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06/04/2004
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VALUTAZIONE
DEL RISCHIO INFORTUNISTICO DERIVANTE DA ESPLOSIONI DI SOSTANZE
IN POLVERE DURANTE LA MANIPOLAZIONE E LO STOCCAGGIO
U. Bisignano*, C. Esposito*, G. Marena*, A. Mazzei**, N. Mazzei**, G. Mazzoli*
*
INAIL - Direzione Regionale Lombardia - Consulenza Tecnica Accertamento Rischi e
Prevenzione
**
Stazione Sperimentale per i Combustibili San Donato Milanese
RIASSUNTO
- Nel
presente lavoro sono stati esaminati alcuni incidenti causati da esplosioni
durante la manipolazione di
sostanze in polvere o che possono generare polvere. Diverse polveri, infatti,
disperdendosi in
aria possono originare miscele infiammabili polveri-aria che, a seguito di un
innesco, possono
causare danni a persone e cose. Generalmente si pensa che le atmosfere esplosive
si
possano formare solo con prodotti pericolosi come, quali i combustibili o i
solventi, oppure in
situazioni particolari quali le miniere di carbone. Sfortunatamente anche con
prodotti all’apparenza
innocui, come la polvere di legno, le farine, gli zuccheri e le granaglie si
possono formare
atmosfere esplosive ed inaspettati eventi incidentali. Violente esplosioni
avvenute nei sili
granari negli ultimi 20 anni ne sono un drammatico esempio. La polvere di grano
in sospensione all’interno
del silo raggiunge una concentrazione tale che un apporto anche minimo d’energia,
causato
da una scintilla o da una superficieorgente calda, può causare un’esplosione
con vittime
e danni che possono estendersi per centinaia di metri.
SUMMARY
- In
this paper some accidents due to dust explosions has been presented. An
inflammable blend of air
and finely-divided solid, generated in the presence of suitable energy ignition
source, may produce
an explosion causing several victims (deaths and injuries) and serious material
damages. Generally
it is considered explosive merely an atmosphere constituted by fuel and solvent.
Unfortunately
unoffending products, like wood powder, wheat, sugar and grain may generate dust
explosions causing accidents. In the last 20 years dramatic events in grain
elevators occurred .The
grain dust in the silos can reach a concentration that any energy source,
including static spark,
friction and incandescent material can cause an explosion with damages up to a
distance of
several hundred meters.
1.
INTRODUZIONE
Il
problema delle esplosioni da polveri si è probabilmente natoposto non appena l’uomo
ha inventato
il mulino a vento per macinare il grano. Ma la comprensione della loro vera
natura è stata
molto lenta. In particolare è stato molto difficile accettare, non solo per l’opinione
pubblica ma
anche per i tecnici, che un’esplosione potesse essere provocata dalla polvere
da sola e non
fosse necessaria la contemporanea presenza di un gas infiammabile per sostenere
l’esplosione (CARDILLO,
1998). Il
termine "polvere" indica lo stato di suddivisione spinta in cui si
trova la sostanza solida. Si può
avere esplosione da polvere quando un solido combustibile, finemente suddiviso,
viene disperso in un’atmosfera
contenente sufficiente ossigeno da sostenere la combustione in presenza di una
sorgente di accensione di sufficienteappropriata energia. Pertanto, ogni
materiale solido
che può bruciare in aria, se ridotto in polvere, può dar luogo a un’esplosione
con una violenza e con
una velocità di reazione che aumentano con il grado di suddivisione del
materiale. Se la
combustione esplosiva avviene in un volume confinato (apparecchiatura, silo,
serbatoio…) si
genera calore più rapidamente della sua dissipazione; la reazione avviene in un
tempo breve e tale
che gli effetti si manifestano nel raggiungonoimento di alte temperature con
conseguente e di
un rapido aumento di pressione e a cui consegue la formazione di un’onda che
si propaga
nell’ambiente con velocità di qualche centinaio di m/sec. Questo fenomeno per
le esplosioni
da polvere richiede comunque un certo tempo prima di svilupparsi completamente, periodo
iniziale di avvio più lungo rispetto ad altre reazioni esplosiveinoltre l’aumento
di pressione
avviene essenzialmente in due fasi: nei primi istanti è graduale per il modesto
aumento di
temperatura del periodo inizialedi induzione, mentre successivamente diventa
assai veloce quando
tutte le particelle, per effetto del progressivo aumento della turbolenza,
diventano in
gradopossono di reagire rapidamente con il comburente.
2.
GENERALITÀ SULLE POLVERI
Tra i
materiali che possono dare luogo ad un’esplosione troviamo:
-
sostanze organiche naturali (farina, zucchero, ecc.);
-
sostanze organiche sintetiche (plastiche, pigmenti, pesticidi, prodotti chimici,
ecc.);
-
carboni;
-
metalli (alluminio, magnesio, zinco, ferro, ecc.).
In
generale gli effetti dell’esplosione sono funzione di tanti parametri:
composizione chimica, natura
del comburente, reattività e potere calorifico, distribuzione granulometrica
delle particelle e loro
forma, grado di dispersione o agglomerazione, concentrazione di polvere nella
nube, grado
di turbolenza, condizioni ambientali (temperatura, pressione ed umidità),
energia d’innesco e
posizione dell’innesco, geometria del volume nel quale avviene la combustione
(CROSS &
FARRER, 1982). Perché
sia possibile un’esplosione (CARDILLO & MAZZEI, 2000) da polveri devono
realizzarsi contemporaneamente
le seguenti condizioni:
• la
polvere deve essere combustibile;
• la
polvere deve poter formare una nube;
• la
polvere deve avere una idonea granulometria;
• la
concentrazione della polvere deve essere nel campo di esplodibilità;
• la
nube di polvere deve contattare un innesco di sufficiente energia;
• l’atmosfera
entro la quale si genera la nube di polvere deve contenere sufficiente
comburente.
In
generale la presenza di umidità tende a diminuire l’esplodibilità di una
polvere. Un aumento della
percentuale di umidità provoca un aumento della temperatura di accensione, dell’energia
di
accensione e della concentrazione minima esplodibile. Un’esplosione
in generale può prodursi secondo due regimi: deflagrazione o detonazione. Il
primo, che è il caso generalmente riscontrabile per le polveri è
caratterizzato da una velocità di
propagazione della fiamma inferiore a quella del suono ed è preceduto da uno
spostamento d’aria
dovuto all’espansione dei gas bruciati che si muovono alla velocità del
suono. In particolari condotte
tuttavia anche le polveri possono raggiungere un regime di quasi detonazione caratterizzato
dal fatto che la velocità della fiamma supera quella del suono nel mezzo considerato.
La pressione in questi casi ha una brusca variazione (nel caso della
deflagrazione l’aumento è
più graduale) e si possono raggiungere in tempi brevi (millisecondi) pressioni
di molte decine
di bar. Le detonazioni da polveri possono avvenire solo in condotte di diametro
compreso tra 50
e 400 mm e di lunghezza almeno pari ad una ventina di metri; questo fenomeno
diventa temibile
se la condotta è collegata ad un recipiente chiuso poiché l’esplosione può
propagarsi a tale
recipiente.
3.
PRINCIPALI DISPOSIZIONI LEGISLATIVE NEI LUOGHI CON PERICOLO DI ESPLOSIONE
Le
principali disposizioni legislative nei luoghi a rischio di esplosione sono:
1.
National Fire Protection Association, Guide for Venting of Deflagrations, NFPA
68;
2.
Verein Deutscher Ingenieure, Pressure release of dust explosions, VDI 3673;
3.
Direttiva 94/9/CE: norme in materia di apparecchi e sistemi di protezione
destinati ad essere utilizzati
in atmosfera potenzialmente esplosiva;
4.
Direttiva 99/92/CE: prescrizioni minime per il miglioramento della tutela della
sicurezza e della
salute dei lavoratori che possono essere esposti al rischio di atmosfere
esplosive.
Le
prime due sono le guide di riferimento maggiormente riconosciute per gli sfoghi
di esplosione rispettivamente
negli Stati Uniti e in Europa. Gli sfoghi limitano la sovrapressione all’interno
dei
contenitori (ad es. sili) dovuta all’esplosione, scaricando i prodotti della
combustione all’esterno.
Queste esplosioni, oltre che danneggiare notevolmente impianti e attrezzature
ogni anno
sono responsabili di molte lesioni e decessi. Le polveri hanno un comportamento
più imprevedibile
dei gas, sicché è più difficile individuare un rischio di esplosione nonché
la classificazione della
relativa zona. Uno dei metodi più comuni ed economici per contenere i danni provocati
da esplosioni da polvere durante la lavorazione di metallo, legno, plastica,
carbone, zucchero,
amido, farina, ecc. è quello di ricorrere agli sfoghi. La
direttiva 94/9/CE, più nota come direttiva ATEX (ATmosfere EXplosive), è stata
recepita in Italia
col D.Lgs. 126/98, ed è entrata in vigore il 01/07/2003. E’ rivolta
principalmente ai costruttori
e rivenditori di apparecchi Ex (adatti per essere utilizzati in atmosfera
esplosiva), ma coinvolge
anche datori di lavoro, RSPP, consulenti, verificatori, ecc.. Richiede la
marcatura CE per
gli apparecchi, i sistemi di protezione, i dispositivi di sicurezza, controllo e
regolazione utilizzati in
zone con pericolo di esplosione per la presenza di gas, vapori, nebbie o
polveri. La
direttiva 99/92 è stata recepita in Italia col D.Lgs. 233/2003, ed è entrata
in vigore il 10/09/2003.
Tale decreto integra il D.Lgs. 626/94 introducendo il Titolo VIII-bis
"Protezione da atmosfere
esplosive". Il destinatario principale della direttiva è il datore di
lavoro, al quale si richiede
la classificazione delle zone con pericolo di esplosione (zone 20, 21, 22 in
presenza di polveri)
e l’elaborazione del Documento sulla protezione contro le esplosioni, quest’ultimo
parte
integrante del Documento di valutazione dei rischi di cui all’art. 4 del D.Lgs.
626/94. Le due
direttive suindicate definiscono in modo completo il settore del pericolo di
esplosione nei
luoghi di lavoro (CARRESCIA & OSTANO, 2001). La novità principale riguarda
l’obbligo per il datore
di lavoro di classificare i luoghi pericolosi, nell’ambito della più generale
valutazione dei rischi
dell’ambiente di lavoro, in modo da adottare misure di protezione adeguate
alla probabilità di
presenza di atmosfera esplosiva. Un’altra novità è la marcatura CE del
materiale Ex. La
pratica della gestione della sicurezza nell’ambito del D.Lgs. 626/94 è
tipicamente fondata sulle
mansioni svolte dai singoli lavoratori, in base alle quali si individuano i
livelli di esposizione, si
stabiliscono i fabbisogni formativi ed informativi e si definiscono i protocolli
sanitari. È da
ritenere che, in generale, si tenderà a non circoscrivere l’applicazione
della nuova direttiva all’approccio
prevenzionale tipico del D.Lgs. n. 626/94, fino ad ora finalizzato a una
gestione del
rischio capace di assicurare la mera minimizzazione del danno al lavoratore
nella stretta dinamica
con le caratteristiche del posto di lavoro. Il rischio secondo le direttive ATEX,
a differenza
di gran parte degli altri rischi professionali, è da considerarsi legato in
modo non univoco alle
specifiche mansioni. L’entità del danno conseguente è connessa
principalmente alla distanza
dalla sorgente degli eventi e può estendersi anche al di fuori del perimetro
dello stabilimento. In
questo caso è da notare che il gestore dello stabilimento è oggettivamente responsabile
non solo verso quanti operano entro il perimetro dello stabilimento, ma anche
nei confronti
dell’esterno dello stabilimento per quanto possa essere esposto alle
conseguenze di eventuali
esplosioni.
4.
ESEMPI DI PERICOLO D’ESPLOSIONE E CASI STUDIO NELL’INDUSTRIA AGROALIMENTARE
Si
riportano di seguito alcuni esempi di possibile esplosione da polveri in diversi
settori:
•
Settore produzione d’energia: dal carbone in pezzi, non esplosivo, in miscela
con aria, possono formarsi
polveri di carbone capaci di esplodere durante fasi della lavorazione quali l’estrazione,
la
macinazione e l’essiccamento che possono dar luogo a miscele esplosive
polveri/aria.
•
Settore industria del legno: nelle operazioni di lavorazione del legno si
producono polveri di legno
che possono formare, ad esempio, in filtri o silos, miscele esplosive
polvere/aria.
•
Settore metallurgia: 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.
•
Settore industria farmaceutica: 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.
•
Settore industria alimentare e mangimistica: 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.
Le
esplosioni di polveri industriali che causano danni estesi restano fenomeni
eccezionali, ma esplosioni
meno devastanti sono assai frequenti. Attualmente avvengono in Europa più di un’esplosione
di
polveri al giorno. Su 400 esplosioni registrate in industrie agroalimentari (RONCAIL,
1996),
i tipi di impianti coinvolti sono qui di seguito rappresentati:
Trasportatori
(Elevatori) 26,7% Sili 22,9%
Frantoi
18,1% Spolveratura 9,5%
Essiccatoi
7,6% Setacciatura 2,8%
Camera
dei forni 1,9% Altri 10,5%
Queste
osservazioni sollevano due tipi di problemi:
-
perché, come e con quali tipi di prodotto a base di polveri è possibile un’esplosione?
- come
qualificare i danni procurati da un prodotto?
Nell’industria
agroalimentare e dei mangimi per il bestiame, tutti i prodotti contengono
carbone, idrogeno,
azoto, zolfo, ossigeno, ecc. Essi sono dunque combustibili e, di conseguenza, in
grado
di provocare incendi ed esplosioni.
4.1
Esplosione alla De Bruce Grain Co. (Kansas)
L’elevatore
di grano DeBruce era riportato nel libro del Guinness dei primati come il più grande
elevatore di grano al mondo. Aveva una capacità tale da contenere il grano per
la produzione
di pane necessario a soddisfare i fabbisogni dell’intera popolazione americana
per
sei settimane. Al
tempo dell’esplosione era costituito da 246 sili circolari sistemati in file
affiancate. Anche gli spazi
tra i sili venivano utilizzati per immagazzinare il grano, si contavano quindi
in totale 310 sili.
L’evento esplosivo è accaduto l’8 giugno del 1998 alle ore 9:20, ed è
stato uno dei più devastanti incidenti
negli USA degli ultimi 10 anni che ha causato: 7 morti, 10 feriti e diversi
milioni di
dollari di danni materiali (SCHOEFF, 1999). L’esplosione
primaria ebbe origine nel tunnel est della fila a sud, cui fece seguito una
serie di esplosioni
attraverso il tunnel di raccordo trasversale diramandosi nei tunnel della fila
sud. L’esplosione
raggiunse l’edificio principale dove erano posizionati gli elevatori a tazze,
diramandosi da lì
nei restanti sili. Nella zona nord grossi frammenti delle strutture in cemento
armato dei
sili furono scagliati a diverse centinaia di metri. La
sorgente di innesco più probabile è stata un cuscinetto mal lubrificato di un
rullo del trasportatore, che
per attrito tra il rullo bloccato ed il nastro ha generato un aumento
localizzato della
temperatura superando i 220°C necessari ad innescare la polvere di grano
(formazione di brace).
Il calore così generato ha favorito un flusso convettivo di aria che ha
disperso la polvere presente
nelle adiacenze creando una nube. Tale nube è stata innescata dalla brace
presente sul
rullo dando luogo alla prima esplosione che propagando ha sollevato la polvere
depositata sul
pavimento lungo il tunnel, generando a sua volta altre condizioni esplosive.
Questo meccanismo
ha fatto sì che le esplosioni si propagassero in successione all’interno dei
tunnel dell’elevatore
provocando danni tanto ingenti.
4.2
Incidente in un silo di cereali a Blaye (Gironde - Francia)
Nell’agosto
1997 in Francia (INERIS, 1998) ha suscitato molto scalpore la grave esplosione avvenuta
ad un silo granario della Société d’Explotation Maritime Blayaise (SEMABLA)
situato nel
porto di Blaye nel dipartimento della Gironda. Fra i lavoratori si contarono 10
morti ai quali si
aggiunse un pescatore di passaggio nelle acque limitrofe. Ci furono gravi danni
alle persone ed
alle cose per un raggio di 500 metri dall’impianto. Il
silo consisteva di due gruppi di unità verticali di magazzinaggio che formavano
un volume compatto
lungo circa 100 metri, largo 20 ed alto 40 metri. L’esplosione è
probabilmente iniziata nella
parte superiore della torre principale nord. Si è propagata attraverso la
galleria superiore fino
all’estremità sud, probabilmente per il fatto che la polvere era stata
mescolata vorticosamente. Le
fiamme dell’esplosione, propagandosi in maniera radiale, sono facilmente
entrate nelle
unità aperte di magazzinaggio, estremamente polverose a causa delle operazioni
di carico,
generando così una violenta esplosione. Nella torre nord l’esplosione si è
poi portata verso
il basso distruggendo l’intera struttura che è collassata. Per
quanto riguarda la formazione di un’atmosfera esplosiva sono da prendere in
considerazione due
possibilità: la prima riguarda la formazione di gas combustibile nella parte
alta dell’unità di deposito
provenienti ad es. da fenomeni di auto-riscaldamento o di fermentazione, la
seconda la formazione
di una miscela infiammabile di polvere-aria. Alla luce dei fatti e delle
testimonianze i
consulenti tecnici scartarono la prima ipotesi e conclusero che appariva
plausibile che l’esplosione avesse
avuto origine nel circuito di rimozione delle polveri centralizzato, infatti,
nessun componente
di tale impianto fu trovato. L’innesco di tale esplosione fu addebitato ad
urto meccanico oppure
all’attrito tra la girante con la parte fissa del circuito di rimozione
polveri.
5.
VALUTAZIONE DEI RISCHI DI ESPLOSIONE
Nella
valutazione dei rischi di esplosione, effettuata sempre ai sensi dell’art.4
del D.Lgs. 626/94,
il datore di lavoro deve tenere conto dei seguenti elementi (CARRESCIA, 2003):
1.
probabilità che le sorgenti di accensioni diventino attive ed efficaci;
2.
caratteristiche degli impianti, sostanze utilizzate, processi e loro possibili
interazioni;
3.
probabilità e durata della presenza di atmosfere esplosive;
4.
entità degli effetti prevedibili.
Nel
processo di valutazione, la considerazione dei probabili effetti è di
significato secondario, nel
senso che da un’esplosione ci si deve aspettare sempre un’elevata dimensione
del danno, che
può estendersi da notevoli danni alle cose fino a ferimenti e morti. Nella
protezione contro le
esplosioni, la prevenzione di atmosfere esplosive è prioritaria rispetto all’esame
quantitavo dei
rischi. Per la valutazione di impianti nuovi o già esistenti si deve, in
particolare, partire dalle seguenti
condizioni:
• le
normali condizioni di funzionamento, compresi i lavori di manutenzione;
• la
messa in servizio e fuori servizio;
• le
avarie e gli stati difettosi prevedibili;
• l’uso
difettoso ragionevolmente prevedibile.
Nella
valutazione dei rischi, si devono prendere anche in considerazione quelle aree
che sono collegate,
o potrebbero esserlo, ad aree a rischio di esplosione mediante aperture.
6.
PREVENZIONE E PROTEZIONE DALLE ESPLOSIONI DA POLVERI
Le
misure di sicurezza relative alla manipolazione di polveri suscettibili di
esplosione si possono raggruppare
in due distinte categorie: misure di prevenzione e misure di protezione. La
prevenzione, cioè la riduzione della probabilità di una esplosione, ha lo
scopo di eliminare soprattutto
le condizioni che permettono la formazione di una miscela esplosiva e tutte le
possibili cause
d’innesco, mentre la protezione si propone di ridurre gli effetti dell’esplosione.
Gli
aspetti nel campo della prevenzione da tener in considerazione sono
principalmente:
1.
Eliminazione della polvere
a
pulire accuratamente l’ambiente di lavoro evitando luoghi di accumulo,
b
situare all’esterno i punti di raccolta,
c
ridurre le parti accessorie dell’impianto, le strutture di sostegno e le
superfici orizzontali,
d
utilizzo di apparecchiature per l’abbattimento delle polveri (ciclone, filtro
a maniche, elettrofiltro);
2.
Eliminazione comburente
a
inertizzazione (sostituzione parziale o totale del comburente con gas inerte),
b
ossigeno minimo (limite di concentrazione di ossigeno, MOC, al di sotto del
quale non è possibile
alcuna propagazione di fiamma),
3.
Eliminazione innesco
a
evitare fiamme libere, superfici calde,scintille provenienti da operazioni di
saldatura e taglio,
scintille da frizione e impatto, riscaldamento spontaneo,
b
installare impianti elettrici a regola d’arte.
In
caso di protezione, gli aspetti da tener in considerazione sono principalmente:
1.
Contenimento dell’esplosione (impiego delle apparecchiature opportunamente
dimensionate per
resistere alla massima pressione di esplosione, solo per impianti di piccole
dimensioni a causa
dei costi elevati);
2.
Separazione degli impianti (installare le varie unità in locali diversi, o
dividere fisicamente le operazioni
con più alto rischio di esplosione);
3.
Soppressione dell’esplosione (bloccare l’avanzamento del fronte di fiamma
mediante un agente di
soffocamento);
4.
Sfogo dell’esplosione (venting).
7.
CONCLUSIONI
Da un
esame delle diverse statistiche di paesi europei ed extraeuropei, è stato
individuato il settore agroalimentare
come quello maggiormente colpito da esplosioni da polveri. La crescente industrializzazione
e la meccanizzazione giocano senza dubbio un ruolo importante in questo fenomeno,
ma per l’industria agroalimentare le ragioni sono più specifiche: aumento
delle capacità
di stoccaggio, aumento del volume di manutenzione, estensione dell’automazione,
aumento
del numero di prodotti presentati sotto forma di polveri. Nelle aziende agricole
di piccole e
piccolissime dimensioni la ragione è da ricercare soprattutto nella carente
formazione di base e
nella scarsa conoscenza dei rischi derivanti dalla manipolazione e stoccaggio di
sostanze vegetali
generanti polveri. Dalla
legislazione vigente emerge l’obbligo da parte del datore di lavoro di una
classificazione dei
luoghi pericolosi, pertanto è auspicabile il ricorso ad una figura esperta
quale classificatore delle
zone a rischio di esplosione. La speranza è che, a differenza di altre figure
professionali previste
dal D.Lgs. 626/94 come il responsabile e gli addetti del SPP, il legislatore
individui in
tempi brevi le capacità ed i requisiti professionali richiesti, onde evitare
che si sviluppi l’espansione incontrollata
di questa nuova figura.
BIBLIOGRAFIA
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