Struttura resistente agli urti
Definizione
La costruzione resistente agli urti di pressione è una forma di protezione strutturale contro le esplosioni per apparecchi e recipienti, in particolare per i miscelatori in cui vengono lavorate polveri o miscele ibride. Un serbatoio è considerato resistente agli urti di pressione se è progettato in modo tale da resistere all’urto di pressione generato da un’esplosione interna fino a una sovrapressione di esplosione massima prestabilita, senza rompersi. Sono ammesse deformazioni permanenti, purché rimangano garantite la tenuta e l’integrità meccanica dell’involucro e non vi sia fuoriuscita incontrollata di fiamme o gas esplosivi verso l’esterno.
Di norma, l’apparecchio viene progettato per una sovrapressione di esplosione ridotta (pred) compresa tra circa 0,5 e 10 bar – a seconda del prodotto, dei parametri di esplosione e del concetto di protezione complessivo, ad esempio in combinazione con lo scarico della pressione o la soppressione dell’esplosione.
Differenziazione rispetto a tipologie costruttive affini
Tipologia costruttiva Descrizione Stato dopo l’esplosione
Resistente alla pressione: resiste alla pressione di esplosione senza deformazioni permanenti; pienamente funzionante, nessuna deformazione
Resistente all’urto di pressione: resiste all’urto di pressione definito; è ammessa una lieve deformazione permanente, ma non sono ammesse lacerazioni; funzionante, eventualmente con deformazioni visibili
A scarico di pressione: la pressione viene scaricata in modo controllato tramite punti di rottura prestabiliti, quali dischi di rottura o valvole; la struttura portante rimane intatta, il dispositivo di scarico deve essere sostituito
La struttura resistente all’onda d’urto viene spesso combinata con misure di scarico di pressione o di soppressione dell’esplosione, al fine di ridurre la pressione di esplosione (pred) e limitare il carico sulla struttura.
Caratteristiche essenziali nella tecnologia di miscelazione
Pressione di progetto
Progettazione del serbatoio di miscelazione in base alla sovrapressione di esplosione ridotta definita, tipicamente da 0,5 a 10 bar, in conformità con i dati della sostanza determinati e il concetto di protezione contro le esplosioni scelto.
Geometria rinforzata della vasca
Spessori delle pareti maggiorati e forme del fondo e del coperchio adatte ai colpi d’ariete, ad esempio fondi conici o di Klöpper, per assorbire in modo sicuro i picchi di sollecitazione locali.
Scelta dei materiali
Utilizzo di acciai tenaci e di alta qualità – tipicamente acciai inossidabili come 1.4301, 1.4404 o 1.4571 – con proprietà di resistenza e tenacità definite, affinché l’energia dell’esplosione venga assorbita prevalentemente tramite deformazione plastica e non tramite rottura fragile.
Sistemi di tenuta specializzati
Guarnizioni per alberi e alloggiamenti resistenti ai colpi d’ariete, come O-ring o guarnizioni gonfiabili, che impediscono perdite anche in caso di esplosione e garantiscono la tenuta dell’alloggiamento.
Meccanismi di chiusura e collegamento massicci
Aperture di ispezione e manutenzione con chiusure rinforzate. Tutti i raccordi tubolari, gli ingressi e le uscite, nonché i passaggi degli alberi, sono realizzati in modo da resistere ai colpi di bue, per impedire che si aprano o si stacchino in caso di evento.
Progettazione e produzione conformi alle norme
Progettazione secondo le direttive e le norme europee e nazionali pertinenti, in particolare:
- DIN EN 14460 per la resistenza alle esplosioni degli apparecchi
- la direttiva 2014/34/UE per i fabbricanti di apparecchi e gli obblighi dei gestori ai sensi della direttiva 1999/92/CE
- esecuzione qualificata dei giunti saldati secondo la norma EN ISO 3834, nonché relativi certificati di resistenza e dei materiali
Attrezzature e documentazione certificate
Spesso la struttura resistente ai colpi di ariete viene combinata con dispositivi di disaccoppiamento antiesplosione nelle condotte di ingresso e di uscita, come valvole di non ritorno o barriere per agenti estinguenti. La fornitura comprende tipicamente:
- Certificati di resistenza e stabilità
- Certificati dei materiali, ad esempio 3.1 secondo la norma EN 10204
Dichiarazione di conformità e documentazione relativa alla direttiva ATEX
Protezione contro le esplosioni nei miscelatori
I miscelatori trattano spesso polveri infiammabili, il che può creare un’atmosfera esplosiva nella camera di miscelazione – tipicamente zona 20. I campi di applicazione tipici sono:
- Industria alimentare: latte in polvere, amido, zucchero, farine di cereali, cacao
- Industria chimica: granulati plastici, pigmenti, prodotti chimici organici di precisione
- Industria farmaceutica: principi attivi, lattosio, derivati della cellulosa
- Industria delle batterie e delle polveri metalliche: polveri di alluminio, magnesio, grafite e altri metalli
- Industria edile e dei minerali: malte secche con aggregati infiammabili
La struttura resistente agli urti di pressione è particolarmente indicata quando uno scarico di pressione classico verso l’esterno non è realizzabile dal punto di vista strutturale o lo è solo in misura limitata, ad esempio in edifici a più piani, in caso di installazione interna o in camere bianche.
È inoltre la soluzione ideale quando nel processo vengono introdotti liquidi infiammabili, solventi o vapori. In tali miscele ibride, l’energia minima di accensione diminuisce notevolmente, mentre la velocità di aumento della pressione e la pressione massima di esplosione aumentano. La pressione di progetto deve quindi essere determinata sulla base dei valori caratteristici della miscela ibrida, non solo sulla base dei valori caratteristici della polvere.
Vantaggi specifici dei miscelatori
Per la loro struttura – spesso conica o cilindrica con azionamento dall’alto – i miscelatori dispongono di una zona di azionamento e cuscinetti separata dalla camera di lavorazione. Nella versione resistente agli urti di pressione ne derivano i seguenti vantaggi:
Protezione delle persone e dell’ambiente
In caso di esplosione, l’impianto rimane chiuso. Si impedisce la dispersione di detriti e la fuoriuscita di fiamme nella sala di produzione; le particelle incandescenti rimangono all’interno della camera di miscelazione.
Protezione delle materie prime e dei processi critici
Adatto alla lavorazione sicura di polveri esplosive e miscele ibride, senza compromettere la qualità del prodotto con misure di sicurezza aggiuntive nel processo.
Elevata disponibilità dell’impianto
A differenza degli apparecchi non resistenti agli urti di pressione, che spesso vengono distrutti in caso di esplosione, un miscelatore resistente agli urti di pressione può, dopo l’evento – a seconda dell’entità della deformazione – essere generalmente rimesso in funzione dopo un’ispezione visiva, l’eventuale sostituzione di guarnizioni e dispositivi di scarico, nonché un controllo tecnico.
Integrazione nei sistemi di protezione contro le esplosioni
Poiché il rischio di esplosione rimane confinato all’interno della vasca di miscelazione, spesso è possibile una configurazione più compatta. Le distanze di sicurezza si riducono, la disposizione diventa più semplice e non sono necessarie lunghe condotte di scarico della pressione verso l’esterno.
Sicurezza giuridica e assicurabilità
La realizzazione secondo le direttive ATEX e le norme pertinenti facilita l’adempimento degli obblighi di legge a carico del gestore e può influire positivamente sulla valutazione dei rischi e sulla classificazione nell’assicurazione contro i danni materiali.
Sintesi per la pratica
La struttura resistente agli urti di pressione nei miscelatori e in altre apparecchiature per polveri rappresenta una soluzione tecnicamente sofisticata, ma particolarmente affidabile, per il controllo delle esplosioni interne di polveri. Essa combina:
- protezione strutturale contro le esplosioni grazie a serbatoi e componenti progettati per resistere ai colpi di pressione
- elevata sicurezza operativa per il personale e gli edifici
- vantaggi economici grazie alla riduzione dei danni e alla rapida rimessa in funzione
- flessibilità progettuale nell’installazione degli impianti, in particolare in ambienti interni