La deflagrazione delle polveri. e le direttive ATEX

Транскрипт

1 la deflagrazione delle polveri e le direttive ATEX - M. Marigo PREVENZIONE INCENDI Marzio Marigo la deflagrazione delle polveri e le direttive ATEX analisi del rischio e progettazione delle misure di prevenzione e protezione La deflagrazione delle polveri e le direttive ATEX Analisi del rischio e progettazione delle misure di prevenzione e protezione Marzio Marigo Il rischio esplosione è sempre presente. Anche nei luoghi di lavoro che, all apparenza, sembrano più al riparo da questo tipo di incidenti. Non a caso, il 10 settembre 2003, è entrato in vigore in Italia il D.Lgs. 233/03 che recepisce la direttiva comunitaria 99/92/CE ATEX 137. Obiettivo: garantire la massima sicurezza a tutte quelle aziende che, pur in presenza di un pericolo di esplosione di una certa rilevanza, non rientrano, per esempio, nel perimetro normativo delle cosiddette imprese a rischio di incidente rilevante (D.Lgs. 334/99 direttiva Seveso II). Di qui l importanza di questo manuale che spiega, passo dopo passo, cosa fare contro il rischio deflagrazione ed avere così le carte in regola con le norme vigenti. Oltre alle basi teoriche di analisi, il testo fornisce, infatti, anche le metodologie di calcolo dei sistemi di prevenzione e protezione. Dal fenomeno connesso alla deflagrazione delle polveri ai principali parametri che caratterizzano l esplodibilità delle miscele polvere/aria e polvere/gas infiammabili, dalle misure per evitare la formazione di atmosfere esplosive alla prevenzione dell accensione delle ATEX: capitolo per capitolo, con un taglio operativo, il testo offre una panoramica completa dei principali problemi connessi al rischio di esplosione nelle aziende e delle misure da mettere in campo per combatterlo. In conclusione, un manuale fondamentale per tutti coloro che si occupano di sicurezza e di prevenzione. L I B R I L I B R I

2 Marzio Marigo LA DEFLAGRAZIONE DELLE POLVERI E LE DIRETTIVE ATEX Analisi del rischio e progettazione delle misure di prevenzione e protezione L I B R I

3 INTRODUZIONE 1 Introduzione Il 20 agosto 1997, presso l azienda SEMABLA di Blaye, sita a 50 km nord ovest da Bordeaux, ebbe luogo un esplosione dei silos destinati allo stoccaggio di cereali; la violenza dell evento fu tale da causare la morte di undici persone (dieci lavoratori e un pescatore che si trovava nelle vicinanze). L 8 giugno 1998 un analogo fenomeno causò la morte di sette lavoratori ad Haysville nel Kansas (USA). Questi sono solo esempi della violenza causata dalle deflagrazioni da polveri in impianti di stoccaggio e trasporto e può stupire che materiali normalmente non pericolosi come farina, legno, alluminio, zucchero possano causare conseguenze così devastanti. E anche per far fronte a eventi di questo tipo che il 10 settembre 2003 è entrato in vigore in Italia il D.Lgs. 233/03 (recepimento della direttiva comunitaria 99/92/CE ATEX 137) relativo alle prescrizioni di tutela della sicurezza dei lavoratori che possono essere esposti al rischio di atmosfere esplosive. Tale decreto aggiorna e integra il D.Lgs. 626/94 con il titolo VIII-bis e con gli allegati XV-bis, XV-ter, XV-quater. Questo provvedimento legislativo, in accordo con il DPR 126/98 (recepimento della direttiva comunitaria 94/9/CEE ATEX 100a) si propone di porre in sicurezza tutte quelle aziende che, anche in presenza di un rischio di esplosione di una certa rilevanza, non ricadono, per esempio, nell ambito di applicazione del disposto normativo relativo alle aziende a rischio di incidente rilevante (D.Lgs. 334/99 direttiva Seveso II). Esistono infatti tutta una serie di imprese (agricole, del legno, farmaceutiche, dei metalli) nelle quali il materiale coinvolto nel ciclo produttivo non è normalmente pericoloso; esso diventa tale unicamente se trasportato e immagazzinato sotto forma di polveri aventi dimensioni normalmente inferiori a 500 µm. 1 Il presente lavoro si propone quindi di fornire, partendo dall analisi delle direttive ATEX 137 e 100a e dalla normativa tecnica sia di origine comunitaria (EN, VDI, CEI, UNI), sia statunitense (NFPA), la descrizione della valutazione del rischio di esplosione causato da polveri in sospensione e dei principali metodi di prevenzione e protezione contro tale tipologia di pericolo. Si forniranno, oltre alle basi teoriche di analisi, anche le metodologie di calcolo dei sistemi di prevenzione e protezione. 9

4 LA DEFLAGRAZIONE DELLE POLVERI E LE DIRETTIVE ATEX Prendendo avvio dalla descrizione del fenomeno connesso alla deflagrazione delle polveri, nel capitolo 2 si illustreranno, in particolare, i principali parametri che caratterizzano l esplodibilità delle miscele polvere/aria e delle miscele ibride polvere/gas infiammabili. Il capitolo 3 è interamente dedicato alla descrizione delle misure atte a prevenire la formazione di atmosfere esplosive, con molta attenzione alla tecnologia di inertizzazione e di prevenzione della formazione di strati di polvere nell ambiente di lavoro. Il successivo capitolo 4 si occupa di prevenzione dell accensione delle ATEX 2, con particolare riferimento ai rischi indotti da superfici calde, fiamme e gas caldi, scintille di origine meccanica, materiale elettrico, elettricità statica, fulmini e reazioni esotermiche. Con il capitolo 5 inizia la trattazione delle misure di protezione contro il rischio connesso alla formazione di ATEX in ambiente di lavoro; in particolare si descriveranno le principali metodiche di calcolo per le strutture EPR (Explosion Pressure Resistant) e EPSR (Explosion Pressure Shock Resistant). Le tecnologie di soppressione dell esplosione causata dalle polveri sono illustrate nel capitolo 6, mentre il capitolo 7 illustra l importante argomento dello sfogo delle esplosioni. La descrizione delle misure di protezione si chiude con le tecniche di isolamento dall esplosione (capitolo 8). Il successivo capitolo 9 è quindi dedicato alla descrizione dell applicazione delle misure di prevenzione e protezione contro il rischio di esplosione negli impianti industriali. La parte finale del manuale (capitolo 10) è dedicata sia al riepilogo della legislazione applicabile - con una descrizione del D.P.R. 126/98 e del D.Lgs. 233/03 - sia all illustrazione della metodologia di classificazione delle aree a rischio di esplosione, così come suggerita dalla norma armonizza EN Si precisa altresì che i calcoli di progetto eseguiti sono realizzati secondo le unità di misura del Sistema Internazionale; inoltre i valori di pressione sono sempre relativi alla pressione atmosferica, salvo dove diversamente precisato. 1. NB Il presente testo si propone lo scopo di fornire un evoluto approccio nella trattazione e nella risoluzione delle problematiche connesse alla prevenzione e protezione dalle esplosioni causate dalle polveri. La pubblicazione si presenta come una divulgazione di argomenti che sono ancora in parte in fase di studio e di approfondimento. L uso delle informazioni qui contenute, implica necessariamente la conoscenza della normativa tecnica di riferimento alla quale questa pubblicazione non si vuole in alcun modo sostituire. L eventuale impiego di equazioni, considerazioni, tabelle e grafici indicati nella presente pubblicazione ricade sotto la personale ed esclusiva responsabilità di chi intende volontariamente farne uso senza che l autore possa risultarne in qualche modo responsabile. 2. L acronimo ATEX verrà utilizzato nel seguito come sinonimo di atmosfera esplosiva. 10

5 IL FENOMENO DELL ESPLOSIONE 2 Il fenomeno dell esplosione 2.1 Considerazioni preliminari Le esplosioni causate da polveri 1 rappresentano un serio pericolo nei luoghi di lavoro, determinando spesso il ferimento e la morte di persone e danni a impianti ed edifici. Tuttavia, l indagine successiva agli incidenti spesso evidenzia che la causa sia da ricercarsi prevalentemente nella scorretta valutazione del rischio e, in alcuni casi, nella non completa conoscenza da parte degli addetti agli impianti dell esplosività delle polveri combustibili. In generale, le polveri che possono causare deflagrazioni sono molteplici e possono essere presenti in varie tipologie di attività industriali e artigianali; in Tabella 2.1 ne è riportato un elenco esemplificativo. Tabella 2.1 Rischi di esplosione in diversi settori produttivi SETTORE Industria chimica Produzione di energia RISCHI DI ESPLOSIONE Nell industria chimica, i gas, i liquidi e i solidi infiammabili vengono trasformati e lavorati nel quadro di processi di varia natura. In tali processi possono formarsi miscele esplosive e polveri combustibili. Dal carbone in pezzi, non esplosivo, in miscela con aria, formarsi polveri di carbone capaci di esplodere durante lavorazione quali l'estrazione, la macinazione e l essiccamento possono dar luogo a miscele esplosive polveri/aria. 1. Polvere (EN ): Piccole particelle solide, comprendenti fibre e residui volanti di filatura presenti nell atmosfera, che si depositano sotto il loro peso, ma che possono rimanere sospese nell aria per un certo periodo di tempo (comprende anche polvere e graniglia, così come definite nella ISO 4225). 11

6 LA DEFLAGRAZIONE DELLE POLVERI E LE DIRETTIVE ATEX (segue) Tabella 2.1 Rischi di esplosione in diversi settori produttivi SETTORE Industria del legno Metallurgia Industria alimentare e mangimistica Industria farmaceutica Raffinerie Riciclaggio RISCHI DI ESPLOSIONE Nelle operazioni di lavorazione del legno si producono polveri di legno che possono formare, per esempio, in filtri o silos, miscele esplosive polvere/aria. Nella produzione di pezzi stampati di metallo, durante il trattamento della superficie (smerigliatura) possono formarsi polveri metalliche esplosive. Ciò è vero particolarmente nel caso dei metalli leggeri. Queste polveri metalliche possono originare un rischio d'esplosione nei separatori. Durante il trasporto e lo stoccaggio dei cereali possono formarsi polveri esplosive. Se tali polveri vengono aspirate e separate tramite filtri, nel filtro può formarsi un'atmosfera esplosiva (ATEX). Nella produzione di farmaci vengono spesso utilizzate sostanze alcoliche in qualità di solventi. Possono anche essere impiegate sostanze attive e coadiuvanti, come il lattosio, che possono dar luogo a un'esplosione di polveri. Gli idrocarburi trattati nelle raffinerie sono tutti infiammabili e, a seconda del punto d'infiammabilità, possono generare un ATEX già a temperatura ambiente. L'ambiente in cui si trovano le apparecchiature per il trattamento del petrolio è normalmente considerato un'area a rischio di esplosione. Possono essere presenti polveri combustibili derivanti da vari trattamenti industriali. Nel trattamento dei rifiuti riciclabili si può generare un rischio d'esplosione, per es. a causa di scatole di metallo non ben ripulite e di altri recipienti con gas e/o liquidi infiammabili, oppure di polveri di carta o materiali sintetici. D altra parte, i materiali che sono presenti nel ciclo produttivo e che possiedono caratteristiche tali da essere coinvolti in esplosioni si possono riassumere in quattro tipologie: materiali organici di origine naturale (per esempio grano, zucchero, legno); materiali organici di origine sintetica (per esempio plastica, pigmenti organici, pesticidi); carbone e torba; metalli (per esempio alluminio, magnesio, zinco). 12

7 IL FENOMENO DELL ESPLOSIONE In particolare, esperienze sviluppate in test di laboratorio (Zeeuwen, 1997) dimostrano che oltre il 70% delle polveri industriali, in idonee condizioni, possono dare luogo a esplosioni. Tra le attività più pericolose (Tabella 2.2) si ricordano l industria del legno (31.6% del totale delle esplosioni avvenute nella Repubblica Federale Tedesca tra il 1965 ed il ) seguita dall industria alimentare (24.7%) e da quella dei metalli (13.2%). La maggior frequenza di infortuni si verifica nel comparto produttivo della plastica (2.13 feriti/esplosione) seguita dall industria dei metalli (1.94 feriti/esplosione) e da quella alimentare (1.44 feriti/esplosione), mentre il maggior tasso di mortalità si rileva nell industria alimentare (0.43 morti/esplosione). Tabella 2.2 Esplosioni da polvere nella Repubblica Federale Tedesca tra il 1965 ed il 1980 (Fonte: Beck, 1982) TIPO DI ATTIVITÀ (POLVERE) ESPLOSIONI % MORTI PER ESPLOSIONE % FERITI PER ESPLOSIONE Legno Alimentare Metalli Plastica Carbone Carta Altro La principale causa di innesco delle ATEX (Tabella 2.3) risulta legata al scintillio di origine meccanica (26.2%) seguito dalle combustione senza fiamma (11.3%) e dal calore generato dall attrito meccanico (9.0%). Per contro emerge la limitata presenza dei macchinari elettrici (2.8%) come causa di innesco dell esplosione, una possibile spiegazione va rintracciata nella maggiore maturità della normativa tecnica in questo settore. 2. Tali statistiche, pur se datate, rappresentano a tutt oggi il miglior quadro di riferimento del fenomeno. Esistono altri riepiloghi statistici prodotti da vari enti che tuttavia non sono sovrapponibili alla realtà produttiva italiana in quanto troppo settoriali e troppo poco sviluppati nel tempo. 13

8 LA DEFLAGRAZIONE DELLE POLVERI E LE DIRETTIVE ATEX Interessante risulta altresì la differenziazione delle cause in funzione dell attività aziendale specifica; se per l industria dei metalli, del legno e alimentare la principale causa di innesco è rappresentata dalle scintille di origine meccanica (rispettivamente 56.1%, 26.6% e 22.8%), il primo fattore di rischio (20.5%) nell industria del carbone è la combustione senza fiamma, mentre nelle aziende della plastica il maggior pericolo di innesco di miscele ATEX è dato dall accumulo di cariche elettrostatiche (34.6%). Tabella 2.3 Esplosioni da polveri nella Repubblica Federale Tedesca ( ). Relazione tra le sorgenti di ignizione e tipologie industriali (Fonte: Jeske et al, 1989) TIPO DI FONTE DI IGNIZIONE ESPLOSIONI TOTALI LEGNO CARBONE ALIMENTARE PLA- STICA METALLI Scintille meccaniche Combustione senza fiamma Attrito meccanico Scariche elettrostatiche Incendio Autocombustione Superfici calde Lavori a fuoco Macchinari elettrici Sconosciuto * 25.6* 20.0* 13.1* 24.1* Altro 3.5 * Include Altro Il silos rappresenta la parte dell impianto a maggior rischio di esplosione (Tabella 2.4), infatti in esso si verifica il 20.2% del totale delle esplosioni da polveri. Seguono i sistemi di deposito e separazione delle polveri (17.2%) e gli impianti di macinazione (13.0%). Anche in questo caso la pericolosità delle parti di impianto varia con la tipologia di attività aziendale specifica: la 14

9 IL FENOMENO DELL ESPLOSIONE parte dell impianto a maggior rischio di esplosione rimane il silos per l industria del legno, del carbone e nell alimentare (rispettivamente il 35.9%, 23.1% e 22.9%). La parte di impianto più rischiosa nel caso di industria della plastica risultano essere i sistemi di trasporto e i sistemi di miscelazione (17.3% per entrambi). Infine, l industria dei metalli possiede il maggior rischio di esplosione collocato nei sistemi di deposito polvere (45.6%). Tabella 2.4 Esplosioni da polveri nella Repubblica Federale Tedesca ( ). Relazione tra elementi di impianti a rischio di esplosione e tipologie industriali (Fonte: Jeske et al, 1989) ELEMENTO DELL IMPIANTO ESPLOSIONI TOTALI LEGNO CARBONE ALIMENTARE PLASTICA METALLI Silos e bunker Sistemi di deposito e separazione polveri Macinatori Sistemi di trasporto Essiccatoi Forni Impianti di miscelazione Levigatura Setacciatura e vagliatura Sconosciuto e altro Dall analisi emerge dunque come le scintille di origine meccanica rappresentino la maggior causa di ignizione di miscele esplosive polvere/aria, rappresentando inoltre la principale origine di ignizione in quasi tutte le componenti di impianto, a eccezione (Tabella 2.5) dei silos e degli essiccatoi, ove la principale causa di ignizione è data dalle combustione senza fiamma (rispettivamente 27.9% e 29.4%). Nei sistemi di miscelazione inve- 15