Inertizzare gli ambienti Atex
Combustione ed esplosione
La combustione è una reazione chimica di ossidazione rapida e incontrollata, alla quale prendono parte un combustibile e un comburente, opportunamente innescata da una sorgente di energia.
L’esplosione è una particolare combustione che avviene a velocità molto elevata, con la liberazione di una grande quantità di energia.
Combustibile, comburente e innesco sono le tre componenti che devono necessariamente coesistere affinché si possa attivare un’esplosione: deve essere presente il combustibile, sottoforma di gas (metano, propano), vapori (benzina, solventi) o polveri (farina, legno), il comburente (generalmente ossigeno), e una sorgente termica o elettrica che innalzi la temperatura localmente. Se una sola di queste componenti viene a mancare, l’esplosione non può avvenire, come evidenziato dal triangolo del fuoco.
Fig. 1 – Il Triangolo del fuoco
LEL e UEL
In aria, cioè in presenza del 21% di ossigeno, per ogni combustibile si definiscono i limiti inferiore (LEL) e superiore (UEL) di esplosività come valori minimo e massimo di concentrazione di combustibile entro i quali la reazione può innescarsi.
Ogni combustibile ha un range di esplosività tipico che lo rende più o meno pericoloso: il metano, con LEL = 4,4%vol e UEL = 15%, è di gran lunga meno pericoloso dell’acetilene, che ha LEL = 2,5% e UEL = 81%.
Per ridurre la probabilità di formazione di un’atmosfera esplosiva, e quindi prevenire le esplosioni, si può intervenire sulle tre componenti:
- sul COMBUSTIBILE, minimizzando la probabilità di presenza di combustibile in concentrazioni superiori al LEL
- sull’INNESCO, utilizzando componenti elettrici e termici a bassa energia
- sul COMBURENTE: diminuendo la concentrazione di ossigeno con l’utilizzo di gas inerti (inertizzazione)
Il diagramma di infiammabilità
Per ogni combustibile è possibile costruire il diagramma di infiammabilità, che identifica l’area di pericolo di incendio ed esplosione della miscela “combustibile + ossigeno + azoto”; ogni punto del diagramma rappresenta una possibile combinazione dei tre elementi, mentre la “linea dell’aria” identifica tutte le miscele nelle quali le concentrazioni di ossigeno e azoto sono in rapporto 21:79.
Nel diagramma di infiammabilità del metano, tutte le miscele contenute nella zona arancione sono potenzialmente infiammabili. I punti in cui la linea dell’aria interseca il confine della zona arancione sono LEL e UEL.
Fig.2 – Diagramma di infiammabilità del metano
La concentrazione limite di ossigeno (LOC) è il punto estremo della zona arancione, limite sotto il quale nessuna miscela è infiammabile, e quindi esplosiva.
L’inertizzazione e la misura dell’ossigeno residuo
L’inertizzazione è una valida misura di prevenzione contro la formazione di atmosfere esplosive che consiste nel portare la concentrazione di ossigeno sotto la LOC, aggiungendo azoto o, in generale, un gas inerte.
Il processo di inertizzazione può essere realizzato:
- in pressione: il sistema chiuso viene sottoposto a una serie di cicli di pressurizzazione con gas inerte e sfiato atmosferico, fino a raggiungere il valore di concentrazione di ossigeno desiderato;
- sottovuoto: il sistema chiuso viene sottoposto a cicli di vuoto e al successivo ripristino della pressione atmosferica con gas inerte, fino al raggiungimento del valore di concentrazione di ossigeno desiderato;
- con flussaggio: il gas inerte viene introdotto in continuo nel sistema da inertizzare, con scarico in atmosfera.
Durante i processi di inertizzazione, è necessario monitorare e controllare in continuo la concentrazione di ossigeno utilizzando misuratori Atex in grado di operare in pressione/vuoto, e controllori di flusso per regolare la portata del gas inerte.
A inertizzazione eseguita, la concentrazione di ossigeno deve essere continuamente monitorata, per mantenere nel tempo le condizioni di sicurezza.
La misurazione della concentrazione di ossigeno utilizzando sonde dedicate (scheda tecnica) presenta numerosi vantaggi, tra cui la minimizzazione del consumo di gas inerte durante il processo di diluizione dell’ossigeno, e l’immediata individuazione di perdite che potrebbero non garantire il mantenimento della concentrazione di ossigeno sotto la LOC.
Vista l’importanza della loro funzione, è fondamentale utilizzare misuratori di qualità e verificare periodicamente la loro operatività; i sensori di gas possono subire variazioni significative della loro sensibilità in tempi relativamente brevi: la verifica e l’eventuale calibrazione periodica sono gli unici strumenti che permettono di mantenere i livelli di sicurezza necessari.
Nell’inertizzazione con flussaggio, l’utilizzo di misuratori di portata precisi e affidabili garantisce il raggiungimento di un risultato di qualità; nonostante questo, solo con la misura diretta dell’ossigeno è possibile accertarsi che tali condizioni di sicurezza si mantengano nel tempo.
L’implementazione dell’inertizzazione e la scelta degli strumenti e dei metodi appropriati dipendono dalle caratteristiche specifiche dell’ambiente ATEX e dalle sostanze infiammabili coinvolte.
È fondamentale consultare esperti in materia di sicurezza per valutare correttamente i rischi e adottare le misure di inertizzazione più adatte al contesto specifico.