SOLUZIONI IMPIANTISTICHE PER L’ASPIRAZIONE ED IL TRATTAMENTO DI ATMOSFERE ESPLOSIVE NEL SETTORE

CHIMICO – FARMACEUTICO

Relatore Ing. Andrea Doardo

GAS, VAPORI E NEBBIE SOV - SIV prodotti da: •Agitatori •Reattori

•Scambiatori •Serbatoi di stoccaggio

•Condotti e serbatoi in pressione •Flange e interconnessioni

•Confezionamento

PRINCIPALI FONTI DI FORMAZIONE DI ATMOSFERE POTENZIAMENTE ESPLOSIVE NEL COMPARTO CHIMICO-FARMACEUTICO

POLVERI DI ORIGINE ORGANICA O METALLICA

prodotti da: •Sistemi di trasporto pneumatico

•Mescolatori •Reattori •Dosaggio

•Stoccaggio e movimentazione •Pesatura

•Setacciatura •Confezionamento

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UNI EN 1127-1 “PREVENZIONE DELL'ESPLOSIONE E PROTEZIONE CONTRO L'ESPLOSIONE”

La norma EN 1127-1 elenca tutte le 13 sorgenti di accensione riconosciute: 1) Superfici calde 2) Fiamme e gas caldi (incluse le particelle calde) 3) Scintille di origine meccanica 4) Materiale elettrico 5) Correnti elettriche vaganti, protezione contro la corrosione catodica 6) Elettricità statica 7) Fulmine 8) Onde elettromagnetiche a radiofrequenza (RF) da 10^4 a 3x10^12 Hz 9) Onde elettromagnetiche da 3x10^11 a 3x10^15 Hz 10)Radiazioni ionizzanti 11)Ultrasuoni 12)Compressione adiabatica e onde d'urto 13)Reazioni esotermiche, inclusa l'autoaccensione delle polveri

STATISTICHE INTERNAZIONALI SU INNESCHI E SOSTANZE COINVOLTE

ACQUISIZIONE DEI DATI DI PROGETTO: POLVERI POTENZIALMENTE ESPLOSIVE

presenza di POLVERI COMBUSTIBILI: ► organiche ► di metalli leggeri con GRANULOMETRIA < 500mm (in realtà la soglia reale di pericolosità è circa 300mm)

LE POLVERI SONO SOSPETTE ESPLOSIVE

per essere certi della loro pericolosità è necessario inviare un campione significativo delle

polveri così come vengono lavorate ad un laboratorio

accreditato per determinarne i parametri significativi da considerare

POLVERI: I principali parametri da considerare CEI 31-56 – EN 1127-1

Pmax bar Pressione massima ottenuta in un recipiente chiuso durante l’esplosione di un’atmosfera esplosiva determinata in condizioni di prova specificate.

Kst bar*m/s Indice di esplosività. (dP/dt)max*V^1/3=cost=Kst

MIE mJ La più bassa energia elettrica immagazzinata in un condensatore che, al momento della scarica, è sufficiente per provocare l’accensione dell’atmosfera più infiammabile in condizioni di prova specificate

Tcloud °C La temperatura più bassa di una superficie calda su cui la miscela più infiammabile delle polveri con l’aria si accende in condizioni di prova specificate (MIT).

Tlayer °C La temperatura più bassa di una superficie calda alla quale si verifica l’accensione in uno strato di polveri in condizioni di prova specificate.

Dm 10-6m Diametro medio della particella di polvere (granulometria)

LEL g/m3 Limite inferiore del campo di esplosione

BZ 1-6 Classe di combustione della polvere

%umidità % Percentuale umidità del campione

LOC % Massima concentrazione di ossigeno in una miscela di sostanza infiammabile e aria e un gas inerte, nella quale non si verifica un’esplosione, determinata in condizioni di prova specificate.

resistività ohm*m Resistività elettrica

ACQUISIZIONE DEI DATI

necessari per la progettazione

VALUTAZIONE DEI RISCHI

REALIZZAZIONE DI UNA IDONEA ASPIRAZIONE

LOCALIZZATA: Canalizzazioni di aspirazione in

materiali conduttivi e correttamente messe a terra. Il

sistema di aspirazione deve essere composto da

apparecchiature elettriche e meccaniche idonee

all'installazione nelle zone Atex (apparecchiature di categoria

adeguata)

SISTEMA DI ABBATTIMENTO:

Sistema costruito secondo le norme Atex

armonizzate e con componenti di categoria idonea alle zone Atex di

installazione

ACQUISIZIONE DEI DATI DI PROGETTO: ITER DEL FORNITORE

CLASSIFICAZIONE DELLE ZONE IN UN FILTRO A MANICHE PER POLVERI POTENZIALMENTE ESPLOSIVE

Filtro a maniche in depressione

Filtro a maniche in pressione

Esempio di zona pericolosa originata da una valvola rotativa (rotocella) sita in ambiente chiuso o aperto

Esempio di zone pericolose originate da uno scarico, o anche travaso, continuo o frequente di polvere in un recipiente aperto con bocca di scarico bassa sotto il bordo del contenitore sito in ambiente aperto

TRATTO DALLA CEI 31-56 GUIDA ALL'APPLICAZIONE DELLA NORMA CEI 31-52 “CLASSIFICAZIONE DEI LUOGHI DOVE SONO O POSSONO ESSERE PRESENTI POLVERI COMBUSTIBILI”

Per valutare se la sola prevenzione è sufficiente, bisogna considerare che la Direttiva Atex 94/9/CE prevede che

all’interno di una Zona 20 non insorgano fonti di accensione durante il normale

funzionamento, ma neppure in presenza di due situazioni di guasto indipendenti.

PREVENZIONE O PROTEZIONE?

La norma tedesca VDI 2263 prevede che si debba forzatamente ricorrere alla protezione del filtro soltanto quando la MIE della polvere è inferiore a 3mJ, quando il Mie è compreso tra 3 e 10 mJ è necessario il parere di un esperto, con MIE maggiore di 10mJ la sola prevenzione delle fonti di innesco ha ottime possibilità di avere successo

PREVENZIONE O PROTEZIONE?

FONTE DI INNESCO: CARICHE

ELETTROSTATICHE

SISTEMA DI PREVENZIONE: MESSA A TERRA DELLE MANICHE

FILTRANTI

GUASTO: MANICA NON

CORRETTAMENTE MESSA A TERRA

(manica caduta o male installata)

► guasto raro ma non

accettabile in zona 20

CONCLUSIONI: normalmente l'energia

di una scarica elettrostatica è

<10 mJ

► limite VDI2263

PLAUSIBILE

PREVENZIONE O PROTEZIONE?

FONTE DI INNESCO:

SCINTILLE DI ORIGINE

MECCANICA (da processo produttivo)

SISTEMA DI PREVENZIONE: RILEVAZIONE E SPEGNIMENTO

DELLE SCINTILLE (apparecchiatura certificata ma non

immune da guasti)

GUASTO: SISTEMA DI

RILEVAZIONE E SPEGNIMENTO DELLA SCINTILLA IN FAULT O

SCINTILLA NON RILEVATA

► guasto raro ma non

accettabile in zona 20

CONCLUSIONI: normalmente l'energia di una scintilla meccanica è

<10 mJ, tuttavia, con MIT

della polvere <400°C,

queste scintille possono diventare inneschi efficaci

► necessario valutare

anche la MIT

PREVENZIONE O PROTEZIONE?

FONTE DI INNESCO: INCENDIO LATENTE

SISTEMA DI PREVENZIONE:

NON APPLICABILE

EVENTO: Deposito di una scintilla su uno strato di polvere

(tipicamente sulla superficie delle maniche

filtranti)

CONCLUSIONI: la temperatura superficiale

delle braci è in grado di innescare qualunque nube

di polvere, anche con classe di combustione BZ1

o BZ2, soprattutto se la brace è alimentata dal

flusso d'aria (es. deposito della brace sulla manica

filtrante)

► limite VDI2263

NON PLAUSIBILE

PREVENZIONE O PROTEZIONE?

Dall'analisi delle casistiche più comuni, risulta quindi evidente che la protezione

dei filtri per polveri potenzialmente esplosive è una condizione indispensabile

per molte applicazioni.

Essa potrà essere evitata soltanto nel caso in cui la presenza di un innesco efficace possa essere ragionevolmente esclusa attraverso un'apposita analisi dei rischi

SISTEMA DI PREVENZIONE:

evitare la formazione

di atmosfere potenzialmente

esplosive

impedire o rendere

improbabile la formazione di

accumuli all'interno del

filtro

COME?: tramite accorgimenti costruttivi, sistemi di

monitoraggio e corretta

manutenzione

CONCLUSIONI: Mantenere il corpo filtro il più pulito possibile permette di minimizzare il rischio che si

formino atmosfere potenzialmente esplosive al

suo interno. Tuttavia, durante la pulizia pneumatica delle maniche, è molto difficile

prevedere la concentrazione delle polveri, quindi è

verosimile stabilire una zona 20 interna.

SISTEMI DI PREVENZIONE DELL'ESPLOSIONE ALL'INTERNO DI FILTRI

PER POLVERI POTENZIALMENTE ESPLOSIVE (VDI 2263)

- corretta messa a terra delle parti conduttive - corretta verniciatura delle parti interne

- corretta scelta dei tessuti filtranti - apparecchiature elettriche e meccaniche in categoria adeguata - eventuali apparati di rilevamento e spegnimento delle scintille - eventuali apparati di rilevamento e spegnimento degli incendi

COME?: evitare inneschi di origine elettrostatica, elettrica e meccanica

(oltre a tutte le altre fonti di innesco elencate nella norma EN 1127-1)

SISTEMA DI PREVENZIONE: evitare la formazione di fonti di innesco efficaci

SISTEMI DI PREVENZIONE DELL'ESPLOSIONE ALL'INTERNO DI FILTRI

PER POLVERI POTENZIALMENTE ESPLOSIVE (VDI 2263)

PROTEZIONE

Progettazione resistente

all'esplosione

Soppressione dell'esplosione

Prevenzione della propagazione delle fiamme e dell'esplosione

Scarico dell'esplosione

Limitazione degli effetti delle esplosioni ad un livello accettabile mediante misure di protezione costruttive. In questo caso è accettata l'eventualità di un'esplosione

UNI EN 1127-1: PROTEZIONE CONTRO L'ESPLOSIONE

SCARICO DELL'ESPLOSIONE: VENTING POSSIBILI POSIZIONEMENTI (NFPA 68-2007)

Protezione dalla propagazione dell'esplosione utilizzando un sistema di isolamento meccanico

Protezione dalla propagazione dell'esplosione utilizzando un sistema di isolamento chimico

SCHEMI DI IMPIANTO (NFPA 654)

ESEMPI DI FILTRI IN ESECUZIONE “ATEX” CON ERRORI DI PROGETTAZIONE

- Posizionamento venting - Corpo filtro in esecuzione pressopiegata (resistenza alla Pred ?) - Filtro non compartimentato - Scarico polveri non compartimentato - Filtro in pressione (creazione Atex nell'intorno!)

CASI PRATICI: IMPIANTI DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI

1) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ADDITIVI PER FONDERIA (St2)

2) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ALLUMINIO DA CARTATRICI (St1)

3) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI PVC (St1)

4) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI CUOIO (St1)

1) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ADDITIVI PER FONDERIA

1) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ADDITIVI PER FONDERIA

1) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ADDITIVI PER FONDERIA

1) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ADDITIVI PER FONDERIA

1) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ADDITIVI PER FONDERIA

Impianto di abbattimento polveri St1 e St2. Filtri protetti con venting e barriera chimica

1) PROGETTAZIONE RESISTENTE ALLA PRESSIONE: FEA FILTRO A PIANTA CIRCOLARE

1), 2), 3), 4) PROGETTAZIONE RESISTENTE ALLA PRESSIONE: ESECUZIONE A PIANTA CIRCOLARE

►I nostri filtri per il trattamento delle polveri Atex sono realizzati a pianta circolare per garantire la resistenza delle carpenterie alla pressione residua dell'esplosione, raggiunta all'interno del filtro una volta entrati in funzione i sistemi appena descritti.

►La realizzazione dei filtri a pianta poligonale potrebbe imporre la progettazione di strutture a deformazione permanente che non assicurano la resistenza alla pressione richiesta

►Nessuna deformazione plastica (prevista dalla 1127-1 ma difficilmente calcolabile) che costringerebbe allo smantellamento del filtro

►Idoneità all'installazione di tutti i sistemi di venting e di soppressione dell'esplosione

►Possibilità di sviluppo in verticale con conseguente minor ingombro a terra

1), 2 ), 3), 4) PROGETTAZIONE RESISTENTE ALLA PRESSIONE: CANALI SALDATI

►Per il collegamento del filtro al dispositivo di disaccoppiamento e del filtro con il ventilatore è necessario utilizzare tubazioni che abbiano la stessa resistenza alla pressione residua dell'esplosione delle apparecchiature che collegano

►Le tubazioni standard aggraffate non hanno le prestazioni richieste

►Si utilizzano tubazioni saldate e flangiate di grosso spessore

2) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ALLUMINIO DA CARTATRICI (FONDERIA DI ALLUMINIO)

CAMPIONE D[4,3] micron

D (90%) micron

D (50%) micron

D (10%) micron

Polvere metallica

335,4 618,2 280,0 102,4

Sample: polvere metallica Max explosion pressure: Pmax = 5,3 bar Max rate of pressure rise: (dP/dT)max = 11 bar/s Product specific constant: Kmax = 3 m*bar/s

2) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI ALLUMINIO DA CARTATRICI (FONDERIA DI ALLUMINIO)

►ASPIRAZIONE LOCALIZZATA (limitazione del volume Atex in prossimità della fonte di emissione)

►MESSA A TERRA DELL'IMPIANTO

►FILTRO A PIANTA CIRCOLARE

►CONDOTTI DI RACCORDO SALDATI

►FILTRO REALIZZATO IN ACCIAIO INOX

►PROTEZIONE DEL FILTRO DALL'ESPLOSIONE CON SOPPRESSIONE CHIMICA

►SISTEMA DI COMPARTIMENTAZIONE CON BARRIERA CHIMICA

►VALVOLA DI SCARICO DELLE POLVERI “FLAME AND EXPLOSION PROOF”

►VENTILATORE E APPARECCHIATURE, INSTALLATE IN ZONE ATEX, DI CATEGORIA ADEGUATA

3) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DA LAVORAZIONE PVC (St1)

►ASPIRAZIONE LOCALIZZATA (limitazione del volume Atex in prossimità della fonte di emissione)

►MESSA A TERRA DELL'IMPIANTO

►FILTRO A PIANTA CIRCOLARE

►CONDOTTI DI RACCORDO SALDATI

►PROTEZIONE DEL FILTRO DALL'ESPLOSIONE CON VENTING

►SISTEMA DI COMPARTIMENTAZIONE CON FLAP VALVE

►VALVOLA DI SCARICO DELLE POLVERI “FLAME AND EXPLOSION PROOF”

►VENTILATORE E APPARECCHIATURE, INSTALLATE IN ZONE ATEX, DI CATEGORIA ADEGUATA

Particolare valvola flap-valve compartimentante

3) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DA LAVORAZIONE PVC (St1)

4) IMPIANTO DI ASPIRAZIONE E FILTRAZIONE POLVERI DI CUOIO (St1)

►ASPIRAZIONE LOCALIZZATA (limitazione del volume Atex in prossimità della fonte di emissione)

►MESSA A TERRA DELL'IMPIANTO

►FILTRO A PIANTA CIRCOLARE

►CONDOTTI DI RACCORDO SALDATI

►PROTEZIONE DEL FILTRO DALL'ESPLOSIONE CON VENTING

►SISTEMA DI COMPARTIMENTAZIONE CON FLAP VALVE

►VALVOLA DI SCARICO DELLE POLVERI “FLAME AND EXPLOSION PROOF”

►VENTILATORE E APPARECCHIATURE, INSTALLATE IN ZONE ATEX, DI CATEGORIA ADEGUATA

►SISTEMA DI RILEVAZIONE E SPEGNIMENTO DELLE SCINTILLE

►SISTEMA DI RILEVAZIONE E SPEGNIMENTO DELLA FIAMMA