Quali caratteristiche aumentano la sicurezza di esercizio nella manipolazione di polveri polverulente e potenzialmente esplosive nelle miscele di fertilizzanti?
Nella manipolazione di polveri polverulente e potenzialmente esplosive – per esempio nelle miscele NPK, nei fertilizzanti contenenti nitrato di ammonio o nelle formulazioni contenenti micronutrienti – è necessario un concetto di sicurezza integrato e a più livelli. Esso combina misure preventive, controllo delle fonti di innesco e protezione costruttiva contro le esplosioni e si basa su un dimensionamento dell'impianto conforme ATEX e sicuro rispetto alla polvere.
Un dimensionamento conforme ATEX comprende la classificazione delle zone per le atmosfere polverose (zona 20/21/22) e la scelta di apparecchiature idonee con le categorie di apparecchi adeguate. I componenti elettrici vengono realizzati a tenuta di polvere, con gradi di protezione e custodie adeguati, per evitare l'ingresso di polvere, i cortocircuiti e gli inneschi su superfici calde. Recipienti, filtri e miscelatori sono costruiti resistenti all'urto di pressione e dimensionati per una pressione di esplosione ridotta.
Alla protezione costruttiva contro le esplosioni appartengono scarichi della pressione quali dischi di rottura o portelli antiesplosione su sili, filtri e miscelatori, per convogliare in modo controllato la sovrapressione verso zone sicure. Sistemi di soppressione dell'esplosione con rilevazione rapida e immissione di agenti estinguenti possono sopprimere il fronte di fiamma nell'ordine dei millisecondi. Il disaccoppiamento contro le esplosioni avviene tramite valvole a chiusura rapida, valvole di non ritorno, rotocelle con dispositivo antiritorno di fiamma o barriere con agente estinguente, per impedire la propagazione della fiamma e della pressione verso le parti di impianto adiacenti.
L'esclusione delle fonti di innesco è un livello di protezione centrale. Un'equipotenzialità continua e una messa a terra coerente di tutte le parti conduttive e dissipative dell'impianto – comprese le stazioni per big bag – impediscono le scariche elettrostatiche a scintilla. Le fonti di innesco meccaniche e termiche vengono limitate con materiali antiscintilla, tecnica di supporto adeguata e monitoraggio della temperatura sui componenti rotanti. Le temperature superficiali vengono mantenute al di sotto della temperatura di incandescenza della polvere specifica. Sensori quali la rilevazione di scintille nelle condotte di aspirazione, il monitoraggio della temperatura di cuscinetti e carcasse nonché sensori di vibrazione per il riconoscimento precoce del surriscaldamento completano la strategia di protezione.
Una conduzione del processo chiusa e a bassa polverosità riduce la formazione di miscele polvere-aria esplosive. Sistemi di trasferimento del materiale sottovuoto o chiusi, per esempio sistemi di immissione delle polveri basati sul vuoto o trasporti pneumatici chiusi, minimizzano il rilascio di polvere. I punti di carico e di trasferimento vengono messi in sicurezza con un'aspirazione definita; gli impianti di filtrazione con pulizia in linea e monitoraggio della pressione differenziale assicurano una captazione affidabile della polvere. Le zone critiche possono essere inertizzate: miscelatori, sili o condotte vengono sovrapposti con gas inerte e il contenuto di ossigeno viene abbassato al di sotto della concentrazione limite di ossigeno (Limiting Oxygen Concentration), così che la formazione e la propagazione della fiamma vengono impedite.
La tecnica di misura e di sicurezza assicura la dimostrazione continua della sicurezza di processo. Nei sistemi inertizzati il contenuto di ossigeno viene monitorato in continuo; una sensoristica CO riconosce precocemente gli incendi covanti nei sili. Livello di riempimento, temperatura e altre grandezze rilevanti per la sicurezza vengono rilevati in circuiti valutati di conseguenza. Concetti di arresto di emergenza e di spegnimento con un controllo di sicurezza adeguato consentono una reazione rapida e definita agli scostamenti critici.
Pulizia, manutenzione e igiene sono anch'esse parte del concetto di sicurezza. Una costruzione povera di spazi morti evita i depositi di polvere nelle zone difficilmente accessibili e riduce il rischio di fonti di innesco locali o di incendi covanti. Superfici lisce e facilmente pulibili a contatto con il prodotto facilitano la rimozione della polvere, opzionalmente in esecuzione idonea al CIP. Aperture di ispezione ben accessibili con chiusure a tenuta di polvere e di gas supportano il controllo e la documentazione. Intervalli di pulizia stabiliti e documentati, per esempio con prescrizioni sugli spessori massimi ammissibili degli strati di polvere, limitano la quantità di polvere combustibile.
A un concetto di sicurezza completo appartengono inoltre la documentazione e la caratterizzazione della polvere. Un documento sulla protezione contro le esplosioni fissa sistematicamente pericoli, classificazione delle zone, misure di protezione e responsabilità. I valori caratteristici della polvere quali il valore KSt, la Pmax, l'energia minima di innesco e il limite inferiore di esplosività vengono determinati e costituiscono la base per il dimensionamento costruttivo e impiantistico. Le valutazioni del rischio, per esempio sotto forma di analisi HAZOP o PAAG, considerano il processo complessivo, identificano gli scenari critici e definiscono misure preventive e limitative adeguate.
Dalla combinazione di questi elementi nasce un concetto di sicurezza a livelli: protezione primaria contro le esplosioni mediante l'esclusione delle miscele esplosive, protezione secondaria mediante l'esclusione delle fonti di innesco e protezione terziaria mediante la limitazione degli effetti. In tal modo la sicurezza di esercizio nella manipolazione di polveri polverulente e potenzialmente esplosive negli impianti di miscelazione di fertilizzanti aumenta in modo duraturo.
Così amixon® realizza la protezione contro le esplosioni per le polveri esplosive
Prevenzione della polvere nel processo di miscelazione
Nella lavorazione di polveri combustibili può formarsi, a determinate condizioni, un'atmosfera esplosiva; il presupposto è la presenza contemporanea di polvere combustibile, ossigeno e una fonte di innesco efficace. La protezione preventiva contro le esplosioni mira quindi a escludere in modo affidabile, o a limitare efficacemente, almeno uno di questi presupposti. In amixon® la base è l'esecuzione a tenuta di polvere degli apparecchi: riduce la fuoriuscita di polveri di prodotto nell'ambiente e contribuisce così a evitare depositi di polvere pericolosi e atmosfere di polvere esplosive all'esterno del miscelatore. Le eliche SinConcave®/SinConvex® generano il rimescolamento forzato necessario a questo scopo, senza far impolverare inutilmente il prodotto.
La zona ATEX 20 come dimensionamento su tutte le serie
In amixon® la camera di miscelazione è progettata per la zona ATEX 20 su tutte le serie. Ne fanno parte i miscelatori a un albero EM, i miscelatori verticali e conici VM, HM, AM, KS, SH e GM, i miscelatori a container COM, i miscelatori continui AMK nonché i reattori essiccatori-miscelatori VMT e AMT. La zona ATEX 20 designa le aree in cui un'atmosfera di polvere esplosiva è presente in modo permanente o per lunghi periodi. Questo dimensionamento costituisce la base coerente per i concetti di zona 20/21 nella lavorazione delle polveri. Il quadro normativo è dato dalla direttiva di prodotto ATEX 2014/34/UE e dalla direttiva di esercizio 1999/92/CE. La classificazione delle zone dell'impianto avviene a cura del gestore; amixon® fornisce a tale scopo apparecchi qualificati con documentazione completa.
Prevenzione delle fonti di innesco mediante la conduzione a basso numero di giri
La prevenzione di fonti di innesco efficaci è un elemento centrale della protezione preventiva contro le esplosioni. In molte applicazioni i miscelatori amixon® lavorano con frequenze di rotazione relativamente basse; la velocità periferica degli utensili di miscelazione può essere limitata a meno di 1 m/s, se il concetto di processo lo richiede. La ridotta velocità degli utensili riduce le sollecitazioni meccaniche e può diminuire il rischio di eventi di sfregamento, urto o scintilla capaci di innescare. Poiché la geometria di miscelazione genera un movimento del prodotto tridimensionale e intenso, una bassa velocità periferica non significa una minore prestazione di miscelazione. La valutazione concreta delle possibili fonti di innesco deve comunque avvenire sempre in relazione all'applicazione, tra l'altro sulla base delle proprietà delle materie impiegate, di possibili corpi estranei, delle cariche elettrostatiche, del dimensionamento di supporti e guarnizioni, del monitoraggio della temperatura nonché dell'equipaggiamento elettrico e meccanico dell'apparecchio.
L'inertizzazione mediante tecnica del vuoto
Un ulteriore approccio della protezione preventiva contro le esplosioni è l'inertizzazione della camera di processo. I miscelatori amixon® possono essere realizzati a tenuta di vuoto. In tal modo l'aria presente nella camera di miscelazione può essere prima evacuata e poi sostituita con un gas inerte; come gas inerti si prendono in considerazione, in funzione dei requisiti di prodotto, del procedimento e del concetto di sicurezza, per esempio azoto, anidride carbonica o gas nobili. Abbassando il contenuto di ossigeno al di sotto della concentrazione limite di ossigeno determinante per la polvere in questione si può impedire la formazione di un'atmosfera esplosiva all'interno del miscelatore. Determinanti sono qui i dati caratteristici specifici della polvere, la tenuta del sistema complessivo, la modalità di esercizio prevista nonché un'adeguata tecnica di misura, regolazione e monitoraggio.
Esecuzione resistente alla pressione e resistente all'urto di pressione
Se un'atmosfera esplosiva non può essere evitata in modo sicuro, possono essere necessarie misure di protezione costruttive. I miscelatori amixon® sono realizzabili a scelta in esecuzione resistente alla pressione o resistente all'urto di pressione. Il dimensionamento si basa sulle grandezze caratteristiche determinate per la polvere in questione, in particolare sulla sovrappressione massima di esplosione e sulla velocità di aumento della pressione. Una costruzione resistente alla pressione sopporta la pressione di esplosione massima prevedibile; un'esecuzione resistente all'urto di pressione tiene conto della pressione di esplosione ridotta che risulta da un concetto di scarico della pressione coordinato. Lo scarico della pressione non è una caratteristica isolata di un componente, ma parte di un concetto di protezione coordinato: oltre al dimensionamento del dispositivo di scarico vanno considerati l'evacuazione sicura di fiamme e pressione, le possibili emissioni di polvere, il pericolo per le persone nonché le interazioni con i componenti collegati.
Concetto individuale di protezione contro le esplosioni
Quale concetto di protezione sia adeguato non può essere stabilito in modo generale. Sono determinanti, tra l'altro:
- la combustibilità e le grandezze caratteristiche di esplosione della polvere,
- l'energia minima di innesco e le temperature di innesco,
- la concentrazione limite di ossigeno,
- la dimensione delle particelle, l'umidità e la temperatura del prodotto,
- la pressione di esercizio e la conduzione del processo,
- l'integrazione di carico, scarico, filtrazione e periferia,
- la classificazione delle zone ATEX nel luogo di installazione,
- i requisiti della valutazione dei rischi e del documento sulla protezione contro le esplosioni.
Per questo amixon® dimensiona gli apparecchi di miscelazione in relazione all'applicazione: dalla conduzione di processo a tenuta di polvere, passando per l'inertizzazione assistita dal vuoto, fino all'esecuzione resistente alla pressione o all'urto di pressione con lo scarico della pressione adeguato.
Messa in sicurezza nel centro prove amixon®
Prima di ogni investimento c'è la dimostrazione nel centro prove. Nella sede principale di Paderborn sono disponibili a tale scopo 35 impianti di prova in diverse taglie. Questi sono integrati da centri prove in Giappone, India, Thailandia, Cina, Corea del Sud e Stati Uniti. Le prove vengono eseguite con prodotti originali, con gradi di riempimento e dimensioni di lotto reali nonché nel campo di temperatura e di pressione previsto. Vengono valutate la qualità di miscelazione, la delicatezza sul prodotto, l'apporto di energia, la pulibilità e la riproducibilità nel successivo funzionamento in serie. I risultati vengono valutati e documentati insieme alle esperte e agli esperti amixon®. Nasce così una solida base decisionale, che riduce notevolmente i rischi tecnici ed economici prima dell'acquisto.