RISCUL DE INCENDIU/EXPLOZIE DATORAT DESCARCARILOR ELECTROSTATICE IN PROCESE TEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA ALIMENTARA

RISCUL DE INCENDIU/EXPLOZIE DATORAT DESCARCARILOR ELECTROSTATICE IN PROCESE TEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA ALIMENTARA

Rezumat: In agricultura se intalnesc frecvent evenimente cum sunt incendiile sau exploziile care pot genera importante pagube materiale si umane. Articolul pune in evidenta o serie de masuri generale si specifice privind prevenirea incendiilor, precum si valorile energiilor minime de aprindere ale unor pulberi/prafuri utilizate in agricultura.

1. Caracteristici de explozie ale pulberilor/prafurilor

Proprietatile explozive ale pulberilor/prafurilor depind in principal de: dimensiunea particulelor, compozitia fizico-chimica, caracteristicile mediului ambiant etc.

Particulele de praf/pulbere pot sa se incarce electrostatic datorita urmatoarelor procese si/sau operatii tehnologice:

frecarea de suprafete solide (valturi, site etc);

lovirea si frecarea particulelor intre ele;

ciocnirea sau atasarea de particule ionizate din mediul inconjurator.

Dimensiunea particulelor de praf/pulbere are o influenta deosebita asupra caracteristicilor acestora, din punctul de vedere al incarcarii electrostatice. In mod obisnuit, particulele cu diametrul sub 0,1 m constituie fumul; particulele cu diametrul intre (0,1 10) m constituie norii de praf, fortele de gravitatie nefiind suficient de mari pentru depunerea la sol; particulele cu diametrul cuprins intre (1020) m, iar dupa unii autori (10850) m, constituie praful (pulberea) caracterizat prin faptul ca se depune la sol

Aprinderea dispersiei de praf/pulbere este functie de concentratia acesteia in aer; pentru o concentratie superioara unei valori minime, datorita distantelor corespunzatoare dintre particule, este posibila aprinderea particulelor una de la alta si deci propagarea exploziva a procesului.

Concentratia minima, element important la aprecierea riscului de explozie, prezinta valori in limite largi, determinate de: neuniformitatea particulelor ca dimensiune, umiditatea mediului, caracterul sursei de aprindere, caracteristicile mediului.

Prezenta unei substante volatile, in mediul care contine praf/pulbere, conduce la cresterea probabilitatii de aprindere, atat prin reducerea semnificativa a energici minime necesara pentru aprindere, cat si prin accelerarea procesului de ardere.

Umiditatea este un alt factor care reduce probabilitatea de aprindere, prin consumul de energie necesar incalzirii particulelor de apa.

Analiza incidentelor datorate dispersiilor de praf/pulbere pune in evidenta faptul ca cele mai periculoase, din punctul de vedere al riscului de explozie, sunt pulberile si dispersiile de praf din industria moraritului (prafuri de cereale si faina).

Principalele surse de natura electrica care pot conduce la aprinderea dispersiilor de prafuri/pulberi sunt scurtcircuitele electrice, si descarcarile electrice determinate de electricitatea statica.

In industria de morarit, incarcari electrostatice periculoase pot fi generate si in cazul urmatoarelor procese si operatii tehnologice: antrenarea cu viteza mare a echipamentelor specifice, utilizand curele de transmisie; transportul pneumatic al produselor; operatii de concasare, sfaramare si macinare; operatii de cernere a produselor.

Datele experimentale au pus in evidenta faptul ca incidentele din industria moraritului au avut loc numai pentru prafuri/pulberi avand rezistivitate peste 10⁸ si umiditate relativa a mediului ambiant sub 65%

2. Incarcari electrostatice la vehicularea pulberilor/prafurilor agricole

Particulele de pulberi/prafuri din materiale dielectrice se incarca electrostatic prin frecare cu peretii din metal sau material plastic ai conductelor (recipientelor). Procesele de incarcare electrostatica sunt deosebit de intense la vehicularea pneumatica a pulberilor/prafurilor, avand in vedere ca un mare numar de particule iau contact cu peretii conductelor.

Daca se considera ca particulele sunt sferice, iar mediul se afla la presiune atmosferica, aceasta poate acumula o sarcina superficiala cel mult egala cu

in care s-a considerat ca intensitatea campului electric nu poate depasi valoarea , la care incepe descarcarea corona in aer. Determinarile experimentale au pus in evidenta faptul ca sarcina superficiala a unei particule nu poate depasi valoarea de 10C/m² (datorita formei care nu este perfect sferica).

La acumularea particulelor incarcate, intr-un recipient, intensitatea campului electric in zona poate depasi cu mult valoarea limita     daca nu ar fi generate descarcari corona. Daca se considera ca n particule, fiecare de raza r, incarcate cu sarcina superficiala , formeaza prin acumulare o sfera de raza R, sarcina electrica q din interiorul sferei de raza R, marginita de suprafata (Σ) este

(1)

Pentru configuratia rezultata, din legea fluxului electric se obtine:

. (2)

Prin efectuarea integralei, rezulta expresia intensitatii campului electric , pe suprafata exterioara a sferei de raza R:

. (3)

Daca se considera ca , astfel incat particulele ocupa practic complet volumul sferei de raza R, se obtine:

, (4)

sau

. (4)

Daca se introduce relatia (5) in (3) rezulta:

. (6)

Relatia (6) pune in evidenta faptul ca, prin aglomerare, intensitatea campului electric ar putea depasi valoarea , si deci este posibila initierea unei descarcari electrice in zona.

In cazurile practice, acumularea particulelor se face sub forma conica (fig. 1).

Fig. 1. Acumularea particulelor sub forma

conica intr-un recipient.

Intensitatea maxima a campului electric rezulta in varful acumularii, unde poate fi depasita intensitatea initiala ; in acest caz, se dezvolta procese de ionizare, in urma carora sarcinile pozitive rezultate in aer vor neutraliza sarcinile din varful acumularii, iar sarcinile negative din spatiu vor contribui la intensificarea campului electric in apropierea varfului. Valoarea campului electric poate depasi rigiditatea dielectrica a mediului gazos, determinand astfel aparitia descarcarii corona. In acest mod, descarcarea electrica locala, initiata in varful acumularii, se propaga treptat spre marginea recipientului.

Daca recipientul nu este legat la pamant, sarcinile electrice ale pulberii ajung treptat la peretii acestuia, conducand la incarcarea sa electrica fata de pamant si la posibilitatea aparitiei in exteriorul recipientului a unei descarcari electrice in instalatiile fixe. In mod uzual, toate elementele metalice sunt conectate la priza de legare la pamant. Incarcarea cu pulberi a unor recipiente mobile (cisterne, butoaie etc), care nu sunt conectate la pamant (datorita nerespectarii masurilor de protectie impotriva incendiilor la locurile de munca), poate conduce la formarea unei cantitati de sarcina electrica pana la valori, la care, pot sa se dezvolte descarcari electrice in zona.

Cantitatea de sarcina acumulata pe suprafata recipientului depinde in mare masura de rezistenta sa de izolatie (chiar daca recipientul nu este legat la pamant, el prezinta o rezistenta de izolatie care nu este infinita). Daca, de exemplu, rezistenta de izolatie are valoarea sub 10⁶Ω, iar capacitatea electrica fata de pamant a recipientului este sub 1000pF rezulta o constanta de timp T, de descarcare, egala cu

, (7)

ceea ce face sa nu fie posibila incarcarea electrica a recipientului, pana la valori periculoase.

3. Masuri pentru limitarea si controlul riscurilor de incendiu/explozie.

Mijloace de protectie pentru instalatii si utilaje conexe,

care in timpul functionarii pot genera incarcari electrostatice

Pentru limitarea si controlul riscurilor determinate de aparitia incarcarilor electrostatice periculoase pe durata proceselor tehnologice este necesar sa se adopte urmatoarele masuri

toate echipamentele, conductele si utilajele prin care se vehiculeaza substante, la care pot rezulta incarcari cu sarcina electrica, vor fi legate la pamant in conformitate cu prevederile standardelor si reglementarilor in vigoare; vor fi legate, de asemenea, la pamant toate partile metalice ale echipamentelor electrice (carcase, motoare, aparataj, tablouri etc. precum si constructiile metalice conexe), care in mod normal nu sunt sub tensiune, dar care accidental ar putea ajunge in aceasta situatie;

in zonele cu risc de incendiu/explozie se interzice exploatarea instalatiilor cu elemente metalice nelegate la pamant sau cu legaturi defecte ori necorespunzatoare din punctul de vedere al rezistentei electrice;

la stabilirea masurilor de protectie impotriva incarcarilor cu sarcina electrica, se au in vedere particularitatile procesului de productie (in scopul stabilirii unor solutii adecvate de prevenire a acumularilor de sarcini electrice), precum si pentru neutralizarea sarcinilor produse (prin dispozitive adecvate, existente sau create in acest scop), in vederea reducerii acumularilor de    sarcina electrica pana la valori care sa nu determine descarcari electrice periculoase;

este interzisa utilizarea de catre personalul de exploatare si intretinere a imbracamintei (inclusiv a lenjeriei de corp) din matase, fibre sintetice sau lana, in incaperi sau spatii unde pot fi generate pulberi/prafuri combustibile, care in amestec cu aerul pot determina incendii/explozii;

in zonele cu risc de incendiu/explozie, nu se admite utilizarea transmisiilor cu curele plane; benzile transportoare din materiale cu conductivitate electrica redusa, sunt admise numai daca sunt in executie antistatica; instalarea de neutralizatoare cu perii pentru neutralizarea sarcinilor electrice de pe curelele de transmisie, in zonele cu risc de incendiu/explozie, poate fi acceptata numai dupa o analiza punctuala a conditiilor specifice din zona;

in toate cazurile, cand atmosfera poate sa contina gaze/vapori in concentratii explozive, este permisa folosirea curelelor de transmisie, cu conditia ca acestea sa fie in constructie antistatica omologata; la curelele de transmisie ale utilajelor nu se admite patinarea acestora (dupa caz, se vor utiliza dispozitive mecanice speciale in acest scop: glisiere, role de intindere etc.);

pentru a evita procesele de incarcare prin inductie electrostatica, trebuie adoptate masuri pentru ca in apropierea benzilor transportoare si a curelelor de actionare sa nu se afle piese metalice;

utilizarea produselor combustibile volatile (benzina etc.) pentru spalarea hainelor din lana, matase si fibre sintetice, spalarea pe maini, precum si a sculelor, agregatelor, pieselor etc, este interzisa;

in toate cazurile in care legarea la pamant este un mijloc de protectie eficient impotriva riscurilor determinate de electricitatea statica, se recomanda utilizarea acestei metode avand in vedere simplitatea, siguranta sa si costurile reduse ale acesteia;

toate utilajele actionate, care nu sunt amplasate pe suport metalic comun cu unitatile lor de actionare, vor fi conectate cu un conductor de legatura la pamant; astfel, pompele actionate electric, plasate pe suport metalic comun cu motorul electric, care este legat la priza de pamant nu necesita o conexiune separata la priza de pamant;

circulatia pe rezervoare sau pardoseli metalice se va face numai cu incaltaminte care prin lovire sau frecare nu genereaza scantei sau sarcini electrice;

daca spatiile de lucru sunt dotate cu instalatii electrice, utilaje etc., acestea vor fi executate in constructie "antiex";

in cazurile cand constructiile si/sau utilajele din zonele de lucru impun protectia impotriva descarcarilor sub forma de trasnet, sistemele corespunzatoare de protectie se vor realiza conform normativului I - 20 si a normativului ID - 17;

periodic se vor efectua determinari pentru valorile rezistentelor de dispersie ale prizelor de pamant si a continuitatii la instalatiile electrice, numai de catre personal autorizat in acest sens.

4. Masuri de prevenire a incendiilor/exploziilor la transportul pneumatic

al substantelor combustibile pulverulente

La transportul pneumatic al substantelor pulverulente, precum si in instalatiile de ventilatie, aerisire, desprafuire, datorita proceselor de frecare dintre particule sau intre particule si peretii conductelor, pot sa apara intense procese de incarcare electrostatica a pulberilor/prafurilor aspirate sau refulate, a conductelor, filtrelor etc. si posibilitatea dezvoltarii de descarcari electrice intre partile conductoare (inclusiv intre flansele din metal si personalul de deservire); in cazul in care mediul de lucru prezinta risc de incendiu sau de explozie, sunt necesare urmatoarele masuri

la utilizarea conductelor (canalelor) de ventilatie avand structura din material plastic, se vor utiliza, de regula, flanse confectionate din acelasi material; flansele din metal de la conductele din material sintetic, vor fi conectate la priza de pamant;

conductele de ventilatie, confectionate din metal, vor fi conectate la priza de pamant si nu se vor monta tronsoane confectionate din material izolator intre tronsoanele metalice (acolo unde acest lucru nu este posibil, se vor executa legaturi sau punti de echipotentializare);

conductele din material izolant nu vor fi vopsite in exterior cu vopsea buna conducatoare de electricitate si nu vor fi infasurate cu materiale conducatoare; in caz contrar, este posibila acumularea de sarcini electrice pe partea interioara a acestora;

la sistemele de aerisire si desprafuire de la filtrele din instalatiile de productie, partile metalice (suportii, carcasa, inelul de dilatare etc.) vor fi conectate la priza de pamant;

in cazul cand pe traseele (tubulaturile) de exhaustare sau ventilatie se utilizeaza burdufuri din materiale textile, plastice etc, se vor executa sisteme de echipotentializare intre partile bune conducatoare de electricitate;

periodic se vor executa determinari pentru valorile rezistentelor de dispersie ale prizelor de pamant aferente echipamentelor din zona si a continuitatii la instalatiile electrice, numai de catre personal autorizat in acest sens.

5. Masuri de prevenire a incendiilor/exploziilor pentru utilaje si instalatii

utilizate in procesele si operatiile tehnologice

Pentru limitarea si controlul riscurilor de incarcare electrostatica a utilajelor si instalatiilor care asigura prelucrarea si depozitarea materialelor inflamabile (lacuri, solventi, etc) este necesar sa se adopte urmatoarele masuri

utilajele, instalatiile si dispozitivele pentru procesele in care pot sa apara acumulari periculoase de sarcina electrica vor fi executate din materiale bune conducatoare de electricitate;

elementele metalice ale instalatiilor de ventilatie (canale de ventilatie, ventilatoare, cicloane etc.) se vor lega obligatoriu la pamant in cazul in care exista posibilitatea acumularii de electricitate statica pe acestea;

pentru utilajele cu suprafete emailate si pentru cele metalice la care pe peretii interiori se pot forma sedimente din substante neconductoare (gudroane, pelicule din masa plastica etc.), legarea la pamant nu reprezinta un mijloc de protectie eficient, acesta fiind necesar; in aceste cazuri, in functie de conditiile procesului tehnologic, trebuie sa fie adoptate si alte masuri de protectie;

asigurarea protectiei impotriva riscurilor de accident prin electrocutare, constituie situatii conexe cu protectia impotriva riscurilor de incendiu/explozie si determina, pentru rezistentele de dispersie ale prizelor de pamant, urmatoarele valori extreme:

maxim 4Ω, pentru instalatiile electrice de joasa tensiune;

maxim lΩ, pentru cazurile in care prizele de pamant sunt comune pentru instalatiile de joasa tensiune, medie tensiune si pentru paratrasnet;

maxim 10Ω , pentru instalatiile de paratrasnet (priza artificiala);

maxim 5Ω, pentru instalatiile de paratrasnet (priza naturala);

legaturile electrice pentru egalizarea potentialelor, conditiile privind realizarea acestora, precum si rezistentele de dispersie ale prizelor de pamant corespunzatoare instalatiilor electrice de protectie, inclusiv pentru descarcarile sub forma de trasnet, se coreleaza avand in vedere prevederile normativelor NP - I7, ID - 17, I - 20 si a standardelor in domeniu;

este obligatorie determinarea periodica a valorilor rezistentelor de dispersie ale prizelor de pamant aferente echipamentelor si a continuitatii la instalatiile electrice, numai de catre personal autorizat in acest sens.

6. Masuri de prevenire a incendiilor pentru instalatii de ventilatie si

transport pneumatic

Pentru limitarea si controlul riscurilor de incarcare electrostatica a instalatiilor de ventilatie si transport pneumatic, din zonele cu risc de incendiu/explozie, este necesar sa se     adopte urmatoarele masuri

incaperile in care se degaja substante explozive trebuie sa fie prevazute cu ventilatie naturala si/sau ventilatie mecanica, care sa permita evacuarea gazelor, vaporilor, prafurilor, pulberilor etc. astfel incat la exploatarea normala sa se evite posibilitatea de acumulare a acestora;

prizele de ventilatie pentru aer vor fi prevazute cu sisteme de protectie care sa evite patrunderea unor corpuri straine;

paletele exhaustoarelor de la instalatiile care vehiculeaza vapori inflamabili, vor fi executate constructiv din materiale neferoase (bronz, alama, aluminiu);    

nu se admite functionarea instalatiilor de transport pneumatic fara asigurarea legarii la pamant a carcaselor metalice ale ventilatoarelor, tubulaturilor si cicloanelor, pentru a asigura scurgerea acumularilor de sarcina electrica;

pornirea instalatiei de ventilatie se va executa inainte de punerea in functiune a instalatiilor tehnologice si se va opri respectandu-se timpii minimi prevazuti de normele specifice de protectie impotriva incendiilor;

periodic se vor executa determinari pentru rezistentele de dispersie ale prizelor de pamant aferente echipamentelor si a continuitatii la instalatiile electrice, numai de catre personal autorizat in acest sens.

7. Receptia si verificarea instalatiilor electrice din zonele cu risc de incendiu/explozie

Verificarea instalatiilor electrice din zonele cu risc de incendiu/explozie are ca scop sa stabileasca

daca instalatiile corespund tehnic prevederilor din standardele si normativele in vigoare referitoare la aceste zone;

daca instalatiile sunt corespunzatoare din punct de vedere al protectiei: "antiex", "etans la praf" etc.

Verificarea instalatiilor electrice din zonele cu risc de incendiu/explozie se face:

inainte de punerea in stare de functionare;

dupa modificari aduse instalatiei electrice sau instalatiei tehnologice, daca prin acestea se modifica unele caracteristici ale zonei;

periodic, la intervale determinate de timp (in functie de conditiile locale) conform normativelor in vigoare; aceasta verificare se refera in principal la determinarea rezistentei electrice de dispersie a prizelor de pamant.

Verificarea instalatiilor electrice din aceste zone se executa numai de catre personal autorizat, iar la baza verificarii trebuie sa stea proiectul tehnic si planul de zonare, cu marcarea elementelor necesare (zonele cu risc de explozie etc).

Pentru toate instalatiile electrice este necesar a se verifica:

starea legaturilor la priza de pamant a echipamentelor si utilajelor tehnologice ca si a suntarilor la flanse (daca este cazul);

starea conexiunilor electrice pentru a pune in evidenta eventualele legaturi imperfecte care se pot incalzi la trecerea curentului electric de lucru;

rezistenta electrica de izolatie a circuitelor electrice pentru a identifica eventualele defecte de izolatie cu posibilitatea aparitiei unor scurtcircuite insotite de arc electric;

reglarea corecta a protectiilor pentru a asigura separarea sigura, selectiva si in cel mai scurt timp a defectelor din circuitele electrice;

existenta, starea tehnica (fizica) si modul de montare a capacelor la aparate, la doze, la corpurile de iluminat ete.;

etansarea adecvata a intrarilor in carcasele echipamentelor electrice;

posibilitatea aparitiei unor incalziri anormale sau a unor vibratii peste limitele admise.

Receptia instalatiilor electrice din zonele cu risc de incendiu/explozie se poate face numai dupa executarea intregului set de probe si verificari impuse de legislatie, precum si a masuratorilor privind rezistentele de dispersie ale prizelor de pamant (valori certificate prin buletine de incercare). La receptie, este necesara verificarea criteriilor de alegere, de catre proiectant, a caracteristicilor echipamentelor electrice, precum si prescriptiile referitoare la realizarea instalatiilor electrice din aceste zone.

Bibliografie

Golovanov, N., Popescu, G. - Elemente teoretice privind incarcarea cu electricitate statica in industrie. Conferinta de Electrostatica, Cluj, 1996.

Florea, M. - Exploziile pulberilor prafurilor combustibile. Buletinul Pompierilor, nr.2, Editura Ministerului de Interne, 1987.

Golovanov, N., Popescu, G. - Fenomene de incarcare electrostatica in industrie, ca surse de incendii si explozii. Alo, 981!, nr.8(52), 1996.

*** STAS 12604/5 Instalatii electrice fixe. Prescriptii de proiectare, executie si verificare.

[5] Golovanov, N., Popescu, G., Dumitrana T., Coatu S. - Evaluarea riscurilor generate de descarcari electrostatice. Editura Tehnica, Bucuresti, 2000.

*** O.M.I. nr. 108/01 august 2001, pentru aprobarea Dispozitiilor generale privind reducerea riscurilor de incendiu generate de incarcari electrostatice - D.G.P.S.I.-004

Golovanov, N., Toader, C., Postolache, P., Popescu, G. - Riscul de incendiu/explozie datorat descarcarilor electrostatice in procese tehnologice din agricultura, Simpozionul Stiintific International al Universitatii Agrare de Stat din Moldova, (7-8) octombrie, Chisinau, 2003.