LA PREVENZIONE DELLE ESPLOSIONI DA POLVERE. CASO …

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LA PREVENZIONE DELLE ESPLOSIONI DA POLVERE. CASO STUDIO: LE ATTIVITA’ MOLITORIE

___________La valutazione del rischio da atmosfere esplosive

in presenza di polveri

Luca MarmoDirettore del laboratorio Esplosività Polveri

Politecnico di Torino, Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia

[email protected]

Cosa è una esplosione?Cosa è una esplosione?

M t d #1Metodo #1AcquaCaffèAprite il gasAccendete il bruciatoreAttendete il caffè

CH4+2O2(+2*3,76N2) CO2+2H2O(+2*3,76N2) 890 KJ/molLuca Marmo -Politecnico di Torino

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M t d #2Metodo #2AcquaCaffèAprite il gasAttendete il caffèAccendere il bruciatore


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4

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Cosa è una esplosione?Cosa è una esplosione?• Reazione (combustione) molto rapida• Libera una grande quantità di energia

Energia Calore Espansione

nRTPV =• Legge di stato dei gas

iiii RTnVP =

ffff RTnVP =

V costante P costante

ii

ff

i

f

RTnRTn

PP

=ii

ff

i

f

RTnRTn

VV

=

Luca Marmo -Politecnico di Torino

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Cosa è una esplosione?Cosa è una esplosione?• Pressione aumenta per l’espansione dei gas, max incremento

circa 8-12X

i

Apparecchiaturespeciali

Strutture civili

Apparecchiature


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4

Domanda 1: è una polvere pericolosa?Domanda 1: è una polvere pericolosa?

• NFPA 68. Dust: “finely divided solid, 420 μm or less in diameter”

• NFPA 68. Combustible dust: “a combustible particulate solid that presents a fire or deflagration hazard when suspended in air or some other oxidizing medium over a range of concentration, regardless of particle size or shape.

• EN1127. For mists and dusts a degree of dispersion sufficient to produce an explosive atmosphere can be reached if the droplet or particle size falls below 1 mm.

• EN 13237 soglia a 500 μm


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Domanda 1: è una polvere pericolosa?Domanda 1: è una polvere pericolosa?1. È combustibile2. È disperdibile3. È sufficientemente reattiva.3. È sufficientemente reattiva.

La dimensione è un fattore determinante.

Dimensione Disperdibilità Reattività


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Domanda 1: è una polvere pericolosa?Domanda 1: è una polvere pericolosa?• Interfaccia:• Scambio di materia• Scambio di calore• Scambio di calore

D

6

3DV π=

2DA π=

DVAa 6==

D

H 4

2HDV π= DHDA ππ += 22 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +==

HDVAa 214


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Risposta: Forse si Risposta: Forse si se…se…

Carbone

Zucchero

Metalli

LegnoPlastica Legno

Farmaci


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Domanda 2: dimensione???Domanda 2: dimensione???

Diametro =2D

D2 D


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Diametro = D


D2D

D

( ) DDDn

dnd

ii

iii

a 5,130

15215=

+⋅==

∑∑( )( ) DDD

n

dnd

ii

iii

v 651,130

15215333

3

3

=+⋅

==∑∑


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D2D

D

( )( )( )( ) D

DDDD

dn

dnd

iii

iii

s 8,11521515215

22

33

2

3

=+⋅+⋅

==∑∑


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ConfinamentoConfinamentoConfinamento

Domanda 3: ho un rischio reale?Domanda 3: ho un rischio reale?• Una esplosione avviene quando ho la concomitanza

di questi fattori (si dice…)

Innescoefficace

ConfinamentoConfinamentoConfinamento

Dispersione

CombustibileComburente


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DispersioneDispersione

• Si deve formare una nube.• La concentrazione deve essere compresa entro i limiti• La concentrazione deve essere compresa entro i limiti

d’infiammabilità:Limite Inferiore d’Infiammabilità, LELLimite superiore d’infiammabilità UEL

Il secondo esiste solo concettualmente, ma non è misurabile, e comunque le polveri sedimentano, quindi è come se non

iesistesse.

Trasporto, ventilazione, vibrazioni, pulizia inadeguata o esplosione primaria.


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ComburenteComburente

• L’Ossigeno dell’aria è ubiquitario.• Propagazione di fiamma fino a ≈ 12% (polveri metalliche p g (p

5%)• Significativo effetto della granulometria)• Altri ossidanti: perossidi, Fluoro, Cloro, Nitrato di

Ammonio


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Innesco efficaceInnesco efficace

Veicoli Apparecchi di processo Impianti elettrici

Superfici calde Housekeeping Elettrostatica


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Innesco efficaceInnesco efficace--elettrostaticaelettrostatica


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Limite inferiore di esplosività, LEL •Classificazione aree

Pressione massima di esplosione, PmaxCostante di esplosione K

Dimensionare i sistemi di:•Sfogo

I PARAMETRI DEFLAGRANTII PARAMETRI DEFLAGRANTI

Temperatura minima di accensionedi depositi di polvere AITLdi polvere aerodispersa AITC

•Individuare le fonti di innesco da superfici calde

•Programmare la manutenzione

Costante di esplosione KStg

•Soppressione

Energia minima d’innesco, MIE •Individuare le fonti d’inesco di natura elettrica/elettrostatica

Concentrazione limite di ossigeno LOCMinima concentrazione di inerte, MIC

•Inertizzare un sistema:• Gas inerte a circuito chiuso/aperto

• Sistemi di soppressione parziale/totale


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Domanda 4: dove acquisire le Domanda 4: dove acquisire le caratteristiche della polvere?caratteristiche della polvere?

Database GESTIS-DUST-EX , gestito da Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfall ersicher ng (IFA)Unfallversicherung (IFA)

http://www.dguv.de/ifa/Gefahrstoffdatenbanken/GESTIS-STAUB-EX/index-2.jsp

Ad oggi contiene dati relativi a 4605 campionigg p


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Tutto semplice, Tutto semplice, ma…ma…..


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Tutto semplice, Tutto semplice, ma…ma…..

• Limits of applicability• There are limits of applicability of the combustion and explosion

characteristics specified in these tables. They are based on the wide variation possibilities in the nature of the dusts (e.g. composition, particle size distribution, surface structure, moisture content), on the one hand, and on the dependence of the numerical value of the characteristics on the test methods, on the other. Hence, the user must always be aware that the tabulated values can only serve as a guideline for the design of preventive and protective measures.

• Above all, the data should indicate which substances have already been tested, whether the substances are dust-explosible and on what scale the most important data can be expected. They frequently illustrate the problem involved with combustible dusts, i.e. that very different values can occur for what appear to be the same dusts. This highlights the need to test the dust to be handled whenever it is unclear if certain important influencing factors, such as composition, fineness and moisture content, coincide completely with the existing conditions in the case to be assessed…..


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Ad esempio, la Ad esempio, la farina…farina…..


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Ad esempio, la polvere di Ad esempio, la polvere di grano…grano…..


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CaratterizzazioneCaratterizzazione didi un un campionecampione• Natura chimica• Dimensione (distribuzione granulometrica)• Morfologia (sfere, dischi, fibre, flakes,ecc.)

• Quale che sia il parametro misurato, una caratterizzazione dovrebbe comprendere almeno:

1. La distribuzione granulometrica, o almeno il decimo, i t i t i til (d d d )

• Umidità• Stato superficiale

cinquantesimo e novantesimo percentile (d10, d50 e d90)2. Il contenuto di umidità


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INDICE DI ESPLOSIVITÀ INDICE DI ESPLOSIVITÀ KSTKST, , DPDP//DTDT, P , P MAXMAX

• UNI EN 14034-1

• UNI EN 14034-2UNI EN 14034 2


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• Si definiscono:– P massima pressione di esplosione [barg]

INDICE DI ESPLOSIVITÀ INDICE DI ESPLOSIVITÀ KKSTST, , DPDP//DTDT, , PPMAXMAX, LOC, LOC

Pmax massima pressione di esplosione [barg]– dP/dt Velocità massima di aumento di pressione [bar/s]– Kst Indice di esplosività del materiale


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INDICE DI ESPLOSIVITÀ, INDICE DI ESPLOSIVITÀ, SIGNIFICATOSIGNIFICATO

• Classificazione St, ai fini del dimensionamento dei sistemi di protezione


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LIMITE INFERIORE DI LIMITE INFERIORE DI ESPLOSIVITÀESPLOSIVITÀ

• Limite inferiore di esplosione secondo UNI EN 14034 314034-3

• Significato:

• Classificazione

• Dimensionamento

(es captazione, trasporto pneumatico)


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TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN NUBE IN NUBE

• Determinazione della temperatura minima di innesco in nube secondo CEI EN 50281-2-1

• Forno Godbert-Greenwald


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TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN NUBE, SIGNIFICATOIN NUBE, SIGNIFICATO

• Valutazione della sensibilità all’innesco termico di una polvere aerodispersa

• Sensibilità alla presenza di ambienti surriscaldati (attriti meccanici, apparecchiature elettriche)

• Definizione di temperature limite di sicurezza per macchinari


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TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN STRATOIN STRATO

• Determinazione della temperatura di innesco di uno strato di polvere secondo EN 50821-2-1uno strato di polvere secondo EN 50821 2 1


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TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN STRATOIN STRATO

• Determinazione della temperatura di innesco di uno strato di polvere secondo EN 50821-2-1uno strato di polvere secondo EN 50821 2 1


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TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN STRATO, SIGNIFICATOIN STRATO, SIGNIFICATO

• Valutazione della sensibilità all’innesco di polveri disposte in strato di 5 mm (limite definito per industriedisposte in strato di 5 mm (limite definito per industrie con un buon standard di pulizia)

• Valutazione di possibilità di innesco con combustione a brace

D fi i i di T fi i l li it hi t• Definizione di T superficiale limite per apparecchiature e grado di manutenzione e pulizia


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ENERGIA MINIMA D’INNESCOENERGIA MINIMA D’INNESCO

• Energia minima di innesco secondo UNI EN 13821secondo UNI EN 13821

• Scarica capacita o capacitivo/induttiva

• Valutare la suscettibilità all’innesco elettrico o elettrostatico


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CLASSE DI COMBUSTIONE BZCLASSE DI COMBUSTIONE BZ• Secondo VDI 2236

• Si classifica la polvere in base alla presenza o assenza di fiamma, propagazione della fiamma o rapida estinzione

• Classificazione dalla classe 1 (mancata diffusione fiamma) alla classe 6 (rapida combustione con propagazione di fiamma)


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Risultato del testClasseCL/PC/BZ

Prodotti di riferimento (20°C)

CLASSE DI COMBUSTIONE BZCLASSE DI COMBUSTIONE BZ

Nessuna accensione

Assenza di propagazione

1 Sale da cucinaBreve combustione, rapido spegnimento 2 Acido Tartarico, grani di malto

Combustione localizzata o bagliore praticamente senza propagazione

3 Lattosio D+, Mais

Combustione a brace o lenta 4 Acido 1-Amino-8-naftol-3,6-decomposizione senza fiamma

Propagazione

4 disolfonico, Tabacco, cacaoPropagazione veloce con fiamme 5 Zolfo

Combustione molto rapida con fiamma o rapida decomposizione senza fiamma

6 Polvere da sparo


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CLASSE DI COMBUSTIONE CLASSE DI COMBUSTIONE SIGNIFICATOSIGNIFICATO

Possibilità di inneschi conseguenza di combustione a brace


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AUTOACCENSIONE IN CUMULOAUTOACCENSIONE IN CUMULO

AIT = f(V) !Luca Marmo -Politecnico di Torino

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SENSIBILITÀ ALL’IMPATTOSENSIBILITÀ ALL’IMPATTO


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• grave di 5 ÷ 10 kg• campione di polvere di circa

40 mm3 o 100 mg

SENSIBILITÀ ALL’IMPATTOSENSIBILITÀ ALL’IMPATTO

40 mm3 o 100 mg• Test di combustione o

decomposizione• Effetti: detonazione, fumo,

fiamme o scintille• Pericolo ad es. per

operazioni come la macinazione.

• Nessuno dei test presentati è concepito per rispondere a questa domanda

• Non esiste un test di “esplodibilità” specifico (neppure VDI

Domanda 1: è una polvere pericolosa?Domanda 1: è una polvere pericolosa?

2236)• Test sviluppato presso POLITO-DISAT, 4 prove a condizioni

“estreme”

• Risultato: Non esplodibile, esplodibile a bassa/alta temperatura

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G i l’ tt iGrazie per l’attenzione


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