ATEX Stofexplosies, een praktijkvoorbeeld

Transcriptie

1 ATEX Stofexplosies, een praktijkvoorbeeld Ing. G-J. Frijters De heer Frijters werkt als CEO/Senior consultant bij D&F Machine safety experts Bij explosie denken de meeste mensen aan munitie, vuurwerk of aardgas. In de praktijk kunnen alle brandbare stoffen vermengd met zuurstof uit de lucht en in aanwezigheid van een ontstekingsbron leiden tot een explosie. In dit artikel wordt geschetst hoe de ATEX-richtlijn is toegepast bij de bouw van een nieuwe installatie voor de verwerking van sinaasappelpulp tot poeder. Uiteindelijk blijken de genomen maatregelen ter reductie van het explosierisico afhankelijk van economische factoren. In de (petro)chemische industrie krijgt het onderwerp explosieveiligheid al meer dan 100 jaar aandacht. Door schade en schande wordt in deze sector al veel gedaan aan de preventie van explosies. In de praktijk komen echter ook explosies voor waar niemand het verwacht. 1 Kst is de maximale drukstijgsnelheid van het meest ontplofbare brandbare stof-luchtmengsel in een bolvormig volume van 1m 3. Inleiding Alweer twee nieuwe Europese Richtlijnen? Jawel, dit keer over explosieveiligheid. De nieuwe ATEX-regelgeving is per 30 juni 2003 verplicht geworden en geldt niet alleen voor gas- en dampexplosies, maar ook voor stofexplosies. De ATEX 95 geldt voor de fabrikant van apparatuur voor toepassing in explosiegevaarlijke omgevingen en de ATEX 137 geldt voor de werkgever. Arbeidsplaatsen die vóór 1 juli 2003 in gebruik waren, moeten uiterlijk 1 juli 2006 voldoen aan ATEX 137. Arbeidsplaatsen die na 1 juli 2003 in gebruik zijn genomen of zijn gewijzigd, uitgebreid of verbouwd, moeten al voldoen aan de richtlijn. De bepalingen uit ATEX 137 zijn opgenomen in het Arbeidsomstandighedenbesluit, artikel 3.5a tot en met f. Achtergrondinformatie voor het toepassen van ATEX 137 wordt gegeven in Arbo-informatieblad 34 Veilig werken in een explosieve atmosfeer. Naar schatting bedrijven in Nederland moeten aan de nieuwe regelgeving voldoen. Enkele voorbeelden van bedrijven waar zich ontploffingen kunnen voordoen: papierindustrie (papierstof, oplosmiddelen); voedingsmiddelenindustrie (meel, graan, melkpoeder, suiker); houtindustrie, houtverwerkende bedrijven (zaagsel); metaalverwerkingsindustrie (aluminiumpoedersnijolie, smeerolie); textielindustrie (stof); kunststofindustrie (plasticpoeders); kunstmestindustrie. Onder een explosieve atmosfeer wordt verstaan: een mengsel van lucht en ontvlambare stoffen in de vorm van gassen, dampen, nevels of stof, onder atmosferische omstandigheden, waarin de verbranding zich na ontsteking uitbreidt tot het gehele niet verbrande mengsel. Een misverstand is dat een explosie alleen mogelijk is als vuur aanwezig is. Andere ontstekingsbronnen zijn: hete oppervlakken; mechanische vonken; statische elektriciteit; elektrische apparatuur. De praktijk: sinaasappelpoeder Een Europese machinebouwer bouwt een nieuwe installatie in Spanje. De installatie is bedoeld om restanten (pulp) van uitgeperste sinaasappelen te verwerken tot poeder. Voorheen werd dit pulp in silo s verzameld en in vrachtwagens afgevoerd. Door de pulp tot poeder te verwerken ontstaan er nieuwe toepassingen. Het pulp bevat veel vitamines en wordt onder andere gebruikt voor de productie van diervoeders en medicijnen. mei 2002 explosie in kunstmestfabriek in Toulouse: 31 doden en 3000 gewonden De installatie beslaat een viertal verdiepingen en is in totaal zo n 30 m hoog. De pulp komt via een schroeftransporteur de plant binnen. De eerste stap is het vermalen van de pulp tot kleinere deeltjes. Vervolgens wordt de vermalen pulp in een grote koker onder druk op snelheid gebracht. In een tweede mixer (de disintegrator) wordt de pulp nog verder vermalen en legt vervolgens een parcours af door een kokerstelsel. Er wordt buitenlucht aangezogen die door het kokerstelsel wordt geperst. Hierdoor wordt het poeder getransporteerd waarbij het verwarmd wordt door een grote gasbrander in de inlaat. De poederdeeltjes die klein genoeg zijn, worden via een wisselklep naar een aantal cyclonen afgevoerd. De cyclonen hebben aan de onderzijde een klep die batchgewijs het poeder in een schroeftransporteur laat vallen. Deze voert het poeder naar een aantal silo s af. Het kokerstelsel met de mixers is een gesloten systeem. Voor inspectie is ongeveer éénmaal per week toegang noodzakelijk. Voor dit doel zijn een aantal inspectieluiken voorzien. De staalconstructie van de plant is berekend op een eventuele explosie. Deze zal vervormen, maar niet in elkaar storten. Sinaasappelpoeder is brandbaar en kan ook explosief zijn. Het explosierisico is vastgesteld en de Kst-waarde is 128 bar.m/s. 1 Volgens de Nederlandse praktijkrichtlijn NPR valt deze Kstwaarde in groep 1, wat betekent dat de uitbreifebruari

2 De regelgeving Er zijn twee ATEX-Richtlijnen die elkaar aanvullen wat betreft toepassingsgebied. De ATEX 95 geldt voor de fabrikant van apparatuur voor toepassing in explosiegevaarlijke omgevingen en de ATEX 137 geldt voor het voorkómen en beperken van explosies op de werkplek. De ATEX 95 Richtlijn is bestemd voor de fabrikant (Warenwet, Besluit explosieveilig materieel). De fabrikant is verplicht apparaten en beveiligingssystemen voor gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen explosieveilig te ontwerpen en te assembleren op grond van de ATEX 95 Richtlijn (94/9/EG). De verplichtingen voor de fabrikant zijn in het kort: a. bepalen categorie (1, 2 of 3); b. opstellen Risicobeoordeling; c. opstellen Gebruikershandleiding; d. opstellen Technisch Dossier; e. opstellen Verklaring van Overeenstemming; f. aanbrengen CE-markering en verplichte symbolen: De ATEX 137 Richtlijn is bestemd voor de werkgever (Arbobesluit). De werkgever is verplicht de explosierisico s te beoordelen op grond van de ATEX 137 Richtlijn (1999/92/EG), opgenomen in het Arbobesluit. Op basis van een risicobeoordeling neemt de werkgever maatregelen om de risico s weg te nemen dan wel te reduceren. De veiligheidsmaatregelen kunnen zowel technisch als organisatorisch van aard zijn. Daarnaast heeft de werkgever de volgende verplichtingen: coördinatieverplichting wanneer zich werknemers van verschillende werkgevers op de arbeidsplaats bevinden; zonering van gevaarlijke explosieve gebieden (zone 0, 1, 2 of 20, 21, 22); toepassing van de minimum voorschriften; aanbrengen van waarschuwingsborden bij ingangen tot ruimtes met een explosieve atmosfeer; het opstellen van een explosieveiligheidsdocument waarin zowel de risico-beoordeling als alle genomen veiligheidsmaatregelen zijn beschreven. Voorbeelden van technische maatregelen: wegnemen van de brandbare stof; wegnemen van de ontstekingsbronnen; explosiedrukontlasting (explosiepaneel of breekplaat); explosie-onderdrukking (blussysteem); explosie-isolatie (compartimentering). Organisatorische maatregelen zijn bijvoorbeeld: opleiding van werknemers; schriftelijke instructies; werkvergunningen; periodieke inspecties. dingssnelheid van de explosie laag tot gemiddeld is. Tijdens het verwerkingsproces van pulp tot poeder komt het product meerdere mogelijke ontstekingsbronnen tegen: a. statische elektriciteit; b. hoge temperaturen (400 C bij de wisselklep, nog hoger bij de brander); c. mechanische vonken (brander, mixers); d. afgebroken hete deeltjes van de brander. april 2003 explosie ketelhuis voedingsmiddelenbedrijf in Veghel: fabriek deels verwoest Stap 1: Installatie bedoeld voor gebruik in explosieve atmosfeer? De installatie is bedoeld voor gebruik op een sinaasappel verwerkingsplant. De atmosfeer waarin de installatie wordt geplaatst is op zichzelf niet explosief. Het product dat in de installatie ontstaat is wel explosief. In ATEX 95 guide par (welke apparaten vallen binnen de werkingssfeer van 94/09/EEG) staat een tabel met een verdere uitwerking. De Richtlijn 94/09/EEG is dus niet van toepassing op de complete installatie, maar wel voor de niet-elektrische (mechanische) apparatuur (in deze installatie zijn dat de disintegrator, wisselklep, cyclonen, roterende kleppen, schroeftransporteurs) en voor de explosieveiligheidsluiken. De explosieveiligheidsluiken zijn door de fabrikant zelf ontworpen en gebouwd. Uit NPR : Waar bij transporteren of verwerken van brandbare vaste stoffen dergelijke stoffen in fijn verdeelde vorm, met een deeltjesgrootte kleiner dan 0,5 mm, aanwezig kunnen zijn behoort rekening te worden gehouden met stofontploffinggevaar. CE-markering De complete installatie wordt in de ATEX 95- Richtlijn gezien als een samenstel en niet als een installatie omdat het apparaat als een functionele eenheid in bedrijf wordt gesteld (ATEX 95 guide, par ). Het stappenplan om tot CE-markering van de installatie te komen is als volgt: Stap 2: Groep I of II en Categorie 1, 2 of 3 De groep volgens ATEX 95 art. 1, lid 3, is 2 (geen ondergrondse werkzaamheden in mijnen). Vervolgens wordt bepaald aan welke categorie de apparaten moeten voldoen. Op het moment van de inspectie ter plaatse waren geen ATEX-gecertificeerde componenten gebruikt, met uitzondering van de veiligheidsschakelaars op de explosieveiligheidsluiken. De categorie wordt bepaald aan de hand van een zone-indeling. De eindgebruiker is verantwoordelijk om een zone-inde- 12 februari 2005

3 Situatie Analyse Apparaten te gebruiken op of in plaatsen waar ontploffingsgevaar kan heersen NEE Resultaat Apparaten met inherente potentiële ontstekingsbron Apparaten waarin een inherente explosieve omgeving voorhanden is JA C JA NEE, tenzij zie onder Ja, voor niet-elektrische (mechanische) apparaten waarbij zich gezien de bestemming een explosieve omgeving binnen het apparaat bevindt (bijv. waaiers, ventilatoren, compressoren), en er dient te worden uitgegaan van een potentiële ontstekingsbron. Ja, voor beveiligingssystemen. ling op te stellen voor explosiegevaarlijke plaatsen. In deze case heeft de Spaanse gebruiker hiervan geen kaas gegeten en wil zich er ook niet in verdiepen. Ten gevolge daarvan heeft de fabrikant in samenspraak met D&F Consulting B.V. zelf maar een zone-indeling opgesteld voor de installatie met de volgende uitkomst: interne zone van het kokerstelsel van disintegrator tot de cyclonen met inbegrip van alle schroeftransporteurs: zone 20; gebied aan buitenzijde van inspectiedeuren: NGG (Niet Gevaarlijk Gebied), want de stof kan zich niet ophopen (openluchtinstallatie). mei 2004 gasexplosie van een oven in kunststoffenfabriek: 4 doden, 31 gewonden Voor het interne deel van de installatie geldt dus zone 20 (explosieve atmosfeer, bestaande uit een wolk brandbaar stof in lucht, voortdurend aanwezig). Door deze zonering moet de interne apparatuur worden geclassificeerd als categorie 1. De buitenzijde van de installatie is niet gezoneerd (NGG), omdat de installatie in een open staalconstructie is gebouwd. Alle vloeren zijn van open traanplaat, waardoor stofophoping in de installatie niet te verwachten is. Poederafzetting op de werkvloer (begane grond) wordt direct opgeruimd. De apparatuur aan de buitenzijde van de installatie hoeft dus niet ATEX-gecertificeerd te zijn. Relatie tussen zones en categorieën Categorie Ontworpen voor type atmosfeer Ontworpen Ook toepasbaar voor zone in zone 1 gas-, damp-, nevel / lucht mengsel 0 1 en 2 1 stof / lucht mengsel en 22 2 gas-, damp-, nevel / lucht mengsel stof / lucht mengsel gas-, damp-, nevel / lucht mengsel 2-3 stof / lucht mengsel 22 - Stap 3: Bepaling andere Richtlijnen Andere Richtlijnen die van toepassing zijn, zijn de Machinerichtlijn (98/37/EEG), de EMCR-richtlijn (89/336/EEG) en de Laagspanningsrichtlijn (73/23/EEG). In totaal zijn dus vier productrichtlijnen van toepassing, waarvan de drie bovengenoemde voor de complete installatie gelden en de ATEX 95-Richtlijn voor een aantal delen. Naleving hiervan is de verantwoordelijkheid van de fabrikant en leidt tot het aanbrengen van de CEmarkering. Stap 4: Risicobeoordeling De risicobeoordeling is voor de gehele installatie uitgevoerd volgens de NEN-EN 1050-systematiek (kan ook FMEA of HAZOP zijn). In de risicobeoordeling zijn alle aspecten meegenomen (mechanisch, elektrisch en explosie-technisch). Voor de niet-elektrische (mechanische) apparaten en voor de explosieveiligheidsluiken is een separate risicobeoordeling uitgevoerd volgens NEN-EN , Niet-elektrisch materieel voor plaatsen waar ontploffingsgevaar kan beheersen - Deel 1: Basismethodologie en eisen. Stap 5: Toetsing aan essentiële eisen Voor de niet-elektrische (mechanische) delen en voor de explosieveiligheidsluiken is een toetsing uitgevoerd op basis van de essentiële eisen van de ATEX 95-Richtlijn (bijlage I en II). Deze toetsing is gedocumenteerd in het Technisch Dossier. Stap 6: Evaluatie van risico s (pas Europese normen toe) Naar aanleiding van stap 4 en 5 zijn alle risico s geëvalueerd. Met name het explosierisico op basis van het huidige ontwerp is dermate hoog dat aanvullende veiligheidsmaatregelen noodzakelijk zijn. Stap 7: Risico-reductie Op basis van de risico-evaluatie moeten de risico s worden gereduceerd tot een aanvaardbaar niveau. Een korte samenvatting van de aanbevolen en genomen veiligheidsmaatregelen op ATEX-gebied vindt u in de volgende tabel. januari 2004 explosie van raffinaderij in Algerije: 23 doden en 70 gewonden februari

4 Veiligheidsmaatregelen in grote lijnen Fase Maatregel Doorgevoerd Toelichting Ontwerp Wegnemen brandbare stoffen Niet mogelijk Wegnemen van ontstekingsbronnen Gedeeltelijk Statische ontlading wordt zoveel mogelijk voorkomen door een deugdelijk aardingscircuit (bij voorkeur een weerstand van 10ø). Mechanische vonken en afgebroken hete deeltjes zijn zoveel mogelijk voorkomen door juiste materiaalkeuze van brander, mixer en disintegrator. Ontwerp van de staalconstructie De staalconstructie van de plant is berekend op een eventuele explosie. Deze zal vervormen maar niet in elkaar storten. Beveiliging Explosieveiligheidsluiken aan de bovenzijde van het kokerstelsel (explosiedrukontlasting) Ja De explosieveiligheidsluiken zijn berekend volgens VDI De luiken sluiten na een explosie automatisch opdat interne branden doven. Voor het ontwerp van de luiken is daarnaast de Europese norm pren gebruikt. Volgens de ATEX 95- leidraad pagina 19 hoeven deze luiken zelf niet CE-gemarkeerd te zijn (eigen ontwerp), tenzij deze als functionele units in de handel worden gebracht (wat niet het geval is). Explosie- isolatie (compartimentering) Alle delen van de installatie zijn in principe met elkaar verbonden. Hierdoor kan een explosie zich ver uitbreiden. Advies is geweest om compartimentering toe te passen in combinatie met vonkdetectie (infrarooddetectie) of explosiedrukdetectie (cellenradsluizen, blusmiddelbarrières of snelsluitkleppen). Deze maatregelen zijn niet doorgevoerd op bedrijfseconomische gronden Gebruiker informeren - EX-markering van de arbeidsplaats - Opleiding van werknemers - Schriftelijke instructies - Werkvergunningen - Periodieke inspecties en onderhoud Deze maatregelen zouden door de werkgever in Spanje moeten worden uitgevoerd. Stap 8: Testen en beproevingen Alle noodzakelijke testen en beproevingen zijn uitgevoerd en gedocumenteerd in het Technisch Dossier. Een greep hieruit: geluidsmeting; EMC-test op locatie; aardingstest; functionele tests. Stap 9: Inkoop (ketenaansprakelijkheid) Alle leveranciersdocumentatie is vastgelegd in het Technisch Dossier. Vooraf is met de leveranciers afgesproken welke verklaringen, testcertificaten en welke documentatie wordt meegeleverd en in welke taal. juni 2003 explosie boven een oliedrum in een autogarage: 1 dode Stap 10: Gebruikershandleiding Voor de complete installatie is een overkoepelende gebruikershandleiding geschreven. Voor specifieke instructies, bijvoorbeeld voor instellen of storingsanalyse wordt verwezen naar leveranciersdocumentatie, die in een aparte map is bijgevoegd. De gebruikershandleiding is uiteraard vertaald naar de Spaanse taal. Stap 11: Technische Documentatie Alle documentatie uit dit stappenplan is in een Technisch Dossier verzameld, aangevuld met ontwerpgegevens zoals sterkteberekeningen, schema s en detailtekeningen. Dit dossier blijft, zoals de wetgever ook heeft bedoeld, in het archief van de fabrikant. Het dossier wordt gedurende een periode van minimaal 10 jaar bewaard. Stap 12: Certificeringprocedure (keuringsinstantie nodig?) De certificeringprocedure op basis van Machine-, 14 februari 2005

5 EMC- en Laagspanningsrichtlijnen wordt gerealiseerd door keuringsmodule A ofwel interne fabricagecontrole. Kort gezegd betekent dit dat de fabrikant zelf de CE-markering aanbrengt. Er hoeft geen Aangemelde Instantie (Notified Body) te worden ingeschakeld. Op basis van de ATEX 95 is een aanvullende certificeringprocedure van toepassing. Voor de niet-elektrische (mechanische) delen moet een Notified Body worden ingeschakeld voor een EG Typeonderzoek. In deze installatie zijn dat de disintegrator, wisselklep, cyclonen, roterende kleppen, schroeftransporteurs) en de explosieveiligheidsluiken. Stap 13: EU-Verklaring van Overeenstemming Als voorlaatste stap wordt er een EG-Verklaring van Overeenstemming opgesteld die ondertekend wordt door de fabrikant (door de directeur in dit geval). Op dit document verklaart de fabrikant aan alle eisen van de vier van toepassing zijnde productrichtlijnen te hebben voldaan. Hoewel de ATEX 95-Richtlijn niet van toepassing is op de gehele installatie maar alleen op de mechanische delen is ervoor gekozen om deze Richtlijn toch op de Verklaring van Overeenstemming te vermelden. Op de Verklaring van Overeenstemming wordt ook het nummer van de Notified Body vermeld in verband met de typekeuring van de mechanische delen. Stap 14: CE-markering (behalve voor installaties en componenten) Als laatste wordt de CE-markering aangebracht op de totale installatie: (1999/92/EEG). De verplichtingen die hieruit volgen, kunt u in het begin van dit artikel lezen. De Spaanse sinaasappelverwerking is niet bekend met deze regelgeving. januari 2004 explosie melaminefabriek in Limburg: 3 doden De eindstreep Het explosierisico in deze installatie is hoog. De aanwezigheid van enorme hoeveelheden brandbaar poeder in combinatie met meerdere ontstekingsbronnen kan een explosie veroorzaken. De temperatuur in de installatie ligt erg dicht bij de ontstekingstemperatuur van het poeder. Daarnaast zijn alle installatiedelen met elkaar verbonden, zodat een mogelijke explosie zich snel tot de gehele installatie kan uitbreiden. Het toepassen van explosiecompartimentering in combinatie met vonk- of explosiedrukdetectie zou het explosierisico kunnen verlagen. Echter, een dergelijke maatregel maakt de reeds in bedrijf genomen installatie veel duurder en daarom is dit advies niet overgenomen. De installatie staat op een bedrijventerrein waar continu veel mensen aan het werk zijn. Een explosie zal desastreuze gevolgen hebben als deze plaatsvindt tijdens werktijd. Laten we hopen dat dit niet gebeurt. Helaas kan niemand van ons in een glazen bol kijken en de toekomst voorspellen. De tijd zal het leren 9999 II 1D De CE-markering wordt gecombineerd met de typeplaat. Op de typeplaat wordt ook de ATEXmarkering aangebracht (waarin 9999 het nummer van de Notified Body is, II staat voor de groep (bovengronds), 1 staat voor de categorie en D voor Dust. De eindgebruiker De eindgebruiker van de installatie moet voldoen aan de ATEX 137-Richtlijn (sociale Richtlijn). Deze is in de Spaanse wetgeving geïmplementeerd. Meer volledig heet deze Richtlijn Minimum eisen voor veiligheid en gezondheid voor werknemers in verband met explosierisico s Mevrouw Verlee is eenzaam. Who cares? juni 2002 stofexplosie in veevoederbedrijf: 3 gewonden A part of Duizenden vrijwilligers bezoeken iedere dag mensen die eenzaam zijn. Giro Den Haag. februari