Della previsione del futuro e dell’infiammabilità delle sostanze

No, non voglio sostituirmi al divino Otelma. Il mondo che circonda tutti noi è già particolarmente affollato di persone che ritengono di poter prevedere il futuro, in molti settori, economico in primis. Molti dei quali, peraltro, appartenenti ad una specifica categoria Dunning-Kruger.

Ciò che più modestamente propongo è l’esercizio del Paragrafo 6.6.14 del mio manuale Rischio Atmosfere Esplosive ATEX (pagina 398).

Insomma un post un po’ più specialistico e meno storico del precedente.

Partiamo, quindi.

6.6.14 Tipizzazione dei gruppi e delle classi di temperatura di un campione di sostanze infiammabili

Al progettista degli impianti elettrici di uno stabilimento chimico-farmaceutico viene chiesto di stendere il capitolato d’appalto per gli apparecchi elettrici e meccanici da installarsi nelle zone classificate a rischio di esplosione presenti in un nuovo reparto di prossima costruzione. La classificazione delle zone a rischio di esplosione (HAC, Hazardous Area Classification) è stata già realizzata dall’ingegneria dell’azienda in conformità allo standard IEC 60079-10-1:2015.

Il principale problema da superare è il seguente: mentre sono ben note le sostanze che nel breve/medio termine saranno prodotte nel reparto, più difficoltoso è ipotizzare quali cicli produttivi saranno sviluppati dall’azienda nel lungo termine.

La questione, quindi, consiste nell’identificazione di un giusto compromesso, in termini di gruppi[1] e classi di temperatura[2], da assegnare agli apparecchi elettrici e non elettrici da installarsi nelle zone HAC per consentire all’impianto una produzione multipurpose adeguatamente flessibile.

La soluzione percorsa sarà quella di predisporre un’analisi del database delle 404 sostanze presenti in CEI 31-35. Quelle maggiormente rappresentate in termini di gruppo e classe di temperatura sono le IIAT2 (circa il 31% del totale) seguite dalle IIAT3 (circa il 22% del totale). Nella Tabella seguente si riporta il diagramma di Pareto complessivo risultante dall’elaborazione condotta.

Le necessità di garantire una sufficiente flessibilità all’impianto unita all’esigenza di consentire la fattibilità economica del medesimo orienta infine il progettista nella scelta di adottare uno standard d’acquisto non inferiore al IIBT3 per tutti gli apparecchi elettrici e non elettrici. Tale scelta di compromesso consente comunque di includere circa il 90% delle oltre 400 sostanze indicate in Tabella GA-2, CEI 31-35:2012.

Alla prossima!

Ciao

Marzio

© Marzio Marigo

[1] [Art. 5.5.15.1, CEI 31-35:2012] I prodotti ATEX destinati all’installazione in zone con pericolo d’esplosione sono suddivisi in due gruppi con il seguente significato:

  • gruppo I – prodotti per miniere con presenza di grisou;
  • gruppo II – prodotti per luoghi con pericolo di esplosione diversi dalle miniere con presenza di grisou.

(…)

Le sostanze hanno comportamenti diversi nei confronti dell’esplosione, per questo motivo alcuni tipi di prodotti ATEX del gruppo II sono suddivise nei sottogruppi IIA, IIB, IIC in relazione al tipo di sostanza.

NOTA Il termine sottogruppo non è generalmente utilizzato; si preferisce indicare in breve gruppo IIA, gruppo IIB, gruppo IIC.

Per alcuni tipi di prodotti ATEX, la suddivisione nei sottogruppi IIA, IIB e IIC, è attuata in base all’interstizio sperimentale massimo di un giunto standard (MESG – Maximum Experimental Safe Gap) che non permette all’esplosione avvenuta all’interno della custodia, di innescare l’atmosfera esplosiva esterna. Il MESG decresce nell’ordine per i prodotti ATEX IIA, IIB, IIC; vedasi la Norma EN 60079-0 (CEI 31-70), allegato A. (Maggiori dettagli sono rinvenibili nel Paragrafo 2.1.4 del testo Rischio Atmosfere Esplosive ATEX).

[2] [Art. 5.5.15.2, CEI 31-35:2012] Per i prodotti ATEX del gruppo II, le massime temperature superficiali sono suddivise in classi da T1 a T6 (Maggiori dettagli sono rinvenibili nel Paragrafo 2.1.3 del testo Rischio Atmosfere Esplosive ATEX).

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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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