بیشتر جامداتی که در صنایع فرآوری می شوند قابل اشتعال هستند و زمانیکه به صورت گرد و غبار ابری شکل در هوا پخش شوند میتوانند سبب یک انفجار گرد و غبار شوند . مطالعات تجربی نشان می دهد که در حدود 70٪ گرد و غبارهای صنایع قابل اشتعال هستند بنابراین قادرند سبب ایجاد انفجار گرد و غبار شوند. در نمودار 2 آمار حوادث ناشی از جامدات و سایر مواد در کشور انگلستان شده است. همانطور که در نمودار دیده می شود در طی سالهای اخیر میزان آتش سوزی ها و یا انفجار ناشی از گازها و مایعات کاهش یافته ولی نرخ حوادث ناشی از جامدات تقریبا" ثابت بوده است .
علیرغم اینکه تعداد حوادث آتش سوزی و یا انفجار ناشی از مواد جامد ( گرد و غبار ) كم است ، ولی خسارات ناشی از این انفجارها بالا است و تاکنون منجر به کشته شدن تعداد زیادی از افراد و همچنین خسارتهای سنگین مالی شده است. این موضوع
وقتی حاد می شود که توجه به انفجار گرد و غبار کمتر از توجه به انفجار ناشی از مایعات و یا گازهای قابل اشتعال باشد. در اکثر کارخانجاتی که با حلالهای قابل اشتعال سروکار دارند، محدوده ی مورد نظر با علائم مشخص جداسازی شده است و تابلوهای هشداردهنده در این قسمتها وجود دارد. ولی در کارخانجات صنایع غذایی که با گرد و غبارهای مواد قابل اشتعال سروکار دایم علائم هشـدار دهنده کمتر وجود دارد و معمـولا" به این بخشها توجه کمتری می شود .

جامدات قابل اشتعال :
انفجار گرد و غبارها با جامدات قابل اشتعال رخ می دهد. بسیاری از جامدات قابل اشتعال هستند. مثالهای واضح از این دسته سوختهایی همانند چوب و ذغال هستند. با وجود این بسیاری از مواد جامد که در صنعت فرآوری می شوند، از قبیل دانه ها، نشاسته ، پودر شیر ، رزین ها ، قهوه فوری ، شکر ، پلیمرها ، رنگدانه ها پلاستیک ها ، کائوچو ، مواد دارویی، کاغذ و ... جزء مواد قابل اشتعال هستند. در تجهیزاتی از قبیل آسیابها ، خشک کن ها ، نوار نقاله ها ، فیلترها ، انبارها و سیلوها همواره خطر آتش سوزی و به تیع آن خطر انفجار وجود دارد . در پیوست 1 گرد و غبارهایی که خطر انفجار در آنها وجود دارد آورده شده است. برای یک Dust explosion ، وجود Dust ( گرد و غبار ) ضروری است. معمولا"ذراتی که قطر آنها کمتر از 0.5mm باشد گرد و غبار تلقی می شود. هر چه ذره کوچکتر می شود سطح آن بیشتر شده و در نتیجه انفجار سریعتر رخ می دهد. زیرا معمولا" احتراق و انفجار در سطح یک ماده رخ می دهد. در شكل 1 اثر كاهش اندازه ذرات بر افزایش سطح آنها و همچنین قابلیت احتراق آنها دیده می شود .

Dust explosion چیست؟

انفجار گرد و غبار ( D. EX) زمانی اتفاق می افتد که یک گرد و غبار مخلوط با هوا توسط یک عامل شروع کننده دریک محفظه بسته مشتعل شده و فشار گازهای حاصل از اشتعال به شدت افزایش یابد . شرایط لازم برای وقوع ( D.Ex ) در شکل 2 پنج ضلعی انفجار آورده شده است. احتراق یک سوخت جامد سبب تولید محصولات داغ حاصل از احتراق می شود . در یک فضای باز، این عمل منجر به ایجاد زبانه آتش منبسط خواهد شد . اندازه ی زبانه ی آتش معمولا" 10-8 برابر ابر تشکیل شده از غبار خواهد بود. با وجوداین در یک ظرف سر بسته ، انبساط امکان پذیر نبوده و فشار 10-8 برابر بیشتر از فشار اولیه خواهد شد. زمان رسیدن به فشار ماکزیمم، به ماهیت گرد و غبار ، غلظت گرد و غبار ، شرایط در هم بودن جریان (trubulency ) در ظرف حاوی گرد و غبار دارد . به طور معمول در یک انفجار گرد و غبار زمان رسیدن به فشار ماکزیمم در حد چند صد میلی ثانیه است. این زمان کوتاهتر از آن است که جایی برای جبران اشتباه وجود داشته باشد . همانطور که در شکل 2 تصریح شده است ، برای وقوع انفجار وجود پارامترهای زیر ضروری است :
1) سوخت ( گرد و غبار اشتعال ) که غلظت آن در مخلوط هوا باید حداقل g/m310 و حداکثر g/m3500 باشد .
2) اکسیدایزر ( اکسیژن که به صورت هوا با ذرات گرد و غبار مخلوط شده است )
3) مخلوط اکسیدایزر و سوخت که معمولا" این اختلاط در عمل وجود دارد.
4)یک آتش زنه
5) فضای محدود ( بدون این عامل فقط آتش سوزی رخ خواهد داد.)
وجود یک اکسیدایزر برای وقوع انفجار ضروری است در برخی مواقع ، اکسید ایزر در ساختمان مولکولی یک ماده وجود دارد برای چنین موادی حضور اکسیژن برای انفجار ضروری نیست . ولی در برخی دیگر از مواد باید غلظت اکسیژن در مخلوط گرد و غبار و هوا باید به مقدار کافی باشد تا انفجار رخ دهد . غلظت اکسیژن در هوا 21٪ است . هر عامل کاهنده غلظت اکسیژن باعث کاهش خطر انفجار می شود . معمولا" یک غلظت آستانه برای اکسیژن وجود دارد که کمتر از آن انفجار رخ نخواهد داد. این مقدار برای گرد و غبارهای مختلف متفاوت است . و این فاکتور عامل مهمی در کنترل انفجار به شمار می رود .
20یکی دیگر از فاکتورهای لازم برای انفجار ، وجود یک آغازگر است . این آغازگر باید انرژی اولیه برای شروع احتراق را تامین کند. اتصال سیم های برق، جرقه الکتروموتورها ، تخلیه الکتریسیته ساکن ، شعله ی آتش کبریت ، سیگار ، جوشکاری، جرقه ی ناشثی از اصطکاک یا فلزات ، قسمتهای داغ چرخ دنده ها، لامپهای الکتریکی داغ ، خشک کن های داغ و یا سطوح دیگر داغ منابع آغاز کننده ی انفجار هستند. پارامتر دیگری که برای انفجار گرد و غبار مهم است، غلظت گرد و غبار است. برای اغلب گرد و غبارها غلظت g/m3100 یک محدوده ی انفجاری به شمار می رود. این بدین معناست که به عنوان مثال در غلظت g/m3 100 در صورتیکه با هوا به مقدار کافی و یکنواخت مخلوط شده باشد یک ابر مشتعل تا ارتفاع m5 را ایجاد خواهد کرد . این ارتفاع برای پر کردن فضای اغلب کارخانه ها کافی است در صورتیکه غلظت g/m3500 باشد با توجه به اینکه دانسیته توده ای ( Bluk Density ) بالاتری دارد یک لایه ای به ارتفاع mm1 بر روی کف تشکیل خواهد داد.


اندازه ذرات گرد و غبار :
هر چقدر اندازه ذرات گرد و غبار كم شود سطح قابل دسترس برای واكنش افزایش می یابد و در نتیجه پتانسیل گرد و غبار برای وقوع انفجار افزایش می یابد . ذره كوچكتر انرژی كمتری برای آغاز نیاز دارد. از طرف دیگر ذرات كوچكتر براحتی در هوا معلق شده و قابلیت اختلاط آنها با هوا بیشتر است . تحقیقات نشان می دهد كه ذراتی كه قطر آنها كمتر از 500 میكرون باشد قابل انفجار هستند . با وجود این وقتی انفجار شروع شد ذرات بزرگتر نیز انرژی كافی برای ادامه انفجار را دریافت خواهند كرد . در نمودار 3 تاثیر اندازه ذرات بر فشار ماكزیمم و همچنین سرعت افزایش فشار آورده شده است . خطر پذیری گرد و غبارهای مختلف در كارخانه های مواد غذایی پیشنهاد شده است . ( پیوست 1 ) این اندیس مقیاسی است كه بین 100 – 0 تقسیم شده است . اندیس 0 بیانگر آن است كه خطر انفجار وجود ندارد در صورتیكه اندیس 100 بیانگر این است كه در صورت وجود گرد و غبار این ماده ، انفجار شدید رخ خواهد داد .
این مقیاس بصورت زیر طبقه بندی شده است :
اندیس خطر نسبی انفجار
انفجارشدید انفجار قوی انفجار متوسط انفجار ضعیف
80 > 80 -50 50 - 20 20 - 5

برای طبقه بندی قابلیت انفجار گرد و غبار ها از سرعت افزایش فشار و فشار ماكزیمم نیز استفاده می شود . بر اساس kst ( سرعت افزایش فشار ) گرد و غبارها به چهار كلاس انفجاری تقسیم بندی می شوند .
خصوصیات kst(bar/s) كلاس انفجاری
انفجار رخ نمی دهد 0 st 0
انفجار ضعیف 200 › kst ‹ 0 st 1
انفجار قوی 300 › kst ‹ 200 st 2
انفجار خیلی قوی 300 › kst ‹ 0 st 3
اغلب محصولات بالك و كشاورزی در كلاس 1 قرار می گیرند . كلاس 2 شامل موادی است كه توسط كارخانجات فرآوری می شوند . كلاس 3 بیشتر پودر فلزات از قبیل پودر آلومینیوم را در برمی گیرد .


روشهای جلوگیری از انفجار در كارخانجات مواد غذایی :
برای وقوع انفجار گردو غبار ، وجود مخلوطی از هوا و گرد و غبار ضروری است . اغلب تجهیزاتی كه گرد و غبار تولید می كنند و یا احتمال تولید گرد و غبار در آنها وجود دارد پر از هوا می باشد . بنابراین برای كنترل انفجار ، در گام اول اجتناب از ایجاد و یا كنترل گرد و غبار ضروری است . بسته به نوع مواد تحت فرآوری در هر زمان مقداری گرد و غباربسیار ریز وجود دارد . حتی در هنگام انتقال دانه ها ( گندم ، جو ، چاودار و ... ) به روش پنوماتیكی بعد از ریزش دانه ها ، ذرات گرد و غبار بصورت معلق در قسمت بالای ظزف باقی می مانند حتی اگر این امر اتفاق نیافتد ، تجمع مواد قابل اشتعال ممكن است بصورت اتفاقی صورت گیرد به عنوان مثال در پایان تخلیه دانه ها در سیلو ، كلیه ذرات ریز ممكن است در كوتاهترین زمان وارد سیلو شوند و به تبع آن بر روی دیواره های سیلو توزیع شوند ، بنابراین یك پل قابل ریزش كه متفاوت از شرایط عملیاتی نرمال است تشكیل می شود . حتی اگر اكسیژن توسط گازهای بی اثر خارج شود یك نقطه خطر بالقوه وجود دارد .
برای كنترل انفجار راههای پیشگیری زیر توصیه می شود :
1 ) دستگاههایی كه گرد و غبار در آنها تولید می شود باید بسته باشد تا از نشت گرد و غبار به محوطه دستگاه جلوگیری شود و یك دریچه جهت تخلیه گرد و غبار به هوای آزاد تعبیه شود .
2) تجهیزات آلوده از تجهیزات تمیز جداسازی شده و در محل های جداگانه ای نصب شود .
3 ) واحد تولید (آسیاب ، خشك كن ، فیلتر و ... ) در ساختمان جداگانه ای كه دیواره ها و سقف آن از مواد سبك ساخته شده است نصب شود تا در صورت وقوع انفجار به عنوان مهاركننده و یا كند كننده انفجار عمل كند . و یا در دیواره ها از موادی استفاده شود كه قادرند شوك انفجار را خنثی نمایند .
4 ) در صورت امكان از ماشین مرطوب كننده گرد و غبار استفاده شود تا آنها را تبدیل به اسلاری نماید .
5 ) بازبینی و تعمیرات دستگاهها بر اساس زیادی انجام شود تا از جمع شدن گرد و غبارها در مجاری بسته از قبیل لوله های مكش گرد و غبار به حداقل برسد .
6 ) در صورتیكه از سیستم انتقال پنوماتیكی استفاده می شود ، آرایه های كافی برای جدا كردن هوا از گرد وغبار ایجاد شود .
217 ) از تجمع گرد و غبار با بازبینی های دوره ای مرتب در تجهیزات ، شیروانی ها ، كف طبقات و غیره جلوگیری شود .
8 ) ساختمانهایی كه در آنها گرد و غبار قابل احتراق ایجاد می شود طوری طراحی می شود كه از سطح های تخت حتی الامكان اجتناب شود و در صورتیكه ناچاراً از لبه ها استفاده می شود زاویه دار ساخته شود تا گرد و غبار نتوانند بر روی آن تجمع یابند .
9 ) از تجمع آشغال ، لباس های روغنی ، و ... در محوطه اجتناب شود .
10 ) از جارو كردن دستگاهها با هوای فشرده به دلیل امكان تشكیل ابر گرد و غبار جلوگیری شود . (شكل 4 )
12 ) مكنده هایی كه برای جمع آوری گرد و غبار مورد استفاده قرار می گیرد باید سیستم سیم كشی آنها بر طبق استاندارد mp6105 طراحی و نصب شود . (شكل 5)
13 ) منابع آغازگر انفجار از قبیل شعله مستقیم ، سیگار روشن ، برشكاری با گاز ، جوشكاری از سیستم حذف شود به هنگام تعمیرات دستگاههای آلوده به گرد و غبار بایستی اقدامات لازم برای تمیز كردن و یا خنثی كردن گرد و غبارها صورت گیرد . و قبل از جوشكاری یا برشكاری چك لیست اقدامات احتیاطی تكمیل شود .
14 ) كلیه تجهیزات باید مجهز به سیستم ارت باشد تا الكتریسیته ساكن تخلیه شود .
15 ) از EX بودن كلیه سیم كشی ها و الكتروموتورها اطمینان حاصل شود .
16 ) از جداكننده های مغناطیسی برای جداسازی مواد آهنی از گرد و غبار تولید شده استفاده شود .
17 ) از تجهیزات ایجاد كننده جرقه خودداری شود .
18 ) سطوح تولید كننده اصطكاك حذف شود .
19 ) از حرارت مستقیم و سطوح داغ كه باعث تجزیه خودبخودی جامدات قابل اشتعال می شود خودداری شود . زیرا برخی از مواد قبیل پودر ذرت و پودر ماهی حتی بدون منبع خارجی آتش ، قابل تجزیه شدن بوده و می توانند به عنوان آغازگر انفجار گرد و غبار عمل نمایند .
20 ) برای تخلیه فشار گازهای حاصل از احتراق از تجهیزاتی از قبیل دیسك ها و پانل های انفجاری و درهای انفجاری استفاده شود . نمونه ای از این تجهیزات در شكلهای 6 ، 7 و8 آورده شده است .

21 ) در مواقع لزوم ( جاهایی كه امكان vent كردن وجود ندارد ) از سیستم آشكار ساز و مهاركننده آتش و انفجار استفاده شود . در این سیستم ها از یك دتكتور افزایش فشار و مایعات قابل تبخیر از قبیل هیدروكربن های هالوژنه استفاده می شود . در هنگام نصب این تجهیزات باید دقت كافی به عمل آید زیرا برخی از این هیدروكربن ها سمی هستند و نشت آنها در مواد غذایی باعث ایجاد مسمومیت در مصرف كننده خواهدشد .
22 ) حتی الامكان با استفاده از گازهای خنثی برای كاهش غلظت اكسیژن در محیط استفاده شود . استفاده از گاز دی اكسید كربن و ارت می تواند گزینه های مناسبی باشد .
23 ) از Rotary valve در سیكلونها برای جلوگیری از افزایش غلظت گرد و غبار استفاده شود .
24 ) از سیستم اطفاء حریق در تجهیزات تولید كننده گرد و غبار استفاده شود .
25 ) از تابلوهای هشدار دهنده از قبیل سیگار كشیدن ممنوع و محوطه انفجار در محل های مربوطه استفاده شود .
بحث و نتیجه گیری :
آنالیز خطر انفجار در یك كارخانه نیاز به محاسبه شرایط واقعی یك كارخانه و فاكتورهای محیطی دارد . به عبارت واضح تر كارخانه های مشابه ممكن است ، از لحاظ درجه خطر انفجار با همدیگر تفاوت قابل ملاحظه ای داشته باشند . در نتیجه محاسبات لازم برای به حداقل رساندن ریسك ممكن است متفاوت باشد . همین طور هم انتخاب روش های مختلف آنالیز می تواند نتیجه های متفاوتی را دنبال نماید . از آنجایی كه یك روش یكنواخت و ایده آل برای محافظت انفجار ارائه و تعمیم به همه كارخانجات وجود ندارد ( زیرا گزینه های كیفیت محصول ، سرمایه گذاری اولیه ، هزینه های عملیاتی و شرایط محیطی و غیره برای كارخانجات مختلف متفاوت است ) .
هر گزینه ای را نباید برای محافظت انفجار بكار برد برای انتخاب یك سیستم بهینه برای ایمنی كارخانجات مواد غذایی باید همه فاكتورهای وابسته از قبیل ، فاكتورهای انسانی دستورالعمل ها ، خواص مواد ، نوع تجهیزات ، میزان انحراف ممكن از شرایط عملیاتی نرمال و ریسك باقیمانده قابل قبول را مدنظر قرار داد.