Per le polveri a rischio di esplosione i concetti di protezione vengono sempre sviluppati a partire da tre elementi costitutivi collegati tra loro: la classificazione delle zone, la prevenzione di atmosfera esplosiva e fonti di innesco nonché — se necessario — le misure costruttive per limitare un'esplosione. Quale combinazione sia idonea dipende dai dati delle sostanze rilevanti per la sicurezza, dal processo, dalla dimensione dell'apparecchio, dall'ubicazione e dall'intero insieme di impianto.

La sola classificazione delle zone non descrive ancora una protezione dalle esplosioni completa. Stabilisce tuttavia quali apparecchi e sistemi di protezione possono essere impiegati nella rispettiva area. L'inertizzazione può evitare la formazione di un'atmosfera esplosiva. Gli apparecchi resistenti alla pressione, all'urto di pressione da esplosione o dotati di sfogo di pressione limitano invece gli effetti, qualora si verifichi comunque un'esplosione nonostante tutte le misure preventive.

Concetti di zona per le polveri

La zona 20 indica un'area in cui un'atmosfera esplosiva sotto forma di nube di polvere combustibile in aria è presente costantemente, per lunghi periodi o frequentemente. Esempi tipici sono l'interno di miscelatori, sili, mulini, essiccatori, filtri, cicloni e tubazioni di trasporto che conducono polvere. La zona 21 è presente quando un'atmosfera di polvere esplosiva pericolosa può verificarsi occasionalmente durante l'esercizio normale. Ciò riguarda spesso punti di riempimento, svuotamento, confezionamento e campionamento nonché l'area immediata di trasferimenti aperti o non completamente a tenuta. La zona 22 comprende aree in cui un'atmosfera di polvere pericolosa non si verifica durante l'esercizio normale, oppure solo per breve tempo, ad esempio in caso di perdite rare, anomalie o risollevamento di polveri depositate. Il confine effettivo della zona deve essere determinato in base a rilascio, proprietà della polvere, tenuta, aspirazione, pulizia, flusso d'aria e geometria dell'ambiente.

Per la zona 20 è di norma richiesto un apparecchio di categoria 1D. Nella zona 21 sono ammessi apparecchi di categoria 1D o 2D; nella zona 22 possono essere impiegati apparecchi delle categorie 1D, 2D o 3D. Questi requisiti valgono non solo per i mezzi di esercizio elettrici, ma anche per componenti non elettrici, ad esempio alberi, guarnizioni, cuscinetti, utensili di miscelazione, valvole, valvole rotative e trasportatori. La categoria 1D corrisponde al livello di protezione molto elevato per atmosfere di polvere e deve restare efficace anche in caso di rare anomalie di esercizio.

Soluzioni di inertizzazione

L'inertizzazione è una misura di protezione preventiva. Un gas inerte idoneo abbassa la frazione di ossigeno nel vano di processo a un valore per cui un'esplosione o — a seconda del sistema di sostanze e del gas — anche un incendio non può più formarsi o propagarsi. La concentrazione limite di ossigeno determinante a tal fine, indicata a livello internazionale come Limiting Oxygen Concentration, dipende da prodotto, gas inerte e condizioni. Deve essere determinata per il concreto sistema polvere-gas inerte in condizioni di temperatura, pressione, umidità e particelle rilevanti. Il CEN/TR 15281 tratta espressamente l'inertizzazione come misura per la prevenzione di esplosioni e incendi.

L'azoto è il gas inerte più frequentemente impiegato per molte polveri organiche e chimiche. È ampiamente disponibile e idoneo per numerosi sistemi di sostanze. L'anidride carbonica può rappresentare in determinate applicazioni un'alternativa economica, ma va impiegata solo dopo la verifica della compatibilità con prodotto e materiali. Con polveri metalliche reattive, ad esempio alluminio, magnesio, titanio o zirconio, una raccomandazione generica per azoto, anidride carbonica o argon non è ammissibile. Questi metalli possono reagire con determinati gas o ad alte temperature. La scelta del gas inerte deve quindi avvenire sulla base della reattività concreta, della temperatura, della granulometria, dell'umidità e delle possibili reazioni di estinzione o decomposizione.

Nei processi discontinui viene spesso impiegata l'inertizzazione a ciclo vuoto-pressione. In questo caso un recipiente resistente al vuoto viene evacuato e successivamente riempito con gas inerte. Il processo viene ripetuto finché il contenuto di ossigeno non è al di sotto del valore limite ammissibile. Per apparecchi senza resistenza al vuoto o per processi continui può essere impiegata un'inertizzazione a flusso o di lavaggio. Un flusso di gas inerte definito sposta dapprima l'aria e compensa durante l'esercizio perdite, ingresso di aria dovuto al carico o lo scambio di gas durante lo scarico. Una leggera sovrappressione di gas inerte può ridurre l'ingresso di aria, ma deve essere compatibile con la pressione di esercizio ammissibile, la tenuta e il concetto di sicurezza.

La misurazione dell'ossigeno, i limiti di allarme e gli interblocchi sono componenti necessari di un impianto inertizzato in modo sicuro. I punti di misura devono essere rappresentativi; per apparecchi grandi o complessi possono essere necessari più punti di misura. Il numero di sensori, la ridondanza necessaria e la sicurezza funzionale vengono stabiliti in base alla valutazione del rischio. Indicazioni generiche come sempre due sensori, un determinato valore SIL o una distanza fissa di alcuni punti percentuali al di sotto della concentrazione limite di ossigeno non sono sufficienti senza una prova di sicurezza concreta.

Esecuzioni resistenti alla pressione e all'urto di pressione da esplosione

Gli apparecchi resistenti all'esplosione vengono costruiti in modo da resistere a un'esplosione interna, senza scoppiare o causare effetti pericolosi sull'ambiente circostante. La EN 14460 descrive i requisiti per apparecchi resistenti all'esplosione. Il dimensionamento si basa sulla pressione di esplosione prevista e considera geometria del recipiente, volume, materiale, temperatura, pressione, raccordi, guarnizioni e possibili miscele ibride.

Nell'esecuzione resistente alla pressione di esplosione, l'apparecchio viene dimensionato per la pressione massima di esplosione rilevante. A differenza di ciò, nell'esecuzione resistente all'urto di pressione da esplosione può essere ammessa una deformazione permanente, purché il recipiente non ceda e non si verifichino conseguenze pericolose verso l'esterno. Nella pratica questi termini vengono spesso utilizzati in modo impreciso. Per questo il livello di pressione ammissibile, il carico di esplosione atteso e i requisiti per il riutilizzo dopo un evento devono essere stabiliti in modo univoco nel concetto di sicurezza specifico per progetto.

Un'esecuzione resistente all'urto di pressione da esplosione non è automaticamente un'esecuzione dimensionata per la pressione di esplosione ridotta in combinazione con lo sfogo di pressione. Uno sfogo di pressione può limitare la pressione di esplosione ridotta pred, ma la sua efficacia dipende da superficie di sfogo, pressione di apertura, volume del recipiente, valori caratteristici della polvere, geometria, lunghezze delle tubazioni e possibili propagazioni di fiamma. Il dimensionamento dei sistemi di sfogo della pressione deve avvenire secondo le regole pertinenti e considerare l'area di scarico sicura. In caso di installazione interna possono essere necessari uno sfogo senza fiamma o altri concetti di protezione.

I sistemi di soppressione dell'esplosione rilevano l'inizio di un'esplosione tramite sensori di pressione o fiamma e introducono nell'apparecchio un agente estinguente idoneo. In questo modo l'aumento di pressione deve essere limitato a un livello controllabile. Questi sistemi sono particolarmente rilevanti quando uno sfogo di pressione verso l'esterno non è possibile, o quando il rilascio di fiamme, pressione e prodotto non sarebbe accettabile. Richiedono un rilevamento rapido, agenti estinguenti idonei, verifica regolare e un disaccoppiamento dal punto di vista della tecnica antideflagrante dei componenti collegati.

Indipendentemente dal tipo costruttivo, il disaccoppiamento delle parti di impianto collegate è spesso necessario. Senza disaccoppiamento, pressione e fiamme possono trasmettersi tramite tubazioni o dispositivi di trasporto a sili, filtri e altri apparecchi. Sistemi possibili sono valvole di non ritorno idonee dal punto di vista della protezione contro le esplosioni, saracinesche a chiusura rapida, valvole di protezione contro le esplosioni, barriere di estinzione o valvole rotative certificate. Il dispositivo scelto deve essere idoneo per l'effettiva classe di esplosione della polvere, la geometria della tubazione, la portata, i rapporti di pressione e la posizione di montaggio.

Concetto di protezione integrato

Un concetto adatto alla pratica segue il principio di impedire prima un'esplosione e solo successivamente limitarne le conseguenze. Il primo livello di protezione è la limitazione o la prevenzione di un'atmosfera esplosiva, ad esempio mediante conduzione di processo chiusa, prevenzione della polvere o inertizzazione. Il secondo livello di protezione è la prevenzione di fonti di innesco efficaci tramite categorie di apparecchi idonee, limitazione della temperatura, messa a terra, equipotenzialità, gestione dei corpi estranei e manutenzione. Il terzo livello di protezione comprende sfogo di pressione, soppressione, dimensionamento resistente all'esplosione e disaccoppiamento.

Il punto di partenza di ogni dimensionamento sono i dati caratteristici di sicurezza della sostanza. Ne fanno parte KSt, la pressione massima di esplosione pmax, l'energia minima di accensione, la temperatura minima di accensione di nube e strato di polvere, la distribuzione granulometrica, l'umidità, la conducibilità elettrica, la concentrazione limite di ossigeno nonché, se applicabile, dati su miscele ibride. La strategia di protezione deve considerare l'esercizio normale, avvio, arresto, riempimento, svuotamento, pulizia, manutenzione e anomalie prevedibili.