Classificazione delle aree pericolose

Perché la classificazione è importante

La classificazione delle aree pericolose è il primo e più importante passo nella protezione contro le esplosioni. Ogni decisione a valle (scelta delle apparecchiature, metodo di installazione, frequenza delle ispezioni, procedure operative) dipende da una corretta classificazione.

Una classificazione troppo prudente comporta una spesa eccessiva per apparecchiature non necessarie. Una classificazione troppo permissiva comporta il rischio di incendio in aree in cui sono installate apparecchiature non adeguate.

La classificazione è regolata da:

• IEC 60079-10-1. Classificazione delle aree con atmosfere gassose esplosive
• IEC 60079-10-2. Classificazione delle aree con atmosfere di polveri combustibili
• Direttiva 1999/92/CE (ATEX 137). Requisiti dell'UE per i luoghi di lavoro in presenza di atmosfere esplosive

Il sistema a zone

Le aree pericolose sono classificate in zone in base alla frequenza e alla durata della presenza di un'atmosfera esplosiva:

Zone gas/vapori

Zone con presenza di polveri

Le aree non pericolose (talvolta denominate "aree sicure" o "non classificate") sono luoghi in cui non è prevista la presenza di atmosfere esplosive.

Il processo di classificazione

La norma IEC 60079-10-1 definisce un processo sistematico per la classificazione di gas e vapori. La stessa metodologia si applica alle polveri (IEC 60079-10-2) con adeguamenti relativi al comportamento delle polveri.

Fase 1: Identificare le fonti di rilascio

Una fonte di rilascio è qualsiasi punto in cui gas, vapori o liquidi infiammabili possono fuoriuscire nell'atmosfera. Le fonti sono classificate in base alla frequenza:

Per ogni fonte, documentare:

• Posizione (coordinate X, Y, Z o riferimento P&ID)
• Sostanza rilasciata (gas, vapore, nebbia). Vedi gruppi di gas
• Portata di rilascio (kg/s o portata volumetrica)
• Velocità e direzione di rilascio
• Proprietà della sostanza (densità rispetto all'aria, LEL, punto di ebollizione, punto di infiammabilità) e temperatura di autoaccensione

Fase 2: Valutazione della ventilazione

La ventilazione determina la velocità con cui un gas rilasciato si disperde. La norma IEC 60079-10-1 valuta la ventilazione in base a due fattori:

Grado di ventilazione

• Elevato. Ventilazione continua ed efficace che riduce la concentrazione ben al di sotto del LEL (ampie aree aperte, forti venti naturali, potente ventilazione meccanica)
• Media. Ventilazione controllata che diluisce in modo affidabile le emissioni durante il normale funzionamento, ma che potrebbe non impedire concentrazioni transitorie superiori al LEL (tipici sistemi di ventilazione interna)
• Basso. Ventilazione insufficiente a controllare efficacemente la concentrazione (spazi chiusi, zone morte, pozzi di raccolta)

Disponibilità di ventilazione

• Buona. La ventilazione è praticamente continua (ventilazione naturale dall'esterno, sistemi meccanici ridondanti)
• Discreta. La ventilazione è prevista durante il normale funzionamento, ma sono possibili interruzioni intermittenti (sistema meccanico singolo, ventilazione naturale dipendente dal vento)
• Scarsa. Non è possibile fare affidamento sulla ventilazione (movimento d'aria sporadico, nessun sistema meccanico di riserva)

La combinazione di grado e disponibilità determina come il livello di rilascio si traduce in tipo e estensione della zona.

Fase 3: Determinazione del tipo di zona

L'allegato B della norma IEC 60079-10-1 fornisce una matrice:

NE (entità trascurabile): se la ventilazione è così efficace che il volume pericoloso è trascurabile, l'area può essere classificata come non pericolosa. Ciò richiede una dimostrazione quantitativa e non è un presupposto predefinito.

Fase 4: Determinare l'estensione della zona

L'estensione della zona è il volume fisico intorno a una fonte di rilascio in cui potrebbe esistere una concentrazione infiammabile. Dipende da:

• Velocità di rilascio. Velocità più elevate creano volumi pericolosi più grandi
• Densità del gas. I gas più pesanti dell'aria (propano, butano) si accumulano a livelli bassi; i gas più leggeri dell'aria (idrogeno, metano) salgono e si disperdono
• Ventilazione. Una migliore ventilazione riduce l'estensione
• Ostacoli. Pareti, pavimenti e attrezzature possono intrappolare o incanalare i gas rilasciati

La norma IEC 60079-10-1 fornisce un metodo di calcolo semplificato basato sul volume ipotetico (V_z):

Vz = f × (dG/dt) / (k × C × LEL)

Dove:

• f = fattore di efficienza basato sulle caratteristiche di ventilazione
• dG/dt = velocità di rilascio
• k = fattore di sicurezza (tipicamente 0,25 per la soglia LEL)
• C = numero di ricambi d'aria per unità di tempo

Per installazioni complesse, è possibile ricorrere alla modellazione fluidodinamica computazionale (CFD) o alla modellazione della dispersione.

Classificazione delle polveri (IEC 60079-10-2)

La classificazione delle polveri segue la stessa metodologia generale, ma con alcune considerazioni aggiuntive:

Nube di polvere vs strato di polvere

• Nube di polvere: polvere combustibile sospesa nell'aria a concentrazioni superiori alla concentrazione minima esplosiva (MEC). Crea rischio di esplosione.
• Strato di polvere: polvere depositata che può essere sollevata in una nube (dal vento, dalle vibrazioni o dal funzionamento delle apparecchiature) o accesa direttamente da una superficie calda.

Entrambe devono essere valutate. Una Zona 22 a rischio di nube di polvere può avere una Zona 21 o addirittura una Zona 20 all'interno delle apparecchiature in cui la polvere viene trattata intenzionalmente.

Differenze chiave rispetto alla classificazione dei gas

• È necessario considerare la temperatura di accensione dello strato (spesso inferiore alla temperatura di accensione della nube)
• La pulizia è un fattore critico. Un accumulo di polvere superiore a 5 mm di profondità richiede in genere una riclassificazione
• La dimensione delle particelle influisce sull'esplosività. Le particelle più fini (< 500 µm) sono più pericolose
• Il contenuto di umidità può ridurre l'esplosività della polvere, ma non si dovrebbe fare affidamento su di esso a meno che non sia controllato

Documentazione: il disegno di classificazione dell'area

Il risultato del processo di classificazione è una serie di disegni di classificazione dell'area che mostrano:

• Viste in pianta e prospetti della struttura
• Posizione e grado di ogni fonte di rilascio
• Tipo di zona (0, 1, 2 o 20, 21, 22) per ciascuna area
• Estensione della zona (confini orizzontali e verticali)
• Gruppo di gas e classe di temperatura dell'atmosfera
• Dettagli sulla ventilazione (naturale, meccanica, portata)

Documento di protezione contro le esplosioni (EPD)

Ai sensi della Direttiva 1999/92/CE, i datori di lavoro devono redigere un Documento di protezione contro le esplosioni che includa:

• Identificazione e valutazione dei rischi di esplosione
• Disegni di classificazione delle aree
• Descrizione delle misure di protezione (tecniche e organizzative)
• Motivazione della scelta delle attrezzature (corrispondenza tra categoria e zona)
• Piani di manutenzione e ispezione
• Requisiti di formazione del personale

L'EPD deve essere mantenuto e aggiornato ogni volta che il processo, le attrezzature o la disposizione cambiano.

Esempi specifici per settore

Petrolio e gas: piattaforma offshore

• Zona 0: Interno di separatori, scrubber, tamburi di separazione dei gas di torcia (spazi di vapore)
• Zona 1: Aree a ponte aperto intorno alle teste di pozzo, alle apparecchiature di processo, ai lanciatori/ricevitori di pig, al perimetro di rifugio temporaneo
• Zona 2: Aree adiacenti ai confini della Zona 1, rastrelliere per tubi con connessioni flangiate, passerelle portacavi vicino alle aree di processo
• Non pericolose: Alloggi (con pressurizzazione positiva), ponte elicotteri (a meno che non si stia effettuando il rifornimento)

Impianto chimico: Stoccaggio di solventi

• Zona 0: Interno dei serbatoi di stoccaggio (spazio di galleggiamento), aree di contenimento con liquido stantio
• Zona 1: entro 3 m dagli sfiati dei serbatoi, dai raccordi di riempimento, dalle guarnizioni delle pompe; all'interno delle aree con bacino di contenimento
• Zona 2: 3–8 m dai confini della Zona 1 (varia in base alla ventilazione), intorno a flange e steli delle valvole

Movimentazione del grano: Complesso di silos

• Zona 20: All'interno di silos, elevatori a tazze, trasportatori chiusi, cicloni
• Zona 21: Intorno ai punti di riempimento dei silos, alle fosse di ricezione dei camion, alle stazioni di insaccamento
• Zona 22: Aree in cui possono accumularsi strati di polvere (> 5 mm) che potrebbero essere smossi formando una nube

Settore farmaceutico: rivestimento di compresse

• Zona 1: All'interno delle vasche di rivestimento quando si utilizzano rivestimenti a base di solventi (IPA, etanolo)
• Zona 2: Intorno ai condotti di estrazione, entro 1 m dalle aperture delle vasche di rivestimento
• Zona 21: All'interno di granulatori, essiccatori a letto fluido (nube di polvere durante la lavorazione)
• Zona 22: Aree generali di lavorazione in cui si maneggiano polveri fini

Cabina di verniciatura a spruzzo

• Zona 1: Interno della cabina di verniciatura durante il funzionamento (vapori di solvente dalla vernice)
• Zona 2: Area circostante entro 1–3 m dalle aperture della cabina; condutture che trasportano l'aria aspirata
• Non pericolose: aree al di fuori del raggio di estrazione con adeguata ventilazione generale

Approccio nordamericano: divisioni vs zone

Gli Stati Uniti e il Canada utilizzano due sistemi paralleli ai sensi del National Electrical Code (NEC) e del Canadian Electrical Code (CEC):

Sistema a divisioni (Articolo 500 del NEC)

Sistema a zone (Articolo 505/506 del NEC)

Il NEC supporta anche il sistema di zone IEC (0, 1, 2 e 20, 21, 22), utilizzato principalmente in strutture che operano anche secondo gli standard internazionali. Le apparecchiature certificate secondo gli standard IECEx possono essere accettate nelle installazioni delle zone NEC.

Differenza fondamentale: il sistema a divisioni ha solo due livelli (Divisione 1 e 2), il che lo rende meno granulare rispetto al sistema a zone a tre livelli. La Divisione 1 comprende quelle che sarebbero la Zona 0 e la Zona 1 nel sistema IEC, richiedendo il massimo livello di protezione per un'area più ampia.

Errori comuni di classificazione

1. Classificazione in base al tipo di apparecchiatura anziché alla fonte di rilascio

Approccio corretto: partire dalla fonte di rilascio (da dove possono fuoriuscire gas/polveri?), non dall'apparecchiatura. Una pompa non rientra automaticamente nella Zona 1: dipende dal tipo di tenuta, dalla storia di manutenzione, dalla sostanza trattata e dalla ventilazione.

2. Ignorare le fonti secondarie

I raccordi flangiati, gli steli delle valvole e i raccordi degli strumenti sono fonti secondarie. In un impianto con centinaia di flange, ignorarle può lasciare ampie aree non classificate dove dovrebbe applicarsi la Zona 2.

3. Sovraclassificazione delle aree interne

Le aree interne con una buona ventilazione meccanica possono avere estensioni di zona ridotte o addirittura una classificazione non pericolosa. Lo standard consente di tenere conto della ventilazione, ma questa deve essere documentata e mantenuta. Se il sistema di ventilazione si guasta, la classificazione torna a quella precedente.

4. Trascurare il comportamento dei gas più pesanti dell'aria

Il propano (densità 1,52 volte quella dell'aria), il butano (2,01 volte quella dell'aria) e molti solventi si accumulano nelle zone basse, nelle fosse, nelle trincee, negli scantinati e nei pozzetti. La classificazione deve tenere conto del movimento dei gas, non solo della vicinanza alla fonte.

5. Utilizzo di distanze approssimative

I codici di condotta del settore (IP 15, IGEM, API RP 505) forniscono come punto di partenza le estensioni tipiche delle zone. Queste non sono universali, ma devono essere adattate all'installazione specifica. Applicare ciecamente la regola dei "3 metri intorno a una pompa" senza considerare lo scenario di rilascio effettivo può essere troppo conservativo o pericolosamente insufficiente.

6. Mancato aggiornamento della classificazione dopo le modifiche

Le modifiche alle apparecchiature di processo, alle tubazioni, ai sistemi di ventilazione o alla disposizione degli edifici possono modificare la classificazione. L'EPD deve essere rivisto e aggiornato ogni volta che si verificano cambiamenti.

Chi esegue la classificazione?

La classificazione dovrebbe essere eseguita da un team competente che includa:

• Ingegneri di processo. Comprensione delle fonti di rilascio, delle condizioni di processo e delle proprietà delle sostanze
• Ingegneri elettrici. Conoscenza dei requisiti di selezione e installazione delle apparecchiature Ex
• Ingegneri della sicurezza. Metodologia di valutazione dei rischi e requisiti normativi
• Personale operativo/di manutenzione. Conoscenza pratica del comportamento effettivo delle apparecchiature durante il funzionamento

Il responsabile del team dovrebbe possedere competenze specifiche in materia di classificazione delle aree (ad es. modulo CompEx, formazione IChemE o equivalente). In molte giurisdizioni, il datore di lavoro è legalmente responsabile della classificazione, anche se questa viene delegata a consulenti.

Codici di condotta e linee guida del settore

Diversi organismi di settore pubblicano linee guida sulla classificazione delle aree con esempi pratici ed estensioni tipiche delle zone:

Estensione della zona: distanze tipiche

Questi sono punti di partenza indicativi tratti dai codici di buona pratica del settore. Le estensioni effettive devono essere calcolate o valutate per ogni installazione specifica.

Estensioni tipiche delle zone a rischio di esplosione (all'aperto, ventilazione adeguata)

Interni: le estensioni delle zone sono tipicamente maggiori a causa della ridotta ventilazione. L'intero locale può essere classificato se la ventilazione è insufficiente.

Revisione e manutenzione

La classificazione dell'area non è un'operazione una tantum. Deve essere rivista quando:

• Cambiamenti nel processo. Nuove sostanze, portate, pressioni o temperature
• Modifiche alle attrezzature. Sostituzione di pompe, aggiunta di flange, spostamento dei punti di sfiato
• Cambiamenti nella disposizione. Costruzione di pareti, recinzioni o rimozione di percorsi di ventilazione
• Incidenti. Dopo una fuoriuscita, un'esplosione o un quasi incidente
• Cambiamenti normativi. Aggiornamento di standard o codici di condotta
• Revisione periodica. In genere ogni 3–5 anni nell'ambito del sistema di gestione della sicurezza

Qualsiasi modifica che influisca sulla fonte di fuoriuscita, sulla ventilazione o sulla disposizione fisica dovrebbe comportare una revisione della classificazione dell’area.

Riepilogo: Lista di controllo per la classificazione

1. ☐ Identificare tutte le sostanze trattate (gas, vapori, polveri)
2. ☐ Determinare le proprietà delle sostanze (LEL, densità, punto di infiammabilità, temperatura di autoaccensione, MEC della polvere, temperatura di accensione dello strato di polvere)
3. ☐ Individuare e classificare tutte le fonti di rilascio (continue, primarie, secondarie)
4. ☐ Valutare la ventilazione (livello e disponibilità)
5. ☐ Determinare il tipo di zona per ciascuna area (Zona 0/1/2 o 20/21/22)
6. ☐ Calcolare o valutare l'estensione della zona (orizzontale e verticale)
7. ☐ Documentare sui disegni di classificazione delle aree
8. ☐ Identificare il gruppo di gas e la classe di temperatura per ciascuna zona
9. ☐ Preparare il Documento di Protezione contro le Esplosioni (EPD)
10. ☐ Selezionare le categorie di apparecchiature corrispondenti a ciascuna zona
11. ☐ Stabilire il programma di revisione

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