Pölyräjähdys

Pölyräjähdys on tapahtuma, jossa palavien hiukkasten ja ilman muodostama seos syttyy äkillisesti ja räjähdysmäisesti. Jotta pölyräjähdys voi tapahtua, tarvitaan syttyvää materiaalia olevia hiukkasia aerosolimuodossa ja sopivassa hiukkaskoossa. Lisäksi pölyn pitoisuuden tulee olla syttymisalueella. Pölyräjähdykset ovat yleinen riskitekijä mahdollisesti pölyäviä materiaaleja käsittelevillä tai valmistavilla teollisuuden aloilla, kuten elintarvike-, muovi-, puu-, metalli-, lääke- ja tekstiiliteollisuudessa. Myös hiilikaivoksissa esiintyvä pöly voi aiheuttaa räjähdyksiä.
Pölyräjähdyksessä tapahtuva nopea energian vapautuminen johtuu pölyn suuresta pinta-alasta suhteessa sen massaan. Koska palamisreaktio voi tapahtua ainoastaan aineen pinnalla, jossa aine pääsee reagoimaan hapen kanssa, suuret kappaleet palavat kohtalaisen hitaasti, koska vain pieni osa niistä pääsee hapen kanssa tekemisiin. Kun sama määrä ainetta hiotaan jauheeksi, sen pinta-ala on eksponentiaalisesti suurempi, ja täten reaktio pääsee tapahtumaan huomattavasti nopeammin.
Vaaditut olosuhteet.
Pölyräjähdys on mahdollinen tilanteessa, joka täyttää viisi vaatimusta. Kolme ensimmäistä vaatimusta ovat samat kuin missä tahansa palamisreaktiossa: palava aine, syttymiseen riittävä lämmönlähde sekä happi tai hapettava aine. Näiden lisäksi pölyräjähdyksen syntyminen vaatii sitä, että pöly on levinnyt ja sekoittunut ilman kanssa riittävän suurena määränä ja pitoisuutena, sekä rajoitettua tilaa, kuten rakennusta. Näiden tekijöiden lisäksi räjähdysherkkyyteen ja räjähdyksen voimakkuuteen vaikuttavat esimerkiksi hiukkaskoko – mitä pienemmät hiukkaset, sitä helpommin räjähdys tapahtuu – sekä hiukkasten muoto, pölyn kosteuspitoisuus ja ilmankosteus.
Pölyn lähteitä.
Räjähtävää pölyä voi syntyä monista yleisesti palaviksi mielletyistä aineista, kuten hiilestä tai puusta. Myös muut orgaaniset aineet voivat olla räjähtävän pölyn lähde, esimerkiksi viljat, sokeri, maitojauhe, rehu, kumi, muovit ja erilaiset tärkkelykset. Jotkin yleisesti palamattomina pidetyt aineet voivat myös riittävän hienojakoisina räjähtää, tyypillisimpinä esimerkkeinä metallit, kuten alumiini ja magnesium. Periaatteessa mahdollisuus pölyräjähdykselle on Yhdysvaltain National Fire Protection Associationin mukaan olemassa kaikissa teollisissa prosesseissa, joissa mitä tahansa syttyvää sekä joitakin tavallisesti syttymättömiä materiaaleja jauhetaan tai muuten tehdään hienojakoiseksi.
Pitoisuus.
Ilman kanssa sekoitetuilla palavilla aineilla on pitoisuuden ala- ja ylärajat, joiden välissä pölyräjähdys on mahdollinen. Alaraja on se pitoisuus, jossa pölyä on riittävästi, jotta räjähdys pääsee leviämään hiukkasesta toiseen ketjureaktiona. Ylärajan yläpuolella taas ilma-pölyseoksessa ei ole riittävästi happea reaktion ylläpitämiseksi. Käytännössä räjähtävään seokseen tarvitaan vähintään 40 ja korkeintaan 4 000 grammaa pölyä kuutiometrissä ilmaa, joskin tarkat arvot vaihtelevat aineen ja hiukkaskoon mukaan. Olosuhteita pidetään turvallisena, kun pölyn pitoisuus ilmassa on vähintään 20 prosenttia alarajan alapuolella.
Suurissa pölyräjähdyksissä ilman normaali pölypitoisuus ei yleensä ole räjähtävällä tasolla. Sen sijaan on tyypillistä, että pölyisissä tiloissa tapahtuu esimerkiksi jonkin koneen tai laitteen sisällä tai lähistöllä ensin pienempi pölyräjähdys, joka ravistaa tai lennättää pinnoille kertyneen pölyn ilmaan kasvattaen täten pölypitoisuutta nopeasti. Tällöin muodostuu huomattavasti suurempi pöly-ilmaseos, jonka ensimmäisestä räjähdyksestä peräisin oleva lämpö sytyttää.
Syttymislähde.
Pölyräjähdyksen syttymislähteen ei välttämättä tarvitse olla avotuli tai muu liekki, vaan mikä tahansa riittävästi lämpöä tuottava tapahtuma riittää. Pölyräjähdyksiä voivat aiheuttaa esimerkiksi seuraavat:
Onnettomuuksia.
Varhaisin dokumentoitu pölyräjähdyksen aiheuttama onnettomuus tapahtui Torinossa vuonna 1785, kun leipomon varastossa ollut lamppu sytytti ilmassa leijuneen jauhopölyn. Huolimatta siitä, että pölyräjähdyksiin ja niiden ehkäisemiseen on alettu kiinnittää enenevissä määrin huomiota, pelkästään Euroopassa tapahtuu teollisuudessa arviolta 2 000 pölyräjähdystä vuosittain. Yhdysvalloissa tapahtui vuosina 1996–2005 yhteensä 106 pölyräjähdyksen aiheuttamaa onnettomuutta, joissa kuoli 16 ihmistä ja loukkaantui 126. Alla on luetteloitu joitakin huomattavia pölyräjähdyksen aiheuttamia onnettomuuksia.