Quali concetti di sicurezza (per es. inertizzazione, sfogo di sovrapressione) rappresentano lo stato dell'arte per la protezione contro le esplosioni da polvere?
Lo stato della tecnica non è un pacchetto fisso, sempre composto dalle stesse misure. Consiste in un concetto complessivo basato sul rischio, che tiene conto dei dati di sostanza effettivi, degli apparecchi, delle tubazioni, delle condizioni di installazione e degli stati di esercizio. La strategia di protezione segue un ordine chiaro: evitare o limitare l'atmosfera esplosiva, evitare fonti di innesco efficaci e, se ciò non riesce con sufficiente sicurezza, limitare in modo costruttivo le conseguenze di una possibile esplosione.
I dati caratteristici più importanti sono, tra l'altro, il KSt, la pressione massima di esplosione pmax, l'energia minima di innesco, le temperature minime di innesco della nube e dello strato di polvere, la granulometria, l'umidità, la conduttività elettrica nonché, se del caso, i dati delle miscele ibride vapore-polvere. Senza questi dati non è possibile una scelta affidabile di inertizzazione, sfogo di sovrapressione, soppressione o disaccoppiamento.
Misure preventive
L'inertizzazione è una misura preventiva importante per apparecchi chiusi come reattori, miscelatori, essiccatori, mulini o impianti di trasporto. Azoto, anidride carbonica o altri gas idonei riducono il contenuto di ossigeno al di sotto di una concentrazione limite di ossigeno determinata per il concreto sistema polvere-gas inerte. Rientrano in ciò un'apparecchiatura sufficientemente a tenuta, un'alimentazione di gas inerte idonea, una misura rappresentativa dell'ossigeno, margini di sicurezza, soglie di allarme e interblocchi. Il gas deve essere adatto al prodotto, alla temperatura, alla chimica e alla sicurezza sul lavoro. Con polveri metalliche reattive o prodotti ossidanti, l'idoneità deve essere verificata con particolare cura.
La limitazione della concentrazione al di sotto del limite inferiore di esplosività è idonea solo in modo limitato, con le polveri, come unica misura. La TRGS 722 segnala che una concentrazione media di polvere nell'impianto può avere scarso valore informativo: a causa della distribuzione disomogenea della polvere, possono comunque formarsi localmente zone esplosive. La limitazione della concentrazione di polvere può quindi essere utilizzata come misura di protezione solo se viene monitorata in modo affidabile e rispettata in tutti gli stati di esercizio rilevanti.
La prevenzione dei depositi di polvere comprende trasferimenti chiusi, apparecchi a tenuta, aspirazione efficace, tecnica di filtrazione, superfici lisce e facili da pulire, nonché piani di pulizia e di controllo documentati. I depositi di polvere possono favorire esplosioni secondarie se sollevati. Un valore limite generico per gli spessori di strato ammissibili non è tuttavia sufficiente; la valutazione deve tenere conto delle proprietà della polvere, della superficie, del possibile sollevamento e delle fonti di innesco.
Tenere sotto controllo le fonti di innesco
Se l'atmosfera esplosiva non può essere esclusa con sicurezza, le possibili fonti di innesco devono essere evitate sistematicamente. Rientrano in ciò superfici calde, attrito, scintille generate meccanicamente, azionamenti bloccati, corpi estranei, surriscaldamento di cuscinetti e guarnizioni, apparecchiature elettriche, scariche elettrostatiche e focolai a combustione lenta.
Sono stato della tecnica i componenti elettrici e non elettrici adeguati alla zona, la limitazione delle temperature superficiali ammesse, il monitoraggio della temperatura dei punti critici di cuscinetti e guarnizioni, accoppiamenti di materiali idonei, separatori di corpi estranei, messa a terra, equipotenzialità e manutenzione preventiva. Gli impianti di rilevamento e spegnimento scintille possono essere opportuni o necessari nei tratti di trasporto e aspirazione, quando particelle calde o scintille sono state individuate come fonte di innesco rilevante. Non costituiscono tuttavia un obbligo generale per ogni impianto che movimenta polvere.
Protezione costruttiva
Se un'esplosione non può essere impedita con sufficiente sicurezza, le misure di protezione costruttive ne limitano le conseguenze. La TRGS 724 indica come misure centrali la costruzione resistente alle esplosioni, lo sfogo della sovrapressione di esplosione, la soppressione dell'esplosione e il disaccoppiamento antideflagrante.
Lo sfogo di sovrapressione utilizza, ad esempio, dischi di rottura o valvole antideflagranti. Questi si aprono a una pressione di intervento definita e limitano la pressione interna a una pressione ridotta di esplosione ammissibile per il recipiente. Il dimensionamento tiene conto di KSt, pmax, volume del recipiente, geometria, pressione di apertura, superficie di sfogo, possibili canali di sfogo, nonché degli effetti di pressione e di fiamma all'esterno dell'apparecchio. La norma EN 14491 tratta la scelta e il dimensionamento dei sistemi di sfogo della sovrapressione di esplosione per le esplosioni da polvere; la EN 14797 tratta i requisiti dei dispositivi di sfogo stessi.
Uno sfogo di sovrapressione deve condurre verso una zona sicura. In caso di installazione interna, i sistemi di sfogo senza fiamma possono rappresentare un'opzione, a condizione che siano idonei per il processo. Trattengono le fiamme, ma richiedono comunque una valutazione dell'onda di pressione, del calore, della rumorosità, di possibili fuoriuscite di prodotto e dell'ambiente sicuro. Uno sfogo senza fiamma non è quindi una soluzione standard adatta in modo generico a ogni installazione interna.
La soppressione dell'esplosione è un sistema di protezione attivo. Rilevatori di pressione o di fiamma rapidi riconoscono l'inizio dell'esplosione; un agente estinguente viene immesso in modo tale che l'aumento di pressione sia limitato a un valore ammissibile. Il tempo di reazione richiesto, la quantità e il tipo di agente estinguente, nonché il dimensionamento del comando devono essere adattati alla sostanza, al recipiente e al processo. Il procedimento è particolarmente indicato quando uno scarico verso l'esterno non è possibile o quando il rilascio di fiamme e prodotto non è accettabile.
Gli apparecchi resistenti alla pressione o all'urto di pressione di esplosione sono progettati in modo da resistere a un'esplosione interna senza un cedimento pericoloso. Se sia necessario un dimensionamento sulla pressione massima di esplosione o su una pressione ridotta di esplosione dipende dal concetto di protezione. Lo sfogo di sovrapressione e la soppressione possono limitare la sollecitazione, ma non sostituiscono la resistenza richiesta del recipiente protetto.
Il disaccoppiamento antideflagrante impedisce la propagazione di fiamme, pressione e particelle in combustione tramite tubazioni e percorsi di trasporto. Soluzioni idonee sono, ad esempio, valvole di non ritorno, valvole a chiusura rapida, barriere per agente estinguente, valvole di protezione dalle esplosioni o rotocelle qualificate a tal fine. Il disaccoppiamento deve tenere conto delle interfacce tra miscelatore, filtro, silo, essiccatore, trasportatore e riempimento. La sua idoneità dipende, tra l'altro, dalla geometria delle tubazioni, dalla classe di polvere, dalla portata, dalla direzione di flusso, dalla pressione e dalla situazione di montaggio.
Organizzazione e prova
Fanno parte dello stato della tecnica un documento di protezione contro le esplosioni aggiornato, piani delle zone, dati di sostanza, istruzioni di esercizio, piani di pulizia e manutenzione, verifiche periodiche dei sistemi di protezione, formazione del personale e autorizzazioni regolamentate per i lavori a caldo. Il documento di protezione contro le esplosioni deve illustrare in modo comprensibile la strategia tecnica e organizzativa complessiva.
La sicurezza contro le esplosioni deve essere verificata prima della prima messa in servizio e dopo modifiche soggette a verifica. In tale ambito vengono valutati non solo i singoli componenti, ma anche l'interazione tra apparecchi, sistemi di protezione, comando, inertizzazione, disaccoppiamento e misure organizzative.
Così amixon® supporta una protezione dalle esplosioni da polvere allo stato dell'arte
Esecuzione dell'apparecchio conforme alla zona 20
Con le polveri a rischio di esplosione, l'interno di miscelatori, essiccatori, reattori o granulatori deve spesso essere valutato come zona 20. La zona 20 indica un'area in cui un'atmosfera di polvere esplosiva è presente in modo continuo, per lunghi periodi o frequentemente. La classificazione delle zone dell'intero impianto viene effettuata dal gestore sulla base della valutazione dei rischi e comprende anche dosaggio, riempimento, scarico, filtri, tratti di trasporto, silos, confezionamento e locale di installazione.
amixon® può realizzare miscelatori, granulatori, essiccatori-miscelatori sottovuoto e reattori di miscelazione per applicazioni con un vano prodotto classificato come zona 20. Ciò riguarda – a seconda della serie, della taglia costruttiva e della configurazione di progetto – miscelatori a un albero, miscelatori verticali e conici, miscelatori a container, miscelatori continui, nonché essiccatori-miscelatori sottovuoto e reattori di miscelazione delle serie VMT e AMT. Per un vano prodotto di zona 20 è in linea di principio richiesto un livello di protezione molto elevato, che nella classica categorizzazione ATEX corrisponde di norma alla categoria 1D. L'esecuzione concreta, comprese le temperature superficiali massime, i componenti elettrici e non elettrici, le guarnizioni, la sensoristica e la documentazione, viene derivata dai dati di sostanza e dalle condizioni di processo.
La direttiva prodotti ATEX 2014/34/UE riguarda apparecchi e sistemi di protezione destinati a essere utilizzati in atmosfera potenzialmente esplosiva. La direttiva di esercizio ATEX 1999/92/CE obbliga il gestore alla valutazione dei rischi, alla classificazione delle zone e al documento di protezione contro le esplosioni. amixon® può fornire la documentazione per l'esecuzione dell'apparecchio consegnato; la valutazione dell'intero impianto e la scelta del concetto di protezione sovraordinato restano compiti del gestore.
Fonti di innesco e fuoriuscite di polvere
La limitazione delle fonti di innesco è un elemento centrale della protezione dalle esplosioni. Molti miscelatori verticali amixon® possono essere fatti funzionare con velocità periferiche ridotte. Per le serie VM e HM, amixon® indica un campo di circa 0,8–3,5 m/s. Velocità ridotte dell'utensile possono limitare l'energia di attrito, urto e abrasione e ridurre la sollecitazione delle particelle. Non costituiscono tuttavia da sole una dimostrazione del fatto che non possa insorgere alcuna fonte di innesco efficace. Devono inoltre essere valutati cuscinetti, guarnizioni, alberi, contatti utensile-parete, corpi estranei, blocchi, temperature superficiali, cariche elettrostatiche e componenti elettrici.
Funzioni di sicurezza idonee possono comprendere il monitoraggio di temperatura e coppia, la velocità di rotazione controllata, accoppiamenti di materiali idonei, la separazione dei corpi estranei, la messa a terra, l'equipotenzialità e la manutenzione preventiva. Per gli strati di polvere, la TRGS 723 indica in linea di principio un margine di sicurezza di 75 °C tra la temperatura minima di innesco dello strato di polvere e la temperatura superficiale, salvo diversa determinazione consentita dalla valutazione dei rischi.
Aree prodotto realizzate con un numero ridotto di fughe e rettificate, nonché guarnizioni idonee, possono ridurre le fuoriuscite di polvere. Secondo quanto indicato da amixon®, gli sportelli di ispezione Clever-Cut® con guarnizione OmgaSeal® sono progettati per una tenuta del vano prodotto con spazi morti ridotti al minimo. La tenuta effettiva dipende tuttavia dal materiale della guarnizione, dalle differenze di pressione, dall'usura, dal montaggio, dalla manutenzione e dalla conduzione di processo. Un'esecuzione dell'apparecchio a tenuta può limitare i depositi di polvere, ma non sostituisce né un'aspirazione efficace né un concetto di pulizia e manutenzione basato sul rischio.
Inertizzazione e protezione costruttiva
L'inertizzazione può essere impiegata come misura preventiva di protezione dalle esplosioni. Gli essiccatori-miscelatori sottovuoto e i reattori di miscelazione delle serie VMT e AMT possono essere realizzati a tenuta di gas, di vuoto e di pressione. Con un dimensionamento idoneo, il vano di processo può essere evacuato e successivamente immerso in un gas inerte idoneo. Attraverso cicli di pressione ripetuti, il contenuto di ossigeno può essere ulteriormente ridotto.
Un'inertizzazione sicura presuppone un impianto sufficientemente a tenuta, un'alimentazione di gas inerte idonea, una sequenza di spurgo adattata al prodotto, una misura rappresentativa dell'ossigeno, valori di allarme e di disinserzione nonché interblocchi di sicurezza. Il valore di ossigeno ammesso deve restare, con margine di sicurezza, al di sotto della concentrazione limite di ossigeno determinata per il concreto sistema polvere-gas inerte. Valori obiettivo generici per l'ossigeno non sono affidabili. L'inertizzazione, inoltre, non protegge automaticamente dall'autoaccensione, dalla decomposizione termica, dalle reazioni esotermiche o dagli incendi nei depositi di polvere.
La resistenza alla pressione e al vuoto da sola non equivale a un dimensionamento resistente alla pressione o all'urto di pressione di esplosione. Se un apparecchio deve resistere, in caso di esplosione, a una determinata sollecitazione di pressione, ciò deve essere specificato espressamente e dimensionato sulla base di KSt, pmax, energia minima di innesco, temperature di innesco, umidità, granulometria ed eventuali miscele ibride.
Se un'esplosione non può essere impedita con sufficiente sicurezza, si impiegano misure costruttive quali sfogo di sovrapressione, sfogo senza fiamma, soppressione dell'esplosione, costruzione resistente alla pressione o all'urto di pressione di esplosione e disaccoppiamento antideflagrante. Il disaccoppiamento è necessario in particolare alle interfacce con filtri, silos, trasportatori e altri apparecchi, quando fiamme o pressione potrebbero propagarsi tramite le tubazioni. La misura adeguata deve essere dimensionata per il rispettivo complesso di impianto, i dati caratteristici della polvere, la geometria delle tubazioni, la portata e il luogo di installazione.
Dimensionamento tramite prove
Il dimensionamento inizia con i dati di sicurezza della sostanza e con la User Requirement Specification del gestore. Le prove con il prodotto originale possono inoltre esaminare le proprietà dal punto di vista dell'ingegneria di processo, ad esempio la qualità di miscelazione, il riscaldamento del prodotto, l'abrasione delle particelle, la distribuzione del liquido, le incrostazioni, lo svuotamento e la pulibilità. Queste prove supportano la scelta dell'esecuzione dell'apparecchio e dei parametri di esercizio, ma non sostituiscono una prova della polvere conforme a norma né una valutazione dell'intero impianto dal punto di vista della protezione dalle esplosioni.
amixon® dichiara di gestire, presso la sede di Paderborn, oltre 30 impianti di prova, nonché ulteriori centri prove in Giappone, India, Thailandia, Cina, Corea del Sud e Stati Uniti. I risultati possono essere utilizzati per il dimensionamento del tipo di miscelatore, degli utensili, delle guarnizioni, del concetto di dosaggio, della trasmissione del calore e della conduzione del processo.