Fondamenti di protezione contro le esplosioni
Il triangolo dell'esplosione
Perché si verifichi un'esplosione devono essere presenti contemporaneamente tre cose:
- Carburante. gas, vapori, nebbie o polveri combustibili
- Ossidante. ossigeno nell'aria (≥21% O₂)
- Sorgente di accensione. energia sufficiente per accendere la miscela
Togli uno qualsiasi dei tre e non succede nulla. Ogni strategia di protezione funziona rimuovendone almeno uno.
Cos'è un'atmosfera esplosiva?
Una miscela di aria e materiale infiammabile (gas, vapore, nebbia o polvere) che può accendersi. La concentrazione deve essere compresa tra due limiti:
- LEL (Limite inferiore di esplosività). concentrazione minima per l'accensione
- UEL (Limite esplosivo superiore). concentrazione massima (troppo ricco per bruciare)
Tra LEL e UEL la miscela è compresa tra portata esplosiva.
Esempi di LEL/UEL
| Sostanza | LIE (% vol) | UEL (% vol) |
|---|---|---|
| Metano | 4.4 | 17.0 |
| Propano | 1.7 | 10.9 |
| Idrogeno | 4.0 | 77.0 |
| Acetilene | 2.3 | 100.0 |
| Vapore di etanolo | 3.1 | 27.7 |
L'idrogeno spicca qui. L’intervallo compreso tra il 4 e il 77% è enorme rispetto a tutto il resto di questo elenco, il che è parte del motivo per cui ottiene il proprio gruppo di gas (IIC).
Tipi di sostanze pericolose
Gas e vapori
Gas infiammabili (metano, idrogeno, propano) e vapori provenienti da liquidi infiammabili (benzina, solventi, alcoli). Classificato in gruppi di gas (IIA, IIB, IIC) in base alle loro proprietà di accensione.
Nebbie
Gocce fini di liquidi infiammabili. La parte difficile: una nebbia può formare un'atmosfera esplosiva anche quando il liquido è al di sotto del punto di infiammabilità. Questo aspetto viene trascurato nelle valutazioni dei pericoli più di quanto dovrebbe.
Polveri
Polveri combustibili provenienti da materiali organici (grano, zucchero, legno, carbone), metalli (alluminio, magnesio) e materiali sintetici (plastica, prodotti farmaceutici). Classificato in gruppi di polveri (IIIA, IIIB, IIIC).
Le particelle devono essere sufficientemente fini da rimanere sospese nell'aria (sotto i 500 μm). Una cosa che la gente dimentica: uno strato di polvere su una superficie calda può accendersi a una temperatura inferiore rispetto alla stessa polvere di una nuvola.
Fonti di accensione
IEC/EN 60079-0 e EN 1127-1 identificano 13 potenziali fonti di accensione:
- Superfici calde
- Fiamme e gas caldi
- Scintille generate meccanicamente
- Materiale elettrico (scintille, archi elettrici)
- Correnti elettriche vaganti, protezione catodica dalla corrosione
- Elettricità statica
- Fulmine
- Campi elettromagnetici (RF, 9 kHz – 300 GHz)
- Radiazione elettromagnetica (campo ottico, 300 GHz – 3×10⁶ GHz)
- Radiazioni ionizzanti
- Ultrasuoni
- Compressione adiabatica, onde d'urto
- Reazioni esotermiche (compresa l'autoaccensione delle polveri)
L'obiettivo è impedire che qualcuno di questi diventi "efficace", ovvero abbia energia sufficiente per accendere la specifica miscela presente.
I tre principi di protezione
La gerarchia è importante:
1. Protezione primaria – Prevenire la formazione
Evitare innanzitutto la formazione di un'atmosfera esplosiva:
- Sostituzione (utilizzare materiali non infiammabili)
- Ventilazione (diluire sotto il LEL)
- Inertizzazione (sostituzione dell'ossigeno con azoto o CO₂)
- Monitoraggio della concentrazione con spegnimento automatico
2. Protezione secondaria: prevenzione dell'accensione
Supponiamo che si formi l'atmosfera esplosiva; prevenire fonti di ignizione:
- Utilizzare apparecchiature Ex certificate (vedi metodi di protezione)
- Corretto classificazione delle zone abbinare l'attrezzatura al rischio
- Messa a terra e collegamento per evitare scariche statiche
- Permessi e procedure per lavori a caldo
3. Protezione terziaria: effetti limite
Supponiamo che avvenga l'accensione; contenere e mitigare l'esplosione:
- Costruzione resistente alle esplosioni
- Sfiato antiesplosione
- Sistemi di soppressione delle esplosioni
- Isolamento contro le esplosioni (rompifiamma, valvole ad azione rapida)
Terminologia chiave
| Termine | Definizione |
|---|---|
| Es | Abbreviazione di protezione contro le esplosioni (da "Explosionsschutz") |
| ATEX | Dal francese "ATmosphères EXplosibles" - quadro normativo dell'UE |
| IECEx | Sistema della Commissione Elettrotecnica Internazionale per la certificazione Ex |
| Zona pericolosa | Luogo in cui può formarsi un'atmosfera esplosiva |
| Zona | Classificazione dell'area pericolosa in base alla probabilità di atmosfera esplosiva |
| EPL | Livello di protezione dell'apparecchiatura. Ga, Gb, Gc, Da, Db, Dc |
| Tipo di protezione | Metodo tecnico utilizzato per prevenire l'accensione (Ex d, Ex e, Ex i, ecc.) |
| Gruppo di gas | Classificazione dei gas in base alle proprietà di accensione (IIA, IIB, IIC) |
| Classe di temperatura | Temperatura superficiale massima dell'apparecchiatura (T1–T6) |
| Organismo notificato | Organizzazione designata dall'UE autorizzata a certificare apparecchiature ATEX |
| ExCB | Organismo di certificazione IECEx |
| ExTL | Laboratorio di prove IECEx |
Classificazione delle zone polverose (IEC 60079-10-2)
| Zona | Definizione |
|---|---|
| Zona 20 | Nube di polvere esplosiva presente continuamente o frequentemente |
| Zona 21 | Probabile nube di polvere esplosiva durante il normale funzionamento |
| Zona 22 | Nube di polvere esplosiva improbabile; solo brevemente se si verifica |
Per i dettagli completi sulla zona, inclusa la metodologia e gli esempi, vedere Classificazione delle zone.
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