkapor@Eunet.yu

Uvod: O eksplozivnosti prašina bilo je već govora u mnogim literaturnim podacima, pa i u našem radu (L1). Mada su mogućnosti i posljedice eksplozije prašina bilo dugo zanemarivane, praksa je, nažalost pokazala da je ovo bilo neopravdano. Za odgovarajući odgovor na potencijalne opasnosti posebno je važno poznavati bitne karakteristike prašine od čije se eksplozije želimo štititi.

Stoga se opasnosti od eksplozije prašina u poslednje vrijeme ukazuje dosta pažnje, što se može ilustrovati i razvojem standarda koji pokrivaju ovu oblast. U CBS News 06.08.2008 godine su na primjer, dati podaci da je u periodu od 2000. godine do tada u fabrikama u SAD bilo najmanje 350 razornih eksplozija prašine u kojima je bilo 133 poginula radnija i stotine povređenenih. Veoma je jasno da je za odgovarajuću zaštitu od eksplozije neophodno poznavati osnovne relevantne osobine konkretne prašine čiju eksploziju želimo sprečiti. Postoji značajan broj izvora u kojima se mogu naći određeni podaci o eksplozivnosti prašina, ali su oni ponekad različiti, ili nisu kompletni. Najčešće se mogu naći podaci o donjoj granici eksplozivnosti (LEL- Lower explosion Limit), ili minimalnoj eksplozivnoj koncentraciji (MEC - Minimum explosible concentration prema EN 14034-3.) kako se takođe definiše, ili minimalnoj energiji paljenja (MIE - Minimum ignition energy prema EN 13821), temperaturi paljenja oblaka prašine (MIT - Minimum ignition temperature prema IEC 1241-2-1 Part 2 Section 1), temperaturi tinjanja sloja nataložene prašine (LIT - Layer Ignition Temperature prema IEC 1241-2-1 Part 2 Section 1, ili EN 50281-2-1:1999 - Methods of determining minimum ignition temperature), ali mnogi drugi podaci, kao što je brizantnost prašina (KST), maksimalni pritisak eksplozije (PMAX), električna provodljivost nije data u literaturnim podacima

Mada je klasa eksplozivnosti prašine opisana u L1, ovde će se u kratkim crtama opisati ova karakteristika koja je od velikog značaja za izbor odgovarajuće zaštite.

Ispitivanje maksimalnog pritiska eksplozije i brzine porasta pritiska explosion( severiti tests) Maksimalni pritisak eksplozije je praktično neovisan o volumenu ispitne posude, ali brizanca opada sa volumenom posude po tzv. kubnom zakonu:

KST=(dP/dt)MAXV1/3 (bar.m/s)

Vrijednost KST ukazuje na posljedice eksplozije oblaka prašine. Postoji klasfikacija prašina čvrstih materijala saglasno vrijednosti KST na eksplozione klase kako slijedi:

Klase eksplozivnosti prašina Klase eksplozivnosti prašine St0 St1 St2 St3

KST (bar.m/s) 0 1-200 201-300 >300

Vrijednost KST zajedno sa maksimalnim pritiskom eksplozije PMAX je mjera eksplozivne opasnosti koju materijal u praškastoj formi unosi u proces, te pretstavlja jedan od osnovnih parametara koji se koriste kod projektovanja mjera prevencije eksplozije, na primjer prigušenja (supresije) eksplozije ili eksplozionog odušavanja. Vrijednost KST u praktičnim situacijama zavisi o spektru čestica, koncentraciji prašine, energiji izvora paljenja, početnom pritisku, turbulenciji, eventualnom prisustvu zapaljivih gasova,osobinama procesa i opreme, lokaciji izvora paljenja i početnoj temperaturi smješe. Uticaj početne temperature smješe može se sagledati iz tabele koja sledi.

Uticaj temperature na efekte eksplozije za neke materijale prikazana je u tabeli koja slijedi. PMAX (bar) KST (bar.m/s)

TPOČ (oC) lignit treset mlijeko u prahu lignit treset mlijeko u prahu 50 8,0 8,1 7,9 121 165 110

100 7,0 - - 130 - - 125 - 6,5 6,4 - 128 125 150 6,3 - - 109 - - 200 5,8 5,0 5,4 111 127 74

Značajan uticaj svih navedenih faktora na vrijednost KST iziskuje da se mjerenje ove vrijednosti izvodi po standardizovanoj metodi da bi rezultati bili reproducibilni i da bi se mogla dovoljno pravilno i

uporedno ocijeniti eksplozivnost zapaljivih prašina. Veliki uticaj na KST ima turbulencija prašine i to tako da sa povećanjem turbulencije prašine u tehnološkom procesu raste i eksploziona opasnost, te stoga ispitni uslovi uključuju turbulenciju koja je veća ili bar kompatibilna sa praktičnim industrijskim situacijama. Maksimalni pritisak eksplozije oblaka prašine PMAX određuje se prema standardu EN 14034-1 iz 2006 godine, a vrijednost KST (maksimalni porast pritiska kod eksplozije oblaka prašine) se određuje prema standardu EN 14034-2 iz 2006 godine. Za ispitivanje se koristi 20 litarska sfera u kojoj je moguće stvoriti uslove visoke turbulencije da bi se simulirali najopasniji slučajevi koji se javljaju u praktičnim tehnološkim situacijama. Sfera mora da izdrži statički nadpritisak od 40 bara, ispitivanje se vrši na sobnoj temperaturi, ali je, radi odvođenja toplote od eksplozija, predviđen vodeni hladnjak. Za potrebe ispitivanja odvaže se određena količina ispitivane prašine koja se stavlja u kontejner za prašinu volumena 0,6 litara, a eksploziona komora od 20 litara se vakuumira do 0,4 bara apsolutna. Ispitivanje je programirano tako da se posuda za prašinu dovede pod pritisak od 20 bara i tada se otvara brzo delujući ventil koji povezuje kontejner za prašinu i eksplozionu komoru, preko koga se materijal pod dejstvom razlike u pritiscima uvodi u eksplozionu 20 litarsku komoru. Nepovratana mlaznica osigurava ravnomernu distribuciju prašine unutar eksplozione komore, a kontrolni sistem uključuje električni izvor paljenja snage 10 kJ smešten u centru sfere, u vremenu 60ms nakon što je prašina dispergovana. Pritisak eksplozije meri se za rang koncentracija da se dobije zaista kritičan iznos. Koncentracija se dobije kao omjer količine prašine i volumena posude. Merenje je preko piezo električnih davača. Ispitivanja se izvode u tri serije da bi se obezbedilo pouzdano utvrđivanje ovih veoma važnih parametara, a za rezultate testova se uzima aritimeička sredina dobijenih rezultata. Signal sa piezoelektričnog davača se vodi do računara koji registruje istoriju u koordinatama „vrijeme – pritisak”. Vrednost KST se izračunava kao ekvivalentni pritisak u sferi od 1m3 iz pomenutog kubnog zakona po izrazu datom naprijed.

Tipične vrijednosti za neke najčešće korištene prašine su date u tabli dole.

Prašina KST (bar m/s) PMAX (bar) ST klasa prašine Prašina žitarica 89 9,3 1 Ugljena prašina 85 6,4 1

Brašno 63 9,7 1 Šećerna prašina 138 8,5 1 Drvena prašina 224 10,3 2

Alunijumska prašina 515 11,2 3 Prašina magnezijuma 508 17,5 3

Vrijednost KST, ili maksimalni porast pritiska u posudi od 1m3, kakva je data u ISO 6184, Dio 1 dobijena iz izmjerenih vrijednosti preračunatih po izrazu, od suštinskog je značaja za procijenu efekata potencijalne eksplozije, a koristi se kod konstrukcije uređaja oji izdržavaju pritiske eksplozije unutar njih, kod definisanja eksplozivnih odušaka, sistema za prigušenje eksplozije (explosion suppression).

Potrebno je znati da su maksimalni apsolutni pritisak i faktor KST direktno proporcionalni apsolutnom inicijalnom pritisku. Takođe, povećanje početne temperature djeluje na smanjenje maksimalnog pritiska eksplozije, međutim uticaj temperature na vrijednost KST nije jednoznačan. Moguće je povećanje, ali i smanjenje KST kod povećanja početne temperature. Nivo turbulencije prašine ima relativno mali uticaj na PMAX, ali veoma utiče na dobijene vrijednosti KST. Na ovoj opremi se može odrediti i najniža eksplozivna koncentracija (LEL), odnosno minimalna eksplozivna koncentracija (MEC) variranjem koncentracija kod mjerenja i korišćenjem izvora paljenja od 2kJ.

Eksperimentima je utvrđeno da se za prašine koje sadrže volatilne komponente (na primjer sumpor), donja granica eksplozivnosti smanjuje sa povećanjem sadržaja tih komponenti u smješi. Još jednom treba napomenuti da osobine prašine, kao što je vlažnost, sadržaj volatilnih komponenti, distribucija veličine čestica i njihov oblik, veoma utiču na rezultate mjerenja, te je izboru uzorka za ispitivanje potrebno veoma pažljivo pristupiti. Na primjer, u realnom tehnološkom postrojenju može doći do formiranja oblaka sa mnogo većim učešćem finih čestica u odnosu na pretpostavljenu prosječnu prašinu. Isto tako, prisustvo zapaljivih gasova i para u oblaku prašine dovodi do pojave “hibridnih smješa” čak i ako je koncentracija zapaljivog a gasa ili pare znatno ispod granica eksplozivnosti tih gasova. U ovakvim situacijama brzina porasta pritiska, pa i faktor KST mogu biti značajno veći nego kod eksplozije jednostavnog oblaka prašine. Hemijski sastav prašine utiče značajno na mogućnost eksplozije oblaka prašine. Da bi se desila eksplozija nužna je hemijska reakcija čestica prašine i kiseonika u vazduhu, odnosno prašina mora biti goriva, ali sve prašine od gorivih materijala ne stvaraju eksplozivne smješe. Takođe je važno reći da neki čvrsti materijali koji se u kompaktnoj formi smatraju nezapaljivim, u formi prašine mogu biti čak i veoma eksplozivni. Najbolji primjer za to je prašina aluminijuma, ali prašine nekih drugih metala. Mada se po nekad čuju i takvi stavovi, zaključak da su sve prašine eksplozivne je suviše pesimističan. Nama se čini realnijim podatak koji se može naći u literaturi da su eksplozivne prašine oko 2/3 svih čvrstih materijala. Pa i ovaj broj je ogroman i potuno opravdava ulaganja u opremu i kadrove koji bi, u našim laboratorijama, radili na ispitivanju eksplozivnih osobina prašina. Eksplozivnost prašine zavisi, u izvjesnoj mjeri od njene specifične toplote sagorijevanja, ali i od toplote sagorijevanja stehiometrijske smješe prašine sa vazduhom. Međutim, postoje mnogi izuzeci, kao primjer da su prašine uglja niže kalorične vrijednosti uglavnom eksplozivnije od prašina uglja visoke kalorične vrijednosti. Primjer je prašina koksa koja je mnogo manje eksplozivna u odnosu na prašine lignita. Ovo se objašnjavaju većim sadržajem volatilnih komponenti u nisko kaloričnim ugljevima, te iznosimo literaturni podatak da prašine sa sadržajem volatilnih komponenti manjim od 12,5% nisu eksplozivne [2]. Ugljevi sadrže u većoj ili manjoj mjeri volatilne komponente, najčeše sumpor, mada se ponekad javlja čak i metan. Od sadržaja volatilnih komponenti zavise i druge bitne relevantne osobine prašina.

Ispitivanje temperature paljenja sloja prašine Ispitivanje temperature paljenja sloja prašine (layer ignition test – LIT) određuje najnižu

temperaturu kod koje se pali sloj prašine definisane debljine (obično 5mm) na zagrijanoj površini. Rezultati ovog ispitivanja veoma su važni jer se u pogonima uglavnom koristi oprema koja emituje

toplotu, kao što su električni motori. Ovim ispitivanjem se može odrediti maksimalna dozvoljena površinska temperatura opreme, sa ciljem da se spreči paljenje i/ili tinjanje nataloženog materijala.

Relevantni dokument za ovo ispitivanje je EN 50281-2-1 (Methods of deterimanting minimum ignition temperature). Ispitivanje se izvodi tako da se formira sloj zapaljive prašine poznate debljine pomoću dva polukružna formatora na aparatu sa toplom pločom, a međuprostor se ispunjava uzorkom prašine na koji se postavlja termopar čije se očitanje bilježi u toku čitavog ispitivanja. Ispitivanje se ponavlja sa svježim slojevima dok se ne dobije minimalna temperature paljenja, koja je najniža temperatura kod koje je došlo do paljenja, pri čemu se dobijene vrijednosti zaokružuju na cjelobrojni factor od 10oC. Bilježi se takođe i najniža temperature kod koje nije došlo do paljenja i ona mora biti za ne više od 10oC niža od zabilježene i potvrđene u bar tri ispitivanja. Potrebno je vršiti ispitivanja za sve debljine sloja, ali se smatra da je debljina sloja od 5mm reprezentativna za neku tvornicu u kojoj su postrojenja zatvorena i u kojoj se vodi računa o periodičnom čišćenju. Ako okolnosti ukazuju na to da je moguća pojava slojeva debljih od 5mm, mora se dalje reducirati površinska temperature uređaja i opreme na kojima se očekuje akumulacija prašine. Da bi se izbjegli požari, kao i eksplozije maksimalna površinska temperatura emitera energije mora biti manja od LIT za tu prašinu za vrijednost margine sigurnosti koja se često uzima kao 75oC. Temperatura paljenja sloja prašine zavisna je o debljini sloja i to tako da temperatura paljenja opada sa povećanjem debljine sloja. U tabeli koja slijedi prikazani su rezultati mjerenja temperature paljenja sloja kod povećanja njegove debljine.

Temperatura paljenja sloja prašine u ovisnosti debljine sloja LIT (oC) Debljina sloja (mm) metilceluloza čelična prašina pšenično brašno

5 - - - 10 287 270 - 15 272 262 282 30 247 230 247 50 227 218 232

Rezultati mjerenja temperature paljenja sloja prašine dati su tabeli koja dole.

Prašina Minimalna temperatura paljenja sloja prašine od 5mm (oC)- LIT Prašina žitarica 300 Ugljena prašina 380

Brašno 400 Šećerna prašina 450

Alunijumska prašina 430

Ispitivanje minimalne temperature paljenja oblaka prašine

Minimalna temperatura paljenja oblaka prašine (minimal ignition temperature – MIT) predstavlja najnižu temperaturu vruće površine koja će prouzodovati paljenje i eksploziju oblaka uskovitlane prašine. Ispitivanja se izvode saglasno EN 50281-2-1: 1999, ali naravno postoje i drugi relevantni standardi koji tretiraju istu oblast kao ASTME 1491. Ispitivanje se izvodi tako da se mala količina prašine (približno 0,1gram) postavi u „rezervoar za prašinu” koji se nalazi na vrhu temperaturno kontrolisane peći sa otvorenim dnom. Prašina se zatim disperguje komprimovanim vazduhom na dole i prolazi preko vruće površine peći, pri čemu se posmatra dali je došlo do paljenja. Ako se paljenje nije desilo, povećava se temperatura peći i ispitivanje ponavlja, sve dok se ne pojavi paljenje. Nakon ovoga se povećava masa uzorka prašine i pritisak komprimovanog vazduha se mijenja, dok se ne ostvari najsnažnije sagorijevanje. Zatim se temperatura peći snižava

sve dok se paljenja više ne primećuje. Na ovoj temperaturi peći masa uzorka i pritisak komprimovanog vazduha se mijenjaju da bi se utvrdilo da neće doći do paljenja ni kroz uzastopne testove. Nakon toga se minimalna temperatura paljenja određuje kao najniža temperatura kod koje je paljenje primjećeno, umanjena za 20oC, za temperature peći iznad 300oC, odnosno za 10oC za temperature peći ispod 300oC.

Ovaj podatak posebno je važan kad se očekuje kontakt oblaka prašine sa vrućim površinama, kao što je slučaj sa sušarama za sušenje proizvoda ili sirovina. Unutrašnja temperatura uređaja se generalno ograničava na dve trećine MIT, tako da za prašinu čiji je MIT 450oC maksimalna radna temperatura može biti najviše 300oC. Ispitivanje se vrši sa suhom (osušenom) prašinom vlažnosti ispod 5%. Minimalne temperature paljenja oblaka prašine za neke često korišćene prašine date su u tabeli koja slijedi.

Prašina Minimalna temperatura paljenja oblaka prašine - MIT (oC) Prašina žitarica 490 Ugljena prašina Nema paljenja do 850oC

Brašno 400 Šećerna prašina 480

Alunijumska prašina 650 Magnezijumska prašina 760

Ispitivanje minimalne energije paljenja oblaka prašine Ispitivanje minimalne energije paljenja oblaka prašine (minimal ignition energy – MIE) predstavlja određivanje najmanje energije električnog ili elektrostatičkog pražnjenja koje ja u stanju da upali prašinu. Ispitivanje se u Evropi izvodi u skladu sa standardom EN 13821: 2002 (Determination of minimum ignition energy of dust/air mixtures) Uređaj za ispitivanje sastoji se od cevi od borosilikatnog stakla postavljene iznad disperzionog suda koja je snabdevena sa dve elektrode, povezane u strujni krug koje proizvode varnicu poznate energije. Izvagani uzorak ispitivane prašine se postavlja u disperzionu posudu iz koje se uzorak komprimovanim vazduhom disperguje u cevi. Ispitivanje počinje paljenjem prašine energijom većom od očekivane i ako je primjećeno paljenje, energija varnice se smanjuje dok se ne postigne stanja kada nije primećeno paljenje u 10 uzastopnih ispitivanja. Na ovom nivou energije mijenja se količina prašine u uzorku, a time i koncentracija i proverava se dali je i u jednom slučaju došlo do paljenja prašine. Rezultati ispitivanja ukazuju na to koliko je osjetljiv oblak prašine na paljenja elektrostatičkim pražnjenjem, ali i uopšte govore o osjetljivosti smješe prašina vazduh.

Minimalna energija paljenja (MIE, mJ), odnosno najniža energija elektrostatičkog polja koja, pri pražnjenju na iskrištu, zapali smješu prašina – vazduh u optimalnoj koncentraciji je generalno veća od energija paljenja gasnih ili parnih smješa sa vazduhom, jer minimalne energije paljenja gasnih smješa variraju od oko 20μJ za gasove eksplozivne grupe C do oko 200μJ za gasove

i pare eksplozivne grupe A. U tabeli dole date su, preuzete iz literaturnih padataka, minimalne energije paljenja nekih prašina.

Prašina Minimalna energija paljenja oblaka prašine (MIE, mJ) Prašina žitarica ≈60 Ugljena prašina Iznad 1000

Brašno 300 - 1000 Šećerna prašina 10 - 30

Alunijumska prašina <1 Sumpor <1

Magnezijumska prašina Iznad 1000 Urea 100

Kukuruzni štirak 10 Literaturni podaci ukazuju da se posebno opasnim smatraju prašine sa energijom paljenja manjom od 10mJ, a po nekim drugim podacima oni sa energijom paljenja manjom od 5mJ. Ako redove energija paljenja uporedimo sa tipičnim vrijednostima energija koje se emituju kod elektrostatičkih pražnjenja mogu se izvesti zaključci iz tabele 3. Energije paljenja raznih oblika pražnejnja elektrostatičkih naelektrisanja

Tip pražnjenja E (mJ) Opasnost za gasne smješe Opasnost za oblaka prašineVarnica <10.000 ++ + Korona <0,1 -/+ -

Četkasto pražnjenje <3-4 + -/+ Propagativno četkasto pražnjenje <3.000 ++ +

Iz tabele se može vidjeti da za smješe prašine sa vazduhom ne postoji praktično opasnost kod korona pražnjenja, a opasnost od četkastog pražnjenja je prisutna za osjetljive oblake prašine niske minimalne energije paljenja. I zaista, statistički podaci dati u L3 ukazuju da je vještačenje realnih eksplozija ukazalo da samo u 2% situacija u „kojima postoji sumnja” na paljenje od statičkog naelektrisanja. Istini za volju ove statistike se odnose na eksplozije postrojenja za preradu i skladištenje žitarica, čija je energija paljenja relativno visoka. Ako bi se radile slične statistike za neka postrojenja koja prerađuju osjetljive prašine, rezultati nebi bili tako optimistični.

Određivanje minimalne eksplozivne koncentracije (LEL), odnosno minimalne eksplozivne konectracije (MEC) oblaka prašine Poznavanje LEL, odnosno MEC ima poseban značaj za procjenu opasnosti od eksplozije određene prašine, izmeđo ostalog za definisanje zona opasnosti od eksplozije oblaka prašine (Zone 20, 21, 22), ali i za primjenu zaštitnij mjera u postrojenjima kod kojih je moguće pouzdano kontrolisati koncentraciju prašine. Generalno se može reći da su eksplozivne koncentracije prašina relativno visoke i da oblaci tih koncentracija relativno rijetko javljaju u većoj frekvenciji i duže vrijeme izvan tehnoloških sistema. Međutim, oblak se može pojaviti povremeno u kraćem vremenskom intervalu, a očekivana učestanost i trajanje ove pojave ukazuje na postojanje zone 21, odnosno zone 22. Eksplozivne koncentracije su takve a se, radi ilustracije, ne vidi uključena žarulja na rastojanju dosega ruke. Takve koncentracije rijetko se sreću, osim u unutrašnjosti tehnoloških sistema, što ukazuje na postojenje zone opasnosti 20. Međutim, povremena pojava oblaka prašine u potencijalno eksplozivnim koncentracijama kratkog trajanja dešava se u tehnološkim procesima i to ukazuje na zonu 21, odnosno zonu 22.

Određivanje LEL, odnosno MEC izvodi se u 20 litarskoj sferi opisanoj naprijed vakuumiranoj na 0,4 bara, sa tim da se koristi uzorak ood 10 grama koji se smješta u kontejner za prašinu koji je pod pritiskom od 20 bara. Paljenje je slično kao ono kod određivanja PMAX i KST, ali je energija paljenja 2kJ. Ispitivanje se ponavlja sa smanjenim uzorkom prašine (niža koncentracija

prašine) sve dok ne dođe do paljenja, a zatim se test ponavlja sa uzorkom kod koga je došlo do paljenja tako da se u tri uzastopna testa dobije isti rezultat. Smatra se da je do paljenja došlo ako je pritisak u sferi, kod paljenja 0,5 bara ili veći.

Minimalne eksplozivne koncentracije (LEL), odnosno minimalne eksplozivne konectracije (MEC) oblaka prašine date su tabeli.

Prašina Donja granica eksplozivnosi – minimalna eksplozivna kocentracija (g/m3) Prašina žitarica 125 Ugljena prašina 30 Brašno 60 Šećerna prašina 125 Aluminijumska prašina 100

Određivanje zapreminske otpornosti zapaljivih prašina Električna provodnost, odnosno otpornost prašine veoma je važna za odluku o izboru zaštite od eksplozije prašine i ovo ne treba posebno objašnjavati. Više pažnje bi trebalo izazvati definisanje graničnih vrijednosti između vodljivih i nevodljivih prašina. Ova granica je u tehničkoj regulativi postavljena na 105Ώcm i ovo može predstavljati predmet budućih diskusija. Ispitivanje, zapreminske provodnosti, ili zapreminske otpornosti se izvodi tako da se na uzorak prašine poznatog preseka i debljine dovede mjerni napona i onda se mjeri jačina struje koja protiče. Metoda je opisana u BS 7506 Part 2. Cilindrični ispitni aparat poseduje donju elektrodu sa izolacionim telom na koju se postavlja uzorak prašine koji se ispituje i gornju elektrodu koja dobro zaptiva da bi se prašina pritisla i učinila kompaktnom, a koja se uvodi sa gornje strane. Obe elektrode imaju priključke na koje se dovodi ispitni napon između 1000 i 5000 V a struja koja proteče se mjeri odgovarajućim ampermetrom. Ispitivanje se ponavlja tri puta, a za rezultat se uzima prosječna vrijednost struje i napona. Zapreminska specifična otpornost se izračunava uzimajući u obzir volumen, dužinu i poprečni presjek uzorka. Uzorci se kondicioniraju u trajanju od 24 časa prije ispitivanja na 50% relativne vlažnosti. U tabeli dole dajemo literaturne literaturne podatke o s vodljivosti nekih organskih i neorganskih prašina. Kako je i očekivano, vidi se da su neogranske prašine, a posebno metalne prašine, provodljive, a većina organskih nije. Ipak neke od materija ne spadaju pod ovu klasifikaciji. Na primjer, neki od ugljeva su svrstani u kategoriju vodljivih prašina, a drugi to nisu. Stoga je ispitivanje specifične provodljivosti od značaja za sve takve granične slučajeve.

Prašina LEL (g/m3) Klasa vodljivosti E (ρ<105Ωcm); N(ρ≥105Ωcm)

Neorganske materije 1 Atmizovani aluminijum 40 E 2 Čelik za pjeskarenje - E 3 Atmoziovani magnezijum 30 E 4 Cink 480 E 6 Cirkonijum 40 E

Organske materije 7 Anhidrid ftalne kiseline 15 N 8 Naftalin - N 9 Kalofonijum - N 10 Polietilen 25 N 11 Presovani polistirol 15 N 12 Fenolna smola 25 N 13 Aluminijum stearat 15 N 14 Pentaeritrit 30 N 15 Urea 70 N

Poljoprivredni artikli 16 Žito (pšenica) 100 N 17 Drvo 40 N 18 Soja 46 N 19 Šećer 35 N 20 Pamuk 50 N 21 Pluto - N 22 Pirinač 45 N

Određivanje granične koncentracije kiseonika (kiseonički indeks) – Limiting oxygen concentration - LOC

Ispitivanje granične koncentracije kiseonika u vazduhu kod koga je moguće sagorijevanje je veoma bitno ako se primenjuje mera zaštite inertizacijom unutrašnjosti tehnoloških sistema, uvođenjem nekog inertnog gasovitog medijuma, na primjer azota, argona ili ugljen dioksida. Na osnovu poznavanja ovog faktora može se odrediti količina medijuma koji se uvodi da se pouzdano spreči eksplozija u posebno opasnim tehnološkim sistemima.

Ispitivanje se izvodi u saglasnosti sa EN 14034-4: 2004 (Determination of the limiting oxygen concentration LOC of dust clouds). Ispitivanje se izvodu u 20 litarskoj sferi opisanoj naprijed., gdje se ispitni uzorak od 5 grama postavlja u komoru za prašinu a 20 litarska eksploziona komora se ispuni poznatim omjerom azota i kiseonika. Komora za prašinu se na ranije opisani način stavlja pod pritisak od 20 bara i aktivira se ubacivanje prašine u ekplozionu komoru, a nakon 60ms nakon dispergovanja i aktiviranje izvora paljenja. Kad se ostvari paljenje na poznatom sadržaju kiseonika njegova se koncentracija smanjuje sve dok se ne ostvari inicijacija koja ne uzrokuje paljenje. Sada se koncentracija kiseonika poveća za 1% iznad ove granice i mijenja se veličina uzorka, a time i koncentracija prašine u eksplozionoj komori da bi se pronašla najeksplozivnija koncentracija u atmosferi sa smanjenim sadržajem kiseonika, koja je uglavnom niža od najeksplozivnije koncentracije u normanim atmosferkiim uslovima (21% O2, 78% N2). Sa ovako utvrđenom najeksplozivnom koncentracijom se opet smanjuje koncentracija kiseonika dok se dobije jasna situacija bez paljenja u tri uzastopna testa. Smatra se da se eksplozija desila ako je maksimalni pritisak u sferi iznad 0,5 bara.

U realnim situacijama se ostavlja sigurnosna margina koja zavisi od sistema za inertizaciju, izboru senzora, tačnosti i vremenu odziva. Obično se ova sigurnosna margina postavlja na 2%.

Prašina Granična eksplozivna koncentracija – LOC (%) Ugljena prašina 14 Kanalizacioni mulj 11 Kukuruzni skrob 9 Aluminijumska prašina

5

Nestandradna ispitivanja karakteristika prašina Kod projektovanja novih sistema ponekad je veoma korisno detaljno poznavanje određenih

osobina prašine koje se ne dobijaju standardnim ispitnim metodama, imajući u vidu složenost nastajanja opasnih oblaka prašine. Ovdje bi pomenuli samo neka od takvih ispitivanja.

Analiza veličine čestica prašine: Za uspješno rješenje sistema za filtraciju i/ili odvođenje emitovanih čestica potrebno je detaljnije poznavanje realnih veličina i distribuciju veličina u konkretnoj prašini, po nekad do submikronskog nivoa. Neke laboratorije imaju dual-laser analizator koji je u stanju da mjeri i bilježi i broj čestica određene veličine, kao i zapreminski ili maseni protok prašine, što daje mnogo tačnije podatke od analize uz pomoć sita raznih gustoća koji su u stanju da reaguju na čestice veličina iznad 100 mikrona.

Generalno je eksplozivnost zapaljivih prašina obrnuto proporcionalna veličini najbrojnijih čestica. Neki izvori kao gornju granicu ispod koje su moguće eksplozije navode 420μm, dok je to po nekim drugim izvorim 120-180μm. Ilustrativan podatak iz [L2] dobijen eksperimentalnim putem je da je za ugljenu prašinu sa česticama koje se nalaze u rasponu 2,6 do 120μm, sa volatilnim sadržajem od 34-36%, brzina sagorevanja približno obrnuto proporcionalna kvadratnom korenu veličine čestice. Takođe je interesantan ilustracija podatak da eksplozivnost prašine aluminijuma varira od veoma ozbiljne do slabe, sa porastom dijametra čestica od 10 do 120μm. Minimalna energija paljenja i donja granica eksplozivnosti raste sa povećanjem dijametra čestica. Bitan faktor koji utiče na eksplozivne karakteristike zapaljive prašine je odnos površine čestice i njene težine, koji se u literaturi naziva specifična površina F0 (m2/g). Povećanje specifične površine uzrokuje generalno i povećanje eksplozivnosti praćine. Dakle eksplozivnost ne zavisi samo od veličine čestica, nego i od njihovog

geometrijskog oblika. Uz pomoć video mikroskopa moguće je utvrditi i oblik čestica prašine koji takođe ima značajan uticaj na eksplozivnost prašine. Ispitivanjima se može dobiti i specifična težina prašine kad bi bila u čvrstom bloku, što ima značaj kod izbora ili kontrukcije cikolskih filtera. Značajan podatak koji je moguće dobiti je i abrazivnost čestica prašine koja ima značaj za kontrukciju transportnih i ventilacionih sistema i njihovih komponenti.

Ispituje se i brzina vazduha koja je neophodna da se efikasno zahvati prašina, što je suštinski podatak za projektovanje odsisnih sistema. Pored ovih, ili drugih sličnih ispitivanja, proizvođači opreme izvode, po potrebi, i Full Scale ispitivanja parametara eksplozije prašina koja su od interesa za njihove proizvode. Ova ispitivanja mogu biti veoma različita i nećemo ih opisavti radi nedostatka prostora. Iznosimo samo jednu sliku koja ilustruje jedno takvo ispitivanje.

Jedna od metoda kategorizacije prašina po ekspozivnosti Ova metoda razvijena u SAD daje mogućnost komparativne ocjene eksplozivnosti prašine, ali je za nju potrebno imati referentnu prašinu koja ima stabilne karakteristike i koja je uvijek dostupna ispitnim laboratorijama. Za to je, u ovoj metodi, usvojena prašina uglja iz Pisburških rudnika koja ima približno konstantne karakteristike. Metoda je razvijena od strane U.S Bureau of Mines, i po ovoj metodi prašine se kategorišu po indeksu eksplozivnosti koji je definisan kao proizvod dve veličine nazvane osetljivost na paljenje (Ignition Sensitivity) i eksploziona ugroženosi (Explosion Severity). Ove dve veličine dobiju se upoređenjem eksplozivnih karakteristika ispitivane prašine u odnosu na te iste karakteristike referentne prašine za koju je odabrana prašina uglja iz Pitsburških rudnika. Ova referentna prašina odabrana je zbog toga što su njene karakteristike ispitivane i definisane u mnogo Full Scale ispitivanja.

Osjetljivost na paljenje dobije se kao odnos minimalne temperature paljenja, minimalne energije paljenja i donje granice eksplozivnosti za Pitsburški ugalj i za ispitivanu prašinu.

Tpmin (oC )xEpmin (mJ)xLEL (g/m3) – za Pitsdburški ugalj Osetljivost na paljenje = ------------------------------------------------------------------- Tpmin (oC )xEpmin (mJ)xLEL (g/m3) – za ispitivanu prašinu

Eksploziona ugroženost dobije se kao odnos maksimalnog pritiska eksplozije (PMAX) i maksimalnog porasta pritiska (dP/dt)MAX ispitivanog uzorka i Pitsburškog ugljena.

PMAXx(dP/dt)MAX za ispitivanu prašinu Eksplozivna ugroženost = ---------------------------------------------------- PMAXx(dP/dt)MAX za Pitsburški ugalj

Mjerenja se vrše na isti način i upotrebom iste opreme za ispitivani uzorak kao i za referentnu prašinu. Rizik od eksplozivnosti ispitivane prašine može se ocijeniti pomoću tabele koja slijedi. Ova metoda daje mogućnost procjene i moše se reći da prašina koja ima indeks eksplozivnosti značajno iznad referentne prašine predstavlja materijal koji zahtijeva posebne mjere opreza kod korišćenja i upotrebe. Nasuprot tome, prašine čiji je indeks eksplozivnosti ispod 0,1 pretstavljaju prvenstveno požarnu, ali u maloj mjeri eksplozivnu opasnost. Podaci o ovim veličinama za neke od ispitivanih prašina mogu se naći u literaturi. [2].

Odnos veličine rizika i indeksa ekspozivnosti Relativni rizik prašine Osjetljivost na paljenje Eksploziona ugroženost Indeks eksplozivnosti

Mali <0,2 <0,5 <0,1 Umjeren 0,2 – 1,0 0,5 – 1,0 0,1 – 1,0 Povećan 1,0 – 5,0 1,0 – 2,0 1,0 – 10 Veliki >5,0 >2,0 >10

Rezime: Eksplozije prašina predstavljaju ozbiljan problem, uzimaju ljudske živote i materijalna dobra, a o relevantnim ososbinama prašinama se relativno malo zna. Podaci o eksplozivnosti pojedinih prašina koje se često pojavljuju dostupni iz literaturnih izvora, ali postoji veliki broj čvrsdtih materijala koji se koriste u praškastoj formi, a čiji podaci nisu poznati. Prema našim informacijama, samo u farmaceutskoj industriji koristi se 100 – 150 materija čiji relevantni podaci nisu poznati. Čak ni podaci iz MSDS listi ne sadrže uglavnom odgovarajuće podatke o bitnim eksplozivniim karakteristikama prašina. Sa druge strane, koliko autori znaju, naše naučne i stručne institucije ne poseduju odgovarajuću opremu za ispitivanje. U radu su ukratko, koliko je prostor dopustio, opisane metode ispitivanja i naglašen značaj pojedne metode za praktična riješenja.

Potrebno bi, po našem mišljenju bilo, naći način za nabavku ove opreme koja, po našem mišljenju ne mora biti skupa i koja se može bar dijelom napraviti u našim laboratorijama. Literatura:

1. V.Kapor: Eksplozije zapaljivih prašina organskog porijekla u sistemima za transport i skladištenje Ex Tribina 2009.

2. K.N. Palmer: Dust explosions and Fires; Chapman and Hall, London, 1973

3. R.W.Schoeff; Dust Explosion Incidents: Statistics on threir Causes and Effects in the United States; The 3rd World Wide Seminar on the Explosion Phenomenon and the Application of Explosion Protection Technique in Practice; Flanders Expo Ghent – Belgium, February 1999

4. G.F.M. van Laar, Dust Explosion Characteristics and Their Interpretation based upon Process Knowledge; The 3rd World Wide Seminar on the Explosion Phenomenon and the Application of Explosion Protection Technique in Practice; Flanders Expo Ghent – Belgium, February 1999

5. P. Zeeuwen: Thermal Instability of Powders; The 3rd World Wide Seminar on the Explosion Phenomenon and the Application of Explosion Protection Technique in Practice; Flanders Expo Ghent – Belgium, February 1999

6. B. Broeckmann: Spontantenous Ignition of a Non-Explosible Powder; The 3rd World Wide Seminar on the Explosion Phenomenon and the Application of Explosion Protection Technique in Practice; Flanders Expo Ghent – Belgium, February 1999

7. J. Henrych: The dynamics of explosions and its use. Elsevier 1979

8. J.G. Torrent: Definition of and Insights into Explosion related Phenomena; The 3rd World Wide Seminar on the Explosion Phenomenon and the Application of Explosion Protection Technique in Practice; Flanders Expo Ghent – Belgium, February 1999

9. R. Stahl: The basics of dust explosion