Giảm thiểu rủi ro cháy nổ & Bảo vệ khỏi nguy cơ nổ bụi

Hầu hết các hoạt động sản xuất, chế biến hoặc đóng gói công nghiệp đều phát sinh bụi như một sản phẩm phụ. Nhiều loại bụi trong số này vừa dễ cháy vừa có khả năng gây nổ, và việc loại bỏ chúng khỏi môi trường làm việc có thể làm giảm đáng kể nguy cơ xảy ra tai nạn nghiêm trọng. Ước tính tại châu Âu có khoảng 2.000 vụ nổ bụi mỗi năm. Phần lớn là sự cố nhỏ, nhưng một số vụ có thể gây thiệt hại nặng nề. Do đó, việc hút và loại bỏ bụi giúp giảm rủi ro trong sản xuất — nhưng nếu hệ thống hút bụi không an toàn, rủi ro chỉ đơn giản bị chuyển từ chỗ này sang chỗ khác.

Nổ bụi là gì?
Để hiểu rõ rủi ro từ bụi dễ cháy, hãy xem xét mô hình “5 yếu tố nổ bụi”. Một vụ nổ bụi trong cơ sở công nghiệp chỉ có thể xảy ra khi hội tụ đồng thời đủ 5 yếu tố sau:

Bụi dễ cháy
Nguồn đánh lửa
Oxy trong không khí
Bụi phân tán với nồng độ đủ để gây nổ
Đám mây bụi bị giới hạn trong một không gian kín hoặc bán kín

Một buồng kín như thiết bị lọc bụi có thể tạo ra kịch bản hoàn hảo cho một vụ nổ nếu một nguồn gây cháy lọt vào bên trong. Khi quá trình làm sạch bằng xung khí nén diễn ra, một đám mây bụi dễ cháy ở nồng độ cao sẽ lơ lửng trong không gian của thiết bị. Nếu xuất hiện nguồn đánh lửa, nó sẽ hoàn thiện 5 yếu tố hình thành vụ nổ bụi và kích hoạt vụ nổ.

Mặc dù một số sự cố chỉ liên quan đến một vụ nổ đơn lẻ, nhưng phổ biến hơn là xảy ra chuỗi vụ cháy nổ lan truyền (deflagrations). Vụ nổ ban đầu có thể làm bong tróc và phát tán bụi dễ cháy đã tích tụ trên các bề mặt xung quanh trong một khu vực rộng lớn, từ đó gây ra các vụ nổ thứ cấp. Những vụ nổ thứ cấp này có thể được kích hoạt từ chính vụ nổ ban đầu hoặc từ các nguồn đánh lửa khác. Chính những vụ nổ thứ cấp này, theo lịch sử ghi nhận, là nguyên nhân gây ra phần lớn thương vong và thiệt hại tài sản.

Các nguồn đánh lửa tiềm tàng bao gồm: tia lửa cơ học, tích điện tĩnh, ma sát mài mòn, hoặc bụi lắng đọng trong đường ống do vận tốc vận chuyển không đúng chuẩn.

Kiểm tra bụi của bạn & thực hiện phân tích nguy cơ bụi (Dust Hazard Analysis – DHA)

Làm thế nào để biết bụi của bạn có tính cháy nổ hay không?
Thông lệ chung trong ngành là giả định bụi có khả năng cháy nổ, trừ khi bạn có kết quả thử nghiệm chứng minh bụi của mình có giá trị Kst = 0.

Nếu bụi thuộc loại phổ biến – như bột mì, đường, v.v. – và kích thước hạt cùng độ ẩm tương đồng với dữ liệu đã được ghi nhận, bạn có thể tham khảo dữ liệu lịch sử từ các thử nghiệm trước đó.
Với các loại bụi khác, cần tiến hành thử nghiệm tại tổ chức được công nhận (notified body) và lưu giữ hồ sơ kết quả để đáp ứng yêu cầu pháp lý.

Nếu kết quả thử nghiệm dương tính, cần xác định chỉ số nổ (Kst) và áp suất tăng tối đa (Pmax) của bụi. Thực tế cho thấy, bất kỳ bụi nào có Kst > 0 đều được coi là bụi có khả năng nổ – và phần lớn bụi công nghiệp đều nằm trong nhóm này. Bụi càng mịn, mức độ nguy hiểm càng cao.

Thực hiện phân tích nguy cơ bụi (DHA) cho phép doanh nghiệp:

Xác định rủi ro cháy và nổ tiềm ẩn.
Đánh giá mức độ cần thiết của các biện pháp bảo vệ phòng cháy và nổ.

Việc phân tích có thể được thực hiện nội bộ hoặc bởi tư vấn độc lập, nhưng trong mọi trường hợp, cơ quan có thẩm quyền sẽ là bên cuối cùng xem xét và phê duyệt kết quả.

Ngoài ra, nhà cung cấp thiết bị lọc bụi của bạn cần được cung cấp giá trị Kst và Pmax để thiết kế đúng kích thước cho các hệ thống xả nổ (explosion venting) hoặc dập nổ (suppression systems).

Chỉ thị ATEX & Phân vùng nguy hiểm (ATEX Directives & Zoning)

Chỉ thị ATEX áp dụng cho cả thiết bị mới và thiết bị hiện có, bao gồm cả các thiết bị được lắp đặt trước khi các chỉ thị này được ban hành.

Chỉ thị 99/92/EC (còn gọi là ATEX 137 hoặc ATEX Workplace Directive): quy định các yêu cầu tối thiểu nhằm cải thiện bảo vệ sức khỏe và an toàn lao động đối với công nhân có nguy cơ tiếp xúc với môi trường khí quyển dễ cháy nổ.
Chỉ thị 2014/34/EU (còn gọi là ATEX Equipment Directive): quy định việc hài hòa luật pháp giữa các quốc gia thành viên EU liên quan đến thiết bị và hệ thống bảo vệ được sử dụng trong môi trường có khả năng cháy nổ.

Nếu thiết bị lọc bụi (dust collector) được đặt trong vùng ATEX và/hoặc xử lý bụi có khả năng nổ, thì thiết bị đó bắt buộc phải tuân thủ Chỉ thị ATEX 2014/34/EU. Việc tuân thủ đạt được thông qua tích hợp các tính năng an toàn cần thiết, được xác định dựa trên tiềm năng nổ của loại bụi.

Phân vùng ATEX (ATEX Zoning)

Mức độ an toàn bắt buộc phụ thuộc vào xác suất hình thành đám mây bụi nổ trong khu vực:

Zone 22: Khu vực có xác suất thấp, chỉ hình thành đám mây bụi nổ trong các tình huống bất thường.
Zone 21: Khu vực mà đám mây bụi có thể xuất hiện trong quá trình vận hành bình thường.
Zone 20: Khu vực mà đám mây bụi nổ luôn hiện diện hoặc thường xuyên xuất hiện trong vận hành bình thường.

Nói cách khác, càng cao khả năng xuất hiện đám mây bụi cháy nổ, thì càng yêu cầu mức bảo vệ an toàn cao hơn đối với thiết bị và hệ thống.

Công nghệ bảo vệ chống nổ (Technologies for Explosion Protection)

Để tuân thủ Chỉ thị ATEX trong việc bảo vệ chống nổ cho hệ thống lọc bụi, có nhiều loại thiết bị và hệ thống khác nhau được sử dụng. Chúng thường được chia thành hai nhóm chính:

1.Hệ thống thụ động (Passive systems)

Mục tiêu của hệ thống thụ động là kiểm soát vụ nổ, đảm bảo an toàn cho người lao động đồng thời giảm thiểu thiệt hại cho nhà xưởng và thiết bị.
Ví dụ: cửa xả nổ (explosion venting), van chặn lửa (flameless venting), van cách ly nổ (isolation valves).

2.Hệ thống chủ động (Active systems)

Đây là giải pháp công nghệ chi phí cao hơn nhiều và thường yêu cầu tái chứng nhận (recertification) định kỳ, khoảng ba tháng/lần.
Ví dụ: hệ thống dập nổ (explosion suppression systems), cảm biến phát hiện áp suất hoặc lửa, thiết bị phun chất dập nổ.

Dù lựa chọn hệ thống nào, điều quan trọng là phải sử dụng thiết bị bảo vệ chống nổ đã được chứng nhận theo chuẩn quốc tế, nhằm đảm bảo hiệu quả và tính hợp pháp khi kiểm định.

Passive devices

1. Explosion Venting (Cửa xả nổ)

Đây được xem là “điểm yếu có chủ đích” của thiết bị lọc bụi.
Khi áp suất bên trong buồng lọc đạt đến ngưỡng đã định trước, cửa xả nổ sẽ tự động mở, cho phép áp suất dư thừa và mặt sóng lửa (flame front) thoát ra ngoài theo hướng an toàn.
Mục tiêu: giảm thiểu hư hại cho thiết bị lọc bụi, đồng thời ngăn chặn khả năng toàn bộ thiết bị bị phá hủy do hiện tượng deflagration (nổ cháy lan truyền).

2. Flameless Venting (Cửa xả nổ không lửa)

Được lắp đặt phía trên cửa xả nổ tiêu chuẩn.
Khi vụ nổ xảy ra, ngọn lửa thoát ra sẽ bị dập tắt ngay bên trong thiết bị flameless vent, do đó ngọn lửa không thoát ra ngoài môi trường.
Ưu điểm: cho phép sử dụng hệ thống xả nổ trong nhà, miễn là có vùng an toàn được quy hoạch phù hợp.

3. Back Draft Damper (Van chặn ngược)

Là một rào chắn cơ khí, lắp đặt trên đường ống dẫn khí vào sau thiết bị lọc bụi.
Trong vận hành bình thường, van luôn mở nhờ luồng khí công nghệ.
Khi xảy ra nổ, áp suất đột ngột sẽ khiến van đóng sập lại, ngăn không cho ngọn lửa lan ngược về phía thượng nguồn trong đường ống.
Mục tiêu: bảo vệ hệ thống ống dẫn và các thiết bị kết nối ở phía trước.

Active devices

Giải pháp cách ly và dập nổ bằng hóa chất (Chemical Isolation & Suppression)

1. Chemical Isolation (Cách ly bằng hóa chất)

Hoạt động trong vài phần nghìn giây (milliseconds) sau khi phát hiện nổ.
Hệ thống thường được lắp đặt trên đường ống gió vào hoặc ra.
Thành phần chính:
- Cảm biến áp suất nổ (explosion pressure detector)
- Cảm biến ngọn lửa (flame detector)
- Tác nhân hóa chất (chemical agent)
- Tủ điều khiển (control panel)
Khi phát hiện sự cố, hệ thống sẽ tạo rào chắn hóa học ngay trong đường ống, giúp dập tắt vụ nổ và ngăn chặn ngọn lửa lan truyền.
Ứng dụng: thường dùng trong trường hợp không thể xả nổ an toàn ra ngoài hoặc khi loại bụi độc hại/nguy hiểm không được phép thoát vào môi trường.

2. Chemical Suppression (Dập nổ bằng hóa chất)

Hệ thống phát hiện nguy cơ nổ trong vài mili-giây, sau đó phóng thích tác nhân hóa học để dập tắt ngọn lửa ngay từ giai đoạn đầu, trước khi vụ nổ thực sự hình thành.
Ưu điểm: giảm thiểu áp suất, ngăn nổ lan rộng trong thiết bị và đường ống.
Ứng dụng: thích hợp với các quá trình sản xuất có bụi dễ cháy, độc hại hoặc độc tính cao (ví dụ: hóa chất, dược phẩm, kim loại mịn).

3.Van cơ khí đóng nhanh (Fast Acting Valve)

Được thiết kế để đóng kín chỉ trong vài mili-giây sau khi phát hiện nổ.
Có thể lắp đặt ở cả đường ống gió vào và ra.
Khi kích hoạt, van tạo ra một rào chắn cơ học tức thời trong đường ống, ngăn chặn sóng áp suất và mặt sóng lửa lan truyền theo bất kỳ hướng nào.
Tác dụng: cách ly khu vực sự cố, bảo vệ các thiết bị và quy trình kết nối trong hệ thống.
Nói cách khác:
Chemical isolation/suppression = rào chắn bằng hóa chất, dập tắt lửa trong đường ống và thiết bị.
Fast acting valve = rào chắn cơ khí, ngăn sóng áp suất & lửa lan truyền.

Khả năng bảo vệ thứ ba – Buồng lọc bụi chống chịu áp lực (Shock-Resistant Housing)

Tùy thuộc vào quy trình công nghệ và thiết bị sử dụng, có một lựa chọn thứ ba để bảo vệ khỏi nổ bụi.

Các thiết bị lọc bụi dược phẩm thuộc dòng Quad Pulse Package Series được thiết kế với vỏ chịu sốc (shock-resistant housing).
Nhờ vậy, không cần bổ sung hệ thống xả nổ (venting) hoặc dập nổ (suppression) để bảo vệ chính buồng lọc.
Trong trường hợp này, chỉ cần lắp đặt các loại van bảo vệ đường ống để ngăn chặn nguy cơ cháy nổ lan truyền qua hệ thống ống dẫn.

Cơ sở an toàn (Basis of Safety)

Sau khi phân tích hiện trạng và thiết kế hệ thống, việc quan trọng là xây dựng một khái niệm an toàn (safety concept), trong đó quy định:

Cách thức vận hành và bảo dưỡng hệ thống hút bụi.
Các quy trình cần tuân thủ trong trường hợp có thay đổi về công nghệ sản xuất.

Yêu cầu kiểm tra & bảo dưỡng định kỳ

Để đảm bảo an toàn lâu dài, cần thực hiện kiểm tra thường xuyên:

Thiết bị lọc bụi.
Hệ thống an toàn (van, cảm biến, thiết bị dập nổ/xả nổ).
Đường ống kết nối.
Các khu vực an toàn xung quanh.

Mọi hoạt động kiểm tra và bảo dưỡng phải tuân thủ theo hướng dẫn lắp đặt & vận hành của nhà sản xuất. Đồng thời, phải dọn sạch bụi lắng trong thiết bị, trong đường ống và trong vùng an toàn càng thường xuyên càng tốt.

Đối với lọc bụi, yêu cầu cơ bản nhưng quan trọng nhất là thay thế lõi lọc (filter) đúng cách – đây được coi là một phần của “housekeeping” trong vận hành an toàn.

Yếu tố con người – Mối nguy tiềm ẩn

Việc có trong tay một chứng chỉ “an toàn” sẽ không giúp ích vào ngày xảy ra sự cố do lỗi con người.

Những sai sót của người vận hành và các tình huống bất ngờ chính là nguyên nhân phổ biến của nhiều vụ tai nạn.
Do đó, đào tạo nhân viên và xây dựng quy trình làm việc chặt chẽ là yếu tố then chốt để giảm thiểu rủi ro từ nhân tố con người.

Như vậy, an toàn bụi nổ không chỉ đến từ thiết kế thiết bị và công nghệ bảo vệ, mà còn từ cách quản lý, bảo trì và huấn luyện con người trong quá trình vận hành.