A 40 anni dal più grande disastro industriale di sempre: Flixborough (UK), 01/06/1974

What we learn from history is that people don’t learn from history
George Bernard Shaw

Tra poche settimane ricorrerà il quarantesimo anniversario di uno tra i più grandi incidenti industriali avvenuti in Europa nel dopoguerra. Il primo giugno del 1974 è, infatti, una data densa di significati e rappresenta, peraltro tristemente, l’inizio del cammino europeo verso l’industria di processo sicura. Gli accadimenti che ebbero luogo in quel giorno, sommati a quanto avvenne due anni dopo in Italia, presso gli stabilimenti dell’ICMESA di Seveso (MI), posero infatti le basi per l’emanazione della prima direttiva comunitaria indicante l’obbligatorietà di costruire ed esercire IN SICUREZZA gli stabilimenti i cui rischi, per la sicurezza delle persone e la salubrità dell’ambiente, si potessero estendere anche all’esterno del sito produttivo.
Come già accennato, alle 16:53 del primo giugno 1974 ebbe luogo a Flixborough, nel Nord Lincolnshire (UK), forse il più impressionante incidente della storia dell’industria convenzionale moderna (Video BBC). Un rilascio accidentale di cicloesano ad alta pressione e temperatura, che si originò dagli impianti della Nypro Ldt. (produttrice di Nylon 6), causò una catastrofica esplosione ed un conseguente incendio che provocò il decesso di 28 persone ed il ferimento di altre 104. Il sito industriale, esteso su circa 100.000 mq, venne interamente distrutto e circa 1800 case e 170 tra attività commerciali e fabbriche prossimali furono danneggiate. Il totale dei danni venne quantificato in circa 750 milioni di dollari, rivalutati all’anno 2000 (Kletz, 2001).
L’enorme esplosione venne udita fino ad Anlaby, nella contea di Hull, distante 32 km da Flixborough.

Figura 1. Il sito prima del disastro

Figura 2. Il sito dopo il disastro

L’impianto di cicloesano, collocato nella zona definita 25 A (cfr. Figura 1), risultava adiacente alla sala controllo, al blocco principale degli uffici, ai laboratori, all’impianto di generazione dell’idrogeno, alla sezione 7 (impianti di caprolattame) e alla sezione 27.
Esso consisteva in 6 reattori collegati tra loro, con tubazioni da 28 pollici (=71 cm), posti in serie a livelli differenti di altezza (codici Nypro nn. 2521 – 2526). All’interno di tale processo il cicloesano (sostanza con caratteristiche di infiammabilità simili alla benzina), inertizzato con azoto in pressione, veniva ossidato (@ 9,6 bar e 155°C) in cicloesanone e cicloesanolo grazie all’iniezione d’aria in presenza di un catalizzatore.
Una configurazione impiantistica di questo tipo fu dettata dalla particolare lentezza della reazione di ossidazione. Fu pertanto prolungato il tempo di permanenza del fluido all’interno dell’impianto, con l’adozione di più reattori in serie, e venne migliorata la cinetica del processo, rispetto agli impianti già esistenti all’epoca, portando la temperatura del ciclo a 155°C, molto al di sopra al punto di ebollizione del liquido a pressione ambiente (=81°C). La scelta obbligata conseguente fu quindi quella di pressurizzare la miscela in reazione fino a 9,6 bar al fine di mantenere il cicloesano in forma liquida. L’impianto, con i parametri di progetto indicati, consentiva di produrre, a regime, 70.000 tonnellate all’anno di caprolattame.
Ogni reattore, realizzato in acciaio AISI 316L, era dotato di un dispositivo di troppo pieno a stramazzo che consentiva di mantenere costante il livello di liquido. In tutti i contenimenti, ad eccezione del n. 4, erano inoltre installati degli agitatori interni.

Figura 3. I sei reattori della sezione 25A

L’alimentazione dell’impianto consisteva in una miscela di cicloesano fresco miscelato ad altro proveniente dagli impianti di recupero del prodotto in uscita. Il prodotto intermedio in uscita dai sei reattori conteneva, infatti, oltre al cicloesanone e cicloesanolo, un tenore del 94% di cicloesano il quale, non avendo partecipato alla reazione, veniva distillato per essere riutilizzato con la miscela fresca in entrata.
Dalla distillazione si separava cicloesanone e cicloesanolo che venivano convertiti, in altra parte dell’impianto, in caprolattame, il monomero base necessario alla produzione del polimero Nylon 6.
Il 27 marzo, circa due mesi prima dell’evento, venne evidenziata sul reattore n. 5 (codice interno n. 2525) una perdita continua di cicloesano. Fu decisa la fermata dell’impianto per procedere ad una ispezione approfondita del contenimento che rivelò la presenza di una fessurazione verticale molto ampia (circa 180 cm) causata, come dimostrò l’inchiesta successiva all’incidente, da tensocorrosione. Venne quindi presa la decisione di rimuovere il reattore n. 5, per studiarlo approfonditamente, e di riconnettere, nel frattempo, i reattori 4 e 6 attraverso un collegamento in acciaio AISI 304L del diametro di 20 pollici (=51 cm). Tale dimensione risultava molto inferiore rispetto a quella prevista in origine dal costruttore (cfr. Figura 4).
Una simile riduzione di diametro non fu dettata da considerazioni ingegneristiche e/o strutturali bensì, più semplicemente, dalla disponibilità immediata di questa dimensione di tubo presso i magazzini dello stabilimento. Peraltro la struttura del raccordo non risultava assiale rispetto alle flange da collegare, collocate su due livelli differenti, bensì composta da tre tronconi cilindrici saldati tra loro. Tale raccordo risultava inoltre connesso ai vessel nn. 4 e 6 attraverso soffietti metallici antivibranti. L’intero bypass risultava supportato da una struttura provvisoria in tubi innocenti (cfr. Figura 5).
Tutta la struttura di collegamento tra i reattori risultò, inoltre, concepita in difformità alla regola dell’arte allora vigente e relativa ai recipienti in pressione di quella tipologia (BS 3351:1971). Non fu preventivamente studiata e calcolata, non venne nemmeno semplicemente disegnata (se si eccettua lo schema, realizzato con gesso, rinvenuto sul pavimento della carpenteria di produzione!). Peraltro non furono presentati, nel corso del successivo processo, nemmeno i verbali di collaudo del collegamento realizzato.

Figura 4. Schema dell’impianto dopo l’eliminazione del reattore n. 5

Figura 5. Schema della tubazione di bypass

Un’analisi svolta agli elementi finiti evidenziò più frequenze naturali di vibrazione del bypass. Riportiamo, a titolo esemplificativo, le prime due:

• Assiale: f1 = 3,98 Hz
• Traversale: f2 = 12,35 Hz

Queste frequenze vennero ad essere eccitate in risonanza dal flusso liquido interno di cicloesano. Infatti, la sezione, ridotta da 28 a 20 pollici, determinò una notevole accelerazione della velocità del liquido, con un conseguente incremento della depressione e della turbolenza del flusso. Tali modifiche fluidodinamiche sovrasollecitarono sia staticamente sia dinamicamente il giunto provvisorio nella sua intera lunghezza, inducendo forzanti armoniche che si manifestarono con momenti flettenti pulsanti (cfr. Figura 6).

Figura 6. Schema di sollecitazione statica del bypass

Per molte settimane dalla sua prima installazione, quindi, il giunto si trovò ad essere sollecitato a fatica e vincolato a vibrare in modo anomalo, anche a causa della struttura in tubi innocenti di vincolo.
La situazione rimase stazionaria fino al primo di giugno quando, in occasione di un riavvio dell’impianto successivo ad una fermata per manutenzione correttiva (che non riguardò il collegamento provvisorio), il bypass cedette di schianto, provocando un rilascio (stimato) di circa 100 tonnellate di cicloesano liquido a 9,6 bar e 155°C (molto al di sopra, cioè, del punto di ebollizione del liquido a pressione atmosferica, come già detto).
Tale perdita massiva ed incontrollata generò un fenomeno noto con il nome di “flashing”. Esso si manifestò con la pressoché istantanea nebulizzazione di una frazione rilevante del cicloesano espulso. A seconda delle simulazioni effettuate, da vari autori e dalla commissione governativa d’inchiesta, la quantità di cicloesano liquido, trasformatasi in vapore e nebbia, si colloca nell’intervallo 15-45 tonnellate di infiammabile mentre l’altezza rispetto al suolo, raggiunta da tale nube prima dell’innesco, si stima invece pari a circa 45 metri. Infine, il diametro del rilascio (prima dell’innesco), è stato approssimativamente quantificato in 200 metri (Sadee et al., 1975).
Una di queste stime è semplicemente realizzabile adottando il criterio del TNT equivalente proposto dall’HSE britannico; si ottiene, a fronte di un rilascio di liquido pari a 100 tonnellate, una nube di vapori e nebbie infiammabili di circa 34 tonnellate (cfr. Figura 7). Tale quantità risulta ragionevolmente aderente con quanto stimato dalla commissione d’inchiesta.

Figura 7. Stima del rilascio di vapori e nebbie infiammabili nell’incidente di Flixborough (CCPS, 1994)

Questa enorme nube di vapore e nebbia infiammabile esplose con una potenza distruttiva equivalente a circa 10,2 tonnellate di TNT (VCE), anche se alcuni studi arrivano a quantificare tale quantità in circa 16 tonnellate (Sadee et al., 1975). Essa venne probabilmente innescata, dopo un periodo da 30 a 90 secondi dal rilascio, dai bruciatori presenti nell’impianto di generazione di idrogeno, collocato nelle adiacenze della sezione 25.
L’espansione della nube emisferica accesa, pari a circa 8 volte il suo volume iniziale (=raddoppio del diametro), fece si che il fronte di fiamma raggiungesse zone nelle quali non era inizialmente presente la miscela infiammabile, incendiando, così, buona parte dello sito dello stabilimento.
La sala di controllo venne completamente distrutta così come venne demolito il blocco principale degli uffici, realizzato in mattoni e posto a 25 metri dal rilascio. Fortunatamente negli uffici, solitamente occupati da circa 200 persone, non c’erano dipendenti (era sabato). Peraltro, nessuno degli edifici civili presenti nel complesso della Nypro era stato progettato e realizzato per proteggere gli occupanti da eventuali esplosioni esterne.
Le simulazioni degli effetti dovuti a sovrappressione, realizzate con il metodo del TNT equivalente e con il TNO Multienergy, restituiscono valori di sovrappressione significativi fino ad oltre i tre chilometri dall’epicentro dell’incidente. A questi devono aggiungersi i danni connessi all’esposizione a fiamme e radiazione termica. Tali manifestazioni evidenziano letalità ben oltre il limite di infiammabilità della nube generata, fino a concentrazioni di infiammabile minori del LEL/2 (cfr. Tabella 2, DM 09/05/2001). È facilmente ipotizzabile che tali conseguenze abbiano superato, in magnitudo, quelle connesse alla sovrappressione, soprattutto nel campo vicino, in prossimità dell’epicentro dell’esplosione.

Figura 8. Simulazione CFD del rilascio di cicloesano dai reattori nn. 4 e 6 (Fingas, 2002)

Presso lo stabilimento risultavano stoccate, alla data dell’incidente, le seguenti quantità di sostanze infiammabili:

• Cicloesano = 1156 tonnellate
• Nafta = 230 tonnellate
• Toluene = 44 tonnellate
• Benzene = 105 tonnellate
• Benzina = 1515 tonnellate

L’incendio conseguente, alimentato da queste rilevantissime quantità di infiammabili, fu anch’esso di proporzioni catastrofiche.
Ventotto furono i decessi causati dall’esplosione, 18 dei quali erano presenti in sala controllo. Nel laboratorio, collocato a meno di 12 metri dalla sala di controllo, ci furono sorprendentemente 8 superstiti i quali, avendo assistito direttamente agli eventi immediatamente precedenti l’esplosione, furono in grado di portarsi in un luogo sicuro rispetto agli effetti letali dell’esplosione. Essi, altresì, furono testimoni decisivi per la comprensione delle dinamiche incidentali.
Le cause ultime del disastro sono state molte ed interconnesse tra loro. In un incidente di questo tipo, infatti, l’evento catastrofico non è che la manifestazione di molte anomalie già esistenti e dormienti all’interno del sistema organizzato che trovano un innesco in un fatto specifico (…la goccia, il vaso, ecc.).
In molti incidenti industriali, piccoli, medi e grandi, accade spesso così, quindi. Un evento “trigger” innesca i fattori di rischio annidati nel sistema e covanti da tempo.
Fatta questa premessa, elenco le tre cause ultime, immediatamente individuali, che hanno innescato il disastro:

• la connessione di bypass venne installata senza alcuna valutazione di sicurezza, dimensionamento meccanico e supervisione da parte di ingegneri chimici esperti. Come già detto, addirittura, lo schema in base al quale venne realizzato il collegamento fu disegnato, con un gesso, nel pavimento del reparto della carpenteria di lavorazione;
• il sito conteneva quantità rilevantissime di liquidi infiammabili stoccati che, successivamente all’esplosione, alimentarono l’incendio di proporzioni gigantesche;
• il bypass non fu realizzato in conformità alla regola dell’arte allora vigente. Ogni modifica, come regola generale, deve essere sempre realizzata con il medesimo livello qualitativo dell’impianto nel quale si andrà ad installare.

Un evento con una simile dimensione, oltre al carico di distruzione e sofferenza, porta con sé SEMPRE importanti e preziosi insegnamenti per il futuro. Di seguito riporto un elenco di questi, estratto dalla relazione della commissione d’inchiesta pubblica ed integrato da Lees:

• necessità di controllo pubblico sugli impianti a rischio di incidente rilevante;
• localizzazione e distanziamento degli impianti a rischio di incidente rilevante dai centri abitati;
• autorizzazione per lo stoccaggio di materiali pericolosi;
• elaborazione di regole tecniche per sistemi ed attrezzature a pressione;
• adozione di sistemi di gestione negli impianti a rischio di incidente rilevante;
• priorità della sicurezza sulle necessità di produzione;
• utilizzo, in ogni fase del processo, di norme tecniche e codici di buona pratica;
• riduzione degli stoccaggi di prodotti pericolosi;
• riduzione della taglia degli impianti (es. diametro tubazioni, volume dei contenimenti) agendo sull’efficienza del processo;
• adozione di alta affidabilità nell’ingegneria dell’impianto (es. integrità meccanica);
• implementazione di alte affidabilità per i servizi di processo (es. fornitura idrogeno, azoto, ecc);
• limitazione dell’esposizione del personale;
• progettazione e collocazione sicura delle sale controllo e degli altri fabbricati del plant;
• ergonomia nella scelta della strumentazione di controllo dell’impianto (non specifico di Flixborough);
• addestramento del personale ad operare in condizioni ad alto stress;
• riavvio dell’impianto solo dopo avere trovato la soluzione/spiegazione dell’anomalia;
• procedure di gestione del cambiamento/modifiche;
• sicurezza nel controllo degli accessi all’impianto;
• pianificazione delle emergenze;
• studio ed approfondimento dei fenomeni metallurgici di interazione con le sostanze di processo;
• elaborazione di simulazioni di incidente rilevante;
• investigazione sulle cause di disastro e feedback delle informazioni acquisite.

Anche se molta strada deve ancora essere percorsa (es. adozione dei criteri di sicurezza intrinseca di Kletz, manutenzione orientata all’affidabilità, procedure di gestione del cambiamento efficienti, ecc.), a quarant’anni di distanza di questa enorme catastrofe possiamo constatare che le condizioni di sicurezza degli impianti di processo sono certamente migliorate. Non pochi dei punti elencati in precedenza dalla commissione di inchiesta sono stati, infatti, presi in considerazione dal legislatore europeo.
L’augurio per tutti noi è che, comunque, sia per gli incidenti che accadono nell’industria convenzionale come per quelli che avvengono in quella a rischio di incidente rilevante, non valga MAI la massima di George Bernard Shaw citata all’inizio di questo intervento.

La storia insegna.

Sempre.

GLOSSARIO

• AISI: American Iron and Steel Institute.
  
• CFD: Computational Fluid Dynamics (Fluidodinamica Computazionale).
  
• FLASHING: è l’istantanea vaporizzazione, sotto forma di nebbia, di una frazione (più o meno rilevante) di un liquido che possiede una temperatura superiore al punto di ebollizione atmosferico e la sua pressione viene repentinamente ridotta alle condizioni ambientali standard. In genere si formano nebbie molto dense e pesanti. Dato che la velocità di trasferimento del calore è tale da poterlo considerare adiabatico, il processo si arresterà quando l’eccesso di energia del liquido surriscaldato verrà dissipato sotto forma di calore latente.
  
• HSE: Health and Safety Executive.
  
• LEL: Lower Explosion Limit. Concentrazione in aria di gas, vapore o nebbia infiammabile, al disotto della quale non si formerà un’atmosfera esplosiva. In altri termini, una miscela di infiammabili con l’aria potrà essere accesa solo all’interno di un campo specifico di concentrazione il cui limite inferiore è costituito dal LEL. Al di sotto del LEL la miscela risulterà troppo “povera” per essere accesa.
  
• TNO Multienergy: Metodo di simulazione dei danni da sovrappressione elaborato dal TNO olandese (cfr. Yellow Book del link).
  
• TNT equivalente: Metodo di simulazione dei danni da sovrappressione che consiste nell’assimilare una massa di infiammabile rilasciato in una corrispondente quantità di TNT (cfr. pp. 11 – 16 del link).
  
• VCE: Vapor Cloud Explosion (Esplosione di Vapori)

BIBLIOGRAFIA MINIMA

• CCPS (1994), Guidelines for Evaluating the Characteristics of Vapor Cloud Esplosions, Flash Fires and BLEVEs, Wiley, New Jersey (USA)
• Department of Employment (1975), The Flixborough disaster, Report of the Court of Inquiry, Crown, UK
• Fingas M. (2002), The Handbook of Hazardous Materials Spills Technology (Chapter 42), McGraw-Hill, New York (USA)
• Kletz T. (2001), Learning from Accidents, III Ed. (Chapter 8), Buttherworth-Heinemann, Oxford (UK)
  
• Mannan S. (2005), Less’ Loss Prevention in the Process Industries (Chapter 17, Appendix 2), Buttherworth-Heinemann, Oxford (UK)
  
• Pekalski et al. (2005), A Review of Explosion Prevention and Protection Systems Suitable as Ultimate Layer of Protection in Chemical Process Installations, Trans IChemE, Part B, Process Safety and Environmental Protection, 2005, 83(B1): 1–17
  
• Sadee et al. (1975), Estimation of the TNT Equivalent of the Amount of Reacted Cyclohexane, and of the Dimensions and Shape of the Cloud in Relation to the Explosion which Occurred on the Flixborough Site of Nypro (UK) Ltd on 1^st June 1974. Rep. to Flixborough Court of Inquiry (Dutch State Mines)

APPENDICE STATISTICA

Si riportano di seguito, pur in modo incompleto e non completamente aggiornato (ci fermiamo, infatti, al 2000), alcuni dati significativi relativi ai grandi incidenti industriali avvenuti nel recente passato (Pekalski et al., 2005).

(Post pubblicato originariamente su Postilla.it il 27/4/2014)

© Marzio Marigo