Esplosione di vapori gas e polveri Dott Ing

Esplosione di vapori, gas e polveri. Dott. Ing. Cristiano Cusin 1

…. doverosa precisazione … Il presente elaborato è stato pensato solo per il supporto alla lezione dell’Autore e quindi non altro valore che per “memoria” per i discenti presenti alla lezione. …. ciò che è riportato non potrà essere usato contro di me …. CRISTIANO CUSIN 2

non è solo farina del mio sacco! ma anche contributi di …. . • Ing. Matteo Carretto VV. F. Venezia • Ing. Paolo Maurizi VV. F. -Parma • Prof. Almerida Di Benedetto Univ. Napoli …… e tanti - tanti altri CRISTIANO CUSIN 3

ESPLOSIONE Liberazione rapidissima, incontrollata di energia, con produzione di un’onda meccanica (sovrapressione) e spesso anche di luce e calore (esplosioni termiche). SCOPPIO Rottura meccanica di un recipiente per aumento, non istantaneo, della pressione interna. CRISTIANO CUSIN 4

SOVRAPPRESSIONE CRISTIANO CUSIN 5

EFFETTI FISICI DELLE ESPLOSIONI CRISTIANO CUSIN 6

ESPLOSIONE TERMICHE Combustione veloce con comburente FISICHE Scoppi da sovrappressione 7

ESPLOSIONI TERMICHE Combustione veloce con comburente FISICHE Scoppi da sovrappressione 8

ESPLOSIONE TERMICA Liberazione rapidissima, incontrollata di energia, con produzione di un’onda meccanica (sovrapressione) e anche di luce e calore. L’ENERGIA SI LIBERA PER UNA RAPIDISSIMA REAZIONE CHIMICA ESOTERMA (combustione – decomposizione)

Superficie Contatto Combustibile. Comburente

Superficie Contatto Combustibile. Comburente

ESPLOSIONE

ESPLOSIONE VELOCITA’ PROPAGAZIONE FRONTE FIAMMA REAZIONE

ESPLOSIONE

ESPLOSIONI TERMICHE DEFLAGRAZIONI Velocità di reazione inferiore alla velocità del suono DETONAZIONI Aumenti di pressione di circa 8 volte Velocità di reazione superiore alla velocità del suono CRISTIANO CUSIN Aumenti di pressione di circa 20 volte 15

ESPLOSIONE TERMICHE Combustione veloce con comburente FISICHE Scoppi da sovrappressione 16

MISCELA COMBUSTIBILE-COMBURENTE PER AVERE LA COMBUSTIONE BISOGNA RICADERE NEL CAMPO D’INFIAMMABILITÀ!!! MA IN CERTE CONDIZIONI SI OTTIENE UN’ ESPLOSIONE…. 17

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ESPLOSIONE DI MISCELE DI GAS Gas combustione LIMITI INFIAMMABILITA’ Zona combustione • CONDIZIONI -> Miscela in campo infiammabilità VELOCITA’ PROPAGAZIONE FIAMMA CRISTIANO CUSIN 19

SOVRAPPRESSIONE CRISTIANO CUSIN 20

ESPLOSIONE DI MISCELE DI GAS • CONDIZIONI -> LIMITI INFIAMMABILITA’ Gas combustione Zona combustione ONDA SOVRAPPRESSIONE Miscela in campo infiammabilità VELOCITA’ PROPAGAZIONE FIAMMA CRISTIANO CUSIN 21

VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE DELLA FIAMMA CRISTIANO CUSIN 22

ESPLOSIONI TERMICHE • MISCELE INFIAMMABILI DI GAS O VAPORI - PARAMETRI DI INFIAMMABILITA’ a) b) c) d) FLASH – POINT (temp. di infiammabilita’) Campo di infiammabilità Temperatura di autoaccensione Energia minima di innesco 0, 2 ÷ 1, 5 m. J per idrogeno 0, 01 m. J per acetilene 0, 02 m. J un interruttore elettrico che si chiude emette circa 100 m. J) CRISTIANO CUSIN 23

PENTAGONO DELL’ESPLOSIONE CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI ESPLOSIVA (sovrappressione) SONO: VERIFICHI UNA COMBUSTIONE 1. COMBUSTIBILE 2. COMBURENTE 3. ENERGIA ATTIVAZIONE (innesco) 5. CONFINAMENTO-CONGESTIONAMENTO E LAZION AMENT O MISCELAZIONE MISCE 4. Ing. Cristiano Cusin INNESCO CONFIN · 24

RILASCIO GAS INNESCO IMMEDIATO INNESCO RITARDATO JET-FIRE FLASH-FIRE ASSENZA CONFINAMENTO CONGESTIONAMENTO CVE CRISTIANO CUSIN CONGESTIONAMENTO CONFINAMENTO UVCE 25

EVENTI FENOMENO l JET FIRE CONDIZIONI NECESSARIE PERDITA DI GAS DA RECIPIENTE IN PRESSIONE EFFETTI PRINCIPALI IRRAGGIAMENTO INNESCO IMMEDIATO CRISTIANO CUSIN 26

EVENTI FENOMENO l FLASH FIRE CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI RILASCIO GAS –VAPORI INFIAMMABILI IRRAGGIAMENTO INNESCO RITARDATO NON CONFINAMENTO E MODESTE QUANTITA’ Q < 5 ton luoghi aperti Q < 1, 5 TON luoghi parzialmente confinati CRISTIANO CUSIN 27

EVENTI FENOMENO l C. V. E. CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI RILASCIO GAS –VAPORI INFIAMMABILI INNESCO DANNI MECCANICI CONTENITORE CONFINAMENTO E MODESTO IRRAGGIAMENTO CRISTIANO CUSIN 28

EVENTI FENOMENO l U. V. C. E. CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI RILASCIO GAS –VAPORI INFIAMMABILI – GRANDI QUANTITA’ CONGESTIONAMENTO CRISTIANO CUSIN SOVRAPPRESSIONE IRRAGGIAMENTO 29

ESPLOSIONE TERMICHE Combustione veloce con comburente FISICHE Scoppi da sovrappressione 30

ESPLOSIONI TERMICHE • MISCELE POLVERI • (DISPERSIONE O NUBI DI POLVERE) - PARAMETRI DI INFIAMMABILITA’ 1. 2. 3. 4. 5. Granulometria (< 420 μm) Umidita’ Contaminazione (polveri inerti) Concentrazione (lim. inf. di esplos. da 15 a 100 mg/l) Energia minima di innesco (10 ÷ 150 m. J) CRISTIANO CUSIN 31

ESPLOSIONI TERMICHE • MISCELE POLVERI • (DISPERSIONE O NUBI DI POLVERE) CRISTIANO CUSIN 32

NUBI O STRATI DI POLVERE INNESCO CONFIN E LAZION AMENT O MISCE CRISTIANO CUSIN 33

ESPLOSIONI DI POLVERI SEZIONI IMPIANTISTICHE INTERESSABILI • • Depositi (Sili / Bunkers) Filtri separatori, cicloni Mulini di ogni tipo Trasportatori (nastri, coclee, tazze , pneumatici) Essiccatori a letto fluido Miscelatori Setacci e vagli CRISTIANO CUSIN 34

PARAMETRI DELL’ ESPLOSIONE A) Pressione massima di esplosione (7 ÷ 8 bar deflagrazione) B) Velocità massima di aumento della pressione legge cubica (d. P/dt)max . V⅓ = Kst) (Kst costante caratteristica della miscela in esame) C) Classi di esplosioni St 0 Kst = 0 non esplosiva St 1 Kst = da 0 a 200 debole St 2 Kst = da 200 a 300 forte St 3 Kst = > 300 molto forte CRISTIANO CUSIN 35

PARAMETRI DELL’ ESPLOSIONE POLVERI DI PRODOTTI AGRICOLI I dati riportati nelle tabelle possono differire in base a: • Granulometria • Forma dei grani • Contenuto di umidità

ESPLOSIONI DI POLVERI CRISTIANO CUSIN 37

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ESPLOSIONE TERMICHE Combustione veloce con comburente FISICHE Scoppi da sovrappressione 39

ESPLOSIONI TERMICHE • ESPLOSIVI (prodotto CE – eccetto militari) • La classificazione è in base al Testo Unico di Pubblica Sicurezza 1^ cat. Polveri 2^ cat. Dinamiti 3^ cat. Detonanti 4^ cat. Artifici 5^ cat. Munizioni di sicurezza e giocattoli pirici CRISTIANO CUSIN 40

ESPLOSIONE TERMICHE Combustione veloce con comburente FISICHE Scoppi da sovrappressione 41

ESPLOSIONI FISICHE EVAPORIZZAZIONI RAPIDE CONTATTO CORPI INCANDESCENTI ROLL OVER BOIL OVER BLEVE FIRE BALL CRISTIANO CUSIN 42

ESPLOSIONI FISICHE CONTATTO CORPI INCANDESCENTI Vaporizzazione di liquido per contatto con una massa calda (es. versamento in acqua di metallo fuso come Al o Fe) L’intensità del fenomeno dipende: 1. altezza caduta 2. quantità e dimensioni dei frammenti di materiale caldo 3. livello e quantità di acqua nel contenitore CRISTIANO CUSIN 43

ESPLOSIONI FISICHE ROLL OVER Intensa veloce evaporazione di un liquido raffreddato per ingresso di altro stesso liquido a temperatura più fredda nella parte superiore L’intensità del fenomeno dipende: 1. Differenza temperatura 2. Volume contenitore CRISTIANO CUSIN 44

ESPLOSIONI FISICHE BOIL OVER Improvvisa vaporizzazione di un liquido surriscaldato sottostante un liquido con una temperatura di ebolizzione più alta e più leggero. L’intensità del fenomeno dipende: 1. Temperatura di sovrariscaldamento 2. Volume liquido surriscaldato effetto tappo T > Teb CRISTIANO CUSIN 45

ESPLOSIONI FISICHE BLEVE Improvvisa vaporizzazione di tutta la massa di un liquido surriscaldato per piccolo cedimento contenitore L’intensità del fenomeno dipende: 1. Volume contenitore T > Teb CRISTIANO CUSIN

Bleve di botte da 9 m 3, 1 m 3 di prodotto Paese di Treviso, 16 Marzo 1996 CRISTIANO CUSIN 47

FIRE BALL Se a seguito di un esplosione fisica il liquido vaporizzato fuori del contenitore è un liquido infiammabile questo si miscela con l’aria e se innescato forma una PALLA DI FUOCO. CRISTIANO CUSIN 48

SCOPPI TERMICHE Combustione veloce con comburente FISICHE Scoppi da sovrappressione 49

SCOPPIO Rottura meccanica di un recipiente per aumento, non istantaneo, della pressione interna. - PROIEZIONE DI FRAMMENTI - RILASCIO CONTENUTO RECIPIENTE

SCOPPI DA SOVRAPRESSIONI Cedimenti meccanici in tubazioni o recipienti attraversati o contenenti fluidi sotto pressione CRISTIANO CUSIN 51

RIDUZIONE RISCHIO ESPLOSIONI • Misure di prevenzione • Misure di protezione CRISTIANO CUSIN 52

MISURE PREVENZIONE ESPLOSIONI • Evitare le concentrazioni esplosive • Eliminare le sorgenti di innesco • Rimuovere l’ossigeno (inertizzazione) • Aggiunta di diluenti inerti alle polveri (umidità) CRISTIANO CUSIN 53

EVITARE CONCENTRAZIONI ESPLOSIVE Per i gas e vapori 1. 2. 3. Usare materiali non infiammabili Lavorare sotto il “flash point” Ventilare per rimanere sotto il LEL Per le polveri 1. 2. 3. Usare materiali ad alta granulometria (> 0, 5 mm = 500 μm) Mantenere il materiale umido (acqua) Aggiungere un materiale inerte (polveri inerti) CRISTIANO CUSIN 54

ELIMINARE SORGENTI DI INNESCO • Fiamme libere (permessi di lavoro, divieto di fumo, fiammiferi) • Scariche elettriche • Scariche atmosferiche • Scariche elettrostatiche • Attriti meccanici • Superfici calde • Scintille da impatto CRISTIANO CUSIN 55

RIMUOVERE L’OSSIGENO • Ridurre il contenuto di ossigeno in aria attraverso due procedure a. inertizzazione a pressione b. inertizzazione a lavaggio CRISTIANO CUSIN 56

AGGIUNTA DI DILUENTI INERTI ALLE POLVERI 1. Mantenere il materiale umido (acqua) 2. Aggiungere un materiale inerte (polveri inerti) CRISTIANO CUSIN 57

MISURE PROTEZIONE ESPLOSIONI • Soppressione di esplosione • Contenimento • Sfogo di pressione CRISTIANO CUSIN 58

SOPPRESSIONE DELL’ESPLOSIONE • Rivelatore inizio esplosione • Iniezione rapida di estinguente (esempio ad inibizione chimica bicarbonato di sodio, fosfato di ammonio, succedanei degli halon) • Il contenitore dell’estinguente viene fatto esplodere Adatto per sostanze tossiche CRISTIANO CUSIN 59

CONTENIMENTO DELLE ESPLOSIONI Tutti gli elementi del contenitore devono resistere alla massima pressione CRISTIANO CUSIN 60

SFOGO DI PRESSIONE • Si basa su porte o pannelli di facile cedimento per sfogare l’esplosione • Non adatto per sostanze tossiche • Zone di rispetto CRISTIANO CUSIN 61

VENTING CRISTIANO CUSIN 62

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VENTING CRISTIANO CUSIN 64

DIMENSIONAMENTO VENTING Per strutture chiuse dove rapporto lunghezza / diametro è minore di 5 dove: Av V K pred Pstat Av = a V 2/3 Kb predc a = 0. 000571 e 2 Pstat b = 0. 978 e-0. 105 Pstat c = -0. 687 e 0. 226 Pstat = superficie a minore resistenza = volume da proteggere = indice di deflagrazione = massima pressione sopportabile = pressione che libera coperchio superficie a minor resistenza 65

DIMENSIONAMENTO VENTING CRISTIANO CUSIN 66

BUON PROSEGUIMENTO CORSO cristiano. cusin@vigilfuoco. it CRISTIANO CUSIN 67