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

…. 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

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

ESPLOSIONE 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

SOVRAPPRESSIONE CRISTIANO CUSIN

EFFETTI FISICI DELLE ESPLOSIONI CRISTIANO CUSIN

ESPLOSIONE TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente Scoppi da sovrappressione TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente

ESPLOSIONI TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente Scoppi da sovrappressione TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente

ESPLOSIONE TERMICA 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

CRISTIANO CUSIN

ESPLOSIONE TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente Scoppi da sovrappressione TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente

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

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

SOVRAPPRESSIONE CRISTIANO CUSIN

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

VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE DELLA FIAMMA CRISTIANO CUSIN

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

PENTAGONO DELL’ESPLOSIONE ·       CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI VERIFICHI UNA COMBUSTIONE ESPLOSIVA (sovrappressione) SONO:   1.    COMBUSTIBILE 2.    COMBURENTE 3.    ENERGIA ATTIVAZIONE (innesco) MISCELAZIONE CONFINAMENTO-CONGESTIONAMENTO MISCELAZIONE CONFINAMENTO INNESCO Ing. Cristiano Cusin

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

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

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

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

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

ESPLOSIONE TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente Scoppi da sovrappressione TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente

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

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

NUBI O STRATI DI POLVERE MISCELAZIONE CONFINAMENTO INNESCO CRISTIANO CUSIN 33

SEZIONI IMPIANTISTICHE INTERESSABILI 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

PARAMETRI DELL’ ESPLOSIONE A) Pressione massima di esplosione (7 ÷ 8 bar deflagrazione) B) Velocità massima di aumento della pressione legge cubica (dP/dt)max . V⅓ = Kst) (Kst costante caratteristica della miscela in esame) C) Classi di esplosioni St0 Kst = 0 non esplosiva St1 Kst = da 0 a 200 debole St2 Kst = da 200 a 300 forte St3 Kst = > 300 molto forte CRISTIANO CUSIN

POLVERI DI PRODOTTI AGRICOLI 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

CRISTIANO CUSIN

ESPLOSIONE TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente Scoppi da sovrappressione TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente

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

ESPLOSIONE TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente Scoppi da sovrappressione TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente

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

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: altezza caduta quantità e dimensioni dei frammenti di materiale caldo livello e quantità di acqua nel contenitore CRISTIANO CUSIN

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: Differenza temperatura Volume contenitore CRISTIANO CUSIN

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: Temperatura di sovrariscaldamento Volume liquido surriscaldato effetto tappo T > Teb CRISTIANO CUSIN

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

Bleve di botte da 9 m3, 1 m3 di prodotto Paese di Treviso, 16 Marzo 1996 CRISTIANO CUSIN

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

SCOPPI TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente Scoppi da sovrappressione TERMICHE FISICHE Combustione veloce con comburente

SCOPPI 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

RIDUZIONE RISCHIO ESPLOSIONI Misure di prevenzione Misure di protezione CRISTIANO CUSIN

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

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

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

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

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

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

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

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

Non adatto per sostanze tossiche Zone di rispetto 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

VENTING CRISTIANO CUSIN

CRISTIANO CUSIN

VENTING CRISTIANO CUSIN

Per strutture chiuse dove rapporto lunghezza / diametro è minore di 5 DIMENSIONAMENTO VENTING Per strutture chiuse dove rapporto lunghezza / diametro è minore di 5 Av = a V2/3 Kb predc    dove: a = 0.000571 e2 Pstat b = 0.978 e-0.105 Pstat c = -0.687 e0.226 Pstat Av = superficie a minore resistenza V = volume da proteggere K = indice di deflagrazione pred = massima pressione sopportabile Pstat = pressione che libera coperchio superficie a minor resistenza

DIMENSIONAMENTO VENTING CRISTIANO CUSIN

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