Close up of combustion within the glass tube.

De Hartmann Tube en Stofexplosietesten

Explosies door stoffen als benzine, of gassen als methaan of propaan, en zelfs stof, zorgen voor een plotselinge stijging van de luchtdruk. Hierdoor worden objecten in de omgeving met een flinke kracht weggeslingerd van het centrum van de eplosie. Vaak gaat dit gepaard met vuur..

Mensen weten meestal dat gewone brandstoffen gevaarlijk kunnen zijn, dus zijn ze voorzichtig. Maar we willen ons nu richten op iets minder voor de hand liggends: brandbaar stof. Dit is van belang omdat stof, vooral in industriële omgevingen, een risico op explosies met zich mee kan brengen.

Stel je dit voor: Een hobbyist werkt in zijn kelder aan een tafel om ruw hout mooi glad te maken met een schuurmachine. Hij maakt zoveel stof dat je bijna niet naar het andere eind van zijn kleine werkruimte kunt kijken.

Er zweeft zoveel zaagsel in de lucht dat zelfs de vonkjes van de schuurmachine het hele zaakje kunnen laten ontploffen. Als de hobbyist pech heeft, kan er een stofexplosie of brand ontstaan.

 

The Fire Triangle
De Branddriehoek bestaat uit brandstof, zuurstof en een ontstekingsbron.

Op dit moment loopt de hobbyist het risico om een stofexplosie te veroorzaken, wat hem ernstig letsel of zelfs de dood kan bezorgen, en ook het hele huis in brand kan zetten. Hij beseft niet dat dit gevaar bestaat, omdat hij dit al vaak heeft gedaan zonder problemen.

Als iemand hem ooit had laten zien wat er kan gebeuren tijdens een stofexplosietest met een Hartmann Tube, zou hij nu niet zijn leven in gevaar brengen.

De Hartmann Tube: Testen van brandbaar stof

Maar wat is nu precies een Hartmann Tube (of: Hartmann-buis)? Kort gezegd is het een apparaat om de explosieve eigenschappen van industriële stofmonsters te testen, in verschillende verhoudingen van lucht en brandstof.

Meestal heeft een Hartmann-buis een voortdurende ontstekingsbron ongeveer een derde van de weg vanaf de onderkant. Dit is meestal een hoogspanningsboog, waarmee een continue vonk wordt gecreëerd. Als alternatief wordt soms een gloeiende spoel gebruikt als ontstekingsbron.

Close up of combustion within the glass tube.
Een moderne Hartmann-buis, ontworpen door Gido van Tienhoven, in actie.

Daaronder zit een systeem dat het poedermonster de glazen buis in schiet, waardoor wolken ontstaan met verschillende dichtheden, afhankelijk van de gekozen opstelling. Dit systeem gebruikt meestal perslucht om de brandstof te verspreiden.

Limieten van de Test

Het is belangrijk om te weten dat deze test zijn beperkingen heeft als het gaat om het nabootsen van een echte explosie in een fabrieksomgeving. Dit komt doordat het poeder op een kunstmatige manier wordt aangestoken. In werkelijkheid ontstaat er zelden een constante vonk.

Anatomie van de Hartmann-buis

Samenvattend bestaat de Hartmann-buis uit de volgende elementen:

  1. Een vonkopening (vonkontsteking) of gloeiende spoel met de juiste ontstekingsenergie.
  2. Samengeperste lucht.
  3. Het verstuivingsmondstuk.
  4. Een stofmonster.
  5. De cilindrische buis.
  6. Optioneel: een deksel voor de glazen buis
All elements of the Hartmann Apparatus

Video Demonstratie

Laten we eens kijken hoe een Hartmann-buis werkt. Omdat de reactie snel verloopt, helpt de slow motion video hieronder ons te begrijpen wat er gebeurt in de glazen buis van het apparaat.

In de video zie je een eenvoudige draagbare opstelling die kleine hoeveelheden kan testen, variërend van 0,3 tot 3 gram. Als een materiaal drie keer achter elkaar niet ontbrandt tijdens de test, wordt het als niet-explosief beschouwd onder die omstandigheden.

Wat duidelijk wordt uit de video, is dat een stofexplosie gemakkelijk stofbranden kan veroorzaken. Dit komt doordat het poedermonster een stofwolk vormt wanneer het in de lucht zweeft, die snel ontbrandt. Deze stofbrand verspreidt zich dan snel en dat leidt tot een stofexplosie.

Wat is de functie van de Hartmann-buis als het gaat om explosiepreventie?

Zoals je hebt gezien in de video’s, wordt de Hartmann-buis gebruikt om de explosiviteit van stofdeeltjes in industriële omgevingen te evalueren. Het is een testapparaat dat helpt bepalen of een stof explosiegevaar kan vormen wanneer het in de lucht wordt verspreid en wordt blootgesteld aan een ontstekingsbron.

Met andere woorden, de Hartmann tube creëert op een veilige manier kleine stofexplosies binnenin de buis om te zien of het materiaal een explosiegevaar vormt.

Tegenwoordig gebruiken we een vernieuwde Hartmann-apparatuur. Het origineel is uitgevonden in de jaren twintig, dus de verbeterde versie maakt de moderne screeningtest eenvoudiger en nauwkeuriger.

De eindresultaten van de test helpen ons te begrijpen waar er gevaar voor een stofexplosie kan zijn op de werkplek.

Screeningtest en ATEX-regelgeving

De informatie die wordt verkregen uit de screeningtest is essentieel voor het correct classificeren de ATEX-zones – zone 20, 21 of 22 – afhankelijk van het risico binnen het gebied. Deze ATEX-stofzones komen voornamelijk voor in de volgende industrieën:

  • Houtbewerking.
  • Metaalbewerking.
  • Farmaceutica.
  • Graanverwerking.
  • Voedselproductie.
  • Chemie.
  • Recycling.
Dust covered industrial elevator
Stof verzamelt zich erg gemakkelijk in fabrieken.

Brandstoffen – welke stoffen kunnen een stofexplosie veroorzaken? Wat kan als brandstof dienen?

Alles gebaseerd op cellulose, zoals hout of plantenpoeders zoals tarwe (bloem), zou goed kunnen branden, vooral als het in de juiste concentratie is. Suiker is een perfecte brandstof vanwege zijn samenstelling als puur koolhydraat met ingebouwde zuurstof (C12H22O11).

Om suiker te verfijnen, moet het worden verwerkt van grote, ruwe korrels “ruwe” suiker tot steeds kleinere deeltjes. Uiteindelijk bereikt het de zijdezachte poedertoestand die we “poedersuiker” noemen, vergelijkbaar met talkpoeder in fijnheid.

Betekent dit dat suiker een stofexplosie kan veroorzaken? Ja zeker, in het volgende voorbeeld zal je zien hoe suikerstof een zeer serieus gevaar voor stofexplosies kan opleveren.

Mogelijke Gevolgen: Stofexplosie in Suikerraffinaderij

Stof kan zich ophopen op allerlei plaatsen, vooral bij machines die het product verwerken. Een plotselinge bries bij het openen van een buitendeur kan binnen enkele seconden een explosieve wolk creëren.

Deze raffinaderij in Georgia werd volledig vernietigd door een ogenschijnlijk triviale ontstekingsbron en precies de juiste (verkeerde) stofomstandigheden. De verwoestende stofexplosie kostte het leven aan 14 mensen en veroorzaakte 36 gewonden.

The Georgia refinery disaster in 2008.
De raffinaderij is nauwelijks herkenbaar na de stofexplosie.

Wanneer een vlammenmuur en overdruk met bijna de snelheid van het geluid op je afkomen, heb je geen tijd meer om te reageren. Je overlevingskans kan 100% zijn als je simpelweg nooit het stofexplosiegevaar laat ontstaan.

Niet-vlambare stoffen als brandstof?

Stoffen die normaal gesproken niet kunnen branden, kunnen toch een explosiegevaar vormen als ze als heel fijn poeder in de lucht zweven en in aanraking komen met vuur. In de video vanaf 1:58 wordt een eenvoudige test met metalen in poedervorm in een vlam getoond om te laten zien dat ze wel kunnen branden. Je ziet metalen zoals zink, aluminium, ijzer en anderen in actie.

In de “stapeltest” kun je zien dat grof materiaal bestand is tegen ontsteking, maar fijn materiaal ontbrandt vrij gemakkelijk. Het wordt duidelijk dat de grootte er echt toe doet in dit geval. De kleinste deeltjes hebben een enorm oppervlak in vergelijking met hun massa.

Ze kunnen snel warmte opnemen of afgeven, wat precies de reden is waarom grotere warmbloedige dieren een duidelijk overlevingsvoordeel hebben ten opzichte van kleinere dieren.

Een piepklein deeltje kan in één keer zijn volledige brandstofbron opgebruiken, waardoor een hete wolk van uitzettend gas/plasma ontstaat die de deeltjes eromheen onmiddellijk kan aanzetten hetzelfde te doen. Deze kettingreactie is de reden waarom de brand zich zo snel verspreidt vanaf een enkele vonk.

Het grootste gevaar ontstaat wanneer het zwevende stof zo dicht is dat het zicht kan worden belemmerd over slechts één meter ruimte. Op dat moment speel je letterlijk met het potentieel van een stofbrand.

Preventie

Voor industriële doeleinden is het ideaal om stof bij de bron te beheersen door het direct te verzamelen wanneer het wordt geproduceerd. Ventilatie naar buiten is een tweede optie, maar deze techniek introduceert nog meer variabelen die moeilijker te controleren zijn. Het elimineren van de vorming van stofexplosiegevaar is altijd de veiligste optie.

 

Belangrijkste punten

Het testen van de explosiviteit van stof met de Hartmann-tube kan je helpen vaststellen welke materialen in jouw proces een bedreiging vormen voor de veiligheid. Verschillende testorganen bieden deze screeningtest aan.

Hoewel een stofexplosie niet waarschijnlijk is op de meeste industriële locaties, is het belangrijk de kansen te minimaliseren door je aan lokale regelgeving te houden.

Stofexplosiegevaar wordt vaak over het hoofd gezien, maar de gevolgen van een stofexplosie kunnen zeer rampzalig zijn. Je kunt de veiligheid van je werknemers en infrastructuur waarborgen door bedreigingen te identificeren voordat ze schade veroorzaken