BRAND EN EXPLOSIE: VOORKOMEN
IS BETER DAN (DUUR) GENEZEN

Kans op brand of explosie in de praktijk inperken

Jawel, u heeft gelijk als u zegt dat brand of explosie een unieke en meestal on­voorspelbare gebeurtenis is. Toch lijkt er binnen de industrie (te) weinig aandacht aan te worden geschonken. De kans dat u zich een machine of werkplaats kunt herinneren waar ooit een brand uitbrak, is reëel. Een forse investering die in vlammen opgaat, met als gevolg vertraagde of niet meer leverbare orders. Noch­tans zijn er wel enkele preventiemaatregelen te nemen. Niet overbodig in tijden waar nieuwe gevaren opduiken, zoals meer ultrafijne spaantjes bij micro- en precisiebewerking of fijnkorrelig materiaalpoeder bij additive manufacturing.

FOCUS OP BRANDVEILIGHEID

Veiligheid in al zijn verschijningsvormen staat weer als thema op menig agenda, zowel nationaal als internationaal. Dat geldt ook voor brandveiligheid en explosiebeveiliging. En al zeker bij de partijen die er vanuit zakelijk en wettelijk oogpunt het meest bij betrokken zijn: de fabrikanten van machines en de ondernemers die ze gebruiken, evenals de vakmensen die de machines bedienen.

Dat hoeft ook niet te verwonderen, de consequenties van een spontane uitbraak van vuur kunnen zonder voorzorgsmaatregelen immers desastreus zijn. Zo was er begin september nog een brand in een van de productieafdelingen van het materiaaltechnologiebedrijf Umicore in Hoboken, Antwerpen. Die brand ontstond vermoedelijk niet ten gevolge van het productieproces, maar eerder door een externe factor, mogelijk de verluchting of de airco.

Een moderne operator staat vandaag lang niet meer alle tijd achter de CNC-machine. Hij krijgt niet alleen de bediening van verschillende machines onder zijn hoede, bovendien kunnen die machines 24/7 van op afstand digitaal worden gestuurd en bewaakt automatisch doorwerken, zonder menselijk toezicht ter plaatse. Juist daarom dat men op elk moment rekening moet houden met de kans op een ontsteking en brand.

Denk bijvoorbeeld aan de kans op heftige, ongeremde (chemische) reacties tot een explosie toe, sterk uiteenlopende bedrijfsschade, korte of langere tijd onderbreking van de productie en het verlies van bedrijfsruimtes, machines en voorraden, naast de schade aan het milieu. Dan mag nog van geluk worden gesproken als er zich geen menselijk letsel voordoet, net zoals (tijdelijk) verlies van klanten.

NAT OF DROOG

In de praktijk werken productiebedrijven over het algemeen nog met niet-watermengbare koelsmeermiddelen (KSS). Nochtans, bij de huidige sterk opgedreven snijsnelheid onder verhoogde druk, leveren die KSS aantoonbaar een hogere productiviteit, standtijd en kwaliteit, als het ware een extra gereedschap. Dit echter met een licht verhoogd ontvlamrisico. Ondertussen komen door het toenemend gebruik van zwaar verspaanbare materialen een roodgloeiende frees en dito spanen steeds vaker voor.

Het is aanbevolen om op voorhand een grondige risicoanalyse uit te voeren. Niet voor niets ook dat metaalbewerkende en -verwerkende bedrijven al lange tijd de heilige graal voor ogen staat van zogenaamd ‘droog verspanen’. Praktisch draait dat vaak uit op MMS, ofwel koelsmering met minimale volumes (ordergrootte milliliters per uur). Maar ook gebruikt de industrie, behalve als snijolie, dergelijke vloeistoffen vrij algemeen voor corrosiewering, bescherming en warmte­behandelingen.

ACHTERGRONDEN

In theorie vormt een mix van drie factoren binnen een beperkte ruimte de ideale voorwaarde voor het ontstaan van brand:

• een (energie)bron voor ontsteking;
• de aanwezigheid van een brandbare stof, meestal het gebruikte koelsmeermiddel of (ontvlambare) stoffen rondom de verspaningszone in de machine of het te bewerken materiaal zelf;
• lucht of zuurstof uit de omgeving.

Wordt er simpelweg voor gezorgd dat een van de genoemde kritische factoren ontbreekt, dan is het gevaar drastisch gereduceerd. Naast strategisch in de werkruimte op­gehangen handbediende brandblussers, is er meestal sprake van een middels temperatuur-, vlam- en rookdetectie geactiveerde universele brandblusinstallatie. Het tot stand komen van een ontsteking, met daarop volgend vuur of zelfs een explosie, kan meerdere oorzaken hebben. Hete spanen en vlakken staan vooraan op de lijst uit de praktijk. Krachtige vonken die overslaan uit de bijhorende elektrische installatie, of als gevolg van een statische ontlading, blijken uitermate effectief te zijn. Maar ook zelf­ontsteking komt voor, meestal vanuit een chemische reactie.

Volgens de Duitse verzekeringswereld zijn de meest voorkomende oorzaken waardoor het tot oververhitting kan komen, terug te leiden tot:

• een gereedschapsbreuk;
• een ingrijpende degradatie van de snijkant;
• een crash;
• onvoldoende KSS-toevoer voor de actuele verspaningssituatie of op de verkeerde positie;
• geprogrammeerde besturingsfouten;
• een te sterk opgespannen (overspannen) werkstuk;
• defecte kabels.

Van gemiddeld 20% van de brand- en explosie­gevallen was de praktische oorzaak niet te achterhalen.

Veiligheid van de machine tot in de kleinste technische, bouwkundige en organisatorische details staat centraal

VEILIGE MACHINE EN GEBRUIK

Wat betreft duurzaamheid van machines in de metaalindustrie, is een levensduur van tien jaar of langer – met nog altijd een voldoende hoge kwaliteit – al meerdere decennia geen uitzondering. Zodra een aankoop wordt overwogen ter uitbreiding, vervanging of als innovatie van het bestaande areaal, verdient het aanbeveling om behalve technische specificaties en budgettaire zaken (incl. return on investment) ook het thema (brand)veiligheid in de machineselectie-, afname- en installatieprocedure op te nemen als essentieel aspect.

Aangezien de nieuwe machine meestal wordt opgenomen in het bestaande machinepark, dient ook serieuze aandacht te worden gegeven aan de noodzakelijke subsystemen in de periferie eromheen. Denk daarbij aan diverse gereedschappen en spanmiddelen, de afzuig-, filter- en reinigingssystemen, de blus­installatie en spaantransporteur of aan algemene maatregelen (persoonlijke beschermingsmiddelen, veiligheids- en waarschuwings­stickers en de nodige gerichte vakopleiding en instructies).

Veiligheid vanaf constructie

Machinefabrikanten zijn de primaire spelers in de veiligheidsketen en zouden daarom in de constructie eigenlijk al rekening dienen te houden met het (on)voorspelbaar gebruik van de machines. Zij moeten veiligheid incalculeren bij de installatie, bediening, afstelling en onderhoud, inclusief de bedrijfsmiddelen zoals de (al dan niet op water gebaseerde) koelsmeervloeistoffen. Daarom bouwen steeds meer fabrikanten tegenwoordig standaard sensorgestuurde hulpmiddelen in. Denk daarbij aan vermogens- of koppelmeting en botsings­detectie met acute of gefaseerde stop.

Veilige werkplek

De ondernemer heeft dan weer als taak een veilige werkplaats te creëren voor haar werknemers. Dit omvat de machineafscherming en het voorzien in voldoende veiligheidsmateriaal, gebaseerd op velerlei internationale, Europese (Machinerichtlijn 2006/42/EC en bv. de nieuwste EN/ISO 19353: preventie en afscherming vuur) en/of nationale wetten en voorschriften. Alhoewel vaak niet rechtstreeks als zodanig ingezet, krijgt een operator daarbij hulp van een geavanceerd simulatiepakket.

BRANDVEILIGHEID IS VOORAL TEMPERATUURBEGRENZING

Veiligheid van de complete machine tot in de kleinste technische, bouwkundige en organisatorische details staat centraal. De machine start bv. uitsluitend met afzuiging en spaan­afvoer in werking en onderling gekoppelde, gesloten deur(en) en kleppen, met het blus­systeem paraat. De designkap om de machine biedt enkel een eerste bescherming. Uiteindelijk bepaalt de som van alle ingezette delen het eindresultaat, dus bestaat de totaalsom uit ingebouwde thermische of optische sensoren, de blus- en damp- en rookafzuigunit, drukontlasting, deurschakelaar, alarmlamp, CO2 (hand)blusser, vuurbestendige afdichtingen, snelwerkende terugslag- of keerklep om doorslag te voorkomen, enz.

Voor optimale beheersing en bewaking van de temperatuur in de directe contactzone tussen gereedschap en werkstuk zijn volgende aangewezen middelen best beschikbaar:

• een voldoende hoeveelheid koelmiddel om (ononderbroken) de snijzone ruim te spoelen;
• fysieke afscherming om hoog verhitte of zelfs gloeiende spanen af te schermen of af te laten koelen.

Die maatregelen houden altijd gevaarlijke dampvorming binnen de grenzen. Belangrijk voor een optimale temperatuur­beheersing is een schijnbaar simpel onderdeel als de verschuifbare designkap over de bewerkingszone. Deze dient een zodanig drukvaste configuratie van de afdichtingen te hebben – bijvoorbeeld middels een omgezet labyrint in het plaatwerk – dat vlammen en hete gassen binnen worden gehouden.

Opwaarderend is een niet alleen projectiel­bestendig, maar ook vlamvertragend venster, van kunststof (bv. polycarbonaat) of in hybridevorm met veiligheidsglas aan de binnenzijde. Onder de aandachtspunten voor de meest effectieve bluswerking valt eveneens de klep om de arm van een externe robot veilig toe te laten binnen de kap, evenals die van de grijper van de wisselaar, tot het normaal af­gesloten gereedschapsmagazijn.

BOUW VOORZIENINGEN METEEN IN

In eigen bedrijf vangt brandpreventie eigenlijk al aan met de verantwoorde en veilige bouw en inrichting van de werkplaats of fabriek. Stond daarbij bijvoorbeeld de vrije toegang tot een eventuele brandhaard, of een industriële – centrale of decentrale – luchtafzuiging en behandeling op het tweede plan, dan kan dat achteraf duur komen te staan in de praktijk. Op alle punten is reactiesnelheid cruciaal in geval van brand, iedere seconde telt! ‘Time is money’, maar kan ook levensgevaarlijke situaties in de kiem smoren.

REACH

Binnen de eigen firma zijn vaak brandgevaarlijke stoffen in grotere hoeveelheden aanwezig dan gedacht. Een verstandige actie is om deze – initieel of bij een wijziging in het machinepark op een later tijdstip – in te perken wat omvang betreft en te standaardiseren op variëteit. Gelet op het thema is het aan te bevelen deze middelen conform de aanbevelingen afzonderlijk goed gedocumenteerd en verantwoord volgens de jongste REACH-regels (Registratie, restrictie, Evaluatie en Autorisatie van CHemische middelen) opgeslagen te houden.

Opbergen kan eventueel in een brandwerende kluis, ook in het geval van kleinere volumes als spuitbussen of andere verstuivers van vloeistoffen voor reiniging en corrosiebescherming. Nieuwe, strikte voorschriften, waaronder REACH, geven meer stof tot nadenken. Door ingevoerde beperkingen komen er veranderingen in chemische samenstelling van tot nu toe gebruikte koelsmeerstoffen tot stand. Sommige chemicaliën of mengsels – die mogelijk onder omstandigheden kunnen leiden tot blootstelling aan carcinogene stoffen – zijn namelijk niet meer toegelaten, wat kan zorgen voor een alternatieve KSS samenstelling.

SLIMME DETECTIE VAN WARMTEONTWIKKELING

Een relatief nieuw en handig instrument – dat vandaag nog te weinig aandacht krijgt – is de intussen professioneel geworden infrarood- of warmtebeeldcamera, voor bijvoorbeeld het thermografisch scannend inspecteren van hot-spots met hoog oplossend vermogen en MSX multispectrale dynamische beeldvorming via een IR beeld in combinatie met een standaard optische afbeelding. Detectie van scherpe temperatuurverschillen wijst vroegtijdig op ongewoon hoge temperaturen die meestal voorafgaan aan eventuele brandgevaarlijke situaties binnen de elektronica in de generatorkast of in een breder kader binnenin de verspaningsruimte.

Ook is deze meting voor diagnose effectief – zoals intussen in de praktijk bewezen – bij oudere installaties waarvan de kabels, de kunststofmantel of rubberomhulling door invloeden van binnen- of buitenaf over de jaren uitgehard en bros geworden of gebroken of gescheurd zijn. Incidenteel past men deze camera’s ook toe om oplopende overgangsweerstanden te detecteren die het gevolg kunnen zijn van geoxideerde contacten.

Seminar 'Brand- en Explosiebescherming'

Op Metav 2018 trok het thema ‘Brand- en Explosiebescherming in verspanende machines’ op een speciale technologiebijeenkomst georganiseerd door de VDW (Vereniging van Duitse verspanende Werktuigmachines) veel aandacht tijdens de Metav machinebeurs in Düsseldorf. Acht aanvullende presentaties richtten zich zowel op bescherming van de machine als de mens er achter en de directe omgeving er omheen. Dr. Alexander Broos leidde de sprekers in, afkomstig uit eigen huis, van de actieve beroepsvereniging BGHM en betrokken fabrikanten en leveranciers uit de brandpreventiebranche. Samen hebben die de hand in een hele reeks voorlichtende vakpublicaties over dit onderwerp en de aanpak in de dagelijkse praktijk. Video’s van de testen uit de eigen proefstand van de DGUV brachten spectaculaire beelden.

BIJZONDERE AANDACHT

Sommige processen vereisen extra aandacht.

Zink- en draadvonken

Zink- en draadvonken (EDM, Electrical Discharge Machining) kan als veelgebruikte en onmisbare verspaningstechniek niet zonder in hoog tempo overslaande, gepulste ontladingen tussen de elektrisch geleidende elektrode en het werkstuk. Die veel toegepaste precisietechnieken verwijderen gecontroleerd metaal door smelten en verdampen. Tijdens zinkvonken met een vormspecifiek gereedschap vindt de ‘verspaning’ bovendien meestal ook nog eens plaats – indien tenminste goed ingesteld – centimeters onder het oppervlak van een brandgevaarlijke vloeistof op oliebasis met een ontstekingspunt tussen 100 °C – 120 °C. Daarmee is in principe aan alle voorwaarden voor brand en explosie voldaan. Dat is trouwens een van de redenen waarom er intussen eveneens watermengbare en synthetische diëlektrica bestaan. Daar zijn de laatste decennia enkele volkomen nieuwe categorieën bijgekomen.

Ultrafijn verspanen

Al lang een bekend feit is dat enkele materialen op zich – zoals magnesium – al brand­gevaarlijk zijn. Nu fijner gefreesd en gedraaid wordt, komen daarbij ultrafijne deeltjes in de verspaningszone vrij, evenals bij het slijpen van aluminium. Dat maakt bewerkingen riskanter, zeker 24/7 met het licht uit. Misschien nog gevaarlijker zijn de ophopingen van metaaldeeltjes tot enkele millimeters dik, waarvan men zich nauwelijks bewust is. Verspanen van hybridematerialen als glas- en koolstofvezelversterkte kunststoffen heeft intussen bewezen zelfs zonder snijvloeistoffen – dus droog – een (brand)-gevaarlijke situatie te kunnen veroorzaken. Dit niet enkel wat brand betreft, maar ook qua fijn stof.

Additive manufacturing

Een laatste toevoeging – algemeen nog niet als potentieel gevaarlijk gezien – vormen de jongste 3D-printing of Additive Manufacturing-innovaties, waaronder de hele LMF-keten (laser), inclusief het bijbehorende filtersysteem.