Welkom bij

---

Voorbeeld van DHA (NFPA 652)

Voorbeeld van Stofgevarenanalyse van een industriële poederverwerkingsinstallatie

Vraag of opmerking? Neem contact met ons op via admin@powderprocess.net

---

Sectie samenvatting
1. Wat is NFPA 652?
2. Een voorbeeld van DHA?

---

1. DHA (NFPA 652)

Een Stofgevarenanalyse (DHA) is verplicht volgens NFPA 652, deze pagina beoogt een voorbeeld van een DHA te geven dat nuttig kan zijn voor fabrieksoperators die hun eigen analyse moeten uitvoeren. In dit voorbeeld wordt een pneumatische transportleiding voor meel bestudeerd.

In de VS is een norm voor ontvlambare stofexplosies uitgegeven door de NFPA: de norm NFPA 652. Deze norm is verplicht en vereist met name het uitvoeren van een Stofgevarenanalyse (DHA). Het document, d.d. mei 2020, stelt een deadline vast voor het voltooien van de DHA op 7 september 2020 en vraagt om een herziening en update om de 5 jaar. Het niet correct voltooien van de DHA zal resulteren in OSHA sancties.

Details over NFPA 652 en andere normen, evenals uitleg over wat een DHA is en hoe deze moet worden uitgevoerd, kunnen worden gevonden op deze pagina: NFPA 652 Stofgevarenanalyse (DHA) - Het DHA-proces binnen de kaders van NFPA 652

2. Een voorbeeld van DHA

Voor dit voorbeeld beschouwen we een bakkerij met een klein industrieel proces voor de productie van koekjes. De eerste stap van dit proces is het lossen van zakken meel in het proces en het transporteren van tarwebloem naar een silo, waarna het gedoseerd wordt naar de rest van het proces. Een volledige analyse, voorbij de silo, moet natuurlijk door de eigenaar van de installatie worden uitgevoerd, maar voor dit voorbeeld stoppen we bij dit eerste procesdeel, dat soms ook een "knooppunt" wordt genoemd: het lossen van het materiaal, transporteren en opslaan ervan.

Ter herinnering: een stofgevarenanalyse wordt uitgevoerd volgens de volgende stappen. Deze stappen worden gevolgd om het gegeven voorbeeld te bestuderen.

Algemene uitleg over stofexplosies en Stofgevarenanalyse wordt gegeven op de pagina, naast wat betrekking heeft op het voorbeeld. Voor een beter begrip staan de daadwerkelijke elementen van het DHA-voorbeeld in kaders.

De DHA-analyse van het voorbeeld staat in kaders zoals deze

Waarschuwing: de onderstaande analyse is slechts een voorbeeld ter illustratie van een methode; deze is mogelijk niet uitputtend en kan niet als zodanig worden toegepast op elk geval. Lezers moeten hun eigen studie uitvoeren, aangepast aan de specifieke kenmerken van hun proces.

2.1 Gevarenidentificatie: materiaaleigenschappen

Welke materialen zijn brandbaar of explosief en waar bevinden ze zich?

De eerste stap van de DHA is bepalen of er brandbare stoffen in het proces aanwezig zijn en wat hun eigenschappen zijn.

In dit geval is meel brandbaar; we moeten dus de explosie-eigenschappen ervan nagaan. Omdat tarwebloem vrij algemeen is, kunnen de explosiekenmerken van dit materiaal in de literatuur worden gevonden.

Merk op dat, als het materiaal niet goed bekend is of specifieke kenmerken heeft (bijv. zeer fijn), het noodzakelijk is om tests uit te voeren met gespecialiseerde instituten om de explosiegegevens te bepalen.

Voor tarwebloem 405, gebruikt in het proces van het bedrijf, worden de volgende waarden in de literatuur [IFA] gevonden: Voor deeltjesgrootte diameter <63 micron (mediaan = 30 micron) MIE (Minimale Ontstekingsenergie) = > 30 mJ MIT (Minimale Ontstekingstemperatuur) = 400°C SIT (Stoflaag Ontstekingstemperatuur) = 450°C MEC (Minimale ExplosieConcentratie) = 60 g/m³ Pmax (Maximale Explosiedruk) = 8 bar(g) Kst (Stofexplosieconstante) = 125 bar·m/s Explosieklasse: St1 Weerstand (Resistiviteit) : ~10^10 ohm·m [George]

Deze gegevens vormen de meest basale set die vereist is voor het uitvoeren van een DHA. In bepaalde gevallen kunnen aanvullende gegevens nodig zijn. Opgemerkt wordt dat er een database, gefinancierd door de Europese Unie, online beschikbaar is met 7000+ stoffen getabelleerd op https://www.dguv.de/ifa/gestis/index-2.jsp. Bij gebruik van de database zal blijken dat er veel gegevens beschikbaar kunnen zijn voor één stof; de gebruiker moet daarom zeer voorzichtig zijn met de omstandigheden waaronder de gegevens zijn verkregen, om die te selecteren die het dichtst bij zijn toepassing liggen (deeltjesgrootte is zeer belangrijk, evenals vochtigheid).

Als er andere materialen op dezelfde lijn worden verwerkt, moeten dezelfde gegevens worden verzameld en getabelleerd voor de analyse.

Naast de materiaalkenmerken moet technische documentatie van de fabriek worden verzameld en bijgewerkt. Stroomschema’s, lay-outs en apparatuurspecificaties zijn vereist. In dit voorbeeld wordt onderstaand stroomschema beschouwd.

De eerste stap van de DHA is het in kaart brengen van het productieproces om te identificeren waar potentiële gevaren met betrekking tot stofbrand en/of -explosies zich kunnen voordoen. Het is daarom raadzaam een DHA uit te voeren met een multidisciplinair team dat de werkomgeving goed kent en relevante documentatie kan verstrekken (P&ID, apparatuurspecificaties en tekeningen, enz.), en dat een persoon moet omvatten met expertise in gevaren met betrekking tot brandbare stoffen.

Het team dat de DHA uitvoert, moet beginnen met het verzamelen van explosiegegevens (MIE, MIT, Kst, Pmax, enz.) over het stof dat in de fabriek wordt verwerkt, en vervolgens een lijst opstellen van de gebieden waar brandbaar stof aanwezig is. Zodra de fabriek in kaart is gebracht, moet het daadwerkelijke gevaar worden beoordeeld.

2.2 Analyse van het gevaar

Waar is stof aanwezig ?

Zodra de brandbare gegevens zijn verzameld, evenals de procesgegevens, is het noodzakelijk om beide te combineren om te controleren of er daadwerkelijk een risico is. Dit betekent het beantwoorden van de volgende vragen voor elk apparaat:

• Is er brandbaar stof in het gebied aanwezig?
• Kan het stof aanwezig zijn in een stofwolk binnen de Minimale ExplosieConcentratie? Of kan stof zich ophopen in lagen?
• Is er een oxidator (meestal zuurstof) aanwezig?
• Is er een ontstekingsbron? (als het stof daadwerkelijk in de vorm van een afzetting is, kan de ontstekingsbron eenvoudigweg een warmtebron zijn)

Om dit deel van de analyse uit te voeren, moet men stap voor stap door het proces gaan, waarbij typisch de verschillende apparaten worden beschouwd. In dit voorbeeld beginnen we bij het kipstation en stellen we de vraag of er stof aanwezig is in deze gebieden:

Kan stof aanwezig zijn in explosieve concentratie?	Binnen apparatuur	Buiten apparatuur
Kipstation	Ja Bij het lossen van de zakken meel ontstaat er bij elk kipmoment een stofwolk	Ja In geval van storing van het stofafzuigsysteem of als de operator product morst
Luchtsluis (roterende klep)	Ja De luchtsluis werkt met poeder erin	Ja Stof kan op de klep vallen vanaf het kipstation, bijvoorbeeld bij lekkage
Pneumatische transportleidingen	Ja Tijdens transport, met name bij het starten en stoppen van de transportleiding, kan stof in explosieve concentratie in de leiding aanwezig zijn	Ja Er kunnen lekkages optreden bij de koppeling van de leidingen
Trechter	Ja Bij het transport van het product ontstaat een stofwolk in de trechter	Ja Lekkages kunnen voorkomen bij inspectieopeningen, aansluitingen, enz.

Men moet opmerken dat, waar ook poeder / stof aanwezig is, de mogelijkheid dat het stof in suspensie in de lucht in explosieve concentratie aanwezig is, zelden volledig kan worden uitgesloten.

Merk ook op dat het potentiële risicogebied buiten de apparatuur beperkt kan blijven tot het gebied (doorgaans 1–2 m) rond de potentiële stofemissie.

Zijn er ontstekingsbronnen?

Nu de gebieden waar stof aanwezig kan zijn geïdentificeerd zijn, is het noodzakelijk om te controleren of er een ontstekingsbron in het gebied aanwezig is die een explosie zou kunnen triggeren. De volgende ontstekingsbronnen moeten in overweging worden genomen:

• Elektrostatische ontladingen
• Ophoping van elektrostatische elektriciteit die plotseling kan ontladen
• Elektrisch
• Vonken afkomstig van elektrische apparatuur
• Mechanisch
• Typisch metaal-metaalcontacten
• Warmtebron
• Afkomstig van werkzaamheden (lassen, snijden, enz.)
• Afkomstig van apparatuur (motor met hoge temperatuur, hete lager, enz.)

Elektrostatische ontladingen

Er zijn verschillende bronnen van elektrostatische ontladingen in een poederverwerkingsproces: Vonken: twee geleidende materialen zijn opgeladen tot twee verschillende potentiaalniveaus totdat een ontlading optreedt tussen de materialen, wat een vonk veroorzaakt. Afhankelijk van de grootte van de onderdelen kan de betrokken energie >50 mJ bedragen, wat een explosie kan veroorzaken voor de tarwebloem die in deze risicoanalyse wordt beschouwd. Alle apparatuur die in de analyse wordt beschouwd, kan de bron zijn van dergelijke ontladingen. Borstelontlading: borstelontladingen hebben doorgaans een lage energie (<5 mJ) en kunnen daarom geen gevaar vormen voor de betrokken tarwebloem. Voortplantende borstelontladingen: deze ontladingen treden op wanneer de twee zijden van een niet-geleidende materiaallaag met tegengestelde polariteit zijn opgeladen. De resulterende ontlading kan energieniveaus >500 mJ bereiken, wat ze zeer gevaarlijk maakt vanuit het oogpunt van stofexplosies. Ze treden op wanneer een isolerend materiaal in contact komt met snel stromend poeder, bijvoorbeeld in een pneumatische transportleiding. Corona-ontladingen: de energie is meestal zeer laag (<1 mJ) en vormt daarom doorgaans geen risico voor de verwerkte tarwebloem. Kegelontlading: deze ontladingen treden op in trechters / silo’s waar bulkvastestoffen worden opgeslagen terwijl ze opgeladen zijn, bijvoorbeeld na een pneumatische transportstap. De opgebouwde energie kan plotseling ontladen. Het is mogelijk om de kritische diameter te berekenen waarbij een risico kan optreden.

	Vonken	Borstelontlading	Voortplantende borstelontlading	Corona	Kegelontlading
Kipstation	Ja	Nee	Nee	Nee	Nee
Draaiklep (Rotary Valve)	Ja	Nee	Nee	Nee	Nee
Pneumatische transportleiding	Ja	Nee	Ja	Nee	Nee
Trechter	Ja	Nee	Nee	Nee	Ja

Uit deze eerste analyse blijkt dat het risico op vonken tussen twee geïsoleerde geleidende materialen aanwezig is voor alle apparatuur. Daarom moeten alle metalen onderdelen die in contact komen met een stofwolk, of die mogelijk (bijvoorbeeld in het geïdentificeerde gebied buiten de apparatuur) geaard moeten worden. In dit voorbeeld voeren we een risicobeoordeling uit van een bestaande installatie; de ingenieurs moeten vervolgens het proces inspecteren, alle onderdelen die mogelijk niet geaard zijn registreren, en een actiepunt opstellen om deze te corrigeren. Als het proces zich in de ontwerpfase bevindt, moeten de verantwoordelijke ingenieurs voor het ontwerp aardingspunten voorzien voor alle apparatuur.

Merk op dat sommige apparatuur speciale aandacht vereist, zoals de filters bij de kipstation en bij de trechter/silo. De filterkooien moeten elektrisch verbonden zijn met de filtersteun en de filtersteun moet geaard zijn. Veel ongelukken zijn gebeurd omdat de elementen van een filter niet correct waren geaard.

Het team dat de stofexplosierisicobeoordeling uitvoert van de pneumatische transportinstallatie maakt een inspectie van de leiding en ziet dat meerdere aardingspunten ontbreken en dat er stof lijkt te zijn gemorst rond de kipstation, op de vloer en bij de draaiklep die daaronder is geplaatst.

Het volgende elektrostatische gevaar dat door de analyse wordt benadrukt, is het risico op voortplantende borstelontlading in de pneumatische transportleiding. In ons voorbeeld bestaat de leiding volledig uit staal; er zijn geen onderdelen van isolerend materiaal, zoals een flexibele slang, die dit type ontlading zouden kunnen veroorzaken. Voor andere systemen, indien flexibele slangen vereist zijn, moeten deze echter zo worden ontworpen dat ophoping van lading wordt voorkomen, vooral als de slang een geleidende spiraal heeft; deze MOET geaard worden.

Het laatste potentiële risico is kegelontlading in de ontvangsttrechter. In ons voorbeeld is de diameter van de ontvanger slechts 1 m, wat zeer klein is, waardoor het zeer onwaarschijnlijk is dat dergelijke kegelontlading optreedt, temeer omdat de MIE (Minimum Ignition Energy) van de beschouwde tarwebloem vrij hoog is. Voor andere toepassingen met verschillende producten of deeltjesgroottes is echter een formule beschikbaar om de verwachte kegelontladingsenergie te berekenen als functie van de diameter van de trechter.

Elektrisch

De elektrische componenten die in contact kunnen komen met een stofwolk, binnen of buiten – in het gebied waar een stofwolk aanwezig kan zijn – moeten zo zijn ontworpen dat ze in deze omgeving kunnen functioneren. Normen bepalen de klasse van de elektrische apparatuur.

In het voorbeeld van een bestaande installatie moet de fabrieksoperator de daadwerkelijke markering van de elektrische componenten in de zone waar een stofwolk aanwezig kan zijn, controleren. Indien niet conform, moeten er acties worden ondernomen. In het geval van een ontwerpproject moet de juiste apparatuurklasse worden geleverd.

Het team dat de stofexplosierisicobeoordeling uitvoert van de pneumatische transportinstallatie maakt een inspectie van de leiding en controleert de elektrische apparatuur in het gebied waar stof aanwezig is. Zij zien dat de draaiklep een oud model is met een motor zonder stofexplosieveiligheidsmarkering. Deze toont slechts IP54.

Mechanisch

Sommige mechanische problemen kunnen vonken of voldoende hitte genereren om een explosie te veroorzaken. Het is vereist om met name de roterende onderdelen die in contact kunnen komen met een stofwolk te inventariseren en te controleren. In dit voorbeeld zijn er twee roterende apparaten: de draaiklep onder de kipstation die het meel naar de pneumatische transportleiding voedt, en de Roots-blower die de transportlucht levert.

Een draaiklep kan defect raken, wat kan leiden tot metaal-metaalcontact tussen de rotor en de stator. Een vuistregel voor staal is dat vonken ontstaan als het metaal-metaalcontact plaatsvindt bij een snelheid > 1 m/s. In het voorbeeld moet de fabrieksoperator daarom de maximale omtreksnelheid van de rotor van de draaiklep berekenen; indien deze lager is dan 1 m/s, is het risico laag.

De specifieke klep in het bestudeerde voorbeeld heeft een diameter van 200 mm en draait bij 40 omw/min, wat resulteert in een omtreksnelheid van 0,42 m/s; de werking is dus veilig.

In de ontwerpfase moet de diameter van de draaiklep zo worden gekozen dat de gewenste capaciteit wordt bereikt terwijl de omtreksnelheid van de klep <1 m/s blijft.

De rotoren van de Roots-blower draaien zeer snel, doorgaans bij 3000 omw/min, waardoor elke uitlijningfout metaal-metaalcontact en vonken kan veroorzaken die in de transportleiding kunnen terechtkomen. Ervaring leert dat deze vonken vaak doven in de leiding tussen de blower en de productinlaat, maar om dit risico te elimineren kan een vlamdover (een soort gaas) worden toegevoegd aan de uitlaat van de blower.

In ons voorbeeld is de blower uitgerust met zo’n apparaat.

Warmtebron

Fabrieksoperators moeten evalueren of er warmtebronnen aanwezig zijn in het gebied waar stofwolken kunnen voorkomen. Dit kunnen bijvoorbeeld werkplaatsen zijn met snij- of laswerkzaamheden in de buurt van een kipstation. Of het kunnen onderhoudswerkzaamheden zijn die aan het proces worden uitgevoerd. Deze werkzaamheden kunnen bijzonder gevaarlijk zijn; de installatie-eigenaar MOET daarom zorgen voor een goede bedrijfsvoering (ervoor zorgen dat er nergens in de fabriek stofafzetting aanwezig is) en een werkvergunning met een vuurvergunning om te garanderen dat niemand kan beginnen met lassen/snijden in of nabij apparatuur die brandbare poeders verwerkt.

In het voorbeeld voert de fabrieksoperator geen vuurwerkzaamheden uit in de nabijheid van de beschouwde apparatuur en heeft een efficiënt systeem van procedures en werkvergunningen ingevoerd om elke interventie ter plaatse veilig te stellen. De fabriek is ook uitgerust met stofzuigers om het gebied schoon te houden.

Andere mogelijke warmtebronnen zijn oververhitte motoren of mechanische onderdelen zoals lagers.

In het voorbeeld moet de motor van de draaiklep een maximale temperatuur hebben van < 2/3*MIT = 2/3*400 = 266°C of SIT-75°C = 450-75 = 375°C, wat betekent dat de motor niet boven 266°C mag komen.

Ditzelfde geldt voor de lagers van de draaikleppen, die ook moeten worden afgesloten om te voorkomen dat het product in het lager kan binnendringen, het kan beschadigen en mogelijk vlam kan vatten als het lager begint over te verhitten.

In ons voorbeeld is de motor van voldoende klasse, aangezien deze niet boven 185°C kan uitkomen.

Classificeer de gevaren

De verschillende gevaren die door de installatie worden gepresenteerd, zijn beoordeeld; nu is het vereist om ze te classificeren om te bepalen of specifieke maatregelen nodig zijn om het risico te verlagen. Merk op dat verschillende matrices bestaan om de risico’s te classificeren; de onderstaande is slechts een voorbeeld.

We gaan verder met ons voorbeeld van een pneumatische transportleiding voor bloem. Na analyse van de mogelijke explosierisico’s blijven de volgende over: Elektrostatische vonken als gevolg van onjuiste aarding van de installatie (A) De motor van de draaiklep is niet geschikt voor werking in een stofomgeving (B)

	Niet waarschijnlijk	Zeer zeldzaam	Zeldzaam	Waarschijnlijk	Zeer waarschijnlijk
Catastrofaal
Gevaarlijk				A
Ernstig			B
Klein

Het team komt tot de volgende risicoklasseringen: **Gevaarlijk / Waarschijnlijk** -> onacceptabel risico voor vonkvorming door elektrostatische ontlading. De geëvalueerde activiteit omvat immers aanzienlijke poederbeweging bij het kippen en in de pneumatische transportleiding. Deze poederbeweging laadt de materialen in contact op; indien sommige van deze materialen geïsoleerd zijn, kan vonkontlading optreden, wat tot een explosie met meel kan leiden. Bij het kipstation of in de pneumatische transportleiding kunnen de gevolgen van een explosie gevaarlijk zijn. Voor de motor van het cellenradsluis (rotary valve) is het beoordeelde risico lager, aangezien de motor nog steeds IP54-gecertificeerd is, wat een basisch beschermingsniveau biedt. Een potentiële explosie zou bovendien buiten de procesapparatuur plaatsvinden. Na classificatie van de risico's is het echter vereist deze te reduceren. Immers, beide risico's worden niet als "acceptabel" beschouwd in de gebruikte risicobeoordelingsmatrix.

2.3 Beheersing van het gevaar

Welke veiligheidsmaatregelen moeten worden geïmplementeerd?

Het risico op elektrostatische vonkvorming kan worden beheerst door alle apparatuur te aarden en ervoor te zorgen dat de aarding behouden blijft.

De fabriek in ons voorbeeld stuurt onmiddellijk het onderhoudsteam om de ontbrekende aarding te herstellen en registreert als actie het opstellen van een aardingscontrolelijst. Deze lijst zal regelmatig worden gebruikt om ervoor te zorgen dat alle aardingskabels op lange termijn op hun plaats blijven. Dit reduceert het risico door de kans op een explosie tot "zeer zeldzaam" te verlagen. Voor de motor van het cellenradsluis, aangezien de motor toch al verouderd is en meer onderhoud vereist, besluit de fabriek deze te vervangen. Tot die tijd worden tijdelijke maatregelen genomen om het gebied schoon te houden, stofmorsingen tijdens het kippen te voorkomen en ervoor te zorgen dat de motoraansluitkast goed is afgedicht. Binnen 2-3 maanden zal de motor worden vervangen.

In beide gevallen is de toegepaste strategie het vermijden van de ontstekingsbron. De risicomatrix kan vervolgens worden bijgewerkt met de nieuwe klasseringen zodra de acties zijn uitgevoerd.

	Niet waarschijnlijk	Zeer zeldzaam	Zeldzaam	Waarschijnlijk	Zeer waarschijnlijk
Catastrofaal
Gevaarlijk		A
Ernstig	B
Klein

Merk op dat in bepaalde gevallen aanvullende mitigatiemaatregelen vereist kunnen zijn, zoals explosiepanelen op de silo, snelwerkende kleppen in de pneumatische transportleiding.

De conclusies MOETEN worden gedocumenteerd in de DHA (Dust Hazard Analysis) en de fabriek MOET de conclusies toepassen. Het is van cruciaal belang voor de veiligheid dat de risico's adequaat worden aangepakt, een actieplan wordt gedefinieerd en tijdig wordt uitgevoerd.

Houd er altijd rekening mee dat **Stofexplosieanalyses** verplicht zijn, en conclusies van de risicoanalyse door de fabriek moeten worden geïmplementeerd.