Classificare le zone a rischio di esplosione con la nuova norma CEI EN 60079-10-1:2016

Oggi ho consegnato all’Editore le bozze dell’ebook che a breve verrà pubblicato da IPSOA-WKI Italia.

Con questo lavoro ho cercato di illustrare le opportunità e i limiti della nuova norma di classificazione CEI EN 60079-10-1:2016. Il nuovo standard possiede molta luce ma anche luoghi d’ombra, a volte inaspettati. Sono soprattutto questi ultimi che ho cercato di illuminare con interpretazioni tecniche ragionevoli, approcci e criteri applicativi ed esempi di calcolo. La materia è “viva” e, non essendoci letteratura a supporto delle scelte fatte dal normatore, si può prestare a facili fraintendimenti.

Spero di essere riuscito a chiarire qualcosa. Almeno in parte. Tratto dall’introduzione: “(…) In estrema sintesi, la norma tecnica CEI EN 60079-10-1:2016 è la prima IEC 79-10 che si “autosostiene”; in essa sono presenti sia le equazioni di emissione relative ad alcuni scenari di rischio, sia nomogrammi che consentono di determinare l’eventuale tipo di zona a rischio di esplosione sia, per finire, nomogrammi che permettono la stima della dispersione e quindi dell’estensione della zona. Insomma, è uno standard immediatamente applicabile una volta che si abbiano le equazioni di emissione afferenti ad ogni scenario e reperibili ampiamente in letteratura tecnica [es. TNO Yellow Book (Capitoli 2, 3), Crowl e Louvar (Capitolo 4), Lee’s (Capitolo 15), CEI 31-35:2012 (Appendice GB.4), ecc.].

La CEI EN 60079-10-1:2016 è quindi immediatamente applicabile e restituisce, rispetto all’utilizzo della linea guida CEI 31-35:2012, risultati sorprendenti e, per alcuni scenari, molto più aderenti alla realtà fisica del fenomeno di rilascio e dispersione (soprattutto di dispersione). Le prime comparazioni di classificazione svolte sia con la linea guida CEI 31-35:2012 che con la norma CEI EN 60079-10-1:2016 lasciano infatti intravedere modifiche molto sostanziose nella determinazione della distanza pericolosa (nel campo vicino), soprattutto per alcuni specifici scenari di rilascio tipicamente presenti in molte filiere industriali italiane.

Al momento dell’elaborazione del presente lavoro la situazione normativa, nell’ambito della classificazione delle zone a rischio di esplosione per gas e vapori infiammabili, evidenzia la seguente norma in vigore:

  • CEI EN 60079-10-1:2016 (Atmosfere esplosive. Parte 10-1: Classificazione dei luoghi. Atmosfere esplosive per la presenza di gas)

Le linee guida applicative dell’edizione del 2010:

  • CEI 31-35:2012
  • CEI 31-35/A:2012

sono state abrogate a partire dal 14 ottobre 2018 (il 13 ottobre cessava infatti il periodo di vigenza contemporanea dell’edizione del 2010 e quella del 2016 dello standard CEI EN 60079-10-1). Nonostante questo i contenuti tecnici di tali guide rappresentanto un utile riferimento per le metodologie scientifiche in esse contenute, relativamente alle parti non in contrasto con la nuova edizione della Norma CEI EN 60079-10-1:2016, nell’ambito delle scelte affidate al valutatore/classificatore.

Il nuovo standard di classificazione è stato pubblicato dall’IEC nel settembre 2015, successivamente recepito come norma EN nel dicembre 2015 e, infine, pubblicato dal CEI italiano nel marzo 2016 come CEI EN 60079-10-1:2016. Nel novembre del medesimo anno il Comitato Elettrotecnico Italiano ha pubblicato l’edizione in lingua italiana della norma.

Il presente ebook, da considerarsi come un aggiormento, sull’argomento specifico, del manuale edito da IPSOA nel 2017, si propone lo scopo di illustrare l’ambito applicativo della nuova CEI EN 60079-10-1:2016 nonché di illustrare, attraverso esempi applicativi tratti dalla realtà del tessuto produttivo italiano, la concreta applicazione degli strumenti forniti dalla norma tecnica (…)”.

A presto

Marzio

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Gas densi e IEC 60079-10-1:2015

Un gas denso rilasciato in atmosfera tende a manifestare dinamiche di dispersione molto particolari che si differenziano dalla maggioranza delle situazioni connesse alla classificazione di zone a rischio di esplosione.

Di quali gas discutiamo? Non di tutti quelli che possiedono una densità superiore a quella dell’aria, ovviamente. In prima ipotesi pochi sono i gas con potenzialità tali da generare nubi dense (nelle normali condizioni tecnologiche di stoccaggio e/o utilizzo). Un piccolo elenco è il seguente: GPL, GNL, ammoniaca, cloro, acido fluoridrico. Questo riepilogo è naturalmente da considerarsi non completo e, come si vede, include pure specie chimiche non infiammabili.

Le situazioni dalle quali si origina tale particolare forma di rischio sono riassumibili in tre tipologie di rilascio:

  • da contenimento pressurizzato;
  • da contenimento refrigerato;
  • a getto bifase.

Cosa accade, quindi, successivamente al rilascio[1]? Più o meno dovrebbero generarsi le seguenti dinamiche:

  1. collasso gravitazionale. La nube si schiaccia a terra allargando velocemente il proprio raggio e riducendo conseguentemente l’altezza;
  2. diffusione gravitazionale. La nube si diffonde sul terreno ancora gravata da una spinta negativa;
  3. dispersione passiva. La diluizione originata dall’aria trascinata conduce ad una dispersione avente spinta di galleggiamento neutra.

La nube densa appare tipicamente bianca ma questo NON è il colore reale del gas (nella figura la nube densa causata da una valvola aperta in un deposito di GPL).

Questi gas non hanno colore ma, in fase di rilascio, l’espansione causa un forte sottoraffreddamento che condensa l’umidità atmosferica. Questo è il motivo del “bianco nebbia” che accompagna l’emissione.

Peraltro quanto più secca risulta l’atmosfera nella quale ha luogo il rilascio, tanto più fredda e meno bianca risulterà la nube. Infatti la condensazione dell’umidità atmosferica tenderà a rilasciare del calore latente che opererà un riscaldamento complessivo della massa di vapore. La dispersione passiva, quindi, avrà luogo più velocemente in presenza di atmosfere umide.

Ora chiediamoci: le pozze di infiammabili liquidi a temperatura ambiente (acetone, benzina, ecc.) generano nubi dense?

In linea di principio NO.

I modelli ingegneristici sui quali ho avuto modo di lavorare (Britter & McQuaid, SLAB Analysis) vanno generalmente in crisi con le dispersioni di nubi di questo tipo. E se siete diffidenti nei miei confronti (cosa certamente legittima!), non lo sarete nei confronti dell’AICHE americana che tratta l’evaporazione da pozza di acetone con modelli di dispersione passiva[2].

Non crediate però di stare leggendo le elucubrazioni di una specie di “filosofia” della dispersione priva di ricadute tecnologiche reali, ok?

Le considerazioni appena svolte ci aiutano ad applicare correttamente i modelli compresi nel nuovo standard di classificazione IEC 60079-10-1:2015. Questa norma, infatti, differenzia e discretizza le modalità di dispersione in tre specifiche tipologie:

  • dispersione a getto;
  • dispersione passiva;
  • dispersione per nube densa.

Facciamo ora una prova.

Immaginiamo, dopo aver svolto i calcoli del caso, di essere in presenza di un rilascio (Wg*), derivante da una pozza di acetone, che emetta vapori con velocità pari a:

Wg* = 1 m3/s (una bella pozza!)

Che distanza di classificazione otterremmo se scegliessimo la dispersione passiva invece della nube densa?

La soluzione viene fornita dalla Figura D.1, IEC 60049-10-1:2016.

Come si può constatare l’utilizzo della nube densa in luogo della dispersione passiva conduce ad un raddoppio della distanza di classificazione (circa 4 metri di classificazione, oltre il bordo pozza, per la dispersione passiva contro gli oltre 9 metri nel caso della dispersione dovuta a gas denso).

Ci siamo quindi?

Nubi dense si.

Ma Cum grano salis.

Alla prossima!

Marzio

Domanda: e l’altezza? Qual è l’altezza di simili dispersioni?

© Marzio Marigo

[1] Ogni scenario ATEX che coinvolga infiammabili possiede sempre due fasi bene distinte: 1) rilascio, 2) dispersione. Remember it!

[2] Si. La mano è la mia.

Corso sulle novità in tema d’ATEX (Bologna, 23/02/2018), le iscrizioni sono aperte: Rischio Atmosfere Esplosive ATEX. Le novità recenti, i metodi e le applicazioni

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