Welkom bij

---

Elektrostatische gevaren bij bulkpoeders (stofexplosies)

Elektrostatische risico's die moeten worden beschouwd in stofgevaaranalyse (DHA, ATEX, DSEAR)

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

---

Sectiesamenvatting
1. Inleiding
2. Vonkontladingen
3. Borstelontladingen, corona-ontladingen en voortplantende borstelontladingen
4. Kegelontlading
5. Bliksem

---

1. Inleiding

Elektrostatische ontladingen zijn verantwoordelijk voor een groot aandeel van de poederwolkexplosies die in de industrie worden waargenomen. Afhankelijk van de bron en het land, is elektrostatische ontlading in bepaalde sectoren (bijv. kunststoffen) goed voor 10% tot 25% van de incidenten [Glor] [Van Laar].

Het begrijpen van de gevaren verbonden aan statische elektriciteit in de bulkvastestoffen-verwerkende industrie is daarom cruciaal om de veiligheid van het proces en het personeel te waarborgen.

Deze pagina bespreekt de verschillende mechanismen die kunnen leiden tot potentieel gevaarlijke elektrostatische ontladingen die in overweging moeten worden genomen bij risicoanalyses (DHA, ATEX, DSEAR).

De volgende tabel vat deze verschillende fenomenen en de betrokken energieniveaus samen:

Tabel 1: Elektrostatische ontladingen betrokken bij stofexplosies [Van Laar] [Glor]

2. Vonkontladingen

Vonken, gegenereerd tussen twee geleidende materialen met een potentiaalverschil, zijn een van de meest voorkomende en gevaarlijkste elektrostatische risico's voor fabrieken die poeders verwerken.

In een industriële omgeving kan een geïsoleerd stuk apparatuur, bijvoorbeeld een metalen buis, geladen raken. Als dit dicht bij een ander metaal of een operator komt met een ander ladingsniveau, kan het potentiaalverschil een stroom veroorzaken die een vonk genereert.

Om deze reden is het voor fabrieken die bulkvastestoffen verwerken VERPLICHT dat ALLE onderdelen van het proces geaard zijn.Dit wordt gegarandeerd door middel van aardingskabels die de onderdelen met elkaar verbinden, waarbij het gehele systeem uiteindelijk geaard is. Een procesoperator moet de weerstand tussen elk procesdeel meten en bevestigen dat deze laag is, typisch minder dan 10 ohm.

[Glor] geeft verschillende voorbeelden van situaties die kunnen leiden tot elektrostatische vonken:

• Metaaldeel/buis geïsoleerd door een flexibele verbinding
• Metaaldeel geïsoleerd door afdichtingen
• Onderdeel van een klep geïsoleerd door de afdichting
• Metaalvat op een kar met niet-geleidende wielen
• Instrument vastgehouden door een operator met niet-geleidende handschoenen
• Personen geïsoleerd door schoeisel of een niet-geleidende vloer / platform

De energie die kan worden verwacht van een vonk afkomstig van een geïsoleerde geleider kan worden berekend met:

W = 0,5 * C * U²

Vergelijking 1: schatting van de energie van een vonk afkomstig van een geïsoleerd geleidend element

Met:

W = energie van de vonk in mJ
C = capaciteit van het geïsoleerde geleidende element in pF
U = potentiaalverschil in kV

[Laurent] geeft een tabel die een idee geeft van de betrokken grootteordes.

Tabel 2: Energie die kan worden opgeslagen in sommige geïsoleerde geleiders [Laurent]

Met de waarden voor spoorwagons en silowagens, kan de lezer inzien hoe belangrijk het is om deze apparatuur tijdens het vullen en lossen **te aarden**!

3. Kwastontladingen, voortplantende kwastontladingen en corona-ontladingen

3.1 Kwastontladingen

(Décharge en aigrette / "Bush-type discharge")

Kwastontladingen treden op wanneer een geïsoleerd materiaal wordt opgeladen, bijvoorbeeld een flexibele afvoerslang. De beweging van het poeder laadt het materiaal op, maar omdat het niet geleidend is, kan de lading niet worden afgevoerd en hoopt deze zich op. Wanneer een geaard geleidend materiaal in de buurt van het opgeladen deel wordt gebracht, kan een kwastontlading optreden, waarbij het geleidende materiaal fungeert als een elektrode.

De betrokken energie is volgens literatuurgegevens [Glor] zeer beperkt, in de orde van 1–3,6 mJ, en kan onder normale omstandigheden **geen** stofexplosie initiëren als het stofwolkje enkel in lucht is opgeschort. Echter, deze energie is **wel** voldoende om een stofwolk te ontsteken als er een **brandbaar gas** aanwezig is, wat de MIE (Minimale OntstekingsEnergie) van het mengsel aanzienlijk verlaagt. Kwastontladingen moeten daarom **systematisch** worden meegenomen in risicoanalyses voor stofexplosies.

Enkele voorbeelden van activiteiten die tot kwastontladingen kunnen leiden:

• Een net ontladen plastic zak in de buurt van een metalen onderdeel brengen
• Een vinger nabij een opgeladen geïsoleerd onderdeel brengen, zoals een plastic afvoerslang of flexibele verbinding
• Monsterneming van poeder in een silo met een **geleidend en geaard** gereedschap, terwijl het poeder wordt opgeladen
• Aanwezigheid van interne inbouwdelen in een opgeladen stofwolk, die als elektroden kunnen fungeren

3.2 Voortplantende kwastontladingen

(Décharge en aigrette propageante / "Propagating brush discharge")

Voortplantende kwastontladingen treden op wanneer **twee zijden van een niet-geleidende materiaallaag** met tegengestelde polariteit worden opgeladen. Wanneer er een kortsluiting optreedt tussen de twee sterk opgeladen lagen, kan een voortplantende kwastontlading worden geïnitieerd, wat leidt tot een **zeer hoge energie-afgifte**.

Enkele voorbeelden van materialen die aan weerszijden van een niet-geleidende plaat verschillend kunnen worden opgeladen:

• Geïsoleerde leidingen in **pneumatische transportleidingen**
• Geleidende leidingen met een **interne isolerende coating**, typisch in pneumatische transportleidingen
• Kijkglazen in pneumatische transportleidingen
• Hogesnelheidsbeweging/impact van poeder, bijvoorbeeld in een afvoerslang, op een geïsoleerd oppervlak (geïsoleerde leiding of leiding met coating)
• Het vullen van **Big Bags** of vaten met isolerende lagen

Om voortplantende kwastontladingen te voorkomen, dient **uitsluitend geleidend, geaard materiaal** te worden gebruikt. Indien niet-geleidend materiaal (flexibele verbinding, Big Bag) noodzakelijk is, moet de **doorslagspanning** van de materiaallaag **minder dan 4 kV** bedragen, wat voortplantende kwastontladingen voorkomt [Glor].

Deze ontladingen worden ook wel **Lichtenberg-ontladingen** genoemd [Laurent].

3.3 Corona-ontladingen

Corona-ontladingen vertonen overeenkomsten met kwastontladingen, maar genereren **aanzienlijk lagere energieniveaus**, typisch 0,2 mJ. Ze zijn normaal gesproken **niet gevaarlijk** voor zuivere stofwolken, maar bij een risicoanalyse moet wel worden gecontroleerd of er **geen bijzondere omstandigheden** in het proces zijn, zoals de aanwezigheid van **hoog ontvlambaar gas** gemengd met bulkvaststoffen, die de MIE significant kunnen verlagen en corona-ontladingen **wel gevaarlijk** kunnen maken.

4. Kegelontladingen

(Maurer-ontladingen)

Kegelontladingen vormen een **zeer belangrijk risico** bij de verwerking van bulkvaststoffen, hoewel ze vaak over het hoofd worden gezien of niet goed worden begrepen. Dit type ontlading treedt op wanneer een **slecht geleidende bulkvaste stof** in een trechter wordt opgeslagen na een bewerking die het poeder kan opladen, zoals **pneumisch transport** of een **gravitatiegleuf over lange afstand**.

Omdat het materiaal een **hoge weerstand**heeft, kan het tijdens het vullen opladen tot het punt dat het potentiaalverschil met het vat hoog genoeg is om een kegelontlading te triggeren. Het risico is des te groter naarmate de diameter van de trechter/silo/flexibele container **groter** is en de deeltjesgrootte van de bulkvaste stof **grover**.

[Glor] geeft een correlatie om de energie die vrijkomt bij een kegelontlading te schatten:

W_Ae = 5,22 * D^3,36 * d^1,462

Vergelijking 2: schatting van de energie bij kegelontlading

Deze correlatie is geldig voor: 0,5 m < D < 3 m en 0,1 mm < d < 3 mm

Met:

W_Ae = equivalente energie van de kegelontlading in mJ
D = diameter van de geleidende, geaarde silo in m
d = mediaan deeltjesdiameter in mm

Volgens literatuurrapporten treden kegelontladingen waarschijnlijk op bij poeders met een^{specifieke weerstand > 10} Ω·m. Let op: het risico is **bijzonder significant** bij polymere korrels, die een **zeer slechte geleidbaarheid** hebben.

Het is **essentieel** om de verwachte energie van een kegelontlading te berekenen voor vaten die na een bewerking worden gevuld die hoge ladingen in het poeder kan genereren (bijv. **hogesnelheidstransport**, zoals pneumatisch transport), en indien deze hoger is dan de MIE, het ontwerp te herzien door **explosiebeveiligingsmaatregelen** te overwegen. transport zoals pneumatisch transport

6. Blikseminslag

In theorie zou bliksem kunnen optreden bij een **sterk opgeladen stofwolk** in de lucht, vergelijkbaar met natuurlijke bliksem. Uit tests blijkt echter dat dit risico **niet waarschijnlijk** is voor silo’s **kleiner dan 60 m³** en met een diameter **minder dan 3 m**. Voor grotere silo’s dient dit risico ten minste te worden vermeld in de risicoanalyse, hoewel tot nu toe ook voor grotere vaten dit risico **niet waarschijnlijk** lijkt [Glor].

Let op: **blikseminslag vanuit de externe omgeving** tijdens een onweer is wel een risico om rekening mee te houden, met name voor **buitensilo’s**.

---

Bronnen
# [Glor] Ontstekingsgevaar door statische elektriciteit in procesinstallaties met poeders, Martin Glor, *Powder Technology*, 135-136 (2003)
[Van Laar] Ir. Van Laar. *Statische elektriciteit als gevaar in de industrie*. Journal de Physique III, EDP Sciences, 1991, 1(8), pp. 1377–1387.
# [Laurent] *Veiligheid van chemische processen*, André Laurent, Tec & Doc, 2003, p. 332