Esplosioni di polveri in volumi. tecnologie di protezione

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1 Seminario A TE X DAY La Venaria Reale - Sala Conferenze FONDAZIONE CENTRO CONSERVAZIONE e RESTAURO Piazza della Repubblica - T O R I N O Complessi Bari 18,19,20 ottobre 2011 Dipartimento Territoriale diconvegno Sicurezza nei Sistemi Venerdì 2 dicembre 2011 BARI Area ex ISPESL Esplosioni di polveri in volumi confinati: stato Convegno Sicurezza nei Sistemi Complessi Bari 18,19,20dell arte ottobre 2011 e tecnologie di protezione Giuseppe de Gennaro Vincenzo De Lisio INAIL Puglia area ex ISPESL - Bari Relatore. Ing.Arch. Vincenzo De Lisio Direttore ad interim Dipartimento Territoriale INAIL ex ISPESL di BARI

2 Diverse sono le attività industriali in cui vi sono pericoli di esplosioni dovute a polveri combustibili Tra queste ricordiamo il settore alimentare ( lavorazione delle polveri di grano, cereali, legumi, foraggi ), il settore chimico, metallurgico, tessile, della lavorazione del legno e, da non trascurare, le attività di recupero, smaltimento e riciclaggio dei rifiuti per la presenza di polveri di carta e di materiali sintetici. Introduzione

3 Diverse sono le attività industriali in cui vi sono pericoli di esplosioni dovute a polveri combustibili Tra queste ricordiamo il settore alimentare ( lavorazione delle polveri di grano, cereali, legumi, foraggi ), il settore chimico, metallurgico, tessile, della lavorazione del legno e, da non trascurare, le attività di recupero, smaltimento e riciclaggio dei rifiuti per la presenza di polveri di carta e di materiali sintetici. Silos per cereali Introduzione

4 Diverse sono le attività industriali in cui vi sono pericoli di esplosioni dovute a polveri combustibili Tra queste ricordiamo il settore alimentare ( lavorazione delle polveri di grano, cereali, legumi, foraggi ), il settore chimico, metallurgico, tessile, della lavorazione del legno e, da non trascurare, le attività di recupero, smaltimento e riciclaggio dei rifiuti per la presenza di polveri di carta e di materiali sintetici. Silos per cereali Industrie farmaceutiche Introduzione

5 Esplosioni di polveri possono avvenire in ogni attività in cui si manipolano materiali solidi finemente suddivisi ( metalli, sostanze organiche, polimeri, resine, carboni, legno, etc.), attraverso processi di macinazione, trasporto, separazione ed essiccamento. Spesso le polveri si presentano come sottoprodotto indesiderato di talune lavorazioni, a volte mascherate da un aspetto familiare. Introduzione

10 Letteratura internazionale

11 Letteratura internazionale

12 Meccanismi dell esplosione di polveri

13 Esistono significative differenze che rendono lo studio delle polveri più difficile rispetto a quello dei gas e vapori. Perché avvenga un'esplosione di polvere deve essere presente un certo grado di turbolenza necessario per disperdere la polvere in una sospensione (nube). Le esplosioni gassose possono invece avvenire anche con il gas in uno stato quiescente; inoltre le miscele gassose sono omogenee e consistono di particelle di dimensioni molecolari. Al contrario le sospensioni di polveri in aria formano un sistema eterogeneo; Meccanismi dell esplosione di polveri

14 Combustibile Ambiente confinato Miscela esplosiva Aria Innesco Esistono significative differenze che rendono lo studio delle polveri più difficile rispetto a quello dei gas e vapori. Perché avvenga un'esplosione di polvere deve essere presente un certo grado di turbolenza necessario per disperdere la polvere in una sospensione (nube). Le esplosioni gassose possono invece avvenire anche con il gas in uno stato quiescente; inoltre le miscele gassose sono omogenee e consistono di particelle di dimensioni molecolari. Al contrario le sospensioni di polveri in aria formano un sistema eterogeneo; Meccanismi dell esplosione di polveri

15 Combustibile Miscela esplosiva Ambiente confinato Concentrazione Grado di suddivisione del materiale polverizzato Omogeneità chimica e dimensionale delle particelle Grado di umidità Aria Innesco Esistono significative differenze che rendono lo studio delle polveri più difficile rispetto a quello dei gas e vapori. Perché avvenga un'esplosione di polvere deve essere presente un certo grado di turbolenza necessario per disperdere la polvere in una sospensione (nube). Le esplosioni gassose possono invece avvenire anche con il gas in uno stato quiescente; inoltre le miscele gassose sono omogenee e consistono di particelle di dimensioni molecolari. Al contrario le sospensioni di polveri in aria formano un sistema eterogeneo; Meccanismi dell esplosione di polveri

16 Combustibile Miscela esplosiva Ambiente confinato Concentrazione Grado di suddivisione del materiale polverizzato Omogeneità chimica e dimensionale delle particelle Grado di umidità Aria Innesco Esistono significative differenze che rendono lo studio delle polveri più difficile rispetto a quello dei gas e vapori. Perché avvenga un'esplosione di polvere deve essere presente un certo grado di turbolenza necessario per disperdere la polvere in una sospensione (nube). Le esplosioni gassose possono invece avvenire anche con il gas in uno stato quiescente; inoltre le miscele gassose sono omogenee e consistono di particelle di dimensioni molecolari. Al contrario le sospensioni di polveri in aria formano un sistema eterogeneo; È importante sottolineare che la concentrazione della nube di polvere, in un volume confinato, non è spazialmente uniforme per cui ritenere che sia possibile impedire un'esplosione rimanendo al di fuori dell'intervallo di infiammabilità, sebbene logicamente corretto, da un punto di vista pratico deve essere considerato impraticabile. Meccanismi dell esplosione di polveri

17 Energia minima di innesco

18 Energia minima di innesco

19 I valori dell energia minima di innesco delle polveri infiammabili, hanno un intervallo molto ampio. Non sono poche le polveri che presentano un energia minima d innesco inferiore a 10 mj; talune si trovano persino al disotto di 1 mj. Energia minima di innesco

20 Difficoltà da parte del progettista di un impianto nello stabilire l ordine di grandezza dell energia minima di innesco, proprio per la molteplicità dei fattori da cui dipende I valori dell energia minima di innesco delle polveri infiammabili, hanno un intervallo molto ampio. Non sono poche le polveri che presentano un energia minima d innesco inferiore a 10 mj; talune si trovano persino al disotto di 1 mj. Energia minima di innesco

21 Effetti dell esplosione di polveri

23 (dp/dt)max. V 1/3 = Kst Effetti dell esplosione di polveri

27 L esplosione che si verifica all interno di un'apparecchiatura viene generalmente definita primaria. In seguito al cedimento della struttura, la pressione generata può coinvolgere depositi o strati di polvere presenti nelle vicinanze provocando una sospensione al di fuori dell impianto. Può quindi verificarsi una successiva esplosione (o esplosione secondaria), con conseguenze spesso più disastrose. Effetti dell esplosione di polveri

28 Fonti di Innesco: Scariche elettrostatiche

29 Fonti di Innesco: Scariche elettrostatiche

30 travaso di prodotti filtrazione di una sostanza in sospensione svuotamento di un materiale sfuso da un sacco o un recipiente trasporto pneumatico di materiale sfuso attraverso la tubazione urto di particelle di polvere contro la parete di un separatore Fonti di Innesco: Scariche elettrostatiche

31 travaso di prodotti filtrazione di una sostanza in sospensione svuotamento di un materiale sfuso da un sacco o un recipiente trasporto pneumatico di materiale sfuso attraverso la tubazione urto di particelle di polvere contro la parete di un separatore Per processo di separazione si intende ogni evento che porta alla separazione di superfici inizialmente a contatto tra loro, anche per breve tempo. Fonti di Innesco: Scariche elettrostatiche

32 Particolarmente pericolose, ai fini dell esplosioni delle polveri, sono le cosiddette scariche a pennacchio. La scarica a pennacchio è una forma di scarica lungo la superficie di un sottile strato dielettrico ( isolante) caricato ad alta intensità e con segni contrapposti su ambedue i lati. Lo strato dielettrico può esistere in forma di parete autoportante o in forma di rivestimento di una superficie metallica. Fonti di innesco: Scariche elettrostatiche

33 Particolarmente pericolose, ai fini dell esplosioni delle polveri, sono le cosiddette scariche a pennacchio. La scarica a pennacchio è una forma di scarica lungo la superficie di un sottile strato dielettrico ( isolante) caricato ad alta intensità e con segni contrapposti su ambedue i lati. Lo strato dielettrico può esistere in forma di parete autoportante o in forma di rivestimento di una superficie metallica. Tali accumuli di cariche si verificano durante: il trasporto pneumatico di polveri ad alta velocità attraverso tubazioni isolanti o tubazioni conduttrici provviste di isolamento interno isolante; il rimbalzo di particelle di polvere che si susseguono continuamente sulla stessa superficie dell isolante o su una piastra metallica rivestita con materiale isolante (per esempio all interno di separatori di polvere ); il riempimento di contenitori e sili isolanti con prodotti non conduttori, aventi elevate cariche elettrostatiche. Fonti di innesco: Scariche elettrostatiche

34 Sistemi di protezione per filtri e sili

35 Caso b) Caso c) Caso a) Sistemi di protezione per filtri e sili

36 I sistemi di soppressione dell'esplosione, caso a), impediscono che si raggiunga la pressione massima di esplosione, grazie all iniezione rapida di agenti estinguenti nei prodotti sedi di esplosione. Ciò significa che i prodotti, protetti in questo modo, possono essere progettati per poter resistere ad una pressione di esplosione ridotta. Caso b) Caso c) Caso a) Sistemi di protezione per filtri e sili

37 Caso b) Sistemi di protezione per filtri e sili

38 Lo scarico dell'esplosione, caso b), è un principio di protezione che utilizza lo scarico di miscela combusta e incombusta e gas di combustione, per ridurre la pressione di esplosione. Ciò si ottiene prevedendo aperture sufficienti ( vent ) per impedire la distruzione di apparecchi, sistemi di protezione e componenti. Come dispositivi di scarico si possono utilizzare dischi di sicurezza, pannelli o sportelli di esplosione progettati secondo appropriati standard di riferimento. Caso b) Sistemi di protezione per filtri e sili

39 Caso c) Sistemi di protezione per filtri e sili

40 Gli apparecchi, i sistemi di protezione e i componenti possono essere costruiti per resistere alla pressione di esplosione o all'urto di pressione dell'esplosione, caso c). Il sistema di contenimento comprende il silo stesso, i dispositivi di isolamento e i tratti di tubazione compresi tra i dispositivi medesimi. Caso c) Sistemi di protezione per filtri e sili

41 Sistemi di protezione per la restante parte dell impianto

42 L'isolamento dell'esplosione ( misure di disaccoppiamento ) è una tecnica abbinata a tutti i sistemi di protezione. L'isolamento dell'esplosione è una tecnica che previene la propagazione degli effetti di un esplosione tramite tubazioni di collegamento o condotte in altre parti dell'apparato e/o dell'impianto, grazie ad una serie di tipologie di dispositivi, anche in combinazione tra loro. Sistemi di protezione per la restante parte dell impianto

43 Sistemi di protezione per la restante parte dell impianto

44 Barriere estinguenti Sistemi di protezione per la restante parte dell impianto

45 Barriere estinguenti Valvole a chiusura rapida ( valvole di protezione contro le esplosioni ) Sistemi di protezione per la restante parte dell impianto

46 Barriere estinguenti Valvole a chiusura rapida ( valvole di protezione contro le esplosioni ) Valvole rotative Asservimento alla Control and indicating equipement Sistemi di protezione per la restante parte dell impianto

47 Apparecchi ed impianti di filtraggio

48 Per i FILTRI, separatori di polvere, occorre utilizzare materiali elettricamente conduttori, controllandone la conducibilità totale ed una corretta messa a terra. I frequenti lavaggi possono infatti influenzare la conducibilità tra un componente e l altro. Apparecchi ed impianti di filtraggio

49 Per i FILTRI, separatori di polvere, occorre utilizzare materiali elettricamente conduttori, controllandone la conducibilità totale ed una corretta messa a terra. I frequenti lavaggi possono infatti influenzare la conducibilità tra un componente e l altro. Come già detto la concentrazione della nube di polvere, in un volume confinato, non è spazialmente uniforme per cui ritenere che sia possibile impedire un'esplosione rimanendo al di fuori dell'intervallo di infiammabilità, sebbene logicamente corretto, da un punto di vista pratico viene in genere considerato impraticabile. Apparecchi ed impianti di filtraggio

50 Per i FILTRI, separatori di polvere, occorre utilizzare materiali elettricamente conduttori, controllandone la conducibilità totale ed una corretta messa a terra. I frequenti lavaggi possono infatti influenzare la conducibilità tra un componente e l altro. Come già detto la concentrazione della nube di polvere, in un volume confinato, non è spazialmente uniforme per cui ritenere che sia possibile impedire un'esplosione rimanendo al di fuori dell'intervallo di infiammabilità, sebbene logicamente corretto, da un punto di vista pratico viene in genere considerato impraticabile. Pertanto, oltre a prevenire il generarsi delle fonti d innesco efficaci, nel caso di miscele ibride ( combinazioni di polveri, gas o solventi ) o di polveri aventi comunque una energia minima di accensione inferiore ai 10 mj, devono essere prese in considerazione anche sistemi e misure di protezione di tipo costruttivo / impiantistico Apparecchi ed impianti di filtraggio

52 (1) multisensore di esplosione dinamico che, posto sulla struttura del filtro, è in grado di rilevare repentinamente l aumento della pressione interna. Se il sensore d esplosione segnala un allarme, la CIE (Control and Indicating Equipment) attiva la barriera estinguente e, se disponibile, il sistema di soppressione dell esplosione. Contemporaneamente viene intimato al PLC del processo di eseguire un arresto di emergenza dell impianto di produzione. Quando il dispositivo di controllo della polvere interviene, viene immediatamente trasmesso un segnale d allarme al PLC attraverso la CIE. Lungo la condotta di adduzione è posizionata una barriera estinguente (3) Apparecchi ed impianti di filtraggio

54 La sezione del disco di rottura e la lunghezza del relativo tubo di sfiato (2) è in genere dimensionata in base alle caratteristiche della polvere trattata in modo che la massima pressione raggiungibile ( ridotta grazie alle misure di protezione ) in caso di esplosione, non superi il valore della resistenza meccanica della struttura. Ancora una volta nella condotta di adduzione è installata una barriera estinguente (3), che impedisce il propagarsi delle fiamme alla parte di impianto situata a monte. Anche in questo caso, l attivazione della barriera estinguente è subordinata alla rilevazione dell esplosione da parte del multisensore dinamico (1) montato sulla struttura del filtro a maniche. Apparecchi ed impianti di filtraggio

55 Apparecchi ed impianti di filtraggio ricadenti nella 94/9/CE : insieme o assemblaggio?

56 Apparecchi ed impianti di filtraggio ricadenti nella 94/9/CE : insieme o assemblaggio?

57 Con il termine di insieme o assieme si intende un prodotto costituito dalla combinazione di due o più apparecchi e di eventuali dispositivi e/o componenti che viene immesso sul mercato e/o messo in servizio da una persona responsabile (fabbricante) come singola unità funzionale. Apparecchi ed impianti di filtraggio ricadenti nella 94/9/CE : insieme o assemblaggio?

58 Con il termine di insieme o assieme si intende un prodotto costituito dalla combinazione di due o più apparecchi e di eventuali dispositivi e/o componenti che viene immesso sul mercato e/o messo in servizio da una persona responsabile (fabbricante) come singola unità funzionale. Si parla invece di installazione se l utilizzatore acquista parti ( attrezzature, sistemi di protezione, componenti e quant altro ) da diversi fabbricanti al fini di installarli sotto la sua responsabilità, dopo aver condotto una valutazione del rischio globale dell impianto. In quest ultimo caso l impianto non rientra nel campo di applicazione della direttiva 94/9/CE, mentre ricadrebbe nell ambito delle direttive di tipo sociale, in particolare nella direttiva 99/92/CE. Apparecchi ed impianti di filtraggio ricadenti nella 94/9/CE : insieme o assemblaggio?

59 Ai fini della marcatura CE e ai fini dell uso in sicurezza di un impianto o apparecchio che, per le condizioni di esercizio e di polveri processate, è suscettibile al rischio di esplosioni interne dovute alla combustione improvvisa di polveri, deve essere più che mai approfondita e proficua la collaborazione fabbricante utilizzatore finale, finale in termini di scambio di informazioni circa i materiali trattati, le loro caratteristiche e le condizioni di esercizio ( ad esempio la distribuzione granulometrica delle particelle e loro forma, il grado di dispersione o agglomerazione, la concentrazione di polvere nella nube, il grado di turbolenza, i pericoli dell insorgenza di fonti di innesco, il grado di umidità e quant altro necessario il più dettagliato e prevedibile possibile ). Conclusioni

60 Ing. Giuseppe de Gennaro - INAIL - Sede Regionale PUGLIA Dipartimento Territoriale area ex ISPESL Ing. Arch. Vincenzo De Lisio