Quali requisiti ATEX valgono per i miscelatori di polveri nella produzione di detersivi, e come attuo processi inertizzati?
I miscelatori di polveri nella produzione di detersivi possono lavorare polveri organiche combustibili, componenti ossidanti, vettori di sostanze profumate, tensioattivi, polimeri, granulati enzimatici e altri componenti funzionali. Se ne derivi un'atmosfera esplosiva non è deducibile dal gruppo di prodotti «detersivi», ma deve essere valutato per la ricetta concreta, per la sua frazione di polvere fine e per possibili miscele ibride vapore-polvere. La base è costituita da una valutazione del rischio, dai dati delle sostanze rilevanti per la sicurezza e da un documento di protezione contro le esplosioni.
La direttiva prodotti ATEX 2014/34/UE disciplina i requisiti per apparecchi e sistemi di protezione impiegati in aree a rischio di esplosione. La direttiva sull'esercizio ATEX 1999/92/CE riguarda gli obblighi del gestore, tra cui classificazione delle zone, scelta di apparecchi idonei, misure organizzative e documentazione. In Germania questi requisiti vengono concretizzati, tra l'altro, dal regolamento sulle sostanze pericolose, dal regolamento sulla sicurezza di esercizio e dalle regole tecniche per le sostanze pericolose.
Classificazione delle zone e scelta degli apparecchi
L'interno di un miscelatore, silo, filtro o di una tubazione che conduce polvere è spesso zona 20, se lì può essere presente costantemente, per lunghi periodi o frequentemente un'atmosfera di polvere esplosiva. La zona 21 può essere presente nei punti di riempimento, scarico, campionamento o filtrazione, quando durante l'esercizio normale viene rilasciata occasionalmente polvere. La zona 22 indica aree in cui un'atmosfera di polvere pericolosa si verifica solo raramente e per breve tempo. La classificazione concreta dipende dalle effettive fonti di rilascio, dalle proprietà della polvere, dalla tenuta, dall'aspirazione, dalle misure di pulizia e dalla geometria dell'ambiente di installazione. Non deve essere dedotta genericamente dalla funzione dell'impianto.
Per la zona 20 è di norma richiesto un apparecchio di categoria 1D. Nella zona 21 possono essere impiegati apparecchi di categoria 1D o 2D; nella zona 22 sono ammessi apparecchi delle categorie 1D, 2D o 3D. La valutazione comprende non solo motori, sensori e quadri elettrici, ma anche alberi del miscelatore, cuscinetti, guarnizioni, utensili di miscelazione, valvole, valvole rotative, dispositivi di trasporto e filtri. Tutti i componenti devono essere valutati riguardo a fonti di innesco meccaniche, termiche, elettriche ed elettrostatiche.
La caratterizzazione rilevante della sostanza comprende almeno KSt, la pressione massima di esplosione pmax, l'energia minima di accensione, la temperatura minima di accensione della nube di polvere, la temperatura minima di accensione di uno strato di polvere, la distribuzione granulometrica, l'umidità e la conducibilità elettrica. Con ricette contenenti liquidi volatili, solventi o sostanze profumate devono essere considerate anche possibili miscele ibride. In caso di inertizzazione è necessaria in aggiunta la concentrazione limite di ossigeno, indicata per lo più a livello internazionale come Limiting Oxygen Concentration, per il concreto sistema prodotto-gas inerte.
Fonti di innesco e concetto di protezione
La priorità va data a evitare atmosfere esplosive e fonti di innesco efficaci. Nel miscelatore vanno considerate in particolare le temperature dei cuscinetti e delle guarnizioni, i contatti utensile-parete, i corpi estranei, i blocchi, l'attrito, le superfici calde, le scariche elettrostatiche e le apparecchiature elettriche. Misure idonee possono essere il monitoraggio di temperatura e coppia, separatori di corpi estranei, velocità di giro limitate dell'utensile, concetti di guarnizione sicuri, messa a terra ed equipotenzialità, componenti conduttivi o dissipativi nonché manutenzione preventiva. Per gli strati di polvere la TRGS 723 indica in linea di principio una distanza di sicurezza di 75 °C tra la temperatura minima di accensione dello strato di polvere e la temperatura superficiale, salvo diversa determinazione giustificata dalla valutazione del rischio.
Il carbonato di sodio percarbonato è una sostanza ossidante e non una polvere combustibile nel senso usuale. Può tuttavia intensificare gli incendi, è sensibile all'umidità e può rilasciare ossigeno in caso di decomposizione. Le schede di sicurezza indicano che deve essere tenuto lontano da fonti di calore e può reagire in modo critico con materiali combustibili. Per questo, nelle ricette di detersivi con percarbonato, devono essere considerati in particolare conduzione della temperatura, apporto di umidità, compatibilità dei materiali, contaminazione con sostanze organiche e possibile rilascio di ossigeno. Un'inertizzazione con azoto non impedisce né una decomposizione esotermica né l'effetto comburente di un vettore di ossigeno.
Se un'esplosione non può essere evitata con sufficiente sicurezza, entrano in gioco misure costruttive: esecuzione resistente alla pressione di esplosione o all'urto di pressione da esplosione, sfogo di pressione da esplosione, sfogo di pressione senza fiamma, soppressione dell'esplosione e disaccoppiamento dal punto di vista della tecnica antideflagrante. Il dimensionamento deve comprendere l'intero percorso di processo. Filtri, sili, tubazioni di trasporto e punti di scarico possono essere interessati da pressione e fiamme in caso di evento. Valvole rotative, valvole di non ritorno, saracinesche a chiusura rapida o barriere di estinzione sono efficaci solo se sono idonee per la rispettiva funzione di disaccoppiamento, correttamente dimensionate e verificate regolarmente.
Processi inertizzati
L'inertizzazione abbassa la frazione di ossigeno nel vano di processo mediante l'aggiunta di un gas inerte idoneo, di norma azoto, a un valore tale per cui un'esplosione non possa più propagarsi. L'anidride carbonica o altri gas possono essere idonei in singoli casi, ma devono essere armonizzati con chimica del prodotto, corrosione, livello di pressione, temperatura e sicurezza sul lavoro. La concentrazione limite di ossigeno non è una costante generale per «polvere di detersivo». Viene determinata sperimentalmente per un determinato sistema combustibile-gas inerte in condizioni definite.
Dalla concentrazione limite di ossigeno viene derivato un valore massimo di ossigeno ammissibile per l'esercizio. Questo valore deve tenere conto di un margine di sicurezza, ad esempio variazioni di prodotto, temperatura, pressione, umidità, incertezza di misura, perdite d'aria e rilascio di ossigeno. La linea guida sull'inertizzazione distingue quindi tra la concentrazione limite di ossigeno determinata sperimentalmente, la concentrazione massima di ossigeno ammissibile e il valore di innesco per un arresto di sicurezza. Valori obiettivo generici come l'8-12 percento in volume di ossigeno o una distanza generica di 2-5 punti percentuali non sono affidabili senza una prova specifica per la sostanza.
Nei processi discontinui, l'inertizzazione può avvenire mediante evacuazione e riempimento ripetuti di un miscelatore resistente al vuoto. In alternativa l'aria viene spostata prima dell'inizio del processo mediante un lavaggio definito con gas inerte. Durante l'esercizio può essere necessaria una reintegrazione controllata di gas inerte, per compensare perdite d'aria, spostamento di gas dovuto al carico e possibili ingressi di ossigeno. Una leggera sovrappressione può ridurre l'ingresso d'aria, ma deve essere stabilita solo nell'ambito del livello di pressione ammissibile, della tenuta, dei dispositivi di sicurezza e del processo complessivo.
Un'inertizzazione sicura richiede un impianto sufficientemente a tenuta di gas, sequenze di lavaggio definite, una misurazione affidabile dell'ossigeno, punti di misura idonei, limiti di allarme, interblocchi di sicurezza e una strategia di emergenza. Motore del miscelatore, alimentazione del prodotto, aggiunta di liquido o riscaldamento devono essere abilitati solo secondo la logica di sicurezza stabilita. In caso di superamento del valore di ossigeno sicuro, l'impianto deve essere portato in uno stato sicuro valutato. La sicurezza funzionale richiesta della catena di misura e interblocco viene stabilita in base al rischio; un requisito generico di SIL 2 non è deducibile per ogni impianto.
L'inertizzazione non protegge da ogni pericolo. Non impedisce né l'autoaccensione, né la decomposizione esotermica, né la decomposizione termica del percarbonato di sodio, né il rilascio di ossigeno da componenti ossidanti. Il CEN/TR 15281 sottolinea espressamente che un'inertizzazione sufficiente a evitare l'esplosione non protegge automaticamente da incendi, autoaccensione, reazioni esotermiche o deflagrazioni in depositi di polvere.
Esercizio e verifica
Un esercizio sicuro comprende la verifica regolare dell'alimentazione del gas inerte, della tenuta, degli analizzatori di ossigeno, delle funzioni di allarme e interblocco, nonché di tutte le misure di disaccoppiamento delle esplosioni e sfogo di pressione. Gli intervalli di verifica risultano dalla valutazione del rischio, dalle indicazioni del produttore, dai sistemi di protezione impiegati e dalle norme vigenti. Le modifiche di ricetta, qualità delle materie prime, umidità, aggiunta di sostanze profumate, portata o geometria dell'impianto devono essere valutate tramite una gestione documentata delle modifiche.
Il personale operativo necessita di addestramenti su zone ATEX, prevenzione delle fonti di innesco, pulizia sicura, comportamento in caso di allarmi e i rischi particolari di un'inertizzazione. Azoto e anidride carbonica possono causare carenza di ossigeno nelle aree circostanti. Per questo fanno parte del concetto di sicurezza sul lavoro un concetto di rilevamento gas, una ventilazione ambientale sufficiente, la segnalazione, le restrizioni di accesso e le misure di salvataggio.
Così amixon® supporta la protezione dalle esplosioni con polveri di detersivo
Dimensionamento conforme ad ATEX del vano prodotto
Nella produzione di detersivi, solidi fini, componenti organici, vettori di sostanze profumate e polveri fini di ricetta possono formare un'atmosfera di polvere esplosiva. L'interno di un miscelatore va quindi spesso valutato come zona 20. La zona 20 indica un'area in cui un'atmosfera di polvere esplosiva è presente costantemente, per lunghi periodi o frequentemente. La classificazione definitiva delle zone dell'intero impianto è tuttavia parte della valutazione del rischio e spetta al gestore. Comprende non solo il miscelatore, ma anche dosaggio, carico e scarico, filtri, sili, tubazioni di trasporto, confezionamento e la rispettiva area di installazione.
amixon® può realizzare diversi miscelatori, granulatori, essiccatori-miscelatori sottovuoto e reattori di miscelazione per un vano prodotto classificato come zona 20. Ne fanno parte — a seconda di serie e configurazione di progetto — miscelatori a un albero, miscelatori verticali e conici, miscelatori a container, miscelatori continui nonché gli essiccatori-miscelatori sottovuoto e reattori VMT e AMT. La categoria dell'apparecchio concreta, la temperatura superficiale massima ammissibile, l'equipaggiamento elettrico e non elettrico nonché la documentazione ATEX devono essere stabiliti per ogni impianto in base alla ricetta effettiva e alle condizioni di processo.
La direttiva prodotti ATEX 2014/34/UE disciplina i requisiti per apparecchi e sistemi di protezione destinati ad aree a rischio di esplosione. La direttiva sull'esercizio ATEX 1999/92/CE obbliga i gestori alla valutazione del rischio, alla classificazione delle zone, alla redazione e all'aggiornamento del documento di protezione contro le esplosioni nonché alla scelta e verifica di mezzi di esercizio idonei. Per il vano di miscelazione in zona 20 è in linea di principio richiesto un livello di protezione molto elevato, che corrisponde regolarmente a un'esecuzione di categoria 1D.
Controllare le fonti di innesco
L'intensità di miscelazione e la velocità periferica influenzano la sollecitazione meccanica del prodotto e sono quindi rilevanti anche per la valutazione delle fonti di innesco. Molti miscelatori verticali amixon® possono essere gestiti con basse velocità periferiche. Per le serie VM e HM amixon® indica un intervallo regolabile di circa 0,8-3,5 m/s. Una bassa velocità dell'utensile può limitare l'energia di attrito, urto e abrasione e preservare la struttura delle particelle. Non è tuttavia l'unica prova che non possa verificarsi alcuna fonte di innesco efficace.
La valutazione delle fonti di innesco deve comprendere cuscinetti, guarnizioni, alberi, utensili, possibili contatti utensile-parete, corpi estranei, blocchi, temperature superficiali, carica elettrostatica e componenti elettrici. Misure sensate possono essere il monitoraggio di temperatura e coppia, la limitazione della velocità di giro dell'utensile, la separazione di corpi estranei, concetti di guarnizione idonei, messa a terra, equipotenzialità e una manutenzione preventiva. Nella zona 20 il concetto complessivo deve considerare anche rare anomalie di esercizio.
Tenuta e conduzione del processo
Vani di miscelazione con poche fughe, cordoni di saldatura levigati e sistemi di tenuta idonei favoriscono una conduzione del processo a tenuta di polvere. Le porte di ispezione Clever-Cut® con guarnizione OmgaSeal® sono progettate, secondo amixon®, per una tenuta a basso spazio morto del vano prodotto. La tenuta effettiva dipende tuttavia anche da differenze di pressione, materiale della guarnizione, usura, manutenzione e dalle reali condizioni di esercizio.
Trasferimenti chiusi del prodotto possono ridurre i rilasci di polvere e quindi i depositi nell'ambiente di installazione. Ciò riduce il rischio di risollevamento di polvere ed esplosioni secondarie, ma non sostituisce un concetto di pulizia e manutenzione. Punti di dosaggio, filtri, campionamenti, svuotamento, aperture di pulizia e lavori di manutenzione devono essere inclusi nel concetto di zone.
Nei processi di detersivi, liquidi come tensioattivi, oli o formulazioni di profumo possono essere introdotti nella polvere in movimento tramite lance e ugelli idonei. Dimensione delle gocce, figura di spruzzo, posizione di introduzione, quantità di liquido, temperatura e viscosità devono essere armonizzati in modo da limitare sovrainumidimento locale, incrostazioni e formazione di grumi. Una lavorazione completamente priva di adesioni non può essere garantita in generale. Con componenti sensibili come granulati enzimatici o percarbonato di sodio, umidità, temperatura, sollecitazione meccanica e tempi di contatto devono essere controllati con particolare attenzione.
Per portate elevate può essere impiegato il miscelatore continuo AMK. L'AMK lavora con un grado di riempimento controllato e un tempo di permanenza che, secondo amixon®, può essere influenzato tramite grado di riempimento e portata. Aggiunta di liquido, concetto di dosaggio e intensità di miscelazione devono essere armonizzati con la ricetta. Con sostanze profumate volatili, tensioattivi fortemente viscosi, enzimi o vettori di ossigeno sono necessarie prove con il prodotto originale, per dimostrare stabilità del prodotto, omogeneità, umidità, scarico e pulibilità.
Inertizzazione e processi in pressione
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. Sono quindi adatti per processi in cui miscelazione, reazione, essiccazione o condizionamento devono avvenire sotto vuoto, sovrappressione o atmosfera di gas inerte. Il grado di vuoto raggiungibile, la pressione di esercizio ammissibile e i requisiti di tenuta devono essere stabiliti in modo specifico per progetto. Una resistenza alla pressione o al vuoto non equivale automaticamente a un dimensionamento resistente alla pressione di esplosione secondo la DIN EN 14460.
Per i processi discontinui, il vano di processo può essere inertizzato mediante evacuazione ripetuta e successivo riempimento con un gas inerte idoneo. In questo modo il contenuto di ossigeno viene abbassato gradualmente. La concentrazione di ossigeno ammissibile deve trovarsi con margine di sicurezza sufficiente al di sotto della concentrazione limite di ossigeno determinata per il concreto sistema prodotto-gas inerte. Sono necessari un impianto sufficientemente a tenuta, una misurazione dell'ossigeno affidabile, valori di allarme e disattivazione definiti, interblocchi orientati alla sicurezza nonché un'alimentazione idonea di gas inerte.
L'inertizzazione non impedisce tuttavia né la decomposizione termica né il rilascio di ossigeno da componenti ossidanti di detersivi. Il percarbonato di sodio è ad esempio una sostanza ossidante; può rilasciare ossigeno in caso di decomposizione e intensificare gli incendi. Con tali ricette, temperatura, umidità, contaminazioni e compatibilità dei materiali devono essere controllate in aggiunta.
Produzione e sperimentazione
Il dimensionamento tecnico segue la User Requirement Specification del gestore nonché i dati delle sostanze rilevanti per la sicurezza. Sono rilevanti in particolare KSt, pmax, energia minima di accensione, temperature minime di accensione di nube e strato di polvere, conducibilità elettrica, umidità, distribuzione granulometrica e possibili miscele ibride. Da questi risultano concetto di zone, categoria dell'apparecchio, limiti di temperatura, requisiti di tenuta, messa a terra, inertizzazione nonché, se necessario, sfogo di pressione, soppressione o disaccoppiamento.
amixon® può esaminare l'idoneità di processo con il prodotto originale nel centro prove. In questo modo si possono valutare, ad esempio, qualità di miscelazione, sviluppo della temperatura, distribuzione del liquido, possibili incrostazioni, integrità delle particelle, svuotamento e pulibilità. Queste prove supportano la scelta del sistema di miscelazione e dei parametri di processo, ma non sostituiscono la necessaria valutazione della sicurezza dell'intero impianto da parte di specialisti qualificati in protezione contro le esplosioni.