Dust explosion modelling methods
Vähäaho, Miia (2018)
Diplomityö
Vähäaho, Miia
2018
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018080733464
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018080733464
Tiivistelmä
This study aims to find a modelling method for the studying of the pressure effects of dust explosions in processes of variable industries. The explosion hazard areas, the equipment in them and working in these areas is regulated by ATEX legislation. The possibility of a dust explosion exists in many industrial processes despite of the area classifications, technical and organizational solutions and measures. The modelling methods for dust explosions are not as well-known and used as modelling methods for gas explosions.
The mechanism of dust explosions and their consequences are studied relying on available literature. The characteristics of different dusts are to be regarded since they affect the formation of explosions as well as their pressure effects. The possible modelling methods and their applicability for industrial processes are also researched from literature. The optimal method is applicable for various dust sources and reliable. The most promising modelling methods fulfilling these goals are taken into a closer view and tested using possible industrial dust explosion scenarios. The obtained method will be used for the consequence modelling of dust explosions in different industries.
A model based on reaction balances is tested for the evaluation of explosion overpressure with various organic materials. The obtained results with the model correlate well with the values found in literature. Models for overpressure effect estimation for dust explosions are have not been researched in detail. Thus, models for gas explosion pressure effect estimations are tested for the use in the case of dust explosions. These models do not result in desired results and further research of the problem is still required. Tämän tutkimuksen tavoitteena on löytää sopiva mallinnusmenetelmä sovellettavaksi pölyräjähdysten painevaikutusten tutkimiseen eri teollisuudenalojen prosesseihin. Räjähdysvaarallisia tiloja, niissä olevia laitteita sekä työskentelyä säätelee ATEX-lainsäädäntö. Vaikka pölyräjähdyksiä pyritään välttämään tilaluokitusten, teknisten ja organisatoristen ratkaisujen ja toimenpiteiden avulla, on niiden riski silti monissa laitoksissa olemassa. Pölyräjähdysten mallintamiseen ei ole yksiselitteisiä mallinnusmenetelmiä vielä käytössä, toisin kuin kaasuräjähdyksille, joiden seuraukset ja mallintamismahdollisuudet tunnetaan jo paremmin.
Tutkimus tarkastelee pölyräjähdysten mekanismia sekä niiden seurauksia saatavilla olevaan kirjallisuuteen perustuen. Huomioon on otettava räjähtävien pölyjen eri ominaisuudet, jotka vaikuttavat räjähdyksen syntymiseen sekä ylipaineen aiheuttamiin vaikutuksiin. Mahdollisia mallinnusmenetelmiä myös etsitään kirjallisuudesta ja niiden soveltumista pölyräjähdysten mallintamiseen teollisuuden prosesseihin tutkitaan. Tavoitteina mallinnusmenetelmälle ovat sen sovellettavuus erityyppisille pölyille sekä menetelmän luotettavuus. Tarkempaan tarkasteluun valitaan nämä tavoitteet parhaiten täyttävät menetelmät, joiden soveltuvuutta tutkitaan mahdollisia teollisuuden pölyräjähdysvaaran skenaarioita hyödyntäen. Löytynyttä menetelmää tullaan hyödyntämään eri teollisuuden alojen pölyräjähdysten seurausmallinnuksessa.
Räjähdyspaineiden määrittämiseen löytynyttä reaktiotasapainoon perustuvaa mallia testataan useilla orgaanisilla yhdisteillä. Saadut tulokset mallilla korreloivat hyvin kirjallisuuden arvoihin. Painevaikutusten määrittämiseen erityisesti pölyräjähdyksille ei malleja ole juuri tutkittu, joten kaasuräjähdyksille kehitettyjä malleja testataan. Nämä mallit eivät tuota toivottuja tuloksia pölyräjähdyksille, joten jatkotutkimusta niiden osalta vielä kaivataan.
The mechanism of dust explosions and their consequences are studied relying on available literature. The characteristics of different dusts are to be regarded since they affect the formation of explosions as well as their pressure effects. The possible modelling methods and their applicability for industrial processes are also researched from literature. The optimal method is applicable for various dust sources and reliable. The most promising modelling methods fulfilling these goals are taken into a closer view and tested using possible industrial dust explosion scenarios. The obtained method will be used for the consequence modelling of dust explosions in different industries.
A model based on reaction balances is tested for the evaluation of explosion overpressure with various organic materials. The obtained results with the model correlate well with the values found in literature. Models for overpressure effect estimation for dust explosions are have not been researched in detail. Thus, models for gas explosion pressure effect estimations are tested for the use in the case of dust explosions. These models do not result in desired results and further research of the problem is still required.
Tutkimus tarkastelee pölyräjähdysten mekanismia sekä niiden seurauksia saatavilla olevaan kirjallisuuteen perustuen. Huomioon on otettava räjähtävien pölyjen eri ominaisuudet, jotka vaikuttavat räjähdyksen syntymiseen sekä ylipaineen aiheuttamiin vaikutuksiin. Mahdollisia mallinnusmenetelmiä myös etsitään kirjallisuudesta ja niiden soveltumista pölyräjähdysten mallintamiseen teollisuuden prosesseihin tutkitaan. Tavoitteina mallinnusmenetelmälle ovat sen sovellettavuus erityyppisille pölyille sekä menetelmän luotettavuus. Tarkempaan tarkasteluun valitaan nämä tavoitteet parhaiten täyttävät menetelmät, joiden soveltuvuutta tutkitaan mahdollisia teollisuuden pölyräjähdysvaaran skenaarioita hyödyntäen. Löytynyttä menetelmää tullaan hyödyntämään eri teollisuuden alojen pölyräjähdysten seurausmallinnuksessa.
Räjähdyspaineiden määrittämiseen löytynyttä reaktiotasapainoon perustuvaa mallia testataan useilla orgaanisilla yhdisteillä. Saadut tulokset mallilla korreloivat hyvin kirjallisuuden arvoihin. Painevaikutusten määrittämiseen erityisesti pölyräjähdyksille ei malleja ole juuri tutkittu, joten kaasuräjähdyksille kehitettyjä malleja testataan. Nämä mallit eivät tuota toivottuja tuloksia pölyräjähdyksille, joten jatkotutkimusta niiden osalta vielä kaivataan.