Explosiebescherming van filters

Stoffilters worden veel gebruikt in afzuigsystemen waarbij de gemiddelde stofconcentratie in de afgezogen lucht laag is en ver onder de laagste explosiegrens ligt. Betekent dit definitief dat er in deze filters geen explosieve atmosfeer wordt gevormd? Dergelijke filters zouden een zone 22 of zelfs een zone 21-situatie kunnen vormen, maar zeker geen zone 20-situatie. Toch worden filters in veel publicaties als een typische zone 20-situatie beschreven. Wat is de oorzaak van dit verschil? Het antwoord hierop zit ‘m in de reiniging van de filter.

Explosieve atmosferen

Wanneer de lucht - met een lage stofbelasting - in de filter komt, zullen de meeste stofdeeltjes zakken. Dit komt omdat de luchtsnelheid in de filterbehuizing laag is en er bijna geen turbulentie is. Voor sommige toepassingen worden zelfs ‘stofkamers’ gebruikt zonder filterelementen. Door de lage snelheid in de kamers zal het stof zakken. Alleen heel kleine stofdeeltjes blijven zweven. Deze verlaten de kamers met de lucht en zetten zich in de filter af op de filterelementen. Om te voorkomen dat de filterelementen verstopt raken, worden de stofdeeltjes af en toe losgemaakt door een luchtpuls. Bij elke reinigingspuls wordt een dichte stofwolk gevormd rond de filterelementen. Aangezien in de gemiddelde filter dergelijke pulsen frequent worden toegepast, ontstaat dus ook regelmatig een stofwolk waarvan de atmosfeer hoogstwaarschijnlijk explosief is. Volgens de zonedefinities in de ATEX-richtlijn 1999/92/EC is dit een zone 20-situatie: “mengsels die voortdurend, langdurig of dikwijls explosief zijn”.

Aanvaardbaar risico volgens ATEX

Volgens de ATEX-richtlijn 1999/92/EC moeten de installaties in een zone 20 als categorie 1D zijn gecertificeerd, met verwijzing naar de ATEX-richtlijn 94/9/EC.  Volgens 94/9/EC mogen er voor categorie 1D (of 1G)-installaties tijdens de normale werking geen ontstekingsbronnen voorkomen, zelfs niet in geval van twee onafhankelijke storingen. Voor een zone 20-situatie in een filter is alleen preventie voldoende als er geen ontstekingsbronnen zullen voorkomen, zelfs niet in geval van twee onafhankelijke storingen. Bijvoorbeeld als een (geleidend) filterelement niet geaard is, kan het geladen worden en kunnen er vonken overslaan in de richting van de filterbehuizing. Om dit te voorkomen, moet het element geaard worden. Maar zelfs dan kunnen dergelijke vonkoverslagen nog steeds ontstaan. Dit is afhankelijk van het type en de grootte van het filterelement, maar het is hoogst onwaarschijnlijk dat een dergelijke vonkoverslag ooit groter zal zijn dan 10 mJ.  Daarom houdt de VDI-grens van 10 mJ steek.

Mechanische vonken

Ook incidentele mechanische vonken zullen enkel ‘gevoelig’ stof ontsteken (MIE < 10 mJ en de minimale ontstekingstemperatuur van de stofwolk MIT < 400 °C). De toepassing van de ATEX-vereisten betekent dat explosiebescherming van filters vereist is in bijna alle situaties. Tenzij met een specifieke risicoanalyse kan worden geconcludeerd dat ofwel explosieve stofwolken heel onwaarschijnlijk zijn of dat alle mogelijke ontstekingsbronnen met bijna 100 % zekerheid kunnen worden uitgesloten.

Explosiedrukontlasting van filters

Voor het dimensioneren van explosiedrukontlasting voor een filter worden dikwijls de standaardformules van EN 14491 toegepast om de vereiste ontlastoppervlakte te berekenen. De breekplaat wordt dan ergens op de filterbehuizing geïnstalleerd. Een gebruikelijke fout is dat de breekplaat zo geplaatst wordt dat in geval van een explosie de breekplaat opengaat waarna de luchtstroom (die gemakkelijk 200 m/s kan overschrijden) de filterelementen in de ontlastopening naar buiten zal blazen en deze elementen de opening zullen blokkeren. Dit resulteert in een beperkte ontlasting waardoor de filterbehuizing vervormd of zelfs vernield kan worden, ondanks de drukontlasting. In de herziene versie van EN 14491 is het toegelaten om het, voor de explosiedrukontlasting, in rekening te brengen volume te verminderen met het volume van de filterzakken en het volume tussen de filterzakken. De enige voorwaarde is dat de afstand tussen de filterelementen beperkt is:

  • Voor mouwfilters: de afstand tussen de mouwen mag de radius (helft van de diameter) van de mouwen niet overschrijden.
  • Voor enveloppefilters: de afstand tussen de enveloppen mag de breedte van de enveloppe niet overschrijden.

Explosieonderdrukking van filters

Ook bij explosieonderdrukking van filters is de aanwezigheid van filterelementen heel belangrijk, voor de keuze van het detectiesysteem, de locatie en het aantal blusmiddelhouders en de berekening van de gereduceerde explosiedruk. Explosiedetectoren kunnen worden geactiveerd door:

  • Statische overdruk
  • Dynamische druk (stijgsnelheid)
  • Optisch: de vuurbal van de explosie wordt gedetecteerd.

Voor de detectie van statische of dynamische druk moet rekening worden gehouden met de pulsreiniging van de filter.

Inlaat

Soms bestaat het oude misverstand nog dat er op de inlaat van een filter geen explosie-isolatie nodig is. Want als de luchtsnelheid naar de filter voldoende is, zal de explosie zich niet kunnen verspreiden tegen deze stroom in (de vlamsnelheid van de stofexplosie in een filter is zelden hoger dan 20 m/s, wat de typische luchtsnelheid in een inlaat is). Maar in geval van een stofexplosie in een filterbehuizing, zal de druk in de behuizing stijgen en waardoor de luchtstroom in de filterinlaat omkeert. De isolatiesystemen die in dergelijke inlaten worden gebruikt, zijn:

  • Terugslagkleppen
  • Chemische barrières
  • Snel sluitende kleppen

Er is heel wat discussie rond de efficiëntie van terugslagkleppen om een explosie te stoppen. Daarom wordt nu een aparte EN-standaard voor terugslagkleppen voorbereid die binnenkort officieel wordt.

Productuitlaat

Explosie-isolatie van de productuitlaat wordt gewoonlijk gegarandeerd door systemen zoals draaisluizen of dubbele kleppen. Belangrijk hierbij is dat gewone ATEX-gekeurde kleppen niet volstaan; de kleppen moeten gecertificeerd zijn om explosiedoorslag te voorkomen. Deze kleppen, en dan vooral de draaisluizen moeten echter regelmatig worden geïnspecteerd. De spleet tussen de schoepen en de behuizing zal door het gebruik namelijk langzaam toenemen, waardoor het niet meer gegarandeerd is dat de explosie niet doorslaat.

Schone luchtuitlaat

Voor de isolatie van een schone luchtuitlaat moet rekening gehouden worden met het feit dat hoewel er een aantal (gesinterde) filterelementen zijn die werden gecertificeerd om vlamverspreiding te stoppen, de meesten dat niet doen. Maar ze verbranden en maken zo de verspreiding van het vuur mogelijk. Met een explosieonderdrukkingssysteem worden vlammen gewoonlijk gedoofd voordat ze zich verspreiden door de filterelementen. Zelfs zonder vlamverspreiding is (druk)isolatie dikwijls nodig om de zwakke elementen in de luchtuitlaat (zoals ventilatorbehuizingen of dempers) te beschermen. Alleen wanneer er geen vlamverspreiding is of de schone luchtuitlaat zich op een veilige plaats bevindt, én de luchtuitlaat (inclusief ventilator en geluiddemper) ontworpen is om te weerstaan aan de gereduceerde explosiedruk in de filter, is er geen explosie-isolatie op de schone luchtzijde nodig.

Het grote ATEX congres 2013

Kom meer hierover te weten tijdens het grote ATEX congres 2013. Het Grote ATEX congres vindt plaats op 25 april in Den Bosch. Klik hier en meld u nu aan!