La deflagrazione delle polveri e le direttive ATEX - Studio Marigo

la deflagrazione delle polveri e le direttive ATEX - M. Marigo
PREVENZIONE
INCENDI
Marzio Marigo
la deflagrazione
delle polveri
e le direttive ATEX
analisi del rischio e progettazione
delle misure di prevenzione e protezione
La deflagrazione delle polveri
e le direttive ATEX
Analisi del rischio e progettazione delle misure
di prevenzione e protezione
Marzio Marigo
Il rischio esplosione è sempre presente. Anche nei luoghi di lavoro che, all’apparenza,
sembrano più al riparo da questo tipo di incidenti. Non a caso, il 10
settembre 2003, è entrato in vigore in Italia il D.Lgs. 233/03 che recepisce la
direttiva comunitaria 99/92/CE – ATEX 137. Obiettivo: garantire la massima sicurezza a tutte quelle aziende
che, pur in presenza di un pericolo di esplosione di una certa rilevanza, non rientrano, per esempio, nel perimetro
normativo delle cosiddette imprese a rischio di incidente rilevante (D.Lgs. 334/99 – direttiva Seveso II). Di
qui l’importanza di questo manuale che spiega, passo dopo passo, cosa fare contro il rischio deflagrazione ed
avere così le carte in regola con le norme vigenti. Oltre alle basi teoriche di analisi, il testo fornisce, infatti, anche
le metodologie di calcolo dei sistemi di prevenzione e protezione. Dal fenomeno connesso alla deflagrazione
delle polveri ai principali parametri che caratterizzano l’esplodibilità delle miscele polvere/aria e polvere/gas
infiammabili, dalle misure per evitare la formazione di atmosfere esplosive alla prevenzione dell’accensione delle
ATEX: capitolo per capitolo, con un taglio operativo, il testo offre una panoramica completa dei principali problemi
connessi al rischio di esplosione nelle aziende e delle misure da mettere in campo per combatterlo. In conclusione,
un manuale fondamentale per tutti coloro che si occupano di sicurezza e di prevenzione.
L I B R I
L I B R I

Marzio Marigo
LA DEFLAGRAZIONE
DELLE POLVERI
E LE DIRETTIVE ATEX
Analisi del rischio e progettazione
delle misure di prevenzione
e protezione
L I B R I

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Introduzione
INTRODUZIONE
Il 20 agosto 1997, presso l’azienda SEMABLA di Blaye, sita a 50 km nord ovest
da Bordeaux, ebbe luogo un’esplosione dei silos destinati allo stoccaggio di cereali;
la violenza dell’evento fu tale da causare la morte di undici persone (dieci lavoratori
e un pescatore che si trovava nelle vicinanze). L’8 giugno 1998 un analogo fenomeno
causò la morte di sette lavoratori ad Haysville nel Kansas (USA). Questi
sono solo esempi della violenza causata dalle deflagrazioni da polveri in impianti
di stoccaggio e trasporto e può stupire che materiali normalmente non pericolosi
come farina, legno, alluminio, zucchero possano causare conseguenze così devastanti.
E’ anche per far fronte a eventi di questo tipo che il 10 settembre 2003 è entrato
in vigore in Italia il D.Lgs. 233/03 (recepimento della direttiva comunitaria
99/92/CE – ATEX 137) relativo alle prescrizioni di tutela della sicurezza dei lavoratori
che possono essere esposti al rischio di atmosfere esplosive.
Tale decreto aggiorna e integra il D.Lgs. 626/94 con il titolo VIII-bis e con gli
allegati XV-bis, XV-ter, XV-quater. Questo provvedimento legislativo, in accordo
con il DPR 126/98 (recepimento della direttiva comunitaria 94/9/CEE – ATEX
100a) si propone di porre in sicurezza tutte quelle aziende che, anche in presenza
di un rischio di esplosione di una certa rilevanza, non ricadono, per esempio,
nell’ambito di applicazione del disposto normativo relativo alle aziende a rischio di
incidente rilevante (D.Lgs. 334/99 – direttiva Seveso II).
Esistono infatti tutta una serie di imprese (agricole, del legno, farmaceutiche,
dei metalli) nelle quali il materiale coinvolto nel ciclo produttivo non è normalmente
pericoloso; esso diventa tale unicamente se trasportato e immagazzinato sotto
forma di polveri aventi dimensioni normalmente inferiori a 500 µ m.
1Il
presente lavoro si propone quindi di fornire, partendo dall’analisi delle direttive
ATEX 137 e 100a e dalla normativa tecnica sia di origine comunitaria (EN,
VDI, CEI, UNI), sia statunitense (NFPA), la descrizione della valutazione del rischio
di esplosione causato da polveri in sospensione e dei principali metodi di prevenzione
e protezione contro tale tipologia di pericolo. Si forniranno, oltre alle basi
teoriche di analisi, anche le metodologie di calcolo dei sistemi di prevenzione e protezione.
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LA DEFLAGRAZIONE DELLE POLVERI E LE DIRETTIVE ATEX
Prendendo avvio dalla descrizione del fenomeno connesso alla deflagrazione
delle polveri, nel capitolo 2 si illustreranno, in particolare, i principali parametri
che caratterizzano l’esplodibilità delle miscele polvere/aria e delle miscele ibride
polvere/gas infiammabili. Il capitolo 3 è interamente dedicato alla descrizione delle
misure atte a prevenire la formazione di atmosfere esplosive, con molta attenzione
alla tecnologia di inertizzazione e di prevenzione della formazione di strati di polvere
nell’ambiente di lavoro. Il successivo capitolo 4 si occupa di prevenzione
dell’accensione delle ATEX 2,
con particolare riferimento ai rischi indotti da superfici
calde, fiamme e gas caldi, scintille di origine meccanica, materiale elettrico, elettricità
statica, fulmini e reazioni esotermiche.
Con il capitolo 5 inizia la trattazione delle misure di protezione contro il rischio
connesso alla formazione di ATEX in ambiente di lavoro; in particolare si descriveranno
le principali metodiche di calcolo per le strutture EPR (Explosion Pressure
Resistant) e EPSR (Explosion Pressure Shock Resistant). Le tecnologie di
soppressione dell’esplosione causata dalle polveri sono illustrate nel capitolo 6,
mentre il capitolo 7 illustra l’importante argomento dello sfogo delle esplosioni. La
descrizione delle misure di protezione si chiude con le tecniche di isolamento
dall’esplosione (capitolo 8). Il successivo capitolo 9 è quindi dedicato alla descrizione
dell’applicazione delle misure di prevenzione e protezione contro il rischio di
esplosione negli impianti industriali.
La parte finale del manuale (capitolo 10) è dedicata sia al riepilogo della legislazione
applicabile - con una descrizione del D.P.R. 126/98 e del D.Lgs. 233/03 - sia
all’illustrazione della metodologia di classificazione delle aree a rischio di esplosione,
così come suggerita dalla norma armonizza EN 50281-3.
Si precisa altresì che i calcoli di progetto eseguiti sono realizzati secondo le unità
di misura del Sistema Internazionale; inoltre i valori di pressione sono sempre
relativi alla pressione atmosferica, salvo dove diversamente precisato.
1. NB – Il presente testo si propone lo scopo di fornire un evoluto approccio nella trattazione e
nella risoluzione delle problematiche connesse alla prevenzione e protezione dalle esplosioni causate
dalle polveri. La pubblicazione si presenta come una divulgazione di argomenti che sono ancora
in parte in fase di studio e di approfondimento. L’uso delle informazioni qui contenute,
implica necessariamente la conoscenza della normativa tecnica di riferimento alla quale questa
pubblicazione non si vuole in alcun modo sostituire. L’eventuale impiego di equazioni, considerazioni,
tabelle e grafici indicati nella presente pubblicazione ricade sotto la personale
ed esclusiva responsabilità di chi intende volontariamente farne uso senza che
l’autore possa risultarne in qualche modo responsabile.
2. L’acronimo ATEX verrà utilizzato nel seguito come sinonimo di “atmosfera esplosiva”.
10

2
IL FENOMENO DELL’ESPLOSIONE
Il fenomeno dell’esplosione
2.1 Considerazioni preliminari
Le esplosioni causate da polveri1
rappresentano un serio pericolo nei
luoghi di lavoro, determinando spesso il ferimento e la morte di persone e
danni a impianti ed edifici. Tuttavia, l’indagine successiva agli incidenti
spesso evidenzia che la causa sia da ricercarsi prevalentemente nella scorretta
valutazione del rischio e, in alcuni casi, nella non completa conoscenza
da parte degli addetti agli impianti dell’esplosività delle polveri
combustibili.
In generale, le polveri che possono causare deflagrazioni sono molteplici
e possono essere presenti in varie tipologie di attività industriali e artigianali;
in Tabella 2.1 ne è riportato un elenco esemplificativo.
Tabella 2.1 – Rischi di esplosione in diversi settori produttivi
SETTORE RISCHI DI ESPLOSIONE
Industria chimica
Produzione di energia
Nell’industria chimica, i gas, i liquidi e i solidi infiammabili vengono trasformati
e lavorati nel quadro di processi di varia natura. In tali processi
possono formarsi miscele esplosive e polveri combustibili.
Dal carbone in pezzi, non esplosivo, in miscela con aria, formarsi polveri
di carbone capaci di esplodere durante lavorazione quali l'estrazione, la
macinazione e l’essiccamento possono dar luogo a miscele esplosive polveri/aria.
1. Polvere (EN 50281-3): “Piccole particelle solide, comprendenti fibre e residui volanti
di filatura presenti nell’atmosfera, che si depositano sotto il loro peso, ma che possono
rimanere sospese nell’aria per un certo periodo di tempo (comprende anche polvere e
graniglia, così come definite nella ISO 4225).”
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LA DEFLAGRAZIONE DELLE POLVERI E LE DIRETTIVE ATEX
(segue) Tabella 2.1 – Rischi di esplosione in diversi settori produttivi
D’altra parte, i materiali che sono presenti nel ciclo produttivo e che
possiedono caratteristiche tali da essere coinvolti in esplosioni si possono
riassumere in quattro tipologie:
●
●
●
●
SETTORE RISCHI DI ESPLOSIONE
Industria del legno
Metallurgia
Industria alimentare
e mangimistica
Industria farmaceutica
Raffinerie
Riciclaggio
materiali organici di origine naturale (per esempio grano, zucchero, legno);
materiali organici di origine sintetica (per esempio plastica, pigmenti
organici, pesticidi);
carbone e torba;
metalli (per esempio alluminio, magnesio, zinco).
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Nelle operazioni di lavorazione del legno si producono polveri di legno
che possono formare, per esempio, in filtri o silos, miscele esplosive polvere/aria.
Nella produzione di pezzi stampati di metallo, durante il trattamento
della superficie (smerigliatura) possono formarsi polveri metalliche esplosive.
Ciò è vero particolarmente nel caso dei metalli leggeri. Queste polveri
metalliche possono originare un rischio d'esplosione nei separatori.
Durante il trasporto e lo stoccaggio dei cereali possono formarsi polveri
esplosive. Se tali polveri vengono aspirate e separate tramite filtri, nel filtro
può formarsi un'atmosfera esplosiva (ATEX).
Nella produzione di farmaci vengono spesso utilizzate sostanze alcoliche
in qualità di solventi. Possono anche essere impiegate sostanze attive e
coadiuvanti, come il lattosio, che possono dar luogo a un'esplosione di
polveri.
Gli idrocarburi trattati nelle raffinerie sono tutti infiammabili e, a seconda
del punto d'infiammabilità, possono generare un’ATEX già a temperatura
ambiente. L'ambiente in cui si trovano le apparecchiature per il trattamento
del petrolio è normalmente considerato un'area a rischio di esplosione.
Possono essere presenti polveri combustibili derivanti da vari
trattamenti industriali.
Nel trattamento dei rifiuti riciclabili si può generare un rischio d'esplosione,
per es. a causa di scatole di metallo non ben ripulite e di altri recipienti
con gas e/o liquidi infiammabili, oppure di polveri di carta o
materiali sintetici.

IL FENOMENO DELL’ESPLOSIONE
In particolare, esperienze sviluppate in test di laboratorio (Zeeuwen,
1997) dimostrano che oltre il 70% delle polveri industriali, in idonee condizioni,
possono dare luogo a esplosioni.
Tra le attività più pericolose (Tabella 2.2) si ricordano l’industria del legno
(31.6% del totale delle esplosioni avvenute nella Repubblica Federale
Tedesca tra il 1965 ed il 1980 2)
seguita dall’industria alimentare (24.7%) e
da quella dei metalli (13.2%). La maggior frequenza di infortuni si verifica
nel comparto produttivo della plastica (2.13 feriti/esplosione) seguita
dall’industria dei metalli (1.94 feriti/esplosione) e da quella alimentare
(1.44 feriti/esplosione), mentre il maggior tasso di mortalità si rileva
nell’industria alimentare (0.43 morti/esplosione).
Tabella 2.2 – Esplosioni da polvere nella Repubblica Federale Tedesca tra il 1965 ed
il 1980 (Fonte: Beck, 1982)
TIPO
DI ATTIVITÀ
(POLVERE)
ESPLOSIONI
(%)
%
MORTI FERITI
PER
ESPLOSIONE
La principale causa di innesco delle ATEX (Tabella 2.3) risulta legata al
scintillio di origine meccanica (26.2%) seguito dalle combustione senza
fiamma (11.3%) e dal calore generato dall’attrito meccanico (9.0%). Per contro
emerge la limitata presenza dei macchinari elettrici (2.8%) come causa
di innesco dell’esplosione, una possibile spiegazione va rintracciata nella
maggiore maturità della normativa tecnica in questo settore.
2. Tali statistiche, pur se datate, rappresentano a tutt’oggi il miglior quadro di riferimento
del fenomeno. Esistono altri riepiloghi statistici prodotti da vari enti che tuttavia
non sono sovrapponibili alla realtà produttiva italiana in quanto troppo settoriali e troppo
poco sviluppati nel tempo.
%
PER
ESPLOSIONE
Legno 31.6 11.7 0.11 25.0 1.10
Alimentare 24.7 36.8 0.43 26.0 1.44
Metalli 13.2 17.5 0.38 18.5 1.94
Plastica 12.9 17.5 0.39 20 2.13
Carbone 9.2 6.8 0.21 8.0 1.18
Carta 2.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Altro 6.4 9.7 0.43 2.5 0.56
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LA DEFLAGRAZIONE DELLE POLVERI E LE DIRETTIVE ATEX
Interessante risulta altresì la differenziazione delle cause in funzione
dell’attività aziendale specifica; se per l’industria dei metalli, del legno e
alimentare la principale causa di innesco è rappresentata dalle scintille di
origine meccanica (rispettivamente 56.1%, 26.6% e 22.8%), il primo fattore
di rischio (20.5%) nell’industria del carbone è la combustione senza fiamma,
mentre nelle aziende della plastica il maggior pericolo di innesco di
miscele ATEX è dato dall’accumulo di cariche elettrostatiche (34.6%).
Tabella 2.3 – Esplosioni da polveri nella Repubblica Federale Tedesca (1965-1985).
Relazione tra le sorgenti di ignizione e tipologie industriali (Fonte: Jeske et al, 1989)
TIPO DI FONTE
DI IGNIZIONE
Il silos rappresenta la parte dell’impianto a maggior rischio di esplosione
(Tabella 2.4), infatti in esso si verifica il 20.2% del totale delle esplosioni da
polveri. Seguono i sistemi di deposito e separazione delle polveri (17.2%) e
gli impianti di macinazione (13.0%). Anche in questo caso la pericolosità delle
parti di impianto varia con la tipologia di attività aziendale specifica: la
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ESPLOSIONI
TOTALI
(%)
INDUSTRIA
LEGNO
(%)
INDUSTRIA
CARBONE(%)
INDUSTRIA
ALIMENTARE
(%)
INDUSTRIA PLA-
STICA
(%)
INDUSTRIA
METALLI
(%)
Scintille meccaniche 26.2 26.6 5.1 22.8 21.2 56.1
Combustione senza
fiamma
11.3 19.5 20.5 5.7 9.6 0.0
Attrito meccanico 9.0 9.4 5.1 12.4 9.6 3.5
Scariche elettrostatiche 8.7 2.3 0.0 6.7 34.6 5.3
Incendio 7.8 14.8 12.8 4.8 2.0 2.0
Autocombustione 4.9 3.1 15.4 6.7 2.0 3.5
Superfici calde 4.9 5.5 10.3 2.8 3.9 3.5
Lavori a fuoco 4.9 2.3 2.6 12.4 2.0 2.0
Macchinari elettrici 2.8 0.0 2.6 5.7 2.0 0.0
Sconosciuto 16.0 16.5* 25.6* 20.0* 13.1* 24.1*
* Include “Altro”
Altro 3.5

IL FENOMENO DELL’ESPLOSIONE
parte dell’impianto a maggior rischio di esplosione rimane il silos per l’industria
del legno, del carbone e nell’alimentare (rispettivamente il 35.9%, 23.1%
e 22.9%). La parte di impianto più rischiosa nel caso di industria della plastica
risultano essere i sistemi di trasporto e i sistemi di miscelazione (17.3% per
entrambi). Infine, l’industria dei metalli possiede il maggior rischio di esplosione
collocato nei sistemi di deposito polvere (45.6%).
Tabella 2.4 – Esplosioni da polveri nella Repubblica Federale Tedesca (1965-1985).
Relazione tra elementi di impianti a rischio di esplosione e tipologie industriali
(Fonte: Jeske et al, 1989)
ELEMENTO
DELL’IMPIANTO
ESPLOSIONI
TOTALI
(%)
INDUSTRIA
LEGNO
(%)
INDUSTRIA
CARBONE
(%)
INDUSTRIA
ALIMENTARE
(%)
INDUSTRIA
PLASTICA
(%)
INDUSTRIA
METALLI
(%)
Silos e bunker 20.2 35.9 23.1 22.9 2.0 2.0
Sistemi di deposito e
separazione polveri
17.2 18.0 5.1 9.5 13.5 45.6
Macinatori 13.0 7.0 12.8 18.1 15.4 5.3
Sistemi di trasporto 10.1 4.7 5.1 26.7 17.3 2.0
Essiccatoi 8.0 10.2 2.0 7.6 9.6 2.0
Forni 5.4 10.9 18.0 2.0 0.0 0.0
Impianti
di miscelazione
4.7 0.0 5.1 2.0 17.3 3.5
Levigatura 4.5 3.9 0.0 0.0 2.0 22.8
Setacciatura
e vagliatura
2.8 4.7 0.0 2.8 0.0 3.5
Sconosciuto e altro 14.1 4.7 28.8 8.4 22.9 13.3
Dall’analisi emerge dunque come le scintille di origine meccanica rappresentino
la maggior causa di ignizione di miscele esplosive polvere/aria,
rappresentando inoltre la principale origine di ignizione in quasi tutte le
componenti di impianto, a eccezione (Tabella 2.5) dei silos e degli essiccatoi,
ove la principale causa di ignizione è data dalle combustione senza
fiamma (rispettivamente 27.9% e 29.4%). Nei sistemi di miscelazione inve-
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