Protección de elevadores de cangilones contra explosiones de polvo
Fotografía: Una explosión de polvo que comienza en un elevador de cangilones puede llegar potencialmente a volúmenes más grandes aguas abajo, como silos y sistemas de manejo de materiales aguas arriba.
Para los compradores y vendedores en el procesamiento, manejo y empaque de partículas secas, los elevadores de cangilones son componentes esenciales en la mayoría de las instalaciones de manejo de granos. También se reconocen como punto de circulación de polvo combustible y como fuente potencial de ignición. Una explosión de polvo que comienza en un elevador de cangilones puede viajar potencialmente a volúmenes más grandes aguas abajo, como silos y sistemas de manejo de materiales aguas arriba, lo que lleva a explosiones secundarias devastadoras en otras partes de la instalación.
Afortunadamente, existe una variedad de soluciones disponibles para proteger tanto los elevadores de cangilones como los equipos de proceso asociados del peligro de las explosiones de polvo. Para considerar y examinar los beneficios de estas soluciones para los productores de granos y la industria de polvos y sólidos a granel, discutimos las ventajas y los beneficios de este enfoque con Fike Corporation, fabricante de una variedad de tecnologías de prevención y protección contra explosiones.
P: ¿Qué normas de protección contra incendios y explosiones de polvo cubren los elevadores de cangilones?
R: En general, la protección de los elevadores de cangilones está cubierta por las normas nacionales de protección contra incendios NFPA 61, NFPA 68 y NFPA 69. Estas normas cubren métodos para reducir la posibilidad de que ocurra una explosión de polvo (deflagración) mediante el control de fuentes potenciales de ignición, junto con métodos para manejar un evento de deflagración mediante el uso de venteo de alivio de explosión, venteo sin llama y/o supresión. Todas estas técnicas requieren aislamiento de explosiones si se quiere evitar la propagación de una deflagración más allá del elevador de cangilones a otras partes del proceso.
P: ¿Qué temas amplios de prevención y protección deben considerar los productores de granos con respecto a las explosiones de polvo?
R: Los temas generales de prevención y protección representan una elección de puntos finales para los productores de granos. Hay muchas decisiones que tomar para determinar la solución de seguridad. La elección del método de protección está determinada por la ubicación del elevador de cangilones y, en particular, si se instala o ya esta instalado en el interior, parcialmente en el interior o completamente en el exterior. Las soluciones de ventilación son populares por su relativa facilidad de implementación; el método de dimensionamiento de los paneles de venteo y la resistencia del equipo varían dependiendo de si el grano es crudo o procesado. Los granos crudos se abordan en NFPA 61 y los granos procesados en NFPA 68, mientras que las opciones de prevención y protección de NFPA 69 son aplicables tanto a granos crudos como procesados.
P: ¿Qué causa las explosiones de polvo en las instalaciones de granos? ¿Qué equipo suele estar involucrado y cuál es el riesgo?
R: Las explosiones de granos resultan de la ignición del polvo cuando se mezcla con el aire durante las operaciones de distribución, almacenamiento o procesamiento. En aplicaciones agrícolas, el material puede ser más grande, pero el desgaste durante la manipulación puede generar partículas de polvo de menos de 500 µm (micras), lo que se reconoce como un peligro de explosión de polvo.
Los equipos donde se puede acumular polvo fino en el aire incluyen sistemas de transporte mecánico. Cada vez que se llena o se vacía un sistema transportador, existe una posible nube de polvo combustible en ese punto que podría encenderse. Todo lo que se necesita es una fuente de ignición.
El equipo de supresión de explosiones envía una señal a un supresor de explosiones como este de Fike Corporation para que libere un medio extintor de llamas que efectivamente detiene una explosión en su infancia.
En la industria de cereales, los equipos en los que hay polvo se fabrican típicamente para el uso previsto a la presión atmosférica o cerca de ella y, por lo tanto, no son lo suficientemente resistentes para soportar las altas presiones asociadas con las explosiones de polvo en espacios confinados. En equipos desprotegidos o mal protegidos, esto puede resultar en daños extensos y riesgo de lesiones al personal.
Un pequeño evento de explosión en una pieza de equipo sin protección puede desencadenar explosiones secundarias más grandes aguas arriba o aguas abajo. En tales casos, la primera explosión crea ondas de presión que agregan turbulencia y aumentan la carga de polvo, seguidas por la gran fuente de ignición proporcionada por el evento inicial.
P: ¿Cómo pueden los productores de cereales reducir las fuentes de ignición?
R: El primer paso para mitigar el riesgo de una explosión de polvo es evitar que ocurra un evento al reducir las posibles fuentes de ignición. Las principales áreas de peligro en un elevador de cangilones se encuentran en el maletero del elevador y la cabeza, lo que puede provocar un evento que se propague hacia arriba o hacia abajo por las carcasas de las patas.
Aunque las fuentes de ignición no se pueden eliminar, se pueden reducir significativamente. Para los elevadores de cangilones, esta prevención toma la forma de monitores de temperatura de cojinetes, monitoreo de alineación de correas y monitoreo de deslizamiento de correas.
El mantenimiento preventivo de los equipos también puede ayudar a reducir las fuentes de ignición.
P: ¿Cómo pueden los productores de granos reducir los niveles de polvo combustible?
R: La extracción de polvo puede reducir la concentración de polvo dentro del equipo de proceso, reduciendo una posible fuente de combustible. Es importante proteger el equipo de recolección de polvo asociado.
Fuera del proceso, es importante seguir buenos procedimientos de limpieza, ya que incluso cantidades relativamente pequeñas de polvo de grano combustible pueden representar un peligro de explosión peligroso. Según la NFPA, 1/32 de pulgada de ese polvo que cubre solo el 5 % de la superficie de una habitación “presenta un riesgo significativo de explosión”.
Si bien estas medidas reducen el potencial de una explosión de polvo, la amenaza no se elimina, lo que impulsa la necesidad de implementar soluciones que mitiguen la explosión de polvo una vez que ha comenzado dentro del elevador de cangilones. Estas soluciones están diseñadas para evitar que las presiones explosivas rompan el elevador de cangilones y deben incluir métodos para evitar la propagación de explosiones a los volúmenes de proceso conectados aguas arriba y aguas abajo.
Durante las primeras etapas de una explosión de polvo de grano, los paneles de venteo de explosión se abren rápidamente a una presión de explosión predeterminada, lo que permite que los gases de combustión en rápida expansión escapen a la atmósfera y limitan la presión generada dentro del equipo a límites de seguridad calculados.
P: ¿Qué métodos de protección contra explosiones deben considerar los productores de granos?
R: Las opciones principales para la protección contra explosiones de los elevadores de cangilones son los paneles de ventilación contra explosiones, la supresión de explosiones y el aislamiento de explosiones. Hablaré de cada una de estas opciones.
Paneles de venteo de explosión
El venteo es el mecanismo de protección más ampliamente adoptado porque proporciona una solución económica y, a menudo, se percibe como una solución de ajuste y olvido.
Durante las primeras etapas de una explosión de polvo de grano, los respiraderos de explosión se abren rápidamente a una presión de explosión predeterminada, lo que permite que los gases de combustión en rápida expansión escapen a la atmósfera y limitan la presión generada dentro del equipo a límites de seguridad calculados.
Los paneles de explosión se pueden aplicar a elevadores de cangilones ubicados afuera o cerca de una pared exterior donde la explosión de polvo se puede ventilar de manera segura al exterior a través de conductos de ventilación. Estos paneles se montan en las carcasas de las patas y en la cabeza del elevador y se abren rápidamente para aliviar la presión de explosión de una deflagración.
Para las soluciones de ventilación, el método de dimensionamiento de las ventilaciones y la resistencia del equipo es una consideración importante cuando se manipula el grano procesado. Para el grano procesado, la NFPA 61 difiere de la NFPA 68, en la que la resistencia requerida del equipo depende del índice de explosividad del material (valor Kst). Los elevadores de cangilones que manejan granos crudos están cubiertos por NPFA 61.
La trayectoria de la bola de llamas de alivio de explosiones y la accesibilidad de los paneles de ventilación para el mantenimiento ocasional son consideraciones importantes al seleccionar este método de protección. Estos están cubiertos en NFPA 61 – 2020 sección 9.3.14 y NFPA 68 – 2018 sección 8.8.
Hay algunas aplicaciones en las que el maletero del elevador de cangilones está dentro de un edificio y/o debajo del nivel del suelo. Eso crea un desafío para la ventilación de alivio de explosiones debido a la liberación de llamas y presión en un espacio confinado, lo que requiere un enfoque de protección diferente para la deflagración que comienza en esa ubicación.
Supresión de explosiones
Los dispositivos activos, como los equipos de supresión de explosiones, pueden ayudar a sofocar un pequeño incendio antes de que pueda desencadenar una explosión.
El equipo de supresión de explosiones está diseñado para sofocar una explosión en sus primeras etapas antes de que pueda crear presiones destructivas. En los primeros milisegundos del evento, el equipo envía una señal a los supresores de explosión para que liberen rápidamente un medio de extinción de llamas, como bicarbonato de sodio, en el equipo de distribución o almacenamiento. Esto detiene efectivamente la explosión en su infancia y da como resultado una presión de explosión reducida que es segura para el equipo protegido.
Piense en la supresión de explosiones como un extintor de incendios que se dispara automáticamente pero a una velocidad 1000 veces mayor.
Los sistemas de supresión pueden ser deseables, porque la velocidad de limpieza y reacondicionamiento permite un rápido retorno a la producción. Con venteo o venteo sin llama, la explosión se desarrolla por completo en el equipo de proceso, lo que requiere limpieza, mitigación de daños relacionados con el fuego y otras consecuencias que requieren tiempo para que el proceso vuelva a funcionar.
Este método de protección es ideal para elevadores de cangilones de dos patas que se utilizan con frecuencia en el manejo de granos. La protección consiste en la detección y supresión de explosiones del cabezal del ascensor y la sección de arranque del ascensor, y el aislamiento de explosiones de las carcasas de las patas, los puntos de alimentación y descarga y los puntos de extracción de polvo.
La supresión de elevadores de cangilones de una sola pata también es práctica en aplicaciones de granos, aunque el volumen interno abierto entre la bota y la cabeza requerirá puntos de inyección de agente extintor adicionales. Lo que es más importante, ya sea que se apliquen a un elevador de cangilones de una o dos patas, los sistemas de supresión pueden incorporar fácilmente el aislamiento de explosiones. Ver NFPA 69.
Aislamiento de explosiones
Los dispositivos de aislamiento de explosión son vitales para proteger los equipos conectados y las tuberías de la propagación de una explosión de polvo que puede resultar en un evento secundario que puede ser más peligroso y destructivo que el evento inicial. Esto incluye aislar el punto de alimentación a un elevador de cangilones, el punto de descarga y cualquier conducto de extracción de polvo.
Aunque el aislamiento de explosiones es un componente de los sistemas de supresión de explosiones, no es una característica intrínseca de los sistemas convencionales de venteo y venteo de llamas. Por lo tanto, con los sistemas de ventilación, se debe considerar un medio de aislamiento químico o mecánico para evitar la propagación de explosiones a volúmenes de procesos interconectados, como colectores de polvo y silos. Utilice soluciones compatibles con NFPA 69 y consulte la sección 9.7.4 de NFPA 61-2020.
P: ¿Qué conclusión final deseamos que los productores y distribuidores de granos consideren en relación con la búsqueda de una protección eficaz contra explosiones de polvo que cumpla con las normas?
R: Para los productores y distribuidores de granos, hay muchas decisiones críticas involucradas en la selección de equipos de prevención y mitigación de explosiones de polvo dadas las áreas en riesgo, los métodos de protección, los códigos NFPA relevantes y el tipo de material que se procesa.
Sin embargo, la atención cuidadosa a la prevención, mitigación y aislamiento de los elevadores de cangilones puede garantizar la protección tanto del personal como de las instalaciones de almacenamiento y manejo de granos. Esto también limitará el potencial de interrupciones prevenibles de producción y negocios.