Rischi di incendio e di esplosione di gas

Mantenere una cultura della sicurezza e prevenire i rischi connessi all'utilizzo di gas
La sicurezza è la priorità numero uno del Gruppo Air Liquide. Questa dimensione è presente dalla progettazione delle nostre soluzioni al loro utilizzo da parte dei nostri clienti. Le seguenti informazioni riguardano le precauzioni comuni finalizzate alla riduzione dei rischi di incendio ed esplosioni di gas negli impianti industriali.

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Rischi connessi a incendi ed esplosioni

Nelle industrie chimiche e farmaceutiche, i prodotti utilizzati sono spesso liquidi infiammabili. Questi prodotti possono essere stoccati puri (materie prime) in serbatoi , miscelati per la realizzazione di un prodotto finale, quindi confezionati, trasportati e distribuiti.
Questi prodotti emettono vapori molto spesso infiammabili e, quindi, esplosivi, in uno spazio confinato. I rischi di accensione o esplosione possono essere presenti in un'intera linea di produzione.

I volumi più importanti sono principalmente i serbatoi di stoccaggio di materie prime sotto forma di liquidi infiammabili. Anche lo spazio di testa (o cielo gassoso) di questi serbatoi può contenere vapori, anch'essi altamente infiammabili.
Un contenuto basso di ossigeno in questa atmosfera è quindi essenziale per la sicurezza dell'impianto.
Ogni prodotto possiede le sue caratteristiche a seconda dell'atmosfera in cui si trova e, quindi, del contenuto di ossigeno, della temperatura e della pressione circostante.
In un'atmosfera contenente un prodotto infiammabile e ossigeno, una fonte di accensione può provocare l'accensione o l'esplosione di tale atmosfera se quest'ultima è concentrata in uno spazio chiuso e confinato.
Per ridurre il contenuto di ossigeno in questi spazi chiusi, è necessario effettuare un'iniezione di gas neutro, il più delle volte azoto, per eliminare o diluire l'ossigeno presente.

Che cos'è un incendio?

L'incendio è una combustione che si sviluppa in modo incontrollato nel tempo e nello spazio. Si tratta di una reazione chimica di ossidazione di un combustibile (prodotto liquido, solido o gassoso) con un comburente (generalmente l'ossigeno presente nell'aria).
Questo fenomeno può essere schematizzato dal triangolo del fuoco.
I tre componenti del triangolo del fuoco sono:

Fonte di energia: fiamme, calore, scintille, scariche elettriche…
Il comburente: principalmente l'ossigeno presente nell'aria
Il combustibile: composto solido, liquido o miscele di vapori infiammabili.

Il triangolo del fuoco riunisce i tre componenti. Per evitare la formazione di un incendio, è sufficiente eliminarne uno.

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Che cos'è un'esplosione?

A differenza dell'incendio, l'esplosione è caratterizzata da altri tre elementi che si sommano a quelli del triangolo del fuoco, ossia:

Il confinamento (spazio chiuso)
La presenza di prodotti in sospensione (vapori, gas, aerosol, polveri…)
La gamma di esplosività: i prodotti in sospensione sono con il comburente a una concentrazione che si trova nella gamma di esplosività.

L'esagono dell'esplosione è quindi costituito da 6 componenti. Eliminando uno dei componenti del triangolo del fuoco, ci si protegge dal rischio di incendio ed esplosione. Eliminando uno degli altri 3 componenti, il rischio di incendio permane.

L'esplosione provoca uno spostamento d'aria accompagnato da fiamme e calore con un notevole aumento della pressione interna dovuto al confinamento. Questo, di solito, provoca la rottura dell'impianto o dell'apparecchiatura.

Incendi ed esplosioni possono causare lesioni gravi o letali e considerevoli danni materiali. Ciascuno di questi rischi è soggetto a un approccio di prevenzione specifico, il cui obiettivo prioritario è agire prima che si verifichi l'incidente.

Misure di prevenzione

Prevenzione del rischio connesso all'incendio

Per la prevenzione del rischio connesso all'incendio, la priorità è intervenire il prima possibile, soprattutto al momento:

della progettazione
dell'installazione dell’impianto e dell'avvio di un processo di produzione.

Il datore di lavoro deve considerare innanzitutto la normativa del codice del lavoro ed eventualmente altre norme, a seconda del tipo di stabilimento.
In queste misure di prevenzione, il processo di inertizzazione è molto spesso uno dei mezzi di prevenzione e protezione messi in atto mediante iniezione di un gas neutro nella zona a rischio.

Prevenzione del rischio connesso all'esplosione

Per la prevenzione del rischio connesso all'esplosione, la priorità è impedire la formazione di atmosfere esplosive (ATEX).
Eseguire una valutazione dei rischi è fondamentale e, allo stesso tempo, è necessario eliminare le fonti di accensione e applicare misure che consentano di attenuare i potenziali effetti di un'esplosione (ad es. evento di esplosione).
Il pericolo di esplosione è una delle cause più importanti di incidenti ed è, quindi, fondamentale proteggersi a monte e mettere in funzione tutti gli apparecchi necessari per evitare la formazione di una zona ATEX.

In tale prospettiva, anche l'inertizzazione è una delle soluzioni privilegiate.

Quali sono i prodotti potenzialmente infiammabili o esplosivi?

Se prendiamo come esempio l'industria farmaceutica, i tipici prodotti potenzialmente infiammabili sono liquidi come alcol, solventi e i vapori associati.
Questi prodotti, come qualsiasi sostanza infiammabile, sono caratterizzati da una gamma di infiammabilità tra limiti inferiori e superiori di infiammabilità nell'aria, a temperatura e pressione ambiente:

Il limite inferiore di infiammabilità (LEL) è il contenuto minimo a partire dal quale la concentrazione del prodotto nell'aria è infiammabile.
Il limite superiore di infiammabilità (LSE) è il contenuto oltre il quale la concentrazione del prodotto nell'aria è sufficientemente alta rispetto al contenuto di ossigeno affinché non possa più prendere fuoco.

In aria con il 21% di ossigeno, l'ampiezza di questa gamma è massima (differenza tra LEL e LSE).
Questa ampiezza sarà ridotta se il contenuto di ossigeno viene ridotto, fino a quando non si annulla per un nuovo valore di ossigeno. Questo valore è definito dalla concentrazione di ossigeno al di sotto della quale, qualunque sia il contenuto del prodotto, a contatto con una fonte di energia, la sua accensione sarà impossibile. Questo nuovo valore è denominato CLO (concentrazione limite di ossigeno) o MOC (contenuto massimo di ossigeno).

Esempio di processo di inertizzazione in serbatoi di stoccaggio o applicazioni con atmosfere infiammabili.

I rischi di esplosione richiedono il rispetto di precise modalità di applicazione in presenza di un'atmosfera potenzialmente infiammabile.

Messa in servizio
Prima della messa in servizio, i serbatoi di stoccaggio o gli impianti sono generalmente in aria. Quindi, sono necessari innanzitutto lavori di messa in servizio e utilizzo di prodotti infiammabili, di condizionare l'apparecchiatura con gas inerte per eliminare o diluire l'aria presente e raggiungere un contenuto di ossigeno target.
Questo contenuto sarà generalmente la CLO divisa per 2. Nel nostro esempio dell'etilene, essendo la CLO del 10%, il contenuto di ossigeno target sarà quindi del 5%.

Manutenzione in servizio
Durante le fasi di produzione o stoccaggio, è necessario eseguire una manutenzione e un controllo del contenuto di ossigeno.
Per questo, sarà installato un impianto di controllo dell'inertizzazione. Ciò garantirà nel tempo che l'atmosfera da proteggere resti uguale o inferiore al contenuto target definito per ogni installazione in base ai parametri di prodotti, pressione, temperatura, ecc.
Ciò vale per tutte le fasi del processo quali lo riempimento o il prelievo del prodotto, l'aggiunta di materiale, campionamenti, miscelazione, ecc.
I parametri di controllo più frequentemente monitorati sono la pressione nell'impianto e il contenuto di ossigeno.

Lo spurgo di messa fuori servizio
Per alcuni arresti di produzione con intervento per lavori di manutenzione, tutte le apparecchiature interessate dall'inertizzazione devono essere spurgate di qualsiasi prodotto infiammabile e dell'atmosfera sottoossigenata, generata dall'inertizzazione. È quindi fondamentale effettuare una fase di rinnovo dell'atmosfera mediante aria sana e respirabile.
L'accesso a tali zone di lavoro sarà autorizzato solo dopo un rilevamento del contenuto di ossigeno superiore al 19%.
Ogni persona che interviene deve essere dotata di un rivelatore di O2 portatile e di un esplosimetro.
Le misure di protezione degli operatori devono essere definite nello studio dei rischi e annotate nelle pagine del piano di prevenzione

Esempio in un impianto di depurazione

I rischi di incendio ed esplosione sono presenti in molti settori spesso insospettabili. Ad esempio, negli impianti di depurazione dell'acqua potabile o delle acque industriali, è importante prevenire i rischi di esplosione sullo stoccaggio di fanghi secchi o carbone attivo in polvere.

La modalità di protezione di questi serbatoi è di tipo curativo: l'iniezione di azoto o diossido di carbonio (CO₂) viene eseguita su un rilevamento dell'aumento della temperatura o di rilascio di monossido di carbonio (CO) dal prodotto.

Una fonte di gas di inertizzazione operativa viene quindi installata in modo permanente presso il sito del cliente. Il volume totale di gas disponibile sarà calcolato in base al volume da inertizzare e a un volume supplementare di riserva per poter effettuare più operazioni di inertizzazione successive.

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Air Liquide dispone di una serie di apparecchiature e servizi che le consentono di:
Adattare l'impianto associato ai gas farmaceutici ai vincoli del sito, nel rispetto delle normative e dei riferimenti locali
Qualificare e monitorare gli impianti e le apparecchiature
Assicurare la manutenzione di impianti e apparecchiature
Risparmio di tempo nell'approvvigionamento, nella qualifica dei gas farmaceutici al momento della ricezione e nella loro tracciabilità