洗剤生産における粉体ミキサーは、可燃性の有機粉じん、酸化性成分、香料担体、界面活性剤、ポリマー、酵素顆粒、その他の機能性成分を扱うことがあります。そこから爆発性雰囲気が生じるかどうかは、「洗剤」という製品グループから導き出せるものではなく、具体的なレシピ、その微細粉じん分画、そして起こりうる蒸気・粉じんハイブリッド混合物について評価しなければなりません。基礎となるのは危険性評価、安全上の物質データ、そして防爆文書です。

ATEX製品指令2014/34/EUは、防爆区域で使用される機器と保護システムに関する要求を規定しています。ATEX運用指令1999/92/ECは、ゾーン区分、適切な機器の選定、組織的対策、文書化を含む、事業者の義務に関わるものです。ドイツでは、これらの要求はとりわけ危険物取扱規則、事業安全規則、危険物に関する技術規則によって具体化されます。

ゾーン区分と機器選定

ミキサー、サイロ、フィルター、あるいは粉じんを含む配管の内部は、そこに爆発性粉じん雰囲気が常時、長時間、あるいは頻繁に発生しうる場合、多くの場合ゾーン20に該当します。ゾーン21は、通常運転時に時折粉じんが放出される投入、排出、サンプリング、フィルター箇所に存在することがあります。ゾーン22は、危険な粉じん雰囲気がまれかつ短時間しか発生しない区域を指します。具体的な区分は、実際の放出源、粉じん特性、気密性、集じん、洗浄対策、そして設置室の形状によって決まります。

ゾーン20には原則としてカテゴリー1Dの機器が必要です。ゾーン21ではカテゴリー1Dまたは2Dの機器を使用できます。ゾーン22ではカテゴリー1D、2D、または3Dの機器が候補となります。この評価は、モーター、センサー、制御盤だけでなく、ミキサーのシャフト、軸受、シール、混合工具、フラップ、ロータリーバルブ、搬送設備、フィルターにも及びます。すべての部材について、機械的、熱的、電気的、静電気的な着火源の観点から評価しなければなりません。

関連する物質特性評価には、少なくともKSt、最大爆発圧力pmax、最小着火エネルギー、粉じん雲の最小着火温度、粉じん堆積層の最小着火温度、粒度分布、水分、電気伝導率が含まれます。揮発性液体、溶剤、香料を含むレシピでは、起こりうるハイブリッド混合物も考慮しなければなりません。不活性化を行う場合はさらに、国際的には多くの場合Limiting Oxygen Concentrationと呼ばれる酸素限界濃度が、具体的な製品・不活性ガス系について必要です。

着火源と保護コンセプト

爆発性雰囲気と有効な着火源の回避が優先されます。ミキサー内では特に、軸受・シール温度、工具・壁面接触、異物、詰まり、摩擦、高温表面、静電気放電、電気機器を検討する必要があります。適切な対策としては、温度・トルク監視、異物分離器、制限された工具回転数、安全なシールコンセプト、接地と電位均等化、導電性ないし帯電防止性の部材、予防保全が考えられます。粉じん堆積層については、TRGS 723が、危険性評価が別の定めを正当化しない限り、粉じん堆積層の最小着火温度と表面温度の間に原則として75°Cの安全マージンを挙げています。

過炭酸ナトリウムは酸化性物質であり、通常の意味での可燃性粉じんではありません。しかし火災を助長する可能性があり、水分に敏感で、分解時に酸素を放出することがあります。安全データシートは、熱源から離しておくべきこと、そして可燃性材料と危険な反応を起こしうることを指摘しています。したがって過炭酸ナトリウムを含む洗剤レシピでは、とりわけ温度制御、水分の混入、材料適合性、有機物質による汚染、起こりうる酸素放出を考慮しなければなりません。窒素による不活性化は、発熱性分解も酸素供与体としての助燃作用も防ぐことはできません。

十分な安全性をもって爆発を回避できない場合、構造的な対策が候補となります。防爆仕様または耐爆圧衝撃仕様、爆発圧力放散、無炎放散、爆発抑制、防爆技術的な分離です。設計はプロセス全体に及ばなければなりません。フィルター、サイロ、搬送配管、排出箇所は、事象発生時に圧力と炎の影響を受ける可能性があります。ロータリーバルブ、逆止弁、急速閉鎖弁、消火剤バリアは、それぞれの分離機能に適しており、正しく寸法設計され、定期的に点検されている場合にのみ有効です。

不活性化されたプロセス

不活性化は、適切な不活性ガス（通常は窒素）を添加することによって、プロセス空間の酸素分を、爆発がもはや伝播しない値まで下げます。二酸化炭素やその他のガスも個別のケースで適していることがありますが、製品の化学的性質、腐食性、圧力レベル、温度、労働安全に合わせて調整しなければなりません。酸素限界濃度は「洗剤粉じん」に一律に適用できる定数ではありません。定められた条件下で、特定の可燃物・不活性ガス系について実験的に定められます。

酸素限界濃度から、運転上許容される最大酸素値が導き出されます。この値は、製品、温度、圧力、水分、測定不確かさ、空気漏れ、酸素放出のばらつきといった安全マージンを考慮しなければなりません。したがって不活性化指針は、実験的に定められた酸素限界濃度、運転上許容される最大酸素濃度、そして安全停止のトリガー値を区別しています。酸素8から12体積パーセント、あるいは2から5パーセントポイントの一律のマージンといった一般的な目標値は、物質固有の裏付けなしには信頼できません。

バッチプロセスでは、不活性化は耐真空性のあるミキサーを繰り返し排気しフラッディングすることで行うことができます。あるいは、プロセス開始前に定められた不活性ガスパージによって空気を置換します。運転中には、空気漏れ、投入による不活性ガスの置換、起こりうる酸素混入を補うための制御された不活性ガス補給が必要となることがあります。わずかな正圧は空気の混入を減らすことができますが、これは許容される圧力段階、気密性、安全装置、プロセス全体の枠内でのみ設定できます。

安全な不活性化には、十分な気密性を持つ設備、定められたパージ・排気シーケンス、信頼できる酸素測定、適切な測定箇所、アラーム限界値、安全インターロック、そして緊急時戦略が必要です。ミキサーモーター、製品供給、液体添加、加熱は、定められた安全ロジックに従ってのみ有効化されるべきです。安全な酸素値を超えた場合、設備は評価済みの安全な状態に移行しなければなりません。測定・インターロック連鎖に必要な機能安全性はリスクに基づいて定められ、すべての設備に一律にSIL 2が必要と導き出すことはできません。

不活性化はあらゆる危険から保護するものではありません。自然発火、発熱性分解、過炭酸ナトリウムの熱分解、あるいは酸化性成分からの酸素放出を防ぐことはできません。CEN/TR 15281は、爆発回避のために十分な不活性化が、火災、自然発火、発熱反応、あるいは粉じん堆積物中のデフラグレーションに対して自動的に保護するわけではないことを明確に指摘しています。

運用と点検

安全な運用には、不活性ガス供給、気密性、酸素分析計、アラーム・インターロック機能、そして爆発分離・圧力放散に関わるすべての対策の定期的な点検が含まれます。点検周期は、危険性評価、メーカー仕様、使用される保護システム、そしてそれぞれ適用される規則から導かれます。レシピ、原料品質、水分、香料添加、処理量、あるいは設備形状の変更は、文書化された変更管理を通じて評価しなければなりません。

操作員は、ATEXゾーン、着火源の回避、安全な洗浄、アラーム発生時の対応、そして不活性化に特有のリスクに関する教育訓練が必要です。窒素や二酸化炭素は、周辺区域で酸素欠乏を引き起こす可能性があります。したがってガス警報コンセプト、十分な室内換気、表示、立入制限、救助措置が労働安全コンセプトに含まれます。