Scarico della pressione

Definizione

Nella tecnologia di processo e di miscelazione, lo scarico della pressione indica una misura costruttiva di protezione contro le esplosioni, con la quale la sovrapressione che si genera improvvisamente all’interno di un impianto – ad esempio un miscelatore – viene controllata e scaricata in modo mirato.

L’obiettivo è quello di preservare l’integrità meccanica del serbatoio in caso di esplosione di polveri o di aumento di pressione non consentito e di proteggere le persone, l’impianto e l’ambiente circostante dalle conseguenze distruttive, senza dover progettare il serbatoio in modo che sia completamente resistente all’intera pressione di esplosione.

In pratica, lo scarico della pressione avviene tramite speciali dispositivi di scarico quali dischi di rottura, valvole antiesplosione o sistemi di scarico senza fiamma, che si aprono al superamento di una pressione di intervento definita e convogliano la pressione e il fronte di fiamma in un’area sicura.

Caratteristiche essenziali

Protezione antiesplosione strutturale e passiva

Lo scarico della pressione fa parte della protezione antiesplosione terziaria: l’esplosione non viene impedita, ma i suoi effetti vengono limitati a una sovrapressione controllabile e ridotta. Il sistema agisce automaticamente, senza azionamento elettronico.

Dispositivi di scarico

Le membrane di rottura sono membrane a uso singolo, a tenuta di gas, che si rompono a una pressione di intervento definita con precisione e scaricano istantaneamente la sovrapressione verso l’esterno. Sono di semplice costruzione e richiedono pochissima manutenzione.

Le valvole antiesplosione o valvole di scarico della pressione sono elementi richiudibili che si aprono in caso di sovrapressione e che, nella maggior parte dei casi, possono essere successivamente riportati nella posizione di funzionamento. Sono particolarmente adatte per impianti di serie, ad esempio nell’industria mangimistica e agricola.

Lo scarico della pressione senza fiamma combina un’apertura di scarico con filtri speciali, come i tubi Q o le valvole di scarico senza fiamma. La pressione viene scaricata, mentre le fiamme e i gas caldi rimangono all’interno. Ciò è particolarmente importante in caso di installazione in capannoni di produzione, in camere bianche o laddove non sia possibile o consentito lo scarico all’esterno.

Pressione di risposta definita e dimensionamento

Gli elementi di scarico si aprono a una pressione di risposta prestabilita, tipicamente compresa tra circa 0,1 e 0,5 bar di sovrapressione, a seconda del prodotto e del progetto dell’impianto. La superficie di scarico richiesta viene calcolata in conformità alla norma DIN EN 14491 e alle specifiche ATEX pertinenti, sulla base di:

volume del serbatoio
parametri caratteristici della polvere quali il valore Kst e pmax
pressione di esplosione ridotta massima ammissibile pred,max

Conformità alle direttive e alle norme

In Europa, nella lavorazione di polveri infiammabili, è obbligatorio un progetto conforme alle direttive ATEX 2014/34/UE e 1999/92/CE, nonché alle norme pertinenti. Lo scarico della pressione è un elemento centrale di un concetto di protezione contro le esplosioni conforme alle norme.

Progettazione igienica e conforme alle GMP

Nell’industria alimentare e farmaceutica, i sistemi di scarico della pressione sono progettati in modo tale da evitare la formazione di spazi morti in cui possano accumularsi residui di prodotto e affinché le superfici siano facili da pulire e spesso idonee ai processi CIP e SIP. Ciò garantisce il rispetto degli standard igienici e favorisce la conformità ai requisiti GMP.

Manutenzione ridotta e combinabilità

I dischi di rottura e le valvole di scarico richiedono in linea di massima poca manutenzione, ma devono essere controllati regolarmente per verificarne l’integrità e la funzionalità. Lo scarico della pressione può essere efficacemente combinato con ulteriori misure di protezione contro le esplosioni, come il rilevamento e l’estinzione delle scintille, il disaccoppiamento dall’esplosione tramite valvole a chiusura rapida o valvole di non ritorno, nonché l’inertizzazione.

Importanza per i miscelatori nelle miscelazioni di polveri

I miscelatori trattano spesso polveri fini e secche come amido, farina, zucchero, latte in polvere, pigmenti, additivi per materie plastiche, polveri metalliche o principi attivi farmaceutici. Molte di queste sostanze formano con l’aria miscele polvere-aria esplosive.

Le fonti di accensione tipiche sono le scariche elettrostatiche, l’attrito meccanico, le superfici surriscaldate o i corpi estranei metallici. In caso di accensione, la pressione nel recipiente di miscelazione aumenta enormemente nel giro di pochi millisecondi.

Aspetti particolari relativi ai miscelatori:

ampio volume libero di gas sopra il materiale miscelato, in cui possono formarsi nuvole di polvere – ciò aumenta il rischio di esplosione da polvere
componenti interni complessi quali eliche di miscelazione, tenute per alberi e trituratori, che possono essere gravemente danneggiati o distrutti in caso di sovrapressione incontrollata
frequente installazione in ambienti interni con passaggio di personale e impianti adiacenti, per cui è assolutamente necessario evitare fiamme libere in caso di scarico classico

Uno scarico della pressione progettato a regola d’arte garantisce che:

il serbatoio di miscelazione rimanga strutturalmente intatto e non si lacerino
l’energia dell’esplosione venga deviata in modo mirato verso un’area sicura, all’esterno o in un sistema di scarico senza fiamma
i costosi componenti interni e le parti dell’impianto a valle siano protetti da danni ingenti
la sovrapressione di esplosione ridotta (pred) rientri nei limiti di sollecitazione ammessi del serbatoio e della struttura in acciaio

Se alla polvere vengono aggiunti liquidi infiammabili, solventi o vapori, si ha una miscela ibrida. Le superfici di scarico necessarie sono quindi maggiori rispetto a quelle richieste per la polvere pura, e lo scarico all’aperto è spesso non consentito – in questo caso occorre valutare l’impiego di sistemi senza fiamma o l’inertizzazione.

Applicazioni tipiche ed esempi di settori

Industria alimentare

Nella miscelazione di farina, zucchero, cacao, amido o latte in polvere, lo sfogo della pressione è praticamente uno standard, poiché queste polveri presentano solitamente valori Kst rilevanti e quindi un potenziale esplosivo significativo.

Industria chimica

Nell’omogeneizzazione di granulati plastici, pigmenti, additivi o prodotti intermedi, lo sfogo della pressione protegge sia il personale operativo che gli impianti di miscelazione e trasporto nelle vicinanze.

Produzione farmaceutica

Nei miscelatori conformi alle norme GMP, lo scarico di pressione viene spesso combinato con sistemi di scarico senza fiamma per impedire l’ingresso di fiamme nelle camere bianche e la fuoriuscita del prodotto all’esterno, mantenendo così la classificazione della camera bianca.

Lavorazione delle polveri metalliche

In presenza di polveri particolarmente reattive, come quelle di alluminio, magnesio o titanio, lo scarico della pressione viene spesso combinato con l’inertizzazione e con sistemi di monitoraggio aggiuntivi per tenere sotto controllo l’elevato rischio di esplosione.

Settore dei mangimi e agricolo

I miscelatori per premiscele e componenti di mangimi sono spesso dotati di serie di valvole antiesplosione, al fine di soddisfare i requisiti del regolamento sulla sicurezza sul lavoro e delle norme delle associazioni di categoria.

Vantaggi per il cliente

Protezione delle persone: riduzione al minimo del rischio di lesioni per gli operatori e le persone nelle vicinanze grazie alla limitazione degli effetti della pressione e delle fiamme.
Protezione dell’impianto e continuità operativa: in caso di incidente, i danni si concentrano essenzialmente sull’elemento di scarico, invece di distruggere l’intero miscelatore o l’edificio. Ciò riduce notevolmente i tempi di fermo e facilita una rapida rimessa in funzione.
Sicurezza giuridica e vantaggi assicurativi: il rispetto dei requisiti ATEX e normativi pertinenti favorisce una progettazione dell’impianto conforme alla legge e viene considerato dagli assicuratori come una misura riconosciuta di protezione contro le esplosioni.
Sicurezza dell’investimento: soluzioni di scarico della pressione conformi alle norme, igienicamente corrette e collaudate nel lungo periodo aumentano la durata di vita dell’impianto e tutelano l’investimento.

La progettazione concreta di tipo, numero e dimensioni degli elementi di scarico della pressione è sempre specifica per ogni progetto. Si basa sulle caratteristiche del prodotto, sui parametri di processo, sulle condizioni di installazione e sui carichi ammissibili del serbatoio e della struttura dell’edificio e dovrebbe essere effettuata da ingegneri esperti in protezione contro le esplosioni o in ingegneria di processo.