Stofexplosiegevaar

  1. Inleiding
  2. Keuze van elektrisch materieel voor nieuwe installaties en aanpassingen aan installaties
    a. Om welke stof gaat het?
    b. In welke zone wordt het materieel ingezet?
    c. Keuze van het elektrisch materieel
  3. Internationale normontwikkelingen en hun beschermingswijzen tegen ontsteking

1. Inleiding

Stofexplosies verlopen afwijkend van gasexplosies. In geval van een gasexplosie zal de opgebouwde dynamische druk heel snel de gaswolk vergroten, maar daarmee meteen ook de gasconcentratie verlagen, waardoor een verdere uitbreiding voorkomen wordt omdat de mengverhouding van het gasmengsel daarmee onder het LEL (lower explosion level) komt.

Stofexplosies daarentegen ontstaan vaak door opwerveling van kleine stofdeeltjes die in aanraking komen met een heet machineoppervlak of een vonk met voldoende ontstekingsenergie. Het verloop hiervan is veelal onvoorspelbaar doordat de drukgolf die ontstaat weer nieuw stof op kan doen wervelen waardoor de kettingreactie in gang is gezet en de gevolgen vaak niet meer te overzien zijn.

Overal waar met brandbare poeders wordt gewerkt of waar veel stof vrijkomt in omsloten ruimten bestaat de mogelijkheid van een stofexplosie. Voorbeelden van typen bedrijven waar stofexplosies kunnen plaatsvinden zijn:

  • graanoverslagbedrijven,
  • zuivelfabrieken,
  • suikerfabrieken,
  • mengvoederbedrijven,
  • papierverwerkingsbedrijven,
  • meubelfabrieken en
  • kunststofverwerkende bedrijven.

In de tijd voor de ATEX richtlijnen was er alleen sprake van normering op het gebied van elektrische stofexplosie veiligheid in de algemene norm voor elektrische installaties NEN 1010. Hier was slechts één hele paragraaf gewijd aan het onderwerp stofontploffingsbeveiliging. Maar sinds de ATEX richtlijnen van kracht zijn, is in Nederland de regelgeving voor stofexplosieveiligheid ook vastgelegd.


2. Keuze van elektrisch materieel voor nieuwe installaties en aanpassingen aan installaties

Bij de keuze van elektrisch materieel dient u als volgt te werk te gaan:

2a. Om welke stof gaat het?

Iedere brandbare stof heeft kenmerken welke voor de keuze van explosieveilig materieel van belang zijn, zoals:

  • de stofgroep die van toepassing is (IIIA, IIIB of IIIC)
    IIIA = vezels en vlokken
    IIIB = elektrisch niet geleidende stoffen met een diameter < 0.5 mm
    IIIC = elektrisch geleidende stoffen met een diameter < 0.5 mm
  • ontsteektemperatuur (temperatuur waarbij een stofwolk tot ontsteking komt)
  • smeultemperatuur òf glimtemperatuur (temperatuur waarbij een 5 mm dikke stoflaag gaat smeulen)

Bijvoorbeeld: bruinkool, stofgroep IIIC, ontsteektemperatuur 380 ºC, smeultemperatuur 225 ºC.

2b. In welke zone wordt het materieel ingezet?

Om vast te stellen in hoeverre maatregelen nodig zijn om werkzame ontstekingsbronnen te vermijden, moeten explosiegevaarlijke gebieden naar regelmaat en duur van aanwezigheid van explosiegevaarlijk stof, in zones ingedeeld worden.
Stoflagen en opeenhopingen van brandbaar stof, die al dan niet opgewerveld tot stofwolk, een explosiegevaarlijke atmosfeer kunnen vormen, moeten net als andere gevarenbronnen in acht genomen worden (ATEX richtlijn 1999/92/EG).

zone 20 een explosiegevaarlijke atmosfeer in de vorm van een brandbare stofwolk in lucht is voortdurend, gedurende lange perioden of regelmatig aanwezig
zone 21 kans op aanwezigheid van een explosiegevaarlijke atmosfeer in de vorm van een brandbare stofwolk in lucht onder normaal bedrijf is groot
zone 22 kans op aanwezigheid van een explosiegevaarlijke atmosfeer in de vorm van een brandbare stofwolk in lucht is onder normaal bedrijf gering en slechts gedurende korte tijd

2c. Keuze van het elektrisch materieel

Stel de maximaal toelaatbare oppervlaktetemperatuur van het toe te passen elektrisch materieel vast aan de hand van de kenmerken van de stof (zie punt 2a) met in acht name van enkele veiligheidsfactoren.

Tmax = glim (smeul) temperatuur - 75 ºC
Tmax = 2/3 van de ontsteektemperatuur
bijv. bruinkool 225 ºC - 75 ºC = 150 ºC en
bijv. bruinkool 2/3 * 380 ºC = 254 ºC


De laagste van beide temperaturen is bepalend voor de keuze van het materieel. In ons voorbeeld mag de oppervlakte van het elektrische materieel een maximale temperatuur van 150 ºC bereiken.

zone 20 zone 21 zone 22
categorie 1D categorie 2D of
categorie 1D
categorie 3D of
categorie 2D of
categorie 1D


Vergelijk vervolgens de eisen van uw toepassing met de typeaanduiding van het product.

bijv. II 2D Ex tb IIIC T80ºC

II
2
D
Ex tb
IIIC
T80ºC
materieelgroep II (bovengrondse installatie)
categorie 2
voor stof (D = Dust)
bescherming door behuizing, met veiligheidsniveau 'b' = hoog
stofgroep IIIC (= geschikt voor geleidende stoffen)
maximale oppervlaktetemperatuur van het materieel


Dit materieel is voor toepassing in zone 21 en 22, voor de 'zwaarste' stofgroep (IIIC) toelaatbaar, waarvan de ontsteektemperatuur boven 80 ºC ligt (met in acht name van de veiligheidsfactoren).


3. Internationale normontwikkelingen en hun beschermingswijzen tegen ontsteking

In EN-IEC 60079-14: 2014 is een tabel opgenomen met de relatie tussen EPL en beschermingswijzen. Daaruit blijkt dat (algemeen gangbaar) toepasbaar is voor stofexplosieveiligheid:

  • Bescherming door behuizing ‘Ex t’ volgens EN-IEC 60079-31
  • Materieel onder inwendige overdruk (zonder voorspoelen) ‘Ex p’ volgens EN-IEC 60079-2
  • Intrinsieke veiligheid ‘Ex i’ volgens EN-IEC 60079-11
  • Ingieten met gietmassa ‘Ex m’ volgens EN-IEC 60079-18

De markering wordt aangevuld met een ‘a’, ‘b’ of ‘c’ afhankelijk van het toegepaste veiligheidsniveau.

Er is echter bij veel 'installed base' nog sprake van:

  • ‘bescherming door behuizing’ gemarkeerd ‘Ex tD’ volgens EN-IEC 61241-1
  • ‘inwendige overdruk’ gemarkeerd ‘Ex pD’ volgens EN-IEC 61241-4
  • ‘intrinsieke veiligheid’ gemarkeerd ‘Ex iaD of Ex ibD’ volgens EN-IEC 61241-11
  • ‘ingieten met gietmassa’ gemarkeerd ‘Ex maD of Ex mbD’ volgens EN-IEC 61241-18

Bij ‘bescherming door behuizing’ volgens de 'oude' norm werden een tweetal praktijkmethoden A en B gehanteerd om de maximaal toelaatbare oppervlaktetemperatuur vast te stellen. De reeds lang in Europa toegepaste Tmax = 2/3 x Tontsteek èn Tmax = Tglim – 75 ºC vallen onder Practice A als we het vergelijken met de 'oude' internationale IEC norm. Hier is met name de stoflaag bij de bepaling van de glimtemperatuur bepalend:
Practice A rekent met 5 mm stoflaag en is gebaseerd op IP geclassificeerde behuizing, Practice B met 12.5 mm (= 1/2" inch) stoflaag. Beide praktijkmethoden zijn bedoeld om een gelijkwaardig veiligheidsniveau te garanderen. Stel dat een Practice A gecertificeerd apparaat toch in een ruimte komt waar dikkere stoflagen dan 5 mm kunnen ontstaan dan treedt er een reductie op voor de max. toelaatbare oppervlaktetemperatuur afhankelijk van de stoflaagdikte. Zie hiertoe figuur 1 behorend bij artikel 5.6.3. in EN-IEC 60079-14: 2014.

Wanneer ooit Practice B toegepast is op een gecertificeerd product kunt u er van uitgaan dat het uiteindelijke veiligheidsniveau gelijk is aan die van Practice A, omdat de smeultemperatuur bij een 12.5 mm dikke stoflaag lager zou zijn dan van een 5 mm stoflaag en de praktijkmethode een formule hanteert Tmax = Tglim(12.5 mm) – 25 ºC.

Waar het de markering betreft met een zone aanduiding achter de Practice A of B markering bij beschermingswijze Ex tD: Dit is achterhaald. De ATEX richtlijn vereist een categorie, maar de norm waarmee de fabrikant bij de Notified Body aantoont dat aan de richtlijn wordt voldaan, vereiste bij de oude norm een zone aanduiding in de markering. Met de komst van EN-IEC 60079-31 is dit komen te vervallen. Men gaat bij beschermingswijze ‘Ex t’ nog maar uit van 1 methode, weliswaar in 3 veiligheidsniveau’s; te weten Ex ta voor EPL Da (zone 20), Ex tb voor EPL Db (zone 21) en Ex tc voor EPL Dc (zone 22). Dus bij Ex t geen markering met Practice A of B en ook geen zone 22, 21 of 20.

Een laatste opmerking in EN-IEC 60079-31 wordt bevestigd dat er afwijkende regels gelden voor geleidende stoffen voor EPL Dc (zone 22). Voor groep IIIC (geleidende stoffen) geldt een minimum beveiligingsniveau van Ex tb met een bijbehorende minimum IP afdichting van IP6x. Dit is het logische gevolg dat wanneer slechts IP5x voor Ex tc (zone 22 ofwel ATEX categorie 3D) materieel benodigd zou zijn en een zeer fijn geleidend stof dan in een IP5x behuizing binnendringt, het gevaar bestaat van kortsluiting bij het inwendige elektrotechnische materieel.

Explosieveiligheid

ATEX richtlijn

Stofexplosiegevaar

Normenlijst

Productcertificaten

Links