PREVENZIONE DI INFORTUNI SUL LAVORO DA ATMOSFERE ESPLOSIVE Il rischio da atmosfere esplosive e sua valutazione l ___________ Luca Marmo Direttore del laboratorio Esplosività Polveri Politecnico di Torino, Torino Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia [email protected] Cosa è una esplosione? Metodo #2 #1 ¾Acqua ¾Acqua ¾Caffè ¾Aprite il gas ¾Attendete ¾Accendeteililcaffè bruciatore ¾Accendere ¾Attendete ililcaffè bruciatore CH4Luca +2O 2(+2*3,76N 2) Marmo Politecnico di Torino CO2+2H2O(+2*3,76N2) 890 KJ/mol 2 Cosa è una esplosione? • Reazione (combustione) molto rapida • Libera una grande g qquantità di energia g Energia Calore PV = nRT RT • Legge L di stato t t dei d i gas PiVi = ni RTi Pf V f = n f RT f Luca Marmo Politecnico di Torino Espansione V costante P costante Pf n f RT f Vf ni RTi Vi Pi = = n f RT f ni RTi 3 Cosa è una esplosione? • Pressione aumenta per l’espansione dei gas, max incremento circa 8-12X Apparecchiature speciali Apparecchiature Strutture civili Luca Marmo Politecnico di Torino 4 Combustione di un solido • Interfaccia: • Scambio di materia • Scambio di calore V= πD 3 a= 6 A 6 = V D A = πD 2 D D H Luca Marmo Politecnico di Torino V= πD 2 H 4 A = 2πD + πDH 2 a= A ⎛1 2⎞ = 4⎜ + ⎟ V ⎝D H ⎠ 5 Chi è colpito p Abbasi, T. Abbasi S.A. , Dust explosions–Cases, causes, consequences, and Lucacontrol, Marmo - Journal of Hazardous Materials 140 (2007) 7–44 6 Politecnico di Torino Chi è colpito p Luca Marmo Politecnico di Torino 7 Pentagono g dell’esplosione p • Una esplosione avviene quando ho la concomitanza di questi fattori (si dice dice…)) Confinamento Dispersione Innesco efficace Comburente Luca Marmo Politecnico di Torino Combustibile 8 Confinamento #1? • Polverino di legno. g MIE =660 mJ AITC=460 °C Pmax 7,6 bar St1 99,3%>250 mm, 36,4>500mm • Scarico di un silo • Pregresso incendio covante Luca Marmo Politecnico di Torino 9 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 10 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 11 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 12 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 13 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 14 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 15 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 16 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 17 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 18 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 19 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 20 Confinamento #1? Luca Marmo Politecnico di Torino 21 Confinamento #2? Luca Marmo Politecnico di Torino 22 Dispersione p • Si deve formare una nube. • La concentrazione deve essere compresa entro i limiti d’infiammabilità: 9 Limite Inferiore d’Infiammabilità, LEL 9 Limite superiore d’infiammabilità UEL Il secondo esiste solo concettualmente concettualmente, ma non è misurabile, misurabile e comunque le polveri sedimentano, quindi è come se non esistesse. Trasporto, ventilazione, vibrazioni, pulizia inadeguata o esplosione primaria. primaria Luca Marmo Politecnico di Torino 23 Dispersione p 25 W 2 meteri Nube a concentrazione > LEL Ordini di grandezza: da alcune decine a alcune centinaia diMarmo g/m3Luca 24 Politecnico di Torino Dispersione p Luca Marmo Politecnico di Torino 25 Comburente • L’Ossigeno dell’aria è ubiquitario. • Propagazione di fiamma fino a ≈ 12% (polveri metalliche 5%) • Significativo effetto della granulometria) • Altri ossidanti: perossidi, Fluoro, Cloro, Nitrato di Ammonio Luca Marmo Politecnico di Torino 26 Innesco efficace Veicoli Superfici calde Luca Marmo Politecnico di Torino Apparecchi di processo Housekeeping Impianti elettrici Elettrostatica 27 Innesco efficace Luca Marmo Politecnico di Torino 28 Innesco efficaceefficace-elettrostatica Luca Marmo Politecnico di Torino 29 Esplosioni primarie e secondarie Luca Marmo Politecnico di Torino 30 Esplosioni primarie e secondarie Luca Marmo Politecnico di Torino 31 Esplosioni primarie e secondarie Luca Marmo Politecnico di Torino 32 Esplosioni primarie e secondarie Luca Marmo Politecnico di Torino 33 Esplosioni primarie e secondarie Luca Marmo Politecnico di Torino 34 Esplosioni primarie e secondarie ● Finitura superficiale mediante nastro abrasivo ● Aspirazione della polvere po ve e mediante ed a te serie di collettori abbattimento a a secco Luca Marmo Politecnico di Torino 35 Esplosioni primarie e secondarie Luca Marmo Politecnico di Torino 36 Domanda D m 1: è una u polvere p pericolosa? p • NFPA 68. Dust: “finely divided solid, 420 μm or less in d diameter” ” • NFPA 68. Combustible dust: “a combustible particulate solid that presents a fire or deflagration hazard when suspended in air or some other oxidizing medium over a range of concentration, regardless of particle size or shape. h • EN1127. For mists and dusts a degree of dispersion sufficient ff to produce p an explosive p atmosphere p can be reached if the droplet or particle size falls below 1 mm. Luca Marmo Politecnico di Torino 37 Risposta: Forse si se… C b Carbone Zucchero Metalli Legno Plastica Farmaci Luca Marmo Politecnico di Torino 38 Domanda 1: è una polvere pericolosa? 1. È combustibile 2. È disperdibile 3. È sufficientemente reattiva. Dimensione è un fattore determinante. Di Dimensione i Luca Marmo Politecnico di Torino Di Disperdibilità dibilità R tti ità Reattività 39 Domanda 1: è una polvere pericolosa? D 2D Diametro =2D Luca Marmo Politecnico di Torino Diametro = D 40 Domanda 1: è una polvere pericolosa? D 2D dv = 3 ∑n d ∑n i i 3 i (15 ⋅ (2D ) + 15D ) = 1,651D 3 =3 i i Luca Marmo Politecnico di Torino 30 3 ∑ n d (15 ⋅ 2 D + 15D ) = = = 1,5 D 30 ∑n i da i i i i 41 Domanda 1: è una polvere pericolosa? D 2D ds ∑n d = ∑n d i 3 i i 2 i i (15 ⋅ (2D ) + 15D ) = 1,8D = (15 ⋅ (2D ) + 15D ) 3 3 2 2 i Luca Marmo Politecnico di Torino 42 Domanda 2: dimensione??? Luca Marmo Politecnico di Torino 43 Domanda 2: dimensione??? Luca Marmo Politecnico di Torino 44 Domanda 3: dove acquisire le caratteristiche tt isti h della d ll polvere? p l ? Database GESTIS-DUST-EX , gestito da Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) http://www.dguv.de/ifa/Gefahrstoffdatenbanken/GESTISSTAUB-EX/index-2.jsp Ad oggi contiene dati relativi a 4605 campioni Luca Marmo Politecnico di Torino 45 Luca Marmo Politecnico di Torino 46 Tutto semplice, ma… ma….. Luca Marmo Politecnico di Torino 47 Tutto semplice, ma… ma….. • • • Limits of applicability There are limits of applicability pp y of the combustion and explosion p characteristics specified in these tables. They are based on the wide variation possibilities in the nature of the dusts (e.g. composition, particle size distribution, surface structure, moisture content), on the one hand, and on the d dependence d off th the numerical i l value l off the th characteristics h t i ti on the th test t t methods, th d on the other. Hence, the user must always be aware that the tabulated values can only serve as a guideline for the design of preventive and protective measures. Above all, the data should indicate which substances have already been tested, whether the substances are dust-explosible and on what scale the most important data can be expected. They frequently illustrate the problem i l d with involved ith combustible b tibl dusts, d t i.e. i that th t very different diff t values l can occur for f what appear to be the same dusts. This highlights the need to test the dust to be handled whenever it is unclear if certain important influencing factors, such as p , fineness and moisture content,, coincide completely p y with the composition, existing conditions in the case to be assessed….. Luca Marmo Politecnico di Torino 48 Ad esempio, l’l’Alluminio… Alluminio….. Luca Marmo Politecnico di Torino 49 Le variabili caratterizzanti • Natura chimica • Dimensione (distribuzione granulometrica) • Morfologia (sfere, dischi, fibre, flakes,ecc.) • Umidità •LucaStato superficiale Marmo Politecnico di Torino 50 Le variabili caratterizzanti Abbasi, T., Abbasi, S.A., Dust explosions–Cases, causes, consequences, and control, Journal of Hazardous Materials 140 (2007) 7–44 Reattività Aumenta con... con Diminuisce con... con 1. abbassamento della concentrazione minima di esplosività 2 abbassamento dell’energia 2. dell energia minima di innesco 3. velocità di combustione 4. velocità massima di incremento di pressione 5. presenza di gruppi reattivi (COOH, OH, NH2, C≡N, C=N, N=N)) 6. presenza di una porzione di particelle fini anche modesta 7. aumento della concentrazione di ossigeno 1. presenza di gruppi chimici quali Cr, Br, F 2 presenza di materiali inerti 2. in concentrazione del 10/20% 3. umidità >30% Luca Marmo Politecnico di Torino 51 Le variabili caratterizzanti Abbasi, T., Abbasi, S.A., Dust explosions–Cases, causes, consequences, and control, Journal of Hazardous Materials 140 (2007) 7–44 Reattività Aumenta con... con Diminuisce con... con Concentrazione minima di esplosione 1. aumento del contenuto di umidità 2. aumento della concentrazione di polvere inerte in miscela 1. diminuzione della dimensione delle particelle 2 aumento di materiale 2. volatile 3. aumento della concentrazione di ossigeno g 1. diminuzione della dimensione delle particelle 2. aumento della concentrazione di ossigeno 3. aumento della concentrazione di ossigeno 4. aumento dello spessore dello strato di polvere52 Temperatura 1. aumento del contenuto di umidità minima di innesco 2. aumento della concentrazione di ppolvere inerte in miscela Luca Marmo Politecnico di Torino Le variabili caratterizzanti Abbasi, T., Abbasi, S.A., Dust explosions–Cases, causes, consequences, and control, Journal of Hazardous Materials 140 (2007) 7–44 Reattività Aumenta con... con Diminuisce con... con Concentrazione limite massima di ossigeno Pressione massima di esplosione Massima velocità di aumento di pressione diminuzione della temperatura della polvere aumento della temperatura della polvere Energia minima d’innesco Luca Marmo Politecnico di Torino diminuzione della dimensione delle particelle (influenza ridotta) 1. diminuzione della dimensione delle particelle 2. aumento del materiale volatile ppresente 1. Diminuzione della dimensione 2. Presenza di una anche modesta frazione di fini 3. Presenza di un combustiile gassoso 1. aumento del contenuto di umidità della polvere 2. aumento della concentrazione di ppolvere inerte in miscela 1 aumento dell’umidità Aumento delle dimensioni Aumento della turbolenza 53 I parametri caratterizzanti • • Parametri per la classificazione di esplosività : – la Temperatura Minima di Innesco di polvere in strato (MIT) – la temperatura minima di innesco di polvere in nube – l’Energia l’E i Mi Minima i di IInnesco (MIE) – Limite Inferiore di Esplosività (LEL) – la massima pressione di esplosione (pmax) – il massimo incremento della pressione (dp/dt)max – la costante di esplodibilità (KSt) – la Concentrazione Limite di Ossigeno (LOC) Altri – Infiammabilità, Sensitività da impatto – Auto A t ignizione, i i i Decomposizione, D i i … Luca Marmo Politecnico di Torino 54 Caratterizzazione di un campione • Quale che sia il parametro misurato, una caratterizzazione tt i i dovrebbe d bb comprendere d almeno: 1. La distribuzione granulometrica, o almeno il decimo,, cinquantesimo q e novantesimo percentile (d10, d50 e d90) 2 Il contenuto di umidità 2. Luca Marmo Politecnico di Torino 55 TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN NUBE • Determinazione della t temperatura t minima i i di innesco i in nube secondo CEI EN 50281-2-1 • Forno Godbert-Greenwald Godbert Greenwald Luca Marmo Politecnico di Torino 56 TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN NUBE, SIGNIFICATO • V Valutazione l t i della d ll sensibilità ibilità all’innesco ll’i termico t i di una polvere aerodispersa • Sensibilità alla presenza di ambienti surriscaldati (attriti meccanici, apparecchiature elettriche) • Definizione di temperature p limite di sicurezza per macchinari Luca Marmo Politecnico di Torino 57 TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN STRATO • Determinazione della temperatura di innesco di uno strato di polvere secondo EN 50821-2-1 Luca Marmo Politecnico di Torino 58 TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE IN STRATO, STRATO SIGNIFICATO • Valutazione della sensibilità all’innesco di polveri disposte in strato di 5 mm (limite definito per industrie p ) con un buon standard di pulizia) • Valutazione di possibilità di innesco con combustione a brace • Definizione di T superficiale limite per apparecchiature e grado di manutenzione e pulizia Luca Marmo Politecnico di Torino 59 ENERGIA MINIMA D’INNESCO • Energia minima di innesco secondo UNI EN 13821: 2004 • Scarica S i capacita it o capacitivo/induttiva • Valutare la suscettibilità all’innesco ll’i elettrico l i o elettrostatico Luca Marmo Politecnico di Torino 60 INDICE DI ESPLOSIVITÀ KST, KST, DP/ DP /DT DT,, P MAX • UNI EN 14034-1: 2006 • UNI EN 14034-2: 2006 Luca Marmo Politecnico di Torino 61 INDICE DI ESPLOSIVITÀ KST, DP/ DP /DT DT,, PMAX, LOC • Si definiscono: – Pmax massima pressione di esplosione [barg] – dP/dt Velocità massima di aumento di pressione [bar/s] – Kst Indice di esplosività del materiale Luca Marmo Politecnico di Torino 62 INDICE DI ESPLOSIVITÀ, SIGNIFICATO • Classificazione St, ai fini del di dimensionamento i t dei d i sistemi di protezione Ma….. Ma Luca Marmo Politecnico di Torino 63 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 64 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 65 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 66 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 67 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 68 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 69 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 70 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 71 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 72 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 73 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 74 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 75 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 76 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 77 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 78 CONGESTIONE Luca Marmo Politecnico di Torino 79 LIMITE INFERIORE DI ESPLOSIVITÀ • Limite inferiore di esplosione p secondo UNI EN 14034-3:2006 • Significato: • Classificazione • Dimensionamento • (es captazione) Luca Marmo Politecnico di Torino 80 CLASSE DI COMBUSTIONE BZ • Secondo VDI 2236: 2008 • Si classifica la polvere in base alla presenza o assenza di fiamma, propagazione della fiamma o rapida estinzione dalla classe 1 (mancata diffusione fiamma) a 6 (rapida combustione con propagazione di fiamma) Luca Marmo Politecnico di Torino 81 CLASSE DI COMBUSTIONE BZ Classe CL/P Prodotti di riferimento (20°C) C/BZ Risultato del test Nessuna accensione p Breve combustione,, rapido spegnimento Combustione localizzata o bagliore praticamente senza propagazione Assenza di propagazione Combustione a brace o lenta decomposizione senza fiamma Propagazione veloce con fiamme Combustione molto rapida con fiamma fi o rapida id decomposizione senza fiamma Luca Marmo Politecnico di Torino Propagazione 1 Sale da cucina 2 A id T Acido Tartarico, t i granii di malto lt 3 Lattosio D+, Mais 4 Acido 1-Amino-8-naftol-3,6disolfonico, Tabacco, cacao 5 Zolfo 6 Polvere l da d sparo 82 CLASSE DI COMBUSTIONE SIGNIFICATO GN F Possibilità di inneschi conseguenza g di combustione a brace Luca Marmo Politecnico di Torino 83 AUTOACCENSIONE AIT = f(V) ! Luca Marmo Politecnico di Torino 84 SENSIBILITÀ ALL’IMPATTO Luca Marmo Politecnico di Torino 85 SENSIBILITÀ ALL’IMPATTO • grave di 5 ÷ 10 kg • campione di polvere di circa 40 mm3 o 100 mg • Test di combustione o decomposizione • Effetti: detonazione, fumo, fiamme o scintille • Pericolo ad es. per operazioni come la macinazione. L’UTILITÀ DELLE MISURE Limite inferiore di esplosività •Dimensionare il sistema di captazione •Classificare ll’impianto impianto in zone Temperatura minima di accensione di depositi d i i di polvere l di polvere aerodispersa •Individuare le fonti di innesco da superfici calde •Programmare P la l manutenzione i •Predisporre i modi e l’accuratezza della pulizia Massima concentrazione di ossigeno Minima concentrazione di inerte •Dimensionare l’inertizzazione: • Gas inerte a circuito chiuso/aperto • Sistemi di soppressione parziale/totale Pressione massima di esplosione Costante di esplosione KSt Luca Marmo Politecnico di Torino Dimensionare protezione i sistemi di 87 POLVERI NON CONVENZIONALI • Fibre • Nanoparticelle POLVERI NON CONVENZIONALI • Ivan Iarossi, Paul R. Amyotte, Faisal I. Khan, Luca Marmo, Ashok G. Dastidar, Rolf K. Eckhoff , Explosibility of polyamide and polyester fibers, Journal of Loss P Prevention ti in i the th Process P Industries I d t i 26 (2013) 1627e1633 1627 1633 Grazie per l’attenzione Luca Marmo Politecnico di Torino 90
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