Inertiseren Uitgelegd: Explosierisico’s Beheersen met Inerte Gassen

Explosies vormen een groot risico in veel industrieën. Vooral bedrijven in de chemische, petrochemische en fijnchemische industrie werken dagelijks met brandbare gassen, dampen en stoffen. In veel processen is het niet mogelijk om deze stoffen te vermijden of om ze altijd onder veilige concentraties te houden. Daarom is inertisering vaak de enige manier om explosies te voorkomen en de vorming van een explosief mengsel te vermijden.

Maar inertisering doet meer dan alleen explosies voorkomen. Het voorkomt ook ongewenste chemische reacties, ongewenste verbranding, oxidatie, verkleuring en vochtopname door gevoelige producten en gevoelige materialen. Daarnaast zorgt het voor een veilige werkomgeving tijdens onderhoud, vooral in besloten ruimtes waar het zuurstofniveau onder controle moet worden gehouden.

In deze blog leggen we uit wat inertisering is, wanneer het nodig is, welke technieken worden gebruikt en hoe het past binnen de ATEX-regelgeving.

Wat is inertiseren?

Inertisering, ook wel inert maken genoemd, is het proces waarbij de zuurstofconcentratie in een afgesloten ruimte wordt verlaagd door toevoeging van een inert gas zoals stikstof, kooldioxide of argon. Het doel is om een explosieve atmosfeer te voorkomen, ongewenste verbranding te voorkomen en gevoelige producten te beschermen tegen zuurstof en vocht.

Brandbare stoffen kunnen alleen ontbranden als er voldoende zuurstof aanwezig is om de verbranding in stand te houden. Elk mengsel van brandbare stof, lucht en inert gas heeft een kritische zuurstofwaarde, de Limiting Oxygen Concentration (LOC). Onder deze waarde is ontbranding onmogelijk. Voor gassen en oplosmiddelen ligt de LOC meestal tussen 8-10% zuurstof, voor stofexplosies tussen 10-14%.

Wanneer is inertisering nodig?

Inertisering is noodzakelijk wanneer explosierisico’s niet op andere manieren kunnen worden geëlimineerd.

Het verwijderen van brandstof is vaak niet mogelijk

Soms kunnen brandbare stoffen worden vervangen door minder brandbare alternatieven. Maar in veel processen, zoals in de chemische en farmaceutische industrie, zijn brandbare gassen, vloeistoffen of stoffen gewoon essentieel. In het geval van vloeistoffen kan werken onder het vlampunt een oplossing zijn, maar dit is niet altijd haalbaar. Er wordt dan inert gas toegevoegd om zuurstof te verdringen en het risico te beheersen.

Werken buiten het ontvlambare bereik is vaak onbetrouwbaar

Een andere methode is om ervoor te zorgen dat de concentratie van de brandbare stof altijd onder de explosiegrenswaarden blijft. Bijvoorbeeld door ventilatie te gebruiken om de concentratie onder de Lower Explosive Limit (LEL) te houden. Maar in de praktijk is dit vaak niet gegarandeerd. Bij stof kan accumulatie nog steeds leiden tot een explosief mengsel.

Inertisering is de enige werkbare oplossing

Als brandstof niet kan worden vermeden en de concentraties niet betrouwbaar onder controle kunnen worden gehouden, is inertisering de enige effectieve methode. Dit is niet alleen om explosies te voorkomen, maar ook om:

• Ongewenste reacties met zuurstof of vocht te voorkomen.
• De productkwaliteit te beschermen (tegen verkleuring, polymerisatie of oxidatie).
• Veilig onderhoud uit te voeren aan installaties en leidingen.

Toepassingen van inertisering

Inertisering wordt gebruikt in allerlei processen waar ontvlambare stoffen of gevoelige producten aanwezig zijn. De belangrijkste toepassingen zijn:

• Opslagtanks en vaten: Om te voorkomen dat brandbare dampen een explosief mengsel vormen.
• Reactoren en mengtanks: Om ongewenste reacties met zuurstof of vocht te voorkomen.
• Leidingen en pijpleidingen: Voor het veilige transport van brandbare vloeistoffen en gassen, waarbij inertiesystemen de veiligheid handhaven.
• Drooginstallaties en silo’s: Om poeders en vaste stoffen te beschermen tegen vocht en oxidatie.
• Centrifuges en filters: Voor het veilig scheiden en reinigen van stoffen.
• Vermaling- en mengapparatuur: Om stofexplosies te voorkomen tijdens het verkleinen en mengen van poeders.
• Laad- en losinstallaties: Waar explosieve mengsels kunnen ontstaan tijdens het laden of lossen.
• Onderhoud van apparatuur en leidingen: Om werken in een zuurstofvrije afgesloten ruimte mogelijk te maken tijdens inspectie of reparatie.

Inertisering wordt niet alleen gebruikt om explosies te voorkomen, maar ook om de productkwaliteit te behouden en om veilig te kunnen werken tijdens onderhoud, terwijl het zuurstofniveau en de potentiële gevaren onder controle worden gehouden.

Inertiseringstechnieken

Inertisering is een verzamelnaam voor verschillende technieken, afhankelijk van de toepassing. De drie belangrijkste methoden zijn:

Purging

Bij purgen wordt een inert gas gebruikt om lucht of procesgas uit leidingen, tanks of apparatuur te verwijderen. Dit gebeurt vaak voor het opstarten of voor onderhoud. Het doel is ervoor te zorgen dat er geen brandbare atmosfeer of explosief mengsel achterblijft.

Blanketing

Blanketing is het handhaven van een continue laag inert gas boven een vloeistof of product, bijvoorbeeld in een opslagtank. Dit voorkomt contact met zuurstof of vocht en beschermt tegen explosies, verkleuring, polymerisatie of andere ongewenste reacties. Het inertiseringssysteem controleert het debiet en de druk.

Sparging

Bij sparging wordt inert gas in kleine belletjes door een vloeistof geleid. Hierdoor wordt zuurstof of andere ongewenste gassen uit de vloeistof verwijderd. Dit wordt bijvoorbeeld gebruikt om zuurstof uit olie of afvalwater te verwijderen.

Elke techniek heeft zijn eigen toepassing, maar het doel blijft hetzelfde: zuurstof en soms vocht weghouden van brandbare of gevoelige stoffen en ongewenste verbranding voorkomen.

Keuze van inert gas

Niet elk inert gas is geschikt voor elke toepassing. In de meeste gevallen wordt stikstof (N₂) gebruikt. Het is goedkoop, veelzijdig en overal verkrijgbaar. In sommige situaties wordt kooldioxide (CO₂) of argon (Ar) gebruikt.

Stikstof (N₂)

• Veelzijdig en kostenefficiënt
• Lichter dan lucht (relatieve dichtheid: 0,97)
• Niet reactief, niet brandbaar
• Lage oplosbaarheid in water (20 mg/l)
• Verkrijgbaar als gas (300 bar) of vloeistof (-196°C)

Kooldioxide (CO₂)

• Zwaarder dan lucht (relatieve dichtheid: 1,52)
• Dooft ook branden (gebruikt in afvalbunkers en silo’s)
• Hoge oplosbaarheid in water (2.000 mg/l)
• Kan bij snelle injectie een statische lading opbouwen
• Verkrijgbaar als gas (55 bar), vloeistof (-20°C) of als droogijs (-78,5°C)

Argon (Ar)

• Volledig inert, geen chemische reacties
• Zwaarder dan lucht (relatieve dichtheid: 1,38)
• Soms gebruikt in de voedingsindustrie omdat het in de tank blijft na opening
• Duurder dan stikstof en CO₂
• Verkrijgbaar als gas (300 bar) of vloeistof (-183°C)

Beperkende zuurstofconcentratie (LOC): De kritische waarde

De zuurstofgrensconcentratie (LOC) is de maximale hoeveelheid zuurstof waarbij een brandbaar mengsel niet meer kan ontbranden. Dit is de belangrijkste parameter bij inertisering. Zodra de zuurstof onder de LOC zakt, is een explosie niet meer mogelijk, ongeacht hoeveel brandbaar materiaal er aanwezig is dat anders de verbranding in stand zou kunnen houden.

De LOC is afhankelijk van:

• Het type brandstof
• Het gebruikte inerte gas (bijv. stikstof of kooldioxide)

Kooldioxide (CO₂) is minder effectief dan stikstof: de LOC voor CO₂ is vaak 25% hoger, wat betekent dat er meer zuurstof aanwezig kan zijn voordat de verbranding stopt. Daarom wordt de zuurstofvolumefractie een kritieke factor bij het ontwerpen van inertiesystemen die vertrouwen op CO₂ als inert gas.

Voorbeelden van LOC-waarden (vol.%):

In de praktijk wordt een extra veiligheidsmarge genomen. De operationele zuurstofgrens (MAOC) wordt vaak 2-4% onder de LOC gehouden om veilige omstandigheden te garanderen en potentiële gevaren te vermijden die samenhangen met variaties in zuurstofniveaus tijdens bedrijf.

De exacte LOC-waarde moet altijd proefondervindelijk worden vastgesteld omdat deze van situatie tot situatie kan verschillen, vooral wanneer er sprake is van complexe gasmengsels of brandstoftanks in dynamische industriële omgevingen zoals de chemische industrie en de farmaceutische industrie.

ATEX en inertisering

Inertisering is geen officieel beveiligingssysteem volgens de ATEX-richtlijn 2014/34/EU. Toch speelt het een belangrijke rol binnen ATEX-zones.

Wanneer bij een proces ontvlambare stoffen betrokken zijn, wordt het gebied geclassificeerd als explosiegevaarlijke zone (Zone 0, 1, 2, 20, 21, 22). Inertisering kan de zuurstofconcentratie verlagen tot onder de Lower Explosive Limit (LEL), waardoor het explosiegevaar drastisch afneemt en het deel uitmaakt van een breder inertiseringssysteem dat is ontworpen om ontstekingsbronnen te voorkomen.

Inertisering kan daarom leiden tot een lagere zone-indeling. Bijvoorbeeld:

• Van Zone 20 naar Zone 21
• Of van Zone 21 naar Zone 22

Dit betekent minder strenge eisen voor apparatuur en installatie in brandstoftanks, opslagruimtes of besloten ruimten. Als bijvoorbeeld een zone 1 door inertisering wordt teruggebracht naar Zone 2, kan er meer rendabele apparatuur worden gebruikt, zoals de Armadex Ex UAP-AC-PRO, geschikt voor Zone 2 of 22.

Het is echter belangrijk op te merken dat de inerte atmosfeer niet altijd volledig gegarandeerd is. Daarom zijn er nog steeds aanvullende veiligheidsmaatregelen nodig, zoals:

• Continue zuurstofbewaking om de zuurstofniveaus te controleren
• Alarm- en back-upsystemen voor het geval de toevoer van inert gas uitvalt

Kortom: inertisering helpt het explosiegevaar in ATEX-omgevingen te verminderen, maar ontslaat een bedrijf niet van de plicht om aan ATEX te voldoen. De aanwezigheid van inerte gassen zoals stikstof of argon moet voortdurend worden gecontroleerd om storingen te voorkomen die kunnen leiden tot een explosief mengsel.

Risico’s en veiligheidsmaatregelen

Hoewel inertisering explosies voorkomt, brengt het ook risico’s met zich mee.

Verstikking

Het grootste gevaar is zuurstofverdringing. Inerte gassen zoals stikstof en argon zijn geur- en kleurloos. Bij een lek kan de zuurstof in een ruimte tot gevaarlijke niveaus dalen zonder dat iemand het merkt. Dit leidt tot verstikkingsgevaar, vooral in kleine ruimtes waar inertiesystemen continu in werking zijn. Daarom zijn zuurstofmeters en strenge toegangscontroles onmisbaar in ruimtes waar inertisering wordt gebruikt.

Statische elektriciteit

De snelle injectie van gassen zoals kooldioxide kan statische elektriciteit veroorzaken. Als de atmosfeer nog niet volledig inert is, kan zo’n vonk toch een explosie veroorzaken. Dit risico wordt beperkt door:

• Gecontroleerde gasinjectie om stroming met hoge snelheid te vermijden.
• Goede aarding van apparatuur, vooral bij het werken met inerte gassen in brandstoftanks of bij de verwerking van gevoelige materialen.

Bewaking en back-up

Omdat een volledig gegarandeerde inerte atmosfeer moeilijk te bereiken is, zijn alarmsystemen en back-ups van cruciaal belang. Continue meting van de zuurstofconcentratie zorgt ervoor dat afwijkingen onmiddellijk worden opgemerkt. Deze inertiseringssystemen zijn vaak voorzien van automatische uitschakelfuncties als de zuurstof boven de veilige grens komt, waardoor ongewenste verbranding of explosies worden voorkomen.

Conclusie

Inertisering is een essentiële maatregel om explosies te voorkomen en gevoelige producten in de industrie te beschermen. Wanneer ontvlambare stoffen niet kunnen worden vermeden en het onmogelijk is om veilig buiten het ontvlambare bereik te werken, zijn inertiseringssystemen vaak de enige effectieve oplossing.

Door de zuurstofconcentratie te verlagen tot onder de Limiting Oxygen Concentration (LOC), wordt ontsteking onmogelijk gemaakt. Tegelijkertijd voorkomt inertisering oxidatie, vochtopname en ongewenste verbranding.

De keuze van het juiste inerte gas, de juiste techniek (zoals purgen of blanketen) en het naleven van de ATEX-richtlijnen zijn hierbij cruciaal. Risico’s zoals verstikking en statische elektriciteit moeten ook altijd worden beheerst.

Kortom: inertisering biedt veiligheid waar andere maatregelen tekortschieten, maar vereist technische kennis, een goed ontwerp en strikte controle. Wanneer inertiseringsprocessen op de juiste manier worden uitgevoerd, kunnen ze ongewenste verbranding effectief voorkomen en zowel mensen als installaties beschermen tegen potentiële gevaren.