Casestudie

Tolueen afvullen in een metalen emmer zonder aarding

Deze casestudie onderzoekt de factoren die aanleiding hebben gegeven tot een incident met elektrostatische ontlading, waarbij tolueen, die zeer goed lading genereert, afgevuld wordt in een metalen emmer via een 3/4” metalen buis.

In dit scenario opende een operator een kraan om tolueen af te vullen met een snelheid van ongeveer 19 l/min in een metalen emmer, vanuit een hoger gelegen tank. De operator hing een metalen emmer met een metalen beugel en plastic handvat over een bolkraan. Het kunststof handvat op de beugel isoleerde de metalen emmer van de aarde.

 

 

Na het openen van de kraan, draaide de operator zich weg van de emmer, terwijl het tolueen bleef lopen. Dit had hij reeds meerdere malen op dezelfde manier uitgevoerd. Binnen enkele momenten ontbrandde het Tolueen, waardoor de operator meteen de omgeving verliet, en terugkwam met een klein brandblusapparaat. Het brandblusapparaat volstond niet om het vuur te blussen, en de operator ging een grotere brandblusser halen. Echter, toen de operator terug kwam, was het vuur reeds buiten controle. Ook was hij niet meer in de mogelijkheid om de kraan te sluiten, om het verder afvullen te verhinderen, waardoor de emmer intussen ook reeds aan het overlopen was.

Uit onderzoek van het incident bleek dat de operator geen aandacht meer had voor het proces na het openen van de kraan. De operator zei “ik was gewoon aan het kijken, terwijl het vuur vatte”. Hierdoor kon een ontlading van de operator uitgesloten worden als oorzaak van het incident, en het scenario van oplading door stroming werd overwogen.

IS = 2.5x10-5 · v2 · d2
IS = 2.5x10-5 · 1.10692 · 0.019052
IS = 0.01µA

Waarvan:
D   = Diameter leiding [m]
IS   = Stroomsterkte [A]
v    = Snelheid [m/s]

De stroomsterkte zou in de grootteorde van 0,01µA moeten hebben gelegen. Ware het niet dat er een filter mee in de leiding was opgenomen. De tijd dat een vloeistof aflegde tussen de filter en de uitgang van de leiding was minder dan 1 seconde. Deze tijd is veel korter dan de voorgeschreven 30 seconden. Hierdoor kan een redelijke inschatting gemaakt worden van een aanwezige stroom van ongeveer 0,1µA aan de uitgang van de pijp. In elk geval, kan de stroomsterkte geschat worden op een waarde tussen 0,1µA en 0,01µA.

Indien we aannemen dat het tolueen kon vloeien gedurende 30 seconden, zou er een lading van 3µC op de emmer aanwezig zijn, indien deze volledig geďsoleerd was van de aarde.

De potentiele energie op de emmer kan uitgerekend worden met volgende vergelijking:

Potentiële Energie [J] = Q2 / 2.C = (3.10-6)2 / 2 (20.10-12) = 225mJ

Waarvan:
Q = Lading op de emmer
C = Capaciteit van de emmer

De spanning op de emmer kan gevonden worden met vergelijking:

V = Q / C = 3.10-6 / 20.10-12 = 150.000 V = 150 kV

Lucht heeft een breekweerstand van 3x106 V/m, waardoor een vonk van de emmer eenvoudig 15cm kan overbruggen. Waarschijnlijk trad er een ontlading op tussen de beugel van de emmer en de bolkraan.

Indien we een voorzichtigere inschatting maken, en we gebruiken de laagste stroom van 0,01µA, die we gebruiken in dezelfde calculatie, resulteert dit in een potentiële energie van 2,25mJ, een spanning van 15kV, en een luchtspleet van 1,5cm.

Tolueen heeft een gecalculeerde MIE (i.e. Minimum Ignition Energy) van 0,24mJ. Hierdoor is zelfs de meest voorzichtige inschatting (2,25mJ) nog steeds hoog genoeg om de brandbare Tolueendampen die aanwezig zijn in het proces te ontsteken.

Hoe kon dit worden voorkomen ?

Het zou zeker kunnen dat deze handeling meerdere keren werd uitgevoerd zonder enig visueel incident, en dat er eerder al meerdere ontladingen gebeurden zonder dat er een brandbare omgeving aanwezig was in de luchtspleet waar de ontlading plaatsvond. Dit is een veelvoorkomend gemeenschappelijk kenmerk van procesbewerkingen waar brand of explosies werden veroorzaakt ten gevolge van statische elektriciteit.

De eerste stap is het bepalen waarom het mogelijk was dat statische elektriciteit kon accumuleren op de emmer. In dit geval kon statische elektriciteit zich verzamelen op de emmer, omdat deze elektrisch geďsoleerd was van de algemene massa van de aarde. Indien de emmer zou verbonden geweest zijn met de aarde, zou statische lading zich niet hebben kunnen verzamelen op de emmer. In plaats daarvan heeft een overmaat aan statische lading een andere weg naar de aarde gezocht.

In overeenstemming met industriële richtlijnen als NFPA77 en IEC60079-32-1, zou de geďsoleerde emmer een verbinding met een geverifieerde aarde moeten hebben (in dit geval het vat) met een weerstand van 10ohm of lager.

Zowel IEC 60079-32-1 (13.4.1) als NFPA77 (7.4.1.6 & 7.4.1.4) bepalen het volgende:
“Temporary connections can be made using bolts, pressure-type earth (ground) clamps, or other special clamps. Pressure-type clamps should have sufficient pressure to penetrate any protective coating, rust, or spilled material to ensure contact with the base metal with an interface resistance of less than 10 O.”

Deze casestudy toont aan dat indien ontvlambare of brandbare producten verhandeld worden, het belangrijk is om gecertifieerde uitrustingen te specifiëren, dewelke kunnen instaan voor een verhoging van de veiligheid van mens en omgeving.

Statische aardingsklemmen en kabel, zoals hiernaast afgebeeld, zijn ATEX/FM gekeurd. Hierdoor wapent men zich tegen fysieke impedanties zoals verf en coatings, restproducten en roestvorming, waardoor een goede elektrische verbinding tot stand kan worden gebracht met het basismetaal van de te aarden onderdelen.

Voor processen die continue aarding nodig hebben, kan een extra veiligheidsniveau worden toegevoegd in de vorm van zelf controlerende aardingsklemmen met visuele indicatie.

De Bond-Rite® REMOTE is een aardingssysteem dat de operatoren toelaat om onderdelen te aarden vooraleer het proces start. Het aardingssysteem controleert de gehele aardingslus, en verzekert een correcte verbinding van 10Ω of minder. Een pulserende groene LED meldt de gebruiker op een eenvoudige manier (JA/NEE) of het proces kan gestart worden.

LET OP:
Voor deze casus wordt verwezen naar een derde bron.
Deze casestudie houdt op geen enkele wijze verband met de activiteiten van klanten van Newson Gale of ATHEX.

Bron: Case Study Newson Gale “Drawing Toluene into an ungrounded bucket“ (Vrije vertaling naar het Nederlands)
Bron: Pratt, T.H. and Center for Chemical Process Safety Staff (1997) Electrostatic Ignitions of fires and explosions.
United States: American Institute of Chemical Engineers., Thomas H. Pratt 1997

Earth-Rite®

Aardingscontrole systemen
met visuele indicatie & interlock

Bond-Rite®

Zelfcontrolerende aardingsklemmen
met visuele indicatie

Cen-Stat®

Aardingsklemmen, (spiraal)kabels, haspels en testapparatuur

 

Mobiele oplossingen

Wij leveren een innovatieve reeks mobiele aardingsoplossingen, waaronder een ATEX gepatenteerd aardingssysteem voor montage op vrachtwagens (tankwagens, druk-vacuüm-wagens,...), een draagbare continuďteitsmeter voor flexibels, en andere accessoires.

Meer info

   

ATHEX Industrial Suppliers

ATHEX Industrial Suppliers is een veelzijdige firma met een vaste waarde in de industrie, die zowel industriële, als ATEX oplossingen biedt voor kleine en grote projecten.

Meer info omtrent onze samenwerking met Newson Gale

ATHEX staat voor kwaliteit, snelheid en topproducten, steeds in relatie tot proces- of explosieveiligheid, en is actief op 5 domeinen:

ATHEX Industrial Suppliers is gekend als probleemoplosser op het vlak van explosieveilige apparatuur en levert alle materialen die nodig zijn voor uw project, van gekende en minder gekende merken.

ATHEX is actief in verschillende industriële sectoren zoals de chemische en petrochemische industrie, opslag van vloeistoffen en vaste stoffen, voeding en pharma, staalindustrie, studie en consulting, energie- en elektrische centrales, landbouw, afvalrecuperatie,...

   
Images - © Copyright Newson Gale Ltd | ATHEX bvba