DUST EXPLOSIONS
انفجارات الغبار - الانفجارات الغبارية - انفجار غبارى
Dust explosions are fortunately rare, but also devastating. To guard against them, it is important to fully understand the chemical reactions behind them.
لحسن الحظ ، فإن انفجارات الغبار نادرة ، ولكنها مدمرة أيضا. للحماية منها ، من المهم أن نفهم تماما التفاعلات الكيميائية وراءها.
Fires and explosions in industrial processes can be devastating, with incidents often resulting in injury or death to persons at the premises or in the vicinity. They can also have a long-term effects. While the causes and prevention methods for fires in the work place have been researched extensively, the potential for explosions and dust explosions is often overlooked by many companies. However, when they occur, the impact can be catastrophic.
يمكن أن تكون الحرائق والانفجارات في العمليات الصناعية مدمرة ، حيث تؤدي الحوادث في كثير من الأحيان إلى إصابة أو وفاة الأشخاص في المبنى أو في المنطقة المجاورة. يمكن أن يكون لها أيضا آثار طويلة المدى. في حين تم بحث أسباب وطرق الوقاية من الحرائق في مكان العمل على نطاق واسع ، غالبا ما يتم تجاهل احتمال حدوث انفجارات وانفجارات الغبار من قبل العديد من الشركات. ومع ذلك ، عندما تحدث ، يمكن أن يكون التأثير كارثيا.
The industries that have historically had the high frequency of dust explosions are paper and wood processing, followed closely by metalwork operations, as this is mainly where the metal exists in powdered form. The most recent HSE analysis from 1989, which covers the period 1979-1988, suggests that the UK saw 303 dust explosions in that time, or around 30 a year. A 2001 paper for the Institution of Chemical Engineers suggests that, Europe-wide, there is approximately one dust explosion per day.
الصناعات التي شهدت تاريخيا ترددا عاليا لانفجارات الغبار هي معالجة الورق والخشب ، تليها عن كثب عمليات الأعمال المعدنية ، حيث يوجد المعدن بشكل أساسي في شكل مسحوق. يشير أحدث تحليل للصحة والسلامة والبيئة من عام 1989 ، والذي يغطي الفترة 1979-1988 ، إلى أن المملكة المتحدة شهدت 303 انفجارات غبار في ذلك الوقت ، أو حوالي 30 انفجارا في السنة. تشير ورقة بحثية عام 2001 لمعهد المهندسين الكيميائيين إلى أنه ، على مستوى أوروبا ، هناك ما يقرب من انفجار غبار واحد في اليوم.
The industries most affected are those where the most common explosive materials are found: these are wood or paper products followed by metals, food products and pharmaceuticals. The results of investigations often list the cause of ignition as “unknown”, which may mean there is a lack of understanding of how the explosions are caused, and the effect of a lack of control of heat or ignition sources. The 1989 HSE study, by John Barton, found that paper and wood mills accounted for 25% of cases followed by metalwork’s (18%), food product businesses (14%), the pharmaceutical sector (9%) and facilities for grains and cereals.
الصناعات الأكثر تضررا هي تلك التي توجد فيها المواد المتفجرة الأكثر شيوعا: وهي منتجات خشبية أو ورقية تليها المعادن والمنتجات الغذائية والمستحضرات الصيدلانية. غالبا ما تدرج نتائج التحقيقات سبب الاشتعال على أنه "غير معروف" ، مما قد يعني وجود نقص في فهم كيفية حدوث الانفجارات ، وتأثير عدم التحكم في مصادر الحرارة أو الاشتعال. وجدت دراسة الصحة والسلامة والبيئة لعام 1989 ، التي أجراها جون بارتون ، أن مصانع الورق والخشب تمثل 25٪ من الحالات تليها الأعمال المعدنية (18٪) ، وشركات المنتجات الغذائية (14٪) ، وقطاع الأدوية (9٪) ومرافق الحبوب والحبوب.
Meanwhile, a 2006 study of combustible dust explosions by the US Chemical Safety and Hazard Investigation board reported that between 1980 and 2005, 281 explosions occurred, killing 119 workers and injuring 718. This study showed that, in the US, food production is the most common cause of explosions at 24%, with wood products second at 15% and chemical manufacturing third at 12%.
وفي الوقت نفسه ، أفادت دراسة أجريت عام 2006 عن انفجارات الغبار القابلة للاحتراق من قبل مجلس السلامة الكيميائية والتحقيق في المخاطر الأمريكي أنه بين عامي 1980 و 2005 ، وقع 281 انفجارا ، مما أسفر عن مقتل 119 عاملا وإصابة 718. أظهرت هذه الدراسة أن إنتاج الغذاء في الولايات المتحدة هو السبب الأكثر شيوعا للانفجارات بنسبة 24٪ ، وتأتي المنتجات الخشبية في المرتبة الثانية بنسبة 15٪ والتصنيع الكيميائي في المرتبة الثالثة بنسبة 12٪.
To understand how dust explosions occur, we need an understanding of how fires occur. The “fire triangle” is a useful reminder that the chemical reaction which must occur to create a fire features three elements- fuel, heat and oxygen. Heat must be applied to the combustible substance in the presence of oxygen for ignition to occur. When the materials that are being heated are large and compressed, or soil, it can take a large amount of heat to cause the combustible substance to reach a temperature where it starts to give off flammable vapour or gas. This is often called the “flash point” for flammable liquids but the same concept applies similarly to solid objects, eg. Coal or wood. This term is used to describe the temperature at which the flammable vapour or gas given off by the heated material ignites. The fire is the chemical reaction that takes place in the vapour above the liquid or object. As the size of the object gets smaller, proportionately less heat is required for it to reach the trigger temperature. Consider a block of wood: a larger amount of heat would need to be applied to start a fire when it is in this form, compared to the same block of wood reduced to sawdust or even powdered form. This is because each individual particle of wood has a larger surface area compared to its volume. Therefore it takes less time for the flash point to be reached when heat is applied. The larger surface area absorbs heat more quickly subsequently emitting heat more readily when burning. If there are many wood particles then, as each heat’s up and burns, it gives out heat to neighbouring particles which in turn heat and burn, effecting a chain reaction. If the particles are laid out in a long strip a linear burn is created, much like the gunpowder fuses seen in old black and white movies. However if the particles are close together in a spherical form, e.g. a cloud, then the chain reaction is swift and in all directions, causing pressure build up and an explosion.
لفهم كيفية حدوث انفجارات الغبار ، نحتاج إلى فهم كيفية حدوث الحرائق. "مثلث النار" هو تذكير مفيد بأن التفاعل الكيميائي الذي يجب أن يحدث لخلق حريق يتميز بثلاثة عناصر - الوقود والحرارة والأكسجين. يجب تطبيق الحرارة على المادة القابلة للاحتراق في وجود الأكسجين حتى يحدث الاشتعال. عندما تكون المواد التي يتم تسخينها كبيرة ومضغوطة ، أو تربة ، فقد يستغرق الأمر كمية كبيرة من الحرارة لتتسبب في وصول المادة القابلة للاحتراق إلى درجة حرارة حيث تبدأ في إطلاق بخار أو غاز قابل للاشتعال. غالبا ما يطلق على هذا "نقطة الوميض" للسوائل القابلة للاشتعال ولكن نفس المفهوم ينطبق بشكل مشابه على الأجسام الصلبة ، على سبيل المثال. الفحم أو الخشب. يستخدم هذا المصطلح لوصف درجة الحرارة التي يشتعل عندها البخار أو الغاز القابل للاشتعال المنبعث من المادة الساخنة. النار هي التفاعل الكيميائي الذي يحدث في البخار فوق السائل أو الجسم. عندما يصبح حجم الجسم أصغر ، يلزم وجود حرارة أقل نسبيا للوصول إلى درجة حرارة الزناد. ضع في اعتبارك كتلة من الخشب: يجب تطبيق كمية أكبر من الحرارة لإشعال النار عندما تكون في هذا الشكل ، مقارنة بنفس كتلة الخشب المختزلة إلى نشارة الخشب أو حتى شكل مسحوق. وذلك لأن كل جسيم فردي من الخشب له مساحة سطح أكبر مقارنة بحجمه. لذلك يستغرق الوصول إلى نقطة الوميض وقتا أقل عند تطبيق الحرارة. تمتص مساحة السطح الأكبر الحرارة بسرعة أكبر وبالتالي تنبعث منها الحرارة بسهولة أكبر عند الاحتراق. إذا كان هناك العديد من جزيئات الخشب ، فعندما ترتفع كل درجة حرارة وتحترق ، فإنها تعطي الحرارة للجسيمات المجاورة التي بدورها تسخن وتحترق ، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل. إذا تم وضع الجسيمات في شريط طويل ، يتم إنشاء حرق خطي ، يشبه إلى حد كبير صمامات البارود التي شوهدت في الأفلام القديمة بالأبيض والأسود. ومع ذلك ، إذا كانت الجسيمات قريبة من بعضها البعض في شكل كروي ، على سبيل المثال سحابة ، فإن التفاعل المتسلسل يكون سريعا وفي جميع الاتجاهات ، مما يتسبب في تراكم الضغط والانفجار.
The fire triangle model does not fully explain the importance of the form of fuel in dust explosions. The fuel element of the triangle can be split into three to take account of this forming what is known as the dust explosion pentagon. Understanding how the fire triangle develops into the explosion pentagon helps to identify some of the causative factors, so that controls can be put in place.
لا يشرح نموذج مثلث النار بشكل كامل أهمية شكل الوقود في انفجارات الغبار. يمكن تقسيم عنصر الوقود في المثلث إلى ثلاثة لمراعاة هذا التكوين ما يعرف باسم خماسي انفجار الغبار. يساعد فهم كيفية تطور مثلث النار إلى خماسي الانفجار على تحديد بعض العوامل المسببة ، بحيث يمكن وضع الضوابط.
Oxygen component
Oxygen remains an essential component, though it should be noted that an increase in oxygen can make a fire fiercer. It can also make explosions more violent by providing enough oxygen to fully combust all the material.
عنصر الأكسجين
يظل الأكسجين مكونا أساسيا ، على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أن زيادة الأكسجين يمكن أن تجعل الحريق أكثر ضراوة. يمكن أن يجعل الانفجارات أكثر عنفا من خلال توفير ما يكفي من الأكسجين لحرق جميع المواد بالكامل.
Heat element
Compared to the “fire triangle”, the role of the heat element in the pentagon is slightly more complex. As there is a specific size of particle to ignite, there is a minimum level of energy needed to create enough heat for ignition. This constraint is rather theoretical; however, as the actual heat source available is often well above the required temperature; for example a hot surface, local fire or electric flashover. An important fact to note, though, it is that the ignition source required for a vapour explosion may be much lower energy (e.g. temperature) than that for a dust explosion.
عنصر الحرارة
بالمقارنة مع "مثلث النار" ، فإن دور عنصر الحرارة في البنتاغون أكثر تعقيدا قليلا. نظرا لوجود حجم معين من الجسيمات للاشتعال ، فهناك حد أدنى من الطاقة اللازمة لتوليد حرارة كافية للاشتعال. هذا القيد نظري إلى حد ما. ومع ذلك ، نظرا لأن مصدر الحرارة الفعلي المتاح غالبا ما يكون أعلى بكثير من درجة الحرارة المطلوبة ؛ على سبيل المثال سطح ساخن أو حريق محلي أو وميض كهربائي. ومع ذلك ، هناك حقيقة مهمة يجب ملاحظتها وهي أن مصدر الاشتعال المطلوب لانفجار البخار قد يكون طاقة أقل بكثير (مثل درجة الحرارة) من طاقة انفجار الغبار.
Fuel element
In the dust explosion pentagon, the fuel element is in effect expanded to become points three, four and five of the pentagon; namely, combustible dust, dispersion density and confinement. The first requirement is that the dust is combustable, and in the right dispersion and density for the heat generated by one burning particle to ignite nearby particles and hence causes a chain reaction. In practice, this means a thick dense fog, as a slight dust cloud is very unlikely to be ignitable. In numerical terms the lowest exposable limits are typically in the range of 10-50 grams per m³, according to HSG103-Safe handling of combustible dusts, the HSE publication. This is between 2000 and 10,000 times greater than the Workplace exposure limit (WEL) for hardwood dust. Levels of this nature are generally found within an enclosed area, except in the event of a major plant failing.
عنصر الوقود
في خماسي انفجار الغبار ، يتم توسيع عنصر الوقود في الواقع ليصبح النقاط الثالثة والرابعة والخامسة من الخماسي. وهي الغبار القابل للاحتراق وكثافة التشتت والحبس. الشرط الأول هو أن الغبار قابل للاحتراق ، وفي التشتت والكثافة المناسبين للحرارة الناتجة عن جسيم محترق واحد لإشعال الجسيمات القريبة وبالتالي يسبب سلسلة من ردود الفعل. في الممارسة العملية ، هذا يعني ضبابا كثيفا كثيفا ، حيث من غير المرجح أن تكون سحابة الغبار الطفيفة قابلة للاشتعال. من الناحية العددية ، عادة ما تكون الحدود الأدنى القابلة للكشف في حدود 10-50 جراما لكل متر مكعب ، وفقا ل HSG103-Safe التعامل مع الغبار القابل للاحتراق ، منشور الصحة والسلامة والبيئة. هذا ما بين 2000 و 10000 مرة أكبر من حد التعرض في مكان العمل (WEL) لغبار الخشب الصلب. توجد مستويات من هذا النوع بشكل عام داخل منطقة مغلقة ، إلا في حالة فشل مصنع كبير.
Confinement element
The fifth point of the explosion pentagon is the confinement of the dust cloud. This can occur inside ventilation equipment of local exhaust ventilation (LEV) systems, and makes an explosion more likely. The intensity of the explosion will also be increased because the pressure rise is constrained, and the rate of the ruse is increased when confinement occurs. This can result in more significant damage.
عنصر الحبس
النقطة الخامسة من انفجار البنتاغون هي حصر سحابة الغبار. يمكن أن يحدث هذا داخل معدات التهوية لأنظمة تهوية العادم المحلية (LEV) ، ويجعل الانفجار أكثر احتمالا. كما ستزداد شدة الانفجار لأن ارتفاع الضغط مقيد ، ويزداد معدل الحيلة عند حدوث الحبس. هذا يمكن أن يؤدي إلى ضرر أكثر أهمية.
The Dangerous Substances and Explosive Atmosphere regulations (DSEAR) were introduced in 2002 to supplement the underpinning Health and Safety at Work Act. As with most modern regulations, these require an assessment to be made where an explosive atmosphere might be present. A DSEAR assessment should take into account the five elements of the explosion pentagon.
تم إدخال لوائح المواد الخطرة والأجواء المتفجرة (DSEAR) في عام 2002 لاستكمال قانون الصحة والسلامة في العمل. وكما هو الحال مع معظم اللوائح الحديثة، تتطلب هذه اللوائح إجراء تقييم للأماكن التي قد يوجد فيها جو متفجر. يجب أن يأخذ تقييم DSEAR في الاعتبار العناصر الخمسة لخماسي الانفجار.
By conducting a DSEAR assessment to establish and implement proper controls, the risk from dust explosions can be substantially reduced.
من خلال إجراء تقييم DSEAR لإنشاء وتنفيذ الضوابط المناسبة ، يمكن تقليل مخاطر انفجارات الغبار بشكل كبير.