Hành động và phản ứng: Nguy hiểm cháy trong sản xuất kim loại

Các công nghệ mới như máy cắt laser sợi quang và tế bào sản xuất linh hoạt có thể sản xuất các bộ phận mà không cần sự can thiệp của người vận hành đang cung cấp cho các nhà chế tạo kim loại năng lực mới và cơ hội để mở rộng hoạt động kinh doanh của họ.

Tốc độ tăng trưởng tiềm năng này là một tin tốt cho các cửa hàng, nhưng cũng có một mặt trái tiềm ẩn: Nó cũng có thể làm tăng rủi ro cháy trong cơ sở của bạn. Khi bạn mở rộng phạm vi vật liệu bạn đang xử lý, chạy nhiều giờ hơn hoặc thời gian thuê thiết bị của bạn cho các công ty khác, bạn có thể khiến cửa hàng phải đối mặt với các nguy cơ cháy mới từ kim loại hoặc kết hợp kim loại mà trước đây bạn không phải xem xét .

Hình 1 Cắt laser tạo ra các hạt kim loại mịn được tập hợp vào bộ hút bụi. Các nhà chế tạo nên nhận ra rằng hỗn hợp kim loại và các hạt ôxít kim loại từ quá trình vận hành như vậy có thể dẫn đến cháy. Đó là lý do tại sao họ nên biết các bước phòng ngừa và bảo vệ có thể giữ an toàn cho nhân viên và cơ sở.

Hầu hết các chủ cơ sở gia công kim loại nên nhận biết các quy trình của họ có xác suất cố hữu xảy ra sự kiện cháy do tia lửa sinh ra trong các hoạt động hàn, cắt và mài bình thường. Việc bổ sung các vật liệu mới, hoạt động và thay đổi sản xuất làm tăng khả năng xảy ra sự kiện cháy và thêm thách thức đối với các chiến lược giảm thiểu. Thực tế là đám cháy kim loại cháy với nhiệt lượng bất thường và phức tạp hơn để dập tắt. Với ý nghĩ đó, các chủ cửa hàng và ban quản lý nên ưu tiên hàng đầu việc ngăn ngừa hỏa hoạn.

Quản lý những rủi ro cháy mới này có thể là một nhiệm vụ khó khăn nếu bạn là chủ cơ sở hoặc người giám sát đã bị lôi kéo theo nhiều hướng. Công việc trở nên rõ ràng hơn nếu bạn tiếp cận nó theo các bước hợp lý:

1. Xem lại các quy trình của bạn và bụi được tạo ra.
2. Xác định và hiểu rõ ngành áp dụng và các tiêu chuẩn quy định.
3. Xem xét nhiều lựa chọn thiết bị giảm thiểu bụi dễ cháy khác nhau. Điều quan trọng nữa là thu hút sự tham gia của các chuyên gia phù hợp trong việc phân tích mối nguy và giảm thiểu rủi ro. 

Biết kim loại của bạn

Điều cần thiết là phải hiểu các đặc tính của kim loại bạn đang xử lý, cũng như kim loại bạn có thể xử lý. Nói chung, tất cả các loại bụi dễ cháy đều dễ bay hơi hơn khi chúng trở thành hạt mịn hoặc hạt nhỏ hơn. Nhiệt trong quá trình hàn và cắt kim loại tạo ra kim loại rất nhỏ và các hạt oxit kim loại được phân loại là khói chứ không phải bụi. Những khói này (kích thước 1 micron trở xuống) tạo ra các đặc tính cháy khó khăn, vì vậy việc kiểm tra bụi hoặc khói để xác định rủi ro cháy của chúng là bước đầu tiên cần thiết. Hãy chắc chắn xem xét tất cả các quy trình, vì mỗi khu vực có thể tạo ra một loại bụi hoặc khói độc nhất.

Ngoài ra, điều quan trọng là phải hiểu nơi có thể trộn hoặc trộn lẫn bụi và khói. Trong một số trường hợp, hỗn hợp sẽ có những rủi ro khác nhau so với một trong hai nguyên liệu.

Điều quan trọng là phải xác định kim loại của bạn hoạt động như thế nào trong môi trường xử lý khi tiếp xúc với oxy (bị oxy hóa); khi trộn với kim loại khác hoặc oxit kim loại; và khi tiếp xúc với các chất chữa cháy thông thường như nước, carbon dioxide hoặc argon.

Thép nhẹ và nhôm là vật liệu ổn định và thường dễ sử dụng trong thiết bị chế biến so với các kim loại lạ như titan, magiê và mangan. Nhưng ngay cả thép nhẹ cũng trở nên nổ khi được chia nhỏ bằng cách cắt, hàn hoặc mài. Mặc dù được nhiều người tin tưởng, các hoạt động như hàn, cắt laser (xem Hình 1 ) và cắt plasma không ôxy hóa hoàn toàn kim loại cơ bản có liên quan. Thay vào đó, các hoạt động này tạo ra một hỗn hợp khói rất mịn của cả kim loại và các hạt ôxít kim loại, có thể tiềm ẩn nguy cơ cháy.

Hãy xem xét các hạt oxit sắt và nhôm, khi trộn lẫn có khả năng xảy ra phản ứng nhiệt, được định nghĩa là “phản ứng tỏa nhiệt giữa kim loại và bất kỳ oxit kim loại nào thấp hơn trong dãy điện động”, theo tiêu chuẩn 484 của Hiệp hội Phòng cháy Chữa cháy Quốc gia (NFPA). Giống như bất kỳ phản ứng thermite nào, phản ứng nhôm và oxit sắt là một thách thức để quản lý. Phản ứng không cần thêm oxy nên rất khó dập tắt. Nó không cần nguồn bên ngoài để bắt lửa nên rất khó ngăn chặn. Và nó tạo ra nhiệt độ rất cao (4.000+ độ F) với nhiều sắt nóng chảy, khiến nó có khả năng phá hủy công nhân, thiết bị và cơ sở vật chất.

Đây chỉ là một vài ví dụ về các tính chất và phản ứng tiềm năng cần hiểu khi làm việc với kim loại. Rủi ro với kim loại có thể thay đổi đáng kể và thường không thể đoán trước được. Với nhiều loại vật liệu mà thiết bị sản xuất ngày nay có thể xử lý, bạn nên kiểm tra khả năng bắt cháy của tất cả bụi và khói trong cửa hàng của bạn. Ngoài ra, hãy chắc chắn rằng bụi và khói bạn kiểm tra là đại diện cho các điều kiện trong hoạt động của bạn. Các kim loại có vẻ ổn định có thể trộn lẫn với các kim loại khác hoặc bị oxy hóa và thay đổi thành phần so với điểm ban đầu.

Tiêu chuẩn kim loại dễ cháy

Cơ sở chế tạo kim loại có thể phải tuân theo một số tiêu chuẩn và bước tiếp theo là xem xét tiêu chuẩn nào áp dụng cho các ứng dụng của bạn.

NFPA có nhiều tiêu chuẩn, bao gồm các hướng dẫn chung về bụi dễ cháy. Cả NFPA 652, Tiêu chuẩn về các nguyên tắc cơ bản của Dus t dễ cháy và NFPA 654, Tiêu chuẩn về phòng chống cháy nổ do cháy và bụi từ quá trình sản xuất, chế biến và xử lý các chất rắn dạng hạt dễ cháy , đều được tham chiếu bởi tất cả các ngành công nghiệp. Nhưng ngành công nghiệp kim loại cũng được đề cập bởi NFPA 484, Tiêu chuẩn về kim loại dễ cháy , đi vào các yêu cầu bổ sung đối với các cơ sở xử lý và gia công kim loại.

Ngày càng có nhiều chính quyền địa phương áp dụng các tiêu chuẩn NFPA, khiến chúng trở thành các yêu cầu pháp lý. Các “cơ quan có thẩm quyền” khác, bao gồm cảnh sát cứu hỏa, thanh tra OSHA, kỹ sư phòng chống tổn thất và bảo lãnh phát hành, viện dẫn các tiêu chuẩn NFPA khi họ phạt tiền, từ chối giấy phép hoặc giữ lại bảo hiểm chính sách.

Tham khảo các chương cụ thể trong NFPA 484 cho các kim loại bạn xử lý để biết thông tin về các phương pháp quản lý nhà cửa, xử lý bụi khó đào thải, lưu trữ, thiết bị phòng chống cháy và bảo vệ cũng như các hoạt động chữa cháy.

Tiêu chuẩn NFPA đặc biệt thận trọng về khả năng phản ứng của kim loại. NFPA 484 hạn chế việc thu thập các vật liệu không tương thích và thường đề xuất các tế bào làm việc, ống dẫn và bộ thu bụi chuyên dụng cho các kim loại cụ thể đang được xử lý. Dán nhãn rõ ràng cho các khu vực này và giáo dục nhân viên về sự nguy hiểm của việc chế biến nhiều nguyên liệu trên cùng một thiết bị.

Cũng được nêu chi tiết trong NFPA 484 là các chất chữa cháy an toàn và hiệu quả được khuyến nghị cho nhiều loại kim loại. NFPA 484, Bảng A.6.3.3, Biểu đồ tham khảo nhanh về các chất chữa cháy bằng kim loại dễ cháy là một nguồn tài liệu tuyệt vời. Ví dụ, trong các đám cháy nhôm, argon là chất chữa cháy được ưu tiên thay vì nước hoặc carbon dioxide.

Phòng ngừa và Bảo vệ: Các tùy chọn giảm thiểu

Phân tích nguy cơ bụi hoặc quá trình (DHA hoặc PHA) của cơ sở của bạn giúp xác định nơi có rủi ro và các cách để giảm thiểu những rủi ro đó. Bắt đầu bằng cách phân tích tất cả các quy trình của bạn và xác định nơi tạo ra bụi hoặc khói. Tiếp theo, hãy hiểu quy trình nào có thể tạo ra tia lửa hoặc có các mối nguy hiểm khác, chẳng hạn như bề mặt nóng. Cuối cùng, hãy kiểm tra xem đã có thiết bị giảm thiểu nào chưa và nó có hoạt động bình thường hay không.

Sau khi hoàn thành bài đánh giá này, bạn có thể xem xét các chiến lược để giảm rủi ro liên quan đến sự kiện cháy có thể xảy ra (xem Hình 2 ). Các chiến lược của bạn nên bao gồm cả phòng ngừa — giảm khả năng xảy ra sự kiện — và bảo vệ — hạn chế tác động hoặc thiệt hại tổng thể khi sự kiện xảy ra. Ví dụ, một chiến lược phòng ngừa là giữ cho các nguồn bắt lửa tránh xa bụi và khói tích tụ trong bộ thu gom. Khi nói đến bảo vệ, một chiến lược là đặt một bộ thu nhiệt bên ngoài để giảm nguy cơ hỏa hoạn làm hư hỏng thiết bị gần đó hoặc gây hại cho những người lao động gần đó (xem Hình 3 ).

Dịch vụ dọn phòng. Sử dụng các phương pháp vệ sinh phù hợp với tần suất thích hợp để giữ cho cơ sở của bạn sạch sẽ và ngăn chặn sự tích tụ của bụi phiền toái có thể là nhiên liệu tiềm tàng cho một sự kiện thảm khốc thứ cấp. Điều này bao gồm đảm bảo bụi và khói được kiểm soát và vận chuyển đúng cách đến nguồn thu gom. Có một lịch trình bảo trì nhắm mục tiêu đến cả những khu vực có thể nhìn thấy và khuất tầm nhìn để có khả năng tích tụ bụi.

Giảm thiểu lượng nhiên liệu tích tụ (bụi) trong thiết bị thu gom bụi cũng có thể giúp hạn chế tác động nếu có sự cố xảy ra trong thiết bị thu gom. NFPA 484 yêu cầu loại bỏ bụi hàng ngày khỏi bộ hút bụi hoặc thường xuyên hơn nếu ứng dụng yêu cầu.

Thiết bị chuyên dụng. Như đã thảo luận trước đây, NFPA 484 nêu lên những lo ngại về kim loại phản ứng và khuyến nghị sử dụng thiết bị chuyên dụng để giữ kim loại riêng biệt. Các nhà sản xuất bộ thu gom bụi đang giúp các chủ sở hữu quy trình giải quyết nhu cầu của họ về bộ thu bụi chuyên dụng tại điểm sử dụng với công nghệ lọc mới có diện tích nhỏ hơn. Các nhà chế tạo cũng nên thêm nhãn cho các đơn vị chuyên dụng và đào tạo nhân viên về cách sử dụng thích hợp thiết bị đó.

Kiểm soát tia lửa. Tập trung vào việc giữ cho các nguồn đánh lửa (tia lửa) tránh xa bụi và khói (nhiên liệu) tích tụ trong bộ hút bụi. Trong gia công kim loại, phương pháp kiểm soát tia lửa điện điển hình là giảm thiểu tia lửa điện thụ động (xem Hình 4 ). Một bộ chống tia lửa điện thụ động gắn trong ống dẫn có thể tạo ra sự hỗn loạn để đẩy nhanh tốc độ tia lửa điện dập tắt trong luồng không khí. Các hệ thống giảm thiểu tia lửa điện chủ động phát hiện và phun tia lửa vào nước có thể không phù hợp với một số ứng dụng kim loại dễ cháy.

Một phương pháp giảm thiểu nguồn đánh lửa khác là phân tán các thành phần trong hệ thống của bạn, do đó tia lửa điện phải truyền đi quãng đường xa hơn, cho phép chúng có thời gian chết trước khi tiếp cận nhiên liệu trong bộ thu. Đặt thiết bị hút bụi ở ngoài trời, đặc trưng cho các ứng dụng kim loại, có thể cho phép khoảng cách cần thiết để tia lửa có thể dập tắt. Hãy nhớ rằng vận tốc trong một ống thông thường tương đối cao (4.500 feet / phút), do đó, chiến lược khoảng cách có thể yêu cầu độ dài ống dẫn đáng kể để cho phép một vài giây tia lửa dập tắt.

Ngay cả khi đã có các phương án phòng ngừa, chủ cửa hàng thận trọng sẽ lập kế hoạch các biện pháp bảo vệ để hạn chế nguy cơ có thể xảy ra đối với người lao động và thiệt hại nếu có sự cố cháy xảy ra. Sau đây là một số tùy chọn.

Vị trí thiết bị. Ngoài trời là vị trí được khuyến nghị cho các thiết bị hút bụi theo tiêu chuẩn NFPA. Một địa điểm ngoài trời có thể cung cấp các chiến lược giảm thiểu bổ sung. Trong một số trường hợp, phân tích chi phí – lợi ích có thể hỗ trợ việc để ngọn lửa tự cháy nếu nó có thể được cách ly một cách an toàn. Trong các trường hợp khác, đầu tư vào hệ thống giảm thiểu hỏa hoạn có thể là một chiến lược phù hợp hơn.

Hệ thống chữa cháy . Nhiều phương pháp có thể được sử dụng để dập tắt đám cháy. Để xác định phương pháp phù hợp nhất cho cơ sở của bạn, bạn sẽ cần biết các loại bụi dễ cháy hiện có.

Hệ thống phun nước dựa trên nước có thể là một lựa chọn chi phí thấp để dập tắt đám cháy, nhưng nó có thể yêu cầu thời gian làm sạch và ngừng hoạt động đáng kể sau một sự kiện. Ngoài ra, các hệ thống dựa trên nước có thể không hiệu quả hoặc không khả thi đối với tất cả các loại kim loại.

Hình 4 Một phương pháp kiểm soát tia lửa điển hình là giảm thiểu tia lửa thụ động

Các hệ thống chữa cháy dựa trên carbon dioxide và argon là một lựa chọn khác. Chúng thường có chi phí ban đầu cao hơn, nhưng thời gian phục hồi nhanh hơn có thể khiến chúng trở nên hấp dẫn hơn đối với một số cơ sở. Tuy nhiên, một lần nữa, chúng có thể không phù hợp với tất cả các loại kim loại.

Thông gió nổ. Các thiết bị thụ động này bao gồm các tấm chuyên dụng được đặt trên bộ hút bụi. Một bảng điều khiển được thiết kế để mở trong giai đoạn đầu của quá trình khử cháy để tránh sự tích tụ của các mức áp suất phá hủy trong bộ thu. Việc mở bảng điều khiển cho phép khí đốt, ngọn lửa và các mảnh vụn cháy thoát ra khỏi bộ thu nhiệt một cách nhanh chóng. Bảng điều khiển phải được bố trí để hướng tất cả các vật liệu thông gió đến khu vực an toàn hoặc khu vực loại trừ nơi nhân viên không có mặt trong quá trình hoạt động bình thường. Kiểm soát thiết bị nên được đặt bên ngoài khu vực loại trừ. Điều đáng chú ý là trong một vụ nổ được thông gió đúng cách, nguy cơ cháy nổ vẫn có thể tồn tại.

Chống Nổ. Sự gia tăng áp suất nhanh chóng trong bộ thu sẽ kích hoạt bơm chất ức chế hóa học (thường là natri bicacbonat) để ngăn chặn quá trình đốt cháy trước khi áp suất gây hại phát triển trong thiết bị được bảo vệ. Thiết bị này có chi phí ban đầu tương đối cao hơn, nhưng có hiệu quả cao và giảm nguy cơ hỏa hoạn tiếp theo.

Sự cách ly. Một chiến lược quan trọng để hạn chế hậu quả của sự giảm phát là đảm bảo thiệt hại vẫn được giới hạn trong quá trình ban đầu khi xảy ra hiện tượng xì hơi. Thiết bị cách ly phải đóng tốt một ống dẫn trước khi có ngọn lửa phát ra từ sự kiện cháy nổ. Điều này có nghĩa là có thể có các giới hạn vật lý về vị trí các thiết bị có thể được đặt và hành vi đốt cháy của kim loại làm cho các chiến lược lựa chọn và lắp đặt khó khăn hơn khi tốc độ của ngọn lửa tăng lên.

Biết được đặc tính cháy của bụi rất có lợi trong việc lựa chọn các thiết bị cách ly thích hợp. Thiết bị cách ly thụ động sử dụng sóng áp suất từ ​​quá trình khử cháy để đóng thiết bị một cách cơ học. Các thiết bị cách ly chủ động sử dụng một cảm biến điện tử để phát hiện sự kiện xì hơi và kích hoạt việc đóng thiết bị. Cả hai kiểu cách ly đều có giới hạn hiệu suất khi xử lý các giá trị Kst (tốc độ tăng áp suất) cao hơn liên quan đến kim loại, vì vậy hãy thảo luận kỹ lưỡng về lựa chọn của bạn với nhà sản xuất thiết bị cách ly của bạn.

Không nên đưa ra các quyết định giảm thiểu trong khi sự kiện đốt đang diễn ra. Đó là lý do tại sao cần đánh giá và lập kế hoạch tốt để ngăn ngừa sai lầm xảy ra. Điều này cho phép bạn đảm bảo nhân viên biết các quy trình khẩn cấp thích hợp liên quan đến bụi kim loại. Ngoài ra, một kế hoạch cho phép bạn có cơ hội cảnh báo chính quyền thành phố về các kim loại trong cơ sở của bạn và thiết bị giảm thiểu tại chỗ để các đội ngũ sẵn sàng ứng phó thích hợp khi có cuộc gọi khẩn cấp.