Esplosioni di polveri: prevenzione

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Sara Fantoni
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1 Esplosioni di polveri: prevenzione ing. Nicola Mazzei Stazione sperimentale per i Combustibili Divisione di Innovhub-Stazioni Sperimentali Industria Tel: Fax: Corso CINEAS: La ricerca delle cause di esplosioni e di incendi 15, 16, 17 Maggio 2012

di Innovhub-Stazioni Sperimentali Industria Tel: 02-51604.

2 Obiettivo Prevenzione: Ridurre la probabilità di accadimento di una esplosione Protezione: Ridurre gli effetti di una esplosione 2

3 Prevenzione Le misure di prevenzione riducono ma non annullano la probabilità di una esplosione, risulta pertanto quasi sempre necessario adottare anche misure di protezione La prevenzione si attua eliminando almeno una delle condizioni necessarie per avere una esplosione di polvere 3

adottare anche misure di protezione La prevenzione si attua eliminando

4 Condizioni necessarie per un esplosione di polvere la polvere deve essere combustibile la polvere deve poter formare una nube la polvere deve avere una idonea granulometria la concentrazione della polvere deve essere nel campo di esplodibilità la nube di polvere deve contattare un innesco di sufficiente energia l atmosfera entro la quale si genera la nube di polvere deve contenere sufficiente comburente 4

polvere deve essere nel campo di esplodibilità la nube di polvere deve contattare un innesco di

5 Prevenzione: Eliminazione polvere Pulire accuratamente l ambiente di lavoro per evitare le esplosioni secondarie Arrotondare gli spigoli tra pavimento e pareti Situare all esterno i punti di raccolta polveri Ridurre al massimo le parti accessorie dell impianto, le strutture di sostegno e le superfici orizzontali 5

pareti Situare all esterno i punti di raccolta polveri Ridurre al massimo le

6 Prevenzione: Eliminazione comburente Inertizzazione: sostituzione parziale o totale del comburente (in genere l ossigeno dell aria) presente nell atmosfera gassosa con gas inerte Ossigeno minimo (MOC o LOC o CLO): limite di concentrazione di ossigeno al disotto del quale non è possibile nessuna propagazione di fiamma; si determina sperimentalmente 6

inerte Ossigeno minimo (MOC o LOC o CLO): limite di concentrazione di ossigeno al

7 Prevenzione: Inertizzazione I gas più usati per l inertizzazione sono l azoto e l anidride carbonica essendo facilmente disponibili L argon o l elio si usano quando le polveri reagiscono con i precedenti Vapor d acqua Un gas inerte molto valido e di solito più economico dell azoto e dell anidride carbonica è il gas di camino 7

quando le polveri reagiscono con i precedenti Vapor d acqua Un gas inerte molto

8 Prevenzione: Inertizzazione L impiego di gas di camino, quando possibile, richiede un trattamento di purificazione a monte dell impianto da inertizzare oltre la disponibilità di un serbatoio di stoccaggio o di fonti alternative durante le fasi di avviamento e di fermata I fattori che determinano la scelta del gas inerte sono: reattività polvere disponibilità costo 8

un serbatoio di stoccaggio o di fonti alternative durante le fasi di avviamento e di

9 Prevenzione: Inertizzazione CLO Valori tipici del CLO (Concentrazione Limitante di Ossigeno): - Idrocarburi, polveri organiche 8 12% - Polveri metalliche (metal. leggeri) 4 6% - Idrogeno, CO 4 5% Parametri: - Gas inerti: capacità termica (CO 2 >N 2 ) - Temperatura di processo - Pressione di processo 9

10 Prevenzione: Metodi di inertizzazione Variazione pressione Vuoto: - collegare reattore con il vuoto - rottura del vuoto con gas inerte Sovrappressione: - pressurizzazione reattore con gas inerte fino al valore definito - depressurizzazione Rapporto pressioni determina concentrazione ossigeno nel reattore 10

Sovrappressione: - pressurizzazione reattore con gas inerte fino al valore

11 Prevenzione: Metodi di inertizzazione Variazione pressione Volume di gas: si calcola dal rapporto delle pressioni Utilizzo: processi batch e per avviamento 11

12 Prevenzione: Metodi di inertizzazione Flusso continuo Flusso continuo di gas inerte - Spostamento per effetto di alta densità del gas inerte - Miscelazione ottenuta per effetto dinamico del flusso Requisiti gas inerte per riduzione O 2-1 ricambio pari al volume del reattore ricambi per avere la concentrazione di ossigeno del gas inerte - fattore di sicurezza per miscelazione non ideale 12

Requisiti gas inerte per riduzione O 2-1 ricambio pari al volume del reattore - 4 5 ricambi per

13 Prevenzione: Metodi di inertizzazione Flusso continuo La variazione di concentrazione in caso di perfetta miscelazione è la seguente: c/c 0 = e - (Q t/v) log c/c 0 = - E/2,3 c = concentrazione al tempo t c 0 = concentrazione iniziale Q = portata di gas V = volume apparecchiatura E = numero ricambi 13

(Q t/v) log c/c 0 = - E/2,3 c = concentrazione al tempo t c 0 =

14 Prevenzione: Metodi di inertizzazione SOC Concentrazione ossigeno di sicurezza SOC Concentrazione ossigeno alla quale è necessario l intervento di allarmi Determinazione CLO (Concentrazione limitante di ossigeno) Influenza del processo: - deviazione della concentrazione - accuratezza della misura - costanti di tempo interne (campionamento e misura) 14

CLO (Concentrazione limitante di ossigeno) Influenza del processo: - deviazione della

15 Prevenzione: Metodi di inertizzazione SOC Concentrazione ossigeno di sicurezza Evitare falsi allarmi - fissare il valore di allarme tale da consentire anche una azione di emergenza - fissare la concentrazione di ossigeno di processo a valori nettamente inferiori alla soglia di allarme 15

consentire anche una azione di emergenza - fissare la concentrazione di

16 Prevenzione: Metodi di inertizzazione Controllo e monitoraggio L affidabilità di un impianto di inertizzazione dipende dal sistema di controllo della concentrazione di ossigeno Risulta inoltre importante campionare l atmosfera gassosa nei punti più opportuni All esterno dell impianto inertizzato è indispensabile installare un rilevatore di ossigeno con allarme 16

ossigeno Risulta inoltre importante campionare l atmosfera gassosa nei punti più opportuni

17 Prevenzione: Metodi di inertizzazione Controllo e monitoraggio Misura della concentrazione di ossigeno: continuo discontinuo misto Evitare ingresso di aria: pressione di processo Ridurre concentrazione di ossigeno: flusso numero ricambi Assicurare alimentazione gas inerte: pressione di alimentazione flusso di gas inerte 17

pressione di processo Ridurre concentrazione di ossigeno: flusso numero ricambi

18 Prevenzione: Metodi di inertizzazione Scelta del controllo e del monitoraggio E necessario procedere ad una calibrazione prima di impiegare un impianto con inertizzazione nel caso si scelga di non utilizzare un monitoraggio continuo dell ossigeno Ripetere la calibrazione ad intervalli regolari I punti critici di un sistema di inertizzazione sono l avviamento, la fermata e le procedure di emergenza 18

utilizzare un monitoraggio continuo dell ossigeno Ripetere la calibrazione ad intervalli regolari I

19 Prevenzione: Eliminazione innesco Evitare la presenza di fiamme accidentali Eliminare le superfici calde Prevenire l autocombustione allontanando le sostanze che possono dar luogo a tale fenomeno Raffreddare prima dello stoccaggio e soprattutto controllare la temperatura Evitare l impatto e l attrito tra parti meccaniche in movimento o fra queste e corpi estranei Installare impianti elettrici adeguati 19

Raffreddare prima dello stoccaggio e soprattutto controllare la temperatura Evitare l impatto e l

20 Prevenzione: sorgenti di innesco di origine meccanica - caratteristiche ATTRITO - sfregamento tra oggetti - lunga durata - calore che si genera e si accumula - superfici calde/punti caldi 20

21 Prevenzione: sorgenti di innesco di origine meccanica - caratteristiche URTI - singolo o multiplo - breve durata - variazione notevole nel transitorio delle forze - proiezione di piccoli frammenti - calore assorbito - reazione - scintille - elevate velocità relative 21

22 Prevenzione: sorgenti di innesco di origine meccanica - caratteristiche TERMITE (miscuglio di polvere di alluminio e ossido ferrico) A temperatura elevata i componenti della termite reagiscono fra di loro con formazione di ossido di alluminio e ferro metallico; la reazione è fortemente esotermica e permette di raggiungere temperature di circa 2500 C. E' per questo motivo che la termite viene utilizzata in alcune saldature per fusione 22

23 Prevenzione: sorgenti di innesco di origine meccanica - caratteristiche TERMITE 2 Al + Fe 2 O 3 2 Fe + Al 2 O 3 + calore - reazione esotermica tra Fe 2 O 3 e metallo leggero - alluminio, metalli o leghe leggeri (Mg, Ti,..) - si origina per impatto - pericolosità vernici all alluminio su superfici in acciaio con presenza di ruggine 23

24 Prevenzione: sorgenti di innesco di origine meccanica - caratteristiche Relazione tra velocità relativa ed innesco proposta da Bartknecht (1989) da analisi di incidenti Velocità, m/s Rischio di accensione < 1 nessun pericolo di accensione < 1-10 dipende dal materiale > 10 accensione sicura 24

25 Prevenzione: sorgenti di innesco di origine meccanica - caratteristiche Situazione pratiche con polveri - evitare uso di titanio, alluminio, metalli leggeri e loro leghe in presenza di ruggine - nessun pericolo da impatto di acciaio su calcestruzzo - ridurre frizione e impatto su superfici (scintille e punti caldi) 25

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