Stofexplosie

Er zijn vijf noodzakelijke voorwaarden voor een stofexplosie:

• Een brandbaar stof
• Het stof is in een voldoende hoge concentratie in de lucht verspreid
• Er is een oxidant (meestal atmosferische zuurstof)
• Er is een ontstekingsbron
• Het gebied is afgesloten – een gebouw kan een afgesloten ruimte zijn
• Er is een afgesloten ruimte
• Er is een afgesloten ruimte gebouw kan een omheining zijn

Bronnen van stofEdit

Veel gewone materialen waarvan bekend is dat ze branden, kunnen een stofexplosie veroorzaken, zoals steenkool en zaagsel. Daarnaast kunnen ook veel anderszins alledaagse organische materialen tot een gevaarlijke stofwolk worden verspreid, zoals graan, meel, zetmeel, suiker, melkpoeder, cacao, koffie en pollen. Poedervormige metalen (zoals aluminium, magnesium en titanium) kunnen explosieve suspensies in de lucht vormen, als ze fijn verdeeld zijn.

Explosief stof kan ontstaan bij activiteiten zoals het vervoer van graan, en graansilo’s zijn vaak met geweld gesloopt. Bij de winning van steenkool ontstaat steenkoolstof, en ook meelfabrieken hebben grote hoeveelheden meelstof als gevolg van het malen. Een gigantische meelstofexplosie verwoestte een molen in Minnesota op 2 mei 1878, waarbij 18 arbeiders in de Washburn A Mill en nog eens vier in aangrenzende gebouwen omkwamen. Een soortgelijk probleem doet zich voor in zagerijen en andere plaatsen die zich bezighouden met houtbewerking.

Sinds de komst van metaalpoedergebaseerde additive manufacturing (AM) op industriële productieschaal in de jaren 2010, is er een groeiende behoefte aan meer informatie en ervaring met het voorkomen van stofexplosies en branden door de sporen van overtollig metaalpoeder die soms overblijven na lasersinteren of andere fusiemethoden. Bijvoorbeeld, bij machinale bewerkingen na de AM constructie kan overtollig poeder dat vrijkomt uit porositeiten in de draagstructuren worden blootgesteld aan vonken van de snij-interface. Er wordt niet alleen gewerkt aan het opbouwen van deze kennis binnen de industrie, maar ook aan het delen ervan met lokale brandweerkorpsen, die periodieke brandveiligheidsinspecties uitvoeren van bedrijven in hun districten en die alarmen kunnen verwachten in winkels of fabrieken waar AM nu deel uitmaakt van de productiemix.

Hoewel het strikt genomen geen stof is, is ook bekend dat papierdeeltjes die vrijkomen tijdens het verwerken – met name rollen, afrollen, kalanderen/snijden, en vellen snijden – een explosiegevaar vormen. In afgesloten ruimten van papierfabrieken waar dergelijke gevaren bestaan, wordt gewoonlijk een zeer hoge luchtvochtigheid gehandhaafd om de kans op explosies door papierstof in de lucht te verminderen.

In pyrotechniek voor speciale effecten zijn lycopodiumpoeder en niet-zuivel creamer twee veelgebruikte middelen om veilige, gecontroleerde vuureffecten te produceren.

Om een snelle verbranding te ondersteunen, moet het stof bestaan uit zeer kleine deeltjes met een hoge oppervlakte-volumeverhouding, waardoor het collectieve of gecombineerde oppervlak van alle deeltjes zeer groot is in vergelijking met een stof van grotere deeltjes. Stof wordt gedefinieerd als poeders met deeltjes kleiner dan ongeveer 500 micrometer in diameter, maar fijner stof zal een veel groter gevaar opleveren dan grovere deeltjes door het grotere totale oppervlak van alle deeltjes.

ConcentratieEdit

Onder een bepaalde waarde, de onderste explosiegrens (LEL), is er onvoldoende stof om de verbranding te ondersteunen met de snelheid die nodig is voor een explosie. Een brandbare concentratie op of onder 25% van de LEL wordt als veilig beschouwd. Evenzo is er, wanneer de verhouding brandstof/lucht boven de bovenste explosiegrens (UEL) stijgt, onvoldoende oxidant om de verbranding met de vereiste snelheid te laten voortgaan.

Het bepalen van de minimale explosieve concentratie of maximale explosieve concentratie van stof in lucht is moeilijk en het raadplegen van verschillende bronnen kan tot heel verschillende resultaten leiden. De typische explosiegrenzen in lucht lopen van enkele tientallen gram/m3 voor de minimumgrens tot enkele kg/m3 voor de maximumgrens. De LEL voor zaagsel is bijvoorbeeld vastgesteld op 40 tot 50 gram/m3. Het hangt van vele factoren af, waaronder het soort materiaal dat wordt gebruikt.

OxidantEdit

Typisch kan normale atmosferische zuurstof voldoende zijn om een stofexplosie te ondersteunen als de andere noodzakelijke voorwaarden ook aanwezig zijn. Zuurstofrijke of zuivere zuurstofomgevingen worden als bijzonder gevaarlijk beschouwd, evenals sterk oxiderende gassen zoals chloor en fluor. Ook deeltjesophopingen van verbindingen met een hoog oxidatiepotentieel, zoals peroxiden, chloraten, nitraten, perchloraten en dichromaten, kunnen het risico op een explosie verhogen als er ook brandbare materialen aanwezig zijn.

OntstekingsbronnenEdit

Er zijn vele ontstekingsbronnen, en een open vlam hoeft niet de enige te zijn: meer dan de helft van de stofexplosies in Duitsland in 2005 was afkomstig van andere bronnen dan een vlam. Veel voorkomende ontstekingsbronnen zijn:

• elektrostatische ontlading (bijv. een verkeerd geïnstalleerde transportband, die kan werken als een Van de Graaff-generator)
• wrijving
• elektrische vonkvorming van machines of andere apparatuur
• hete oppervlakken (bijv.b.v. oververhitte lagers)
• brand
• zelfontbranding

Het is echter vaak moeilijk om de exacte ontstekingsbron te bepalen bij onderzoek na een explosie. Wanneer geen bron kan worden gevonden, zal de ontsteking vaak worden toegeschreven aan statische elektriciteit. Statische ladingen kunnen worden opgewekt door externe bronnen, of kunnen intern worden opgewekt door wrijving aan de oppervlakken van de deeltjes zelf wanneer zij tegen elkaar botsen of langs elkaar heen bewegen.