I Sistemi Strumentati di Sicurezza (SIS) e la nuova norma di classificazione CEI EN 60079-10-1:2016

Propongo, con questo intervento, una riflessione su un argomento spesso trascurato e riguardante la relazione tra la sicurezza funzionale e il rischio di esplosione.

Un aspetto particolarmente innovativo presente nella nuova norma di classificazione CEI EN 60079-10-1:2016 (entrata definitivamente in vigore ad ottobre 2018) è legato all’introduzione del concetto di riduzione del rischio ALARP (tanto basso quanto ragionevolmente praticabile, As Low As Reasonably Practicable) in relazione alla possibilità che l’eliminazione dell’ATEX[1] e/o delle sorgenti di accensione non risulti tecnicamente praticabile. Tale concetto, diffusamente presente in ambito anglosassone, appare sostanzialmente assente nel contesto prevenzionistico italiano . Anche laddove le tecniche di valutazione del rischio sono più sviluppate, come per l’applicazione della Direttiva Seveso III (D.Lgs. n. 105/2015), ci si ferma sempre “un po’ prima”, calcolando sia le frequenze dei vari TOP EVENT sia simulando gli effetti prevedibili di rilascio senza combinare linearmente, però, i due parametri. A questo proposito l’articolo 5.1 della Ed. 2 della EN 60079-10-1 specifica che i sistemi di controllo progettati e installati conformemente a standard relativi la sicurezza funzionale (es. IEC 61508, IEC 61511, IEC 62061, IEC 60079-29-3) possono ridurre la potenzialità di una sorgente di emissione e/o la quantità del relativo rilascio (es. controlli di sequenza in cicli batch, sistemi di inertizzazione).

Dove applicabili, le Funzioni Strumentate di Sicurezza (SIF) connesse a Sistemi Strumentati di Sicurezza (SIS) possono essere considerate nella classificazione delle aree pericolose. A questo riguardo si ricorda che un SIS è composto da almeno tre elementi:

  1. sensore: rileva un potenziale pericolo e produce un segnale elettrico che viene inviato ad un solutore logico. Esempi di sensori sono i trasmettitori di pressione, i trasmettitori di livello, i misuratori di temperatura ecc;
  2. solutore logico: rileva il segnale elettrico che supera una determinata soglia e invia un segnale agli elementi finali. I solutori logici possono essere computer, controllori elettronici programmabili (PLC) e circuiti relè;
  3. elemento finale: svolge la funzione di sicurezza. Esempi di elementi finali sono le valvole di arresto, gli interruttori automatici, i motori, i ventilatori ecc.

Una SIF è una funzione che “fa qualcosa” a seguito della rilevazione sopra/sottosoglia del parametro di processo monitorato (es. intercettazione di valvole di interblocco, disalimentazione utenze elettriche e/o fluidiche, attivazione di sistemi di ventilazione di emergenza, ecc.). I tre sottosistemi devono peraltro agire di concerto per individuare la deviazione (cioè la domanda) e portare l’Apparecchio Sotto Controllo (EUC) in uno stato sicuro. In breve, le SIF associate al SIS:

INDIVIDUANO -> REAGISCONO -> SCONGIURANO

Si riportano di seguito alcuni esempi di SIF in ambito ATEX:

  • sistemi di controllo della ventilazione artificiale generale (VAG);
  • sistemi di controllo della ventilazione artificiale locale (VAL);
  • sistemi controllo del flussaggio di gas inerte in impianti di processo operanti con fluidi infiammabili;
  • sistemi di controllo del purgaggio con gas inerte in impianti di processo operanti con fluidi infiammabili;
  • sistemi di controllo di livello alto-alto in serbatoi contenenti fluidi infiammabili;
  • sistemi di controllo di livello alto-alto in silos di contenimento polveri combustibili;
  • ambienti con controllo di esplodibilità dell’atmosfera;
  • ambienti con controllo di temperatura dell’atmosfera;
  • sistemi di monitoraggio delle tenute d’albero in pompe centrifughe dedicate al trasferimento di liquidi infiammabili;

A titolo illustrativo si riepilogano (adattate) le prescrizioni contenute nell’articolo 8 della guida CEN TR 15281 (Guida all’inertizzazione per la prevenzione delle esplosioni). Tale articolo dettaglia le specifiche di affidabilità richieste ai sistemi di inertizzazione. In particolare la definizione dei requisiti per i SIS destinati al presidio di sistemi di inertizzazione presuppone le seguenti fasi:

  • definizione delle strategie di sicurezza per le apparecchiature inertizzate. Ciò può comportare l’utilizzo dell’inertizzazione per modificare la probabilità di formazione di ATEX;
  • identificazione sistemi strumentati di sicurezza (SIS) distinti dai sistema di controllo di processo base (BPCS[2]) secondo le definizioni contenute nelle norme da IEC 61508-1 a IEC 61508-3;
  • conformità dei SIS ai Requisiti Essenziali di Sicurezza (RES) della direttiva europea 2014/34/UE nonché essere oggetto di una specifica valutazione di conformità;
  • effettuazione della valutazione dei rischi conformemente alla norma IEC 61508-1 alla IEC 61508-3 o ad una norma di sicurezza equivalente o superiore. I SIS dovranno essere conformi alla IEC 61511-1 alla IEC 61511-3 o ad una norma di sicurezza equivalente (o a maggiore sicurezza).

Il dimensionamento del livello di integrità di sicurezza (SIL) delle varie funzioni strumentate di sicurezza (SIF) relative al SIS dovrà partire necessariamente, nella logica ALARP, dall’identificazione dei confini tra “tollerabilità” e “tollerabilità generalizzata” del rischio in ambito ATEX. Tale parametro è calcolabile adottando una definizione di rischio e determinando numericamente i parametri critici in essa contenuti.

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A margine della riflessione complessiva più sopra esposta, si rileva che a seguito dell’abrogazione della linea guida CEI 31-35:2012 si apre la grande partita sul valore aggiunto da dare (ora) all’installazione di sistemi di controllo dell’esplodibilità in luoghi classificati a rischio di esplosione. L’art. 7 della CEI 31-35:2012 consentiva, infatti, la parziale declassificazione del campo lontano ATEX in presenza di tali sistemi.

“Consentiva di declassificare”

AND

“Prima dell’abrogazione”

E ora?

—   —   —

[1] ATEX: Atmosfera Esplosiva

[2] BPCS: Basic Process Control System

PS – Qualche risposta si trova già a partire dal manuale sotto riportato. Cliccandoci sopra.

PPS – Oppure nel numero 11/2019 della rivista Igiene & Sicurezza del Lavoro (ISL) di IPSOA

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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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