Quali requisiti ATEX valgono per i processi di miscelazione con polveri a rischio di esplosione (zona 20/21) e come si attuano in modo pratico?
Per i processi di miscelazione con polveri combustibili si applicano nell'Unione Europea in particolare la direttiva ATEX sull'esercizio 1999/92/CE per i gestori, nonché la direttiva prodotti ATEX 2014/34/UE per apparecchi e sistemi di protezione. L'attuazione pratica inizia con una valutazione del rischio e un documento di protezione contro le esplosioni. In esso vengono stabiliti le proprietà della polvere, i possibili punti di rilascio, la classificazione delle zone, le fonti di innesco e le misure di protezione per l'intero impianto – quindi non solo per il miscelatore, ma anche per dosatori, sili, filtri, trasportatori, tubazioni, scarico e confezionamento.
Un dimensionamento conforme ad ATEX non può essere dedotto esclusivamente dalla denominazione di una polvere. Il fatto che una polvere sia organica o molto fine non significa automaticamente che sia a rischio di esplosione di polvere; viceversa anche sostanze o miscele di sostanze inorganiche possono presentare una pericolosità corrispondente. La base è costituita da indagini rappresentative di sicurezza del prodotto concreto, comprese le possibili variazioni di granulometria, umidità, contenuto di solvente e ricetta.
Zone e scelta degli apparecchi
Con polveri combustibili, le aree vengono classificate in base alla frequenza e alla durata della presenza di un'atmosfera di polvere esplosiva pericolosa. La zona 20 indica aree in cui una nube di polvere esplosiva è presente costantemente, per lunghi periodi o frequentemente. Nei processi di miscelazione ciò riguarda tipicamente l'interno di recipienti chiusi, tubazioni, filtri o sili. La zona 21 indica aree in cui un'atmosfera di polvere pericolosa può verificarsi occasionalmente durante l'esercizio normale, ad esempio all'interno di determinati apparecchi o nell'immediata prossimità di punti di prelievo, riempimento e scarico. La zona 22 è presente quando un'atmosfera di polvere pericolosa non si verifica durante l'esercizio normale, oppure solo per breve tempo, ad esempio in aree più lontane con emissioni di polvere rare. Il confine esatto della zona risulta dal rilascio effettivo di polvere, dall'aspirazione, dalla pulizia e dalla situazione dell'ambiente – non da valori di distanza generici.
Per la zona 20 è di norma richiesto un apparecchio di categoria 1D. Nella zona 21 possono essere impiegati apparecchi delle categorie 1D o 2D; nella zona 22 sono ammessi apparecchi delle categorie 1D, 2D o 3D. La marcatura deve corrispondere ad atmosfera di polvere, classe di temperatura ovvero temperatura superficiale ammissibile, gruppo di apparecchi e zona. In questo caso non sono rilevanti solo i componenti elettrici. Anche dispositivi non elettrici come alberi del miscelatore, cuscinetti, guarnizioni, valvole, trasportatori, giunti, freni e utensili devono essere valutati riguardo a possibili fonti di innesco meccaniche.
Dati delle sostanze e fonti di innesco
I dati caratteristici di sicurezza della polvere effettivamente lavorata costituiscono la base del dimensionamento. Ne fanno parte in particolare 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, la conducibilità elettrica e — con ricette contenenti solventi — le proprietà di possibili miscele ibride vapore-polvere. Il limite inferiore di esplosività può essere rilevante in aggiunta, ma nella pratica operativa con le polveri è spesso più difficile da utilizzare come grandezza di controllo affidabile rispetto agli altri dati caratteristici.
Il livello di protezione più importante è evitare atmosfere esplosive pericolose e fonti di innesco efficaci. Nel miscelatore vanno valutate in particolare superfici calde, attrito e surriscaldamento di cuscinetti o guarnizioni, scintille meccaniche da corpi estranei, utensili bloccanti, apparecchiature elettriche e scariche elettrostatiche. Nella zona 20 non devono verificarsi, anche in caso di rare anomalie di esercizio, processi di attrito, urto o abrasione che possano portare a una fonte di innesco efficace. La TRGS 723 indica inoltre per gli strati di polvere, 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 della valutazione del rischio.
Misure pratiche sono cuscinetti e guarnizioni con monitoraggio della temperatura, monitoraggio di velocità di giro e coppia, protezione contro il blocco, separazione idonea di corpi estranei, manutenzione preventiva nonché una messa a terra sicura e un'equipotenzialità continua. Componenti dell'impianto conduttivi o dissipativi, collegamenti flessibili, mezzi filtranti, contenitori e personale operativo devono essere inclusi nel concetto di protezione elettrostatica. Un singolo valore limite di resistenza come 10⁶ Ω non è tuttavia applicabile senza restrizioni a ogni componente e a ogni funzione di messa a terra; i requisiti derivano da materiale, funzione del componente e dal concreto concetto di protezione contro le esplosioni.
Con sostanze particolarmente sensibili, o quando le fonti di innesco non possono essere evitate con sufficiente sicurezza, l'inertizzazione del vano di miscelazione può essere una misura idonea. In questo caso la frazione di ossigeno viene mantenuta con azoto o un altro gas inerte idoneo al di sotto di una concentrazione limite di ossigeno determinata in modo specifico per sostanza e processo. Un'energia minima di accensione inferiore a 10 mJ non è un valore soglia generalmente valido a partire dal quale l'inertizzazione sarebbe obbligatoria. Se sia necessaria risulta dalla valutazione del rischio, dai dati delle sostanze e dalla fattibilità tecnica.
Protezione costruttiva
Se un'esplosione non può essere impedita con sufficiente sicurezza, i suoi effetti devono essere limitati. Misure possibili sono apparecchi resistenti 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 metodo di protezione deve essere adeguato all'intensità dell'esplosione, al volume del recipiente, all'installazione interna o esterna, all'ubicazione e alla tecnica di impianto collegata.
I dischi di rottura o le valvole di esplosione possono deviare una pressione verso un'area sicura. Necessitano di una superficie di sfogo correttamente dimensionata e di un'area di scarico sicura. Per impianti installati all'interno può essere necessario uno sfogo di pressione diretto verso l'esterno o — se ciò non è possibile — un sistema di sfogo senza fiamma idoneo. I sistemi di sfogo devono essere dimensionati secondo regole riconosciute; la EN 14491 contiene requisiti fondamentali per la scelta e il dimensionamento di sistemi di protezione per lo sfogo di pressione da esplosioni di polvere.
Il disaccoppiamento è necessario quando un'esplosione potrebbe propagarsi tramite tubazioni a filtri, sili, tratti di trasporto o altri apparecchi. Entrano in considerazione, ad esempio, valvole rotative idoneamente collaudate dal punto di vista della protezione contro le esplosioni, valvole di non ritorno, valvole di protezione contro le esplosioni, saracinesche a chiusura rapida o barriere di estinzione. Una valvola rotativa impedisce la trasmissione di fiamma o pressione solo se è espressamente idonea per questa funzione, correttamente dimensionata, installata, monitorata e gestita. Il semplice impiego di una valvola rotativa qualsiasi non è una misura di disaccoppiamento sufficiente.
Esercizio e documentazione
Il documento di protezione contro le esplosioni deve essere redatto prima dell'inizio del lavoro e aggiornato in caso di modifiche. Documenta, tra l'altro, la valutazione del rischio, la classificazione delle zone, i dati delle sostanze, gli apparecchi e i sistemi di protezione scelti, la valutazione delle fonti di innesco, le misure organizzative, le verifiche e i requisiti di manutenzione. Modifiche di ricetta, nuove fonti di materie prime, granulometrie divergenti, umidità variata, nuovi solventi o modifiche costruttive possono alterare le proprietà di esplosione e quindi la strategia di protezione.
Un concetto adatto alla pratica comprende trasferimenti chiusi ed a tenuta di polvere, un'aspirazione efficace, filtri progettati in conformità ATEX, la rimozione regolare dei depositi di polvere e ispezioni documentate. Gli strati di polvere non devono essere valutati con un valore limite generico come «1 mm»; già depositi minimi possono, a seconda di superficie, proprietà della polvere e possibile risollevamento, favorire un'esplosione secondaria. Gli intervalli di pulizia e le quantità di deposito ammissibili devono quindi essere stabiliti in base al rischio.
In aggiunta sono necessari addestramenti, procedure di autorizzazione per lavori a caldo, regole per apparecchiature mobili, verifica dei collegamenti di messa a terra e una gestione controllata delle modifiche. I dispositivi di sfogo della pressione, i sistemi di soppressione e disaccoppiamento, nonché i monitoraggi di temperatura, pressione e velocità di giro devono essere ispezionati e mantenuti funzionanti secondo gli intervalli di verifica previsti, da parte di persone competenti o enti specializzati.
Così amixon® supporta la protezione dalle esplosioni con polveri a rischio di esplosione
Esecuzione dell'apparecchio conforme ad ATEX
Nei processi di miscelazione con polveri combustibili, l'interno di un miscelatore è spesso da classificare 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 rientra nella responsabilità del gestore. Comprende, oltre al miscelatore, anche dosaggio, riempimento, scarico, filtri, tubazioni di trasporto, sili e area di installazione.
amixon® può realizzare i propri miscelatori, essiccatori-miscelatori e reattori per applicazioni con un vano prodotto classificato come zona 20. Ciò riguarda — a seconda della serie e configurazione scelte — ad esempio miscelatori a un albero, miscelatori verticali e conici, miscelatori a container, miscelatori continui, essiccatori-miscelatori sottovuoto, reattori di miscelazione. La categoria ATEX concreta, il gruppo di apparecchi, la classe di temperatura ovvero la temperatura superficiale massima ammissibile, l'equipaggiamento elettrico e non elettrico nonché la documentazione richiesta devono essere stabiliti per ogni progetto in base ai dati delle sostanze e alle condizioni di processo.
La direttiva prodotti ATEX 2014/34/UE riguarda apparecchi e sistemi di protezione destinati all'uso in aree a rischio di esplosione. La direttiva sull'esercizio ATEX 1999/92/CE obbliga il gestore alla valutazione del rischio, alla classificazione delle zone, al documento di protezione contro le esplosioni nonché alla scelta e verifica di mezzi di esercizio idonei. Per il vano interno del miscelatore in zona 20 è in linea di principio richiesta un'esecuzione con il livello di protezione molto elevato della categoria 1D.
Ridurre al minimo le fonti di innesco
L'intensità di miscelazione e la velocità periferica sono grandezze di influenza rilevanti per la valutazione delle fonti di innesco meccaniche. Molti miscelatori verticali amixon® possono essere gestiti con basse velocità periferiche; per i miscelatori VM e HM amixon® indica un intervallo regolabile di circa 0,8-3,5 m/s. Una bassa velocità dell'utensile può ridurre l'energia di attrito, urto e abrasione e allo stesso tempo preservare la struttura delle particelle. Non costituisce tuttavia una prova completa che non possa verificarsi alcuna fonte di innesco efficace.
La valutazione delle fonti di innesco deve comprendere, tra l'altro, cuscinetti, guarnizioni, utensili, alberi, possibili contatti utensile-parete, corpi estranei, blocchi, temperature superficiali, carica elettrostatica, componenti elettrici e stato di manutenzione. Misure di protezione idonee possono comprendere monitoraggio di temperatura e coppia, velocità di giro controllate, separazione di corpi estranei, concetti di guarnizione idonei, equipotenzialità, messa a terra e manutenzione preventiva. In particolare nella zona 20, anche in caso di rare anomalie, non devono generarsi fonti di innesco efficaci.
Tenuta e protezione costruttiva
Vani di miscelazione con poche fughe, levigati, e sistemi di ispezione e tenuta idonei possono favorire la tenuta alla polvere e la pulibilità. Le porte Clever-Cut® con guarnizione OmgaSeal® sono progettate, secondo amixon®, per una tenuta a basso spazio morto del vano prodotto. Se un impianto rimanga duraturamente a tenuta di polvere dipende tuttavia anche da differenze di pressione, materiale della guarnizione, usura, montaggio, manutenzione e dall'effettiva conduzione del processo.
Una conduzione di processo a tenuta di polvere può ridurre le fuoriuscite di polvere e i depositi nell'ambiente di installazione. Non sostituisce tuttavia un concetto di pulizia e manutenzione: anche piccole perdite o perdite di prodotto possono generare polvere depositabile. La prevenzione di esplosioni secondarie richiede quindi trasferimenti chiusi, un'aspirazione efficace, una tecnica di filtrazione idonea, una pulizia basata sul rischio e il controllo regolare delle aree critiche.
Per gli essiccatori-miscelatori e i reattori delle serie VMT e AMT sono possibili esecuzioni a tenuta di gas, di vuoto e di pressione. Gli apparecchi possono essere costruiti per processi di temperatura, pressione e vuoto. Il grado di vuoto possibile, il livello di pressione ammissibile e la questione se un recipiente debba essere realizzato resistente alla pressione di esplosione o all'urto di pressione da esplosione devono essere stabiliti in modo specifico per progetto. Il dimensionamento richiede in particolare pmax, KSt, energia minima di accensione, dati di temperatura, umidità del prodotto, possibili vapori di solvente e la valutazione di miscele ibride. Una resistenza alla pressione o al vuoto da sola non equivale a un dimensionamento resistente all'esplosione secondo la DIN EN 14460.
Inertizzazione e catena di processo
L'inertizzazione può essere impiegata come misura preventiva di protezione dalle esplosioni. In questo caso il contenuto di ossigeno del vano di processo viene abbassato mediante gas inerti idonei, ad esempio azoto, al di sotto di un valore sicuro stabilito per il rispettivo sistema di sostanze. Negli essiccatori-miscelatori sottovuoto o nei reattori ciò può avvenire mediante evacuazione e riempimento ripetuti con gas inerte. amixon® descrive questo principio per i propri apparecchi di miscelazione ed essiccazione sottovuoto.
Un'inertizzazione è efficace solo se il vano dell'apparecchio è sufficientemente a tenuta, la sequenza di inertizzazione è stata definita, sono presenti misurazione dell'ossigeno e interblocchi di sicurezza, e il valore di ossigeno ammissibile si trova con margine di sicurezza al di sotto della concentrazione limite di ossigeno specifica per sostanza e processo. L'inertizzazione non sostituisce automaticamente ulteriori misure di protezione dalle esplosioni per filtri, condensatori, trasportatori o punti di scarico collegati.
Le catene di processo chiuse possono ridurre il numero di trasferimenti aperti e quindi i possibili rilasci di polvere. Nondimeno dosaggio, alimentazione, campionamento, svuotamento, filtrazione, pulizia e manutenzione devono essere inclusi separatamente nel concetto di zone. Se combinare in modo sensato in uno stesso apparecchio fasi di processo come miscelazione, granulazione ed essiccazione dipende da prodotto, ricetta, obiettivo di processo e valutazione della sicurezza.
Dimensionamento e sperimentazione
Il dimensionamento specifico per progetto inizia con i dati delle sostanze rilevanti per la sicurezza e la User Requirement Specification del gestore. Ne fanno parte almeno KSt, pmax, energia minima di accensione, temperatura minima di accensione di nube e strato di polvere, conducibilità elettrica, umidità, granulometria nonché, per sostanze volatili, i dati di possibili miscele ibride vapore-polvere. Su questa base vengono stabiliti concetto di zone, categoria dell'apparecchio, limiti di temperatura, concetto di messa a terra, tenuta, inertizzazione, sfogo di pressione, soppressione o disaccoppiamento.
Prove con il prodotto originale possono successivamente valutare comportamento di miscelazione, apporto di temperatura, possibili incrostazioni, abrasione del prodotto, svuotamento e pulibilità. Non sostituiscono tuttavia una verifica di sicurezza normativa né la valutazione del rischio da parte di specialisti qualificati. I risultati possono supportare il dimensionamento tecnico di processo e la scelta della serie di miscelatori o essiccatori idonea.