可燃性粉体を扱う混合プロセスには、欧州連合において、とりわけ事業者向けのATEX運用指令1999/92/EC、そして機器・保護システム向けのATEX製品指令2014/34/EUが適用されます。実務上の実施は、危険性評価と防爆文書から始まります。そこでは、粉体特性、起こりうる放出箇所、ゾーン区分、着火源、設備全体に対する保護対策が定められます。すなわちミキサーだけでなく、計量器、サイロ、フィルター、搬送機、配管、排出、充填についても定められます。

ATEX適合設計は、粉体の名称だけから導き出すことはできません。粉体が有機物であること、あるいは非常に微細であることは、それが自動的に粉じん爆発性を持つことを意味しません。逆に無機物質や物質混合物であっても、相応の危険性を持つことがあります。基礎となるのは、粒度、水分、溶剤含量、レシピにおける起こりうるばらつきを含めた、具体的な製品についての代表的な安全性試験です。

ゾーンと機器選定

可燃性粉じんの場合、危険な爆発性粉じん雰囲気が発生する頻度と持続時間に応じて区域が区分されます。ゾーン20は、爆発性粉じん雲が常時、長時間、あるいは頻繁に存在する区域を指します。混合プロセスでは通常、これは密閉容器、配管、フィルター、サイロの内部が該当します。ゾーン21は、通常運転時に危険な粉じん雰囲気が時折発生し得る区域を指し、たとえば特定の装置内部や、取出し・充填・排出箇所の直近が該当します。ゾーン22は、通常運転時に危険な粉じん雰囲気が発生しない、あるいは短時間しか発生しない場合、たとえば粉じん放出がまれな離れた区域で該当します。正確なゾーン境界は、一律の距離値からではなく、実際の粉じん放出、集じん、洗浄、室内状況から導き出されます。

ゾーン20には通常、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の機器が許容されます。表示は、粉じん雰囲気、温度クラスないし許容表面温度、機器グループ、ゾーンに適合していなければなりません。ここでは電気部品だけが関係するのではありません。ミキサーのシャフト、軸受、シール、フラップ、搬送機、カップリング、ブレーキ、工具などの非電気機器についても、起こりうる機械的着火源の観点から評価しなければなりません。

物質データと着火源

実際に処理される粉体の安全上の特性値が、設計の基礎となります。これには特に、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、そして溶剤を含むレシピについては起こりうる蒸気・粉じんハイブリッド混合物の特性が含まれます。爆発下限も補足的に重要となり得ますが、粉じんについては実務上、他の特性値ほど信頼できる制御量として使いにくいことが多いです。

最も重要な保護段階は、危険な爆発性雰囲気と有効な着火源の回避です。ミキサー内では特に、高温表面、軸受やシールの摩擦・過熱、異物による機械的な打撃火花、詰まった工具、電気機器、静電気放電を評価しなければなりません。ゾーン20では、まれな運転上のトラブルであっても、有効な着火源につながりうる摩擦・打撃・摩耗過程が生じてはなりません。TRGS 723はさらに、粉じん堆積層について、危険性評価が別の定めをしない限り、堆積層の最小着火温度と表面温度との間に原則として75°Cの安全マージンを設けることを挙げています。

実務上の対策としては、温度監視された軸受・シール、回転数・トルク監視、詰まり防止、適切な異物分離、予防保全、そして確実な接地と一貫した電位均等化があります。導電性または帯電防止性のある設備部材、フレキシブル配管、フィルター媒体、容器、操作員は、静電気保護コンセプトに組み込まなければなりません。ただし、10の6乗Ωといった単一の抵抗限界値は、すべての部材・接地機能に無制限に適用できるものではありません。要求事項は、材質、部材の機能、そして具体的な防爆コンセプトから導かれます。

とりわけ敏感な物質の場合、あるいは着火源を十分な安全性をもって回避できない場合、混合室の不活性化が適切な対策となり得ます。その際、酸素分は窒素または他の適切な不活性ガスによって、物質・プロセス固有に定められた酸素限界濃度を下回るように保たれます。10mJ未満の最小着火エネルギーは、不活性化が必須となる一般的な閾値ではありません。それが必要かどうかは、危険性評価、物質データ、技術的実現可能性から導かれます。

構造的な保護

十分な安全性をもって爆発を防止できない場合、その影響を制限しなければなりません。可能な対策としては、防爆仕様または耐爆圧衝撃仕様の装置、爆発圧力放散、無炎放散、爆発抑制、防爆技術的な分離が挙げられます。保護方法は、爆発の強さ、容器容積、屋内設置か屋外設置か、立地、接続された設備技術に適合していなければなりません。

破裂板または爆発フラップは、圧力を安全な区域へと逃がすことができます。これには正しく設計された放散面積と、安全な放散区域が必要です。屋内設置の設備では、屋外への直接的な圧力放散、あるいはそれが不可能な場合には適切な無炎放散システムが必要となることがあります。放散システムは認められた規則に従って設計しなければなりません。EN 14491は、粉じん爆発における爆発圧力放散用の保護システムの選定と設計に関する基本要求を定めています。

爆発が配管を介してフィルター、サイロ、搬送区間、その他の装置へ伝播しうる場合、分離が必要です。候補となるのは、たとえば防爆技術的に適切と認められたロータリーバルブ、逆止弁、防爆バルブ、急速閉鎖弁、消火剤バリアなどです。ロータリーバルブは、この機能に明確に適しており、正しく寸法設計され、設置、監視、運転されている場合にのみ、炎や圧力の伝播を防ぎます。任意のロータリーバルブを単に使用するだけでは、十分な分離対策とはなりません。

運用と文書化

防爆文書は、作業開始前に作成し、変更があれば更新しなければなりません。これには、危険性評価、ゾーン区分、物質データ、選定された機器・保護システム、着火源評価、組織的対策、点検、保守要求などが文書化されます。レシピの変更、新しい原料調達先、異なる粒度、変化した水分、新しい溶剤、あるいは改造は、爆発特性、ひいては保護戦略を変化させる可能性があります。

実務的なコンセプトには、密閉され粉じん密な受け渡し、有効な吸引、ATEXに適合したフィルター、堆積した粉じんの定期的な除去、文書化された点検が含まれます。堆積した粉じん層は「1mm」といった一律の限界値で評価してはなりません。ごくわずかな堆積であっても、面積、粉じん特性、巻き上げの可能性次第で二次爆発を助長することがあります。したがって洗浄間隔と許容される堆積量は、リスクに基づいて定めなければなりません。

さらに、教育訓練、火気作業の許可手順、移動式機器に関する規則、接地接続の点検、そして管理された変更管理が必要です。圧力放散装置、抑制・分離システム、温度・圧力・回転数監視は、定められた点検周期に従って、有資格者または専門機関によって点検され、機能が維持されなければなりません。