Quali funzioni di sicurezza sono obbligatorie nella gestione di polveri a rischio di esplosione?
Nella gestione delle polveri combustibili non esiste un catalogo unico di singole funzioni obbligatorio per ogni impianto. Ciò che è obbligatorio è invece un concetto di protezione dalle esplosioni documentato e basato sul rischio. Esso deve tenere conto della ricetta concreta, dei dati di sostanza, della classificazione delle zone, della conduzione di processo, delle fonti di innesco, del luogo di installazione e dell'intero complesso di impianto. Le misure di protezione risultano dalla valutazione dei rischi e dal documento di protezione contro le esplosioni.
In Germania le TRGS da 720 a 724 concretizzano il procedimento: evitare o limitare un'atmosfera pericolosa esplosiva, evitare fonti di innesco efficaci e, se necessario, limitare le conseguenze di un'esplosione mediante misure costruttive.
Evitare il pericolo
Una conduzione di processo chiusa e per quanto possibile a tenuta di polvere, un'aspirazione idonea, la filtrazione e una pulizia basata sul rischio sono misure fondamentali. Devono impedire la formazione di nubi di polvere pericolose o di depositi di polvere estesi. Un valore limite generico come «a partire da 1 mm di strato di polvere la situazione è critica» non è tecnicamente affidabile. Anche depositi sottili possono accumularsi su superfici estese e, se sollevati, rendere possibile un'esplosione secondaria; i depositi ammissibili e gli intervalli di pulizia devono quindi essere ricavati dalla concreta valutazione dei rischi.
L'inertizzazione è necessaria quando è stata stabilita come misura efficace nel concetto di protezione. Riduce il contenuto di ossigeno, mediante un gas inerte idoneo, al di sotto di una concentrazione limite di ossigeno specifica per prodotto e processo. A tal fine sono necessari un impianto a tenuta, una sequenza di inertizzazione definita, la misura dell'ossigeno richiesta, valori di allarme e di disinserzione nonché interblocchi di sicurezza. Non ogni impianto a rischio di esplosione da polvere deve essere inertizzato; se ciò sia necessario dipende dai dati di sostanza, dal processo e dalle misure di protezione alternative.
Mantenere la concentrazione di polveri combustibili durevolmente al di sotto di un limite inferiore di esplosività non è, nella pratica dei processi con polvere, un concetto di protezione primario affidabile nella maggior parte dei casi. Le concentrazioni di polvere sono difficili da rilevare in modo continuo e rappresentativo; inoltre possono verificarsi risollevamenti locali e depositi. Per questo si sceglie di norma una combinazione di conduzione di processo chiusa, minimizzazione della polvere, prevenzione delle fonti di innesco ed eventualmente protezione costruttiva.
Evitare le fonti di innesco
Se un'atmosfera esplosiva non può essere esclusa con sicurezza, tutte le potenziali fonti di innesco devono essere valutate e tenute sotto controllo. Ciò comprende apparecchi elettrici e non elettrici, superfici calde, attrito, scintille meccaniche, azionamenti bloccati, surriscaldamento di cuscinetti e guarnizioni, corpi estranei, scariche elettrostatiche, fiamme libere e lavori a caldo.
Le funzioni effettivamente necessarie risultano dal dimensionamento. Misure tipiche sono cuscinetti e guarnizioni con monitoraggio della temperatura, monitoraggio della velocità o della coppia, limitazione delle temperature superficiali, accoppiamenti di materiali idonei, separatori di corpi estranei, manutenzione controllata, nonché apparecchi ATEX adatti alla zona definita. La messa a terra e l'equipotenzialità di tutte le parti conduttive rilevanti sono elementi centrali del concetto di protezione. I requisiti valgono anche per tubazioni, filtri, tubi flessibili, fusti, IBC, FIBC, stazioni di riempimento e, se del caso, per il personale addetto.
Una resistenza di dispersione generica di al massimo 10⁶ Ω non è corretta per ogni componente e per ogni caso di applicazione. I requisiti per i materiali dissipativi dipendono dal componente, dal materiale e dal caso d'impiego. Per i FIBC di tipo C, ad esempio, la TRGS 727 indica una resistenza di dispersione inferiore a 10⁷ Ω verso il punto di messa a terra. I FIBC di tipo D non necessitano di messa a terra, ma possono essere impiegati solo se sono soddisfatti i requisiti per l'uso previsto.
Gli impianti di rilevamento e spegnimento scintille non sono prescritti in generale. Possono essere necessari in tubazioni di trasporto pneumatico, tratti di aspirazione, impianti di lavorazione del legno o altre applicazioni, quando particelle calde o scintille sono state individuate come pericolo rilevante. La loro necessità, la posizione di montaggio e la funzione di sicurezza devono derivare dalla valutazione dei rischi.
Limitare le conseguenze
Se l'atmosfera esplosiva e le fonti di innesco non possono essere evitate con sufficiente sicurezza, devono essere impiegate misure di protezione costruttive. La TRGS 724 indica come misure la costruzione resistente alle esplosioni, lo sfogo della sovrapressione di esplosione, la soppressione dell'esplosione e il disaccoppiamento antideflagrante, destinate a limitare gli effetti di un'esplosione a un livello accettabile.
Lo sfogo di sovrapressione può avvenire tramite dischi di rottura idonei, valvole di sfogo o sistemi senza fiamma. La soppressione dell'esplosione richiede una rilevazione molto rapida e un agente estinguente idoneo. Il disaccoppiamento antideflagrante impedisce che pressione e fiamme si propaghino, tramite le tubazioni, a filtri, silos, trasportatori, essiccatori o altri apparecchi. Possono essere idonee valvole di non ritorno, valvole a chiusura rapida, barriere per agente estinguente, valvole di protezione dalle esplosioni o rotocelle verificate a tal fine.
La misura corretta dipende da dati di sostanza quali KSt, pmax, energia minima di innesco e granulometria, nonché dal volume dell'apparecchio, dalla geometria delle tubazioni, dalla portata, dall'installazione interna o esterna e da un possibile pericolo per le persone. Un sistema di protezione costruttivo non protegge automaticamente ogni persona in ogni ambiente; in particolare per lo sfogo di sovrapressione devono essere considerati la direzione di scarico, la fuoriuscita di fiamme, l'onda di pressione, il prodotto rilasciato e le zone sicure.
Organizzazione e verifica
Sono obbligatori una valutazione dei rischi e un documento di protezione contro le esplosioni, qualora possa presentarsi un'atmosfera pericolosa esplosiva. Il documento deve essere redatto prima dell'inizio del lavoro, mantenuto aggiornato e adattato in caso di modifiche rilevanti. Contiene, tra l'altro, dati di sostanza, classificazione delle zone, misure di protezione, scelta degli apparecchi, verifiche, limiti di esercizio e regole organizzative.
I collaboratori necessitano di istruzioni di esercizio e di formazione su zone Ex, rilascio di polvere, messa a terra, pulizia, eliminazione delle anomalie, allarmi e misure di emergenza. Per lavori a caldo, molatura, saldatura o l'impiego di apparecchi non autorizzati in aree Ex devono valere procedure di autorizzazione.
La sicurezza contro le esplosioni deve essere verificata prima della prima messa in servizio e dopo modifiche soggette a verifica. La verifica comprende il documento di protezione contro le esplosioni, le misure di protezione tecniche e organizzative, nonché le loro interazioni. Rientrano in ciò, tra l'altro, ventilazione, rilevamento gas, inertizzazione, apparecchi, sistemi di protezione, nonché dispositivi di sicurezza, comando e controllo.
Le funzioni rilevanti per la sicurezza devono avere un dimensionamento basato sul rischio. Se in proposito si applichi il SIL secondo IEC 61511, il Performance Level secondo EN ISO 13849 o un altro procedimento dipende dal tipo di comando, dalla funzione di sicurezza e dal corpo normativo utilizzato. Un determinato SIL o un determinato Performance Level non è prescritto in modo generico per tutte le misure di O₂, i sistemi di soppressione o gli impianti di spegnimento scintille.
Così amixon® supporta la sicurezza con le polveri a rischio di esplosione
Dimensionamento conforme ad ATEX del vano prodotto
Con le polveri a rischio di esplosione, l'interno di un miscelatore, granulatore, essiccatore o reattore deve spesso essere classificato 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 – compresi dosaggio, caricamento, scarico, filtri, tratti di trasporto, silos e area di installazione – fa parte della valutazione dei rischi ed è a carico del gestore.
amixon® può realizzare miscelatori, granulatori, essiccatori-miscelatori sottovuoto e reattori di miscelazione per applicazioni con un vano prodotto classificato come zona 20. Rientrano in ciò, a seconda della serie e della configurazione di progetto, miscelatori a un albero, miscelatori verticali e conici, miscelatori a container, miscelatori continui, nonché gli essiccatori-miscelatori sottovuoto e i reattori di miscelazione VMT e AMT. Per la zona 20 è in linea di principio richiesto un livello di protezione molto elevato, che corrisponde di norma a un'esecuzione di categoria 1D. La configurazione concreta del vano dell'apparecchio, dell'azionamento, della sensoristica, delle guarnizioni, dei limiti di temperatura e della documentazione viene stabilita per ogni progetto.
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, alla redazione e all'aggiornamento del documento di protezione contro le esplosioni, nonché alla verifica dell'impianto. amixon® può fornire la documentazione per l'apparecchio fornito; la valutazione e l'autorizzazione dell'intero impianto restano compiti del gestore.
Limitare le fonti di innesco e le fuoriuscite di polvere
Velocità periferiche ridotte possono limitare l'energia di attrito, urto e abrasione nel prodotto miscelato. Per i miscelatori verticali VM e HM, amixon® indica un campo di velocità periferica regolabile di circa 0,8–3,5 m/s. Ciò può contemporaneamente ridurre la sollecitazione delle particelle nel caso di solidi sfusi sensibili. Una velocità di rotazione ridotta non è tuttavia da sola una dimostrazione del fatto che non insorga alcuna fonte di innesco efficace. Devono inoltre essere valutati cuscinetti, guarnizioni, alberi, possibili contatti utensile-parete, corpi estranei, blocchi, superfici calde, cariche elettrostatiche e apparecchiature elettriche.
Funzioni di sicurezza idonee possono comprendere il monitoraggio della temperatura di cuscinetti e guarnizioni, il monitoraggio della velocità e della coppia, la gestione dei corpi estranei, la manutenzione controllata, la messa a terra e l'equipotenzialità. Quali funzioni siano effettivamente necessarie e come debbano essere dimensionate risulta dalla valutazione dei rischi. 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 che sia motivata una diversa determinazione.
Aree prodotto realizzate con un numero ridotto di fughe, rettificate, e sistemi di guarnizione idonei possono limitare 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 e dalla manutenzione. Un'esecuzione dell'apparecchio a tenuta non sostituisce quindi né l'aspirazione, la pulizia e la manutenzione, né la valutazione di possibili depositi di polvere ed esplosioni secondarie.
Inertizzazione e processi in pressione
Gli essiccatori-miscelatori sottovuoto e i reattori di miscelazione VMT e AMT possono essere realizzati a tenuta di gas, di vuoto e di pressione. Sono quindi adatti per processi in cui miscelazione, reazione, condizionamento o essiccazione debbano avvenire sotto vuoto, in sovrapressione o in atmosfera di gas inerte. La resistenza alla pressione e al vuoto non equivale tuttavia a un dimensionamento resistente alla pressione o all'urto di pressione di esplosione. Questo deve essere concordato espressamente per ogni progetto e dimensionato sulla base dei dati di sicurezza della sostanza.
L'inertizzazione può essere una misura preventiva di protezione dalle esplosioni. Negli apparecchi sottovuoto, la camera di miscelazione viene, ad esempio, evacuata e successivamente immersa in un gas inerte idoneo. Attraverso cicli di pressione ripetuti, la concentrazione di ossigeno può essere ulteriormente ridotta. L'inertizzazione presuppone un impianto a tenuta, un'alimentazione di gas inerte idonea, sequenze di spurgo definite, 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 rispettivo sistema prodotto-gas inerte.
L'inertizzazione non impedisce automaticamente l'autoaccensione, la decomposizione termica, gli incendi o le reazioni esotermiche. È quindi solo un elemento di un concetto completo di protezione dalle esplosioni. La strategia di protezione adeguata può richiedere inoltre apparecchi resistenti alla pressione o all'urto di pressione di esplosione, sfogo di sovrapressione, soppressione dell'esplosione e il disaccoppiamento delle parti di impianto collegate.
Centro prove e dimensionamento
Il dimensionamento specifico per il progetto inizia con i dati di sicurezza della sostanza, ad esempio KSt, pmax, energia minima di innesco, temperature minime di innesco, umidità, granulometria, conduttività elettrica ed eventuali miscele ibride. Questi dati determinano il concetto di zone, le temperature superficiali ammesse, la categoria dell'apparecchiatura, i requisiti di tenuta, la messa a terra, l'inertizzazione, nonché le possibili misure di protezione costruttive.
amixon® dichiara di offrire prove di processo con il prodotto originale nel centro prove. In tale ambito possono essere esaminati qualità di miscelazione, apporto di temperatura, distribuzione del liquido, incrostazioni, svuotamento, pulibilità e comportamento sotto vuoto o in gas inerte. Tali prove possono supportare il dimensionamento dal punto di vista dell'ingegneria di processo, ma non sostituiscono la prova di sicurezza della sostanza né la valutazione dei rischi dell'intero impianto.