Priemyselné procesy a prevencia rizík výbuchu alebo požiaru pomocou priemyselných odlučovačov prachu

Molti sistemi industriali utilizzano polveri infiammabili o producono polveri combustibili. Il funzionamento di questi sistemi produttivi comporta rischi di incendio ed esplosione. Rischi che derivano dalle caratteristiche dei prodotti e dei processi utilizzati. Ecco perché la legislazione sulla sicurezza dei lavoratori e sulla tutela dell’ambiente impone alle aziende di installare sistemi di prevenzione e protezione adeguati. La misura preventiva più comune è il controllo della sospensione delle particelle e della loro concentrazione nell’aria ambiente o nelle apparecchiature. A ciò rispondono i sistemi di aspirazione e filtrazione progettati per rimuovere la polvere dai processi.

Come si verifica un incendio o un’esplosione quando si utilizzano prodotti in polvere o che emettono polvere?

Alcune attività industriali, in particolare quelle che prevedono l’uso di polveri, disperdono la polvere nell’aria, creando il rischio di esplosione o incendio. Generano una nuvola di polvere combustibile che forma un‘ atmosfera esplosiva (ATEX). L’atmosfera esplosiva ATEX esplode se si verificano le condizioni giuste.

Un’altra possibilità: la nube di polvere si deposita. La polvere si accumula a strati sulle attrezzature e sul pavimento dell’officina. A seconda del calore dell’apparecchiatura o della composizione chimica delle particelle, questa massa di polvere può provocare un autoriscaldamento o una pirolisi, con conseguenti incendi o esplosioni.

La comparsadi questi fenomeni richiede condizioni specifiche, che riassumiamo di seguito (per maggiori informazioni, consulta gli articoli ATEX dettagliati).

Come si autoriscalda la polvere e quali sono le conseguenze?

La particolare composizione chimica di alcuni depositi di polvere può innescare una reazione chimica esotermica spontanea. Inoltre, le condizioni di deposizione possono indurre una generazione di calore più veloce della sua dissipazione nell’aria ambiente. La temperatura dello strato di polvere aumenta quindi senza che venga aggiunto calore esterno al sistema di reazione. Si tratta di un auto-riscaldamento. Le temperature più elevate accelerano la velocità di reazione, che a sua volta accelera l’aumento di calore. Inizialmente lento a riscaldarsi, può progredire fino all‘incandescenza o all’autocombustione. A seconda delle condizioni ambientali locali (presenza di materiali sensibili al flusso di calore, presenza di una nube di polvere combustibile, ecc.), la reazione può portare a incendi o esplosioni. Il fenomeno dell’autoriscaldamento è quindi preliminare all’incendio e all’esplosione.

Come funziona la pirolisi delle polveri e quali sono le conseguenze?

La pirolisi si riferisce alla decomposizione chimica di un prodotto organico sotto l’influenza di un calore elevato e in presenza di un’atmosfera povera o priva di ossigeno.

L’autoriscaldamentodi un deposito di polvere, o il flusso di calore proveniente da una superficie calda su cui si trova il deposito di polvere, può produrre gas di pirolisi nella parte poco ossigenata o non ossigenata del deposito.

Questi gas possono accumularsi nell’atmosfera. L‘energia termica che ha innescato la pirolisi, o un’altra fonte di energia, può accendere questi gas. A seconda della loro concentrazione, l’accensione produrrà un incendio o un’esplosione. Come l’autoriscaldamento, la pirolisi delle polveri è un precursore di incendi o esplosioni.

Quali sono le condizioni per un incendio di polvere?

Un incendio di polvere è causato dalla combustione dei gas combustibili rilasciati dalla decomposizione della polvere durante la pirolisi. L’incendio si sviluppa quando sono presenti tre elementi in quantità sufficiente: il combustibile (gas), l’ossidante (ossigeno nell’aria) e l’energia di attivazione (calore, scintilla, fiamma esterna…). La diffusione graduale dei gas combustibili e la loro miscelazione con l’aria alimentano la fiamma del fuoco. La fiamma genera fumi tossici e un flusso di calore che sostiene la diffusione dell’incendio. L ‚irradiazione del flusso di calore può provocare l’esplosione di recipienti a pressione o altri materiali combustibili.

Quali sono le condizioni per un’esplosione di polvere?

Un‘esplosione è la combustione istantanea, con rilascio di un’intensa energia, di un’atmosfera esplosiva (ATEX). Questo fenomeno è accompagnato da un forte aumento del volume, della temperatura e della pressione dei gas ATEX.

Ci sono sei condizioni in cui può verificarsi un’esplosione di polvere. Tre di queste sono le stesse che causano l’incendio: la presenza simultanea di aria, polvere e una fonte di accensione. Tre fattori accelerano la reazione di combustione: la finezza delle dimensioni delle particelle, che consente alla polvere di essere sospesa in modo omogeneo nell’aria; la concentrazione di polvere nell’aria che raggiunge l’intervallo di esplosività; un confinamento sufficiente affinché la pressione agisca come pedale del gas di combustione.

La polvere ATEX si forma nelle sale operatorie e nelle attrezzature. Gli effetti termici e di pressione generati dall’esplosione minacciano l’ambiente di lavoro e la sicurezza personale.

Qual è la differenza tra un incendio di polvere e un’esplosione di polvere?

Il contesto in cui si scatena un’esplosione è diverso da quello di un incendio, anche se ogni fenomeno può portare all’altro.

In un’esplosione, la miscela di polvere combustibile e aria è preesistente. La fiamma premiscelata si propaga da sola, formando un’onda di combustione.

In un incendio, la polvere fornisce il combustibile sotto forma di gas attraverso la pirolisi. È la miscela di gas pirolitico e aria che si accende. La fiamma di diffusione si mantiene finché la polvere la alimenta.

Poiché i reagenti sono premiscelati in un’esplosione, il suo rendimento energetico è di gran lunga superiore a quello di un incendio. In un incendio, la velocità con cui i gas combustibili si diffondono attraverso la polvere e si mescolano all’aria determina la cinetica del fenomeno, che è molto più lenta rispetto a quella di un’esplosione.

Panoramica delle normative applicabili agli incendi e alle esplosioni di polveri.

Le esplosioni e gli incendi causati dalla polvere hanno un impatto sulla sicurezza dei lavoratori e distruggono le attrezzature del sito operativo, con potenziali conseguenze per l’ambiente. Di conseguenza, il Codice del Lavoro e il Codice dell’Ambiente francesi forniscono un quadro di riferimento per la prevenzione di questi fenomeni. Spesso si tratta di recepire la normativa europea. Il datore di lavorodeve assicurarsi che i locali, i sistemi di prevenzione e protezione siano conformi alle normative.

Per quanto riguarda gli incendi, il Codice del Lavoro francese regolamenta la configurazione dei locali (realizzazione di mezzi di evacuazione) e la protezione dei lavoratori (installazione di allarmi ed estintori, ecc.).

Per quanto riguarda le esplosioni, il Codice del Lavoro francese richiede ai datori di lavoro di valutare i rischi associati alle ATEX (Atmosfere Esplosive) e di adottare misure specifiche per garantire la prevenzione, la sicurezza e la protezione dei lavoratori in caso di esplosione. Il Codice del Lavoro copre

• definizione delle zone in cui potrebbe formarsi l‚ATEX (vedi zonizzazione ATEX)
• disposizioni organizzative per i lavoratori esposti al rischio di esplosione
• selezione delle apparecchiature da utilizzare nelle zone ATEX
• Segnaletica per zone ATEX

Come per le nubi di polvere, le normative identificano gli strati, i depositi e i cumuli di polvere come fonti di ATEX.

Il Codice dell’Ambiente francese tratta gli incendi e le esplosioni in termini di effetti sulle aree adiacenti alle ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement). La nomenclatura ICPE classifica questi impianti in base alle sostanze utilizzate o prodotte e alla natura pericolosa delle attività. La nomenclatura fa riferimento alle misure prescritte dal Codice dell’Ambiente francese e dalle normative europee (in particolare la Seveso 3). Le voci definiscono le sostanze infiammabili (in particolare i solidi infiammabili e i prodotti combustibili) e i prodotti esplosivi che possono generare incendi o esplosioni. Le polveri derivanti da prodotti o attività devono essere considerate alla luce di questa nomenclatura.

Processi industriali e rischio di incendio o esplosione

I processi industriali che utilizzano polveri combustibili producono inevitabilmente nuvole e depositi di polvere. Esiste quindi il rischio di incendi o esplosioni. L’installazione di unsistema di raccolta delle polveri è una misura preventiva preferibile.

Processi di trasferimento dei prodotti e rischi di esplosione e incendio

L’industria utilizza diversi processi di trasferimento della polvere adattati agli assi di movimento (orizzontali, verticali, inclinati): nastri trasportatori, trasportatori a catena, viti archimedee, elevatori a tazze, trasporto pneumatico.

Nel trasporto pneumatico, dove le particelle di prodotto sono sospese nell’aria, si possono formare ATEX all’interno del tubo. Per altre modalità di trasporto, il versamento del prodotto a un’estremità del dispositivo e lo scarico all’altra, o le vibrazioni del trasporto, creano nuvole di polvere. Se l’unità è chiusa, possono formarsi ATEX all’interno e in prossimità dei punti di carico e scarico. Se non è chiusa, l’intero locale è a rischio ATEX.

La sedimentazione della polvere nell’aria crea dei depositi. Anche con una copertura antipolvere, la polvere si accumula sotto e intorno al dispositivo e l’impermeabilità non è mai totale. Le normative considerano i depositi di polvere come potenziali ATEX.

Eventi come il grippaggio o l’attrito di parti meccaniche legate a malfunzionamenti dell’apparecchiatura generano calore, una possibile fonte di accensione ATEX. Nel trasporto pneumatico, l’attrito ad alta velocità tra le particelle e la parete del tubo genera una carica elettrostatica opposta tra le particelle e il dispositivo. Le scariche elettrostatiche sono spesso la causa di un’esplosione ATEX in queste apparecchiature. Infine, gli urti di elementi metallici o minerali estranei al processo possono innescare un’esplosione ATEX.

L’incidentologia dei processi di trasporto riporta in particolare: incendi di nastri trasportatori, esplosioni nelle benne degli ascensori e nei tubi pneumatici.

Le misure di prevenzione degli incendi e delle esplosioni includono :

• estrazione delle nuvole di polvere nel punto di caduta e/o nel corpo dell’apparecchiatura tramite un sistema di raccolta della polvere,
• aspirazione dei depositi di polvere dall’esterno dell’unità (aspiratore ATEX),
• con messa a terra per evitare scariche elettrostatiche,
• strumenti di controllo per rilevare attriti e riscaldamenti anomali.
• Eliminare le fonti esterne di accensione (punti caldi, lavoro, ecc.).

La protezione antincendio e antideflagrante include :

• disaccoppiamento delle apparecchiature per evitare la propagazione del fuoco,
• dotare l’apparecchiatura di sfiatatoi o di pressurizzatori per attenuare l’esplosione.

Processi di stoccaggio e rischi di esplosione o incendio

I volumi, le forme dei contenitori (silo, big bag, ecc.), i tempi e le condizioni di conservazione (temperatura, umidità, ecc.) variano a seconda dell’attività.

Riempire un contenitore con un prodotto in polvere può produrre un’ATEX sospendendo le particelle nell’aria del contenitore. Il riempimento o il trasporto possono anche generare cariche elettrostatiche che si riflettono nell’aria del contenitore. Una scarica elettrostatica può quindi incendiare l’ATEX.

Quando si accoppiano le attrezzature per lo stoccaggio e il trasporto dei prodotti, il passaggio tra i dispositivi non è mai completamente stagno. Con il tempo si formano dei depositi. La risospensione di questi depositi può formare un ATEX.

Lo stoccaggio in massa di una polvere può innescare l’autoriscaldamento della sostanza. Questo può portare a una combustione sotto forma di incendio o combustione, che a sua volta può incendiarsi nelle vicinanze. L’incidentologia dei processi di stoccaggio rivela che l’autoriscaldamento genera oltre l’80% degli incendi e meno del 10% delle esplosioni.

Le azioni di prevenzione sono :

• Aspira la polvere al momento del riempimento, il più vicino possibile al punto di scarico, utilizzando un sistema di raccolta della polvere.
• mantenere la temperatura di stoccaggio al di sotto della temperatura critica o adattare il volume di stoccaggio alle condizioni di temperatura locali;
• vietare le prese d’aria sul fondo dell’area di stoccaggio per limitare la combustione,
• utilizzare dispositivi per rilevare il CO (indicatore di combustione sotto-ossigenata) e l’aumento di temperatura (sonda termica, telecamera a infrarossi).

Le azioni di protezione includono:

• inertizzare il contenitore per fermare la combustione,
• l‚installazione di sfiati per bloccare l’accumulo di pressione e proteggere la struttura di stoccaggio.

Processi di macinazione e rischi di esplosione o incendio.

Esistono tre processi di macinazione principali:

• La macinazione a frantoio comprime i prodotti con una granulometria iniziale grossolana.
• La macinazione a getto d’aria e la macinazione per attrito rompono i grani del prodotto in diverse particelle per collisione. La granulometria del prodotto permette di essere trasportato da un flusso d’aria.

Gli ultimi due processi diluiscono il prodotto in polvere nell’aria in modo tale da eliminare il rischio di ATEX. La frantumazione, invece, genera polveri sottili nell’aria. Quindi il rischio di ATEX è permanente all’interno del trituratore.

La frantumazione riscalda il prodotto. A volte, per evitare l’autoinfiammazione, è necessario raffreddarlo, soprattutto se è facilmente ossidabile. I corpi estranei, più resistenti alla frantumazione, possono aumentare l’attrito e quindi la temperatura delle particelle vicine, provocando incendi del prodotto. Possono anche provocare scintille di energia sufficiente per incendiare l’ATEX e provocare un’esplosione.

Mezzi di prevenzione :

• installare un sistema di raccolta della polvere per catturare le polveri sottili;
• macinare in atmosfera inerte prodotti che si infiammano a basse temperature o con basse energie di attivazione (da 10 a 100 mJ);
• limitare l’accumulo di calore e prevenire l’introduzione di corpi estranei all’ingresso del processo (setacciatura, rilevamento dei metalli, ecc.);
• misurare la temperatura e rilevare le particelle incandescenti all’uscita del mulino

Misure di protezione :

• utilizza un trituratore antideflagrante ATEX;
• disaccoppiare il sistema di depolverizzazione dalla tramoggia di macinazione;

Processo di miscelazione: rischi di esplosione e incendio

La miscelazione può avvenire tra solidi (miscelazione a secco) o tra solidi e liquidi (miscelazione in fase liquida). La miscela presenta un rischio di incendio o di esplosione se uno dei prodotti è infiammabile.

Miscelazione a secco: tutte le sostanze in polvere vengono introdotte prima dell’inizio del processo. Il riempimento del miscelatore e la successiva miscelazione dei prodotti producono una nuvola di polveri. In entrambe le operazioni, se una sostanza è combustibile, è possibile che si verifichi un’emergenza ATEX. Questo avviene nella tramoggia di riempimento e nella testa di miscelazione.

Il flusso di prodotto attraverso il miscelatore può caricare elettricamente le particelle solide. Può verificarsi una scarica elettrostatica che innesca l’accensione della nuvola di polvere. Questo fenomeno può verificarsi nella testa del miscelatore o nella tramoggia di alimentazione.

Nell’omogeneizzazione in fase liquida, i prodotti solidi vengono introdotti prima dei liquidi o viceversa. In entrambi i casi, l’introduzione della polvere genera i rischi descritti in precedenza. Il liquido introdotto può avere la proprietà di incendiarsi a una temperatura inferiore a quella ambiente (ad esempio un solvente). Si creerà un vapore ATEX nel soffitto del miscelatore.

Nel caso di una miscela liquida che produce vapori infiammabili, la prima misura preventiva consiste nell’inertizzare il miscelatore prima di introdurre il prodotto in polvere.

Anche con il sistema di inertizzazione aperto, la tramoggia di alimentazione genera ATEX quando viene versata la polvere combustibile. La cattura alla fonte della nube di polvere (tipo anello di Pouyes) è il dispositivo di prevenzione comune a entrambi i processi di miscelazione.

La tramoggia può essere sostituita da una camera di compensazione inerte prima del riempimento e successivamente, prima che il prodotto venga introdotto nella vasca. Infine, l’operazione di riempimento e inertizzazione può essere robotizzata con una camera di compensazione dotata di valvole automatiche.

Processi di trattamento meccanico delle superfici: rischi di esplosione e industriali.

Decapaggio, granigliatura, lucidatura, sabbiatura… tutti producono una finitura superficiale diversa, ma tutti derivano dalla proiezione di grani abrasivi, generalmente tramite aria compressa. Questi grani strappano le particelle più fini dalla superficie da trattare mentre si spaccano sotto l’impatto. Le particelle più fini rimangono sospese nell’aria.

Il processo si svolge all’interno di una cabina. Se la superficie o il materiale di trattamento sono combustibili, la nube di polveri può formare un’atmosfera ATEX all’interno dell’involucro. Da qui il rischio di esplosione. Una tramoggia raccoglie i grani più pesanti. Se il calore generato dall’impatto sulla superficie viene trattenuto dai grani, il loro accumulo nella tramoggia porterà all’autoriscaldamento e al rischio di incendio.

La prevenzione prevede l’installazione di un sistema di aspirazione collegato a un collettore di polveri industriali che mantiene l’involucro a bassa pressione e cattura la nube di polveri sottili; l’installazione di un rilevatore di scintille sul sistema di cattura.

Processi di rivestimento superficiale e rischi di esplosione e incendio.

Alcuni processi di rivestimento utilizzano prodotti in polvere solida. Il prodotto viene sospeso in un getto di aria compressa e poi spruzzato sulla superficie da trattare. Questa operazione viene eseguita in una cabina speciale. Questa operazione è generalmente seguita dalla cottura del film di rivestimento.

A seconda del prodotto spruzzato, il processo prevede la verniciatura (polvere organica fusibile o polimerizzabile), la floccatura (polvere organica fibrosa) o la metallizzazione a caldo o a spruzzo (polvere di alluminio, zinco o rame).

Una parte della polvere spruzzata non atterra sulla superficie, ma si disperde nell’aria. L’ATEX si forma principalmente nel cono di spruzzatura. Per migliorare l’efficienza, la pistola a spruzzo conferisce ai grani di polvere una carica elettrica opposta a quella della superficie da trattare. La forza elettrostatica li attrae sulla superficie da rivestire. In caso di malfunzionamento, possono verificarsi scariche elettrostatiche tra gli elettrodi della pistola e l’apparecchiatura o la superficie da trattare. Il rischio di esplosione è tanto maggiore quanto più fine è la granulometria. L’esplosione può causare un incendio. Inoltre, il preriscaldamento della superficie da trattare e la vicinanza del forno di cottura possono innescare l’accensione del prodotto.

Le misure di prevenzione degli incendi e delle esplosioni per le vernici in polvere sono le seguenti:

• cattura della fonte con un collettore di polveri,
• l’usodi pistole adatte alla minima energia di accensione della polvere,
• rilevamento di fiamme nella cabina.