Esplosione di vapori, gas e polveri

1

Esplosione di vapori, gas e polveri.

Dott.Ing. Cristiano Cusin

CRISTIANO CUSIN 2

…. 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 3

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 4

ESPLOSIONE

ESPLOSIONELiberazione rapidissima, incontrollata di energia, con produzione di un’onda meccanica (sovrapressione) e spesso anche di luce e calore (esplosioni termiche).

SCOPPIORottura meccanica di un recipiente per aumento, non istantaneo, della pressione interna.

CRISTIANO CUSIN 5

SOVRAPPRESSIONE

CRISTIANO CUSIN 6

EFFETTI FISICI DELLE ESPLOSIONI

p=p1 - patm[kg/cmq=bar]

Danni o effetti

0,7 distruzione muri cemento armato0,6 gravi danni al macchinario industriale0,5 ribaltamento carri ferroviari0,45 distruzione totale case0,25 rottura serbatoi0,16 distruzione 50% case0,07 distruzione totale vetri0,025 distruzione 50% vetri0,007 rotture lastre vetro grandi dimensioni0,0014 vibrazioni stoviglie e finestre

7

ESPLOSIONE

TERMICHE FISICHE

Combustione veloce con comburente

Scoppi da sovrappressione

8

ESPLOSIONI

TERMICHE FISICHE

Combustione veloce con comburente

Scoppi da sovrappressione

ESPLOSIONE TERMICA

ESPLOSIONE TERMICALiberazione 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 15

16

ESPLOSIONE

TERMICHE FISICHE

Combustione veloce con comburente

Scoppi da sovrappressione

17

MISCELA COMBUSTIBILE-COMBURENTE

PER AVERE LA COMBUSTIONE BISOGNA RICADERE NEL CAMPO D’INFIAMMABILITÀ!!!

MA IN CERTE CONDIZIONI SI OTTIENE UN’ ESPLOSIONE….

CRISTIANO CUSIN 18

CRISTIANO CUSIN 19

• CONDIZIONI -> LIMITI INFIAMMABILITA’

ESPLOSIONEDI MISCELE DI GAS

Miscela in campo infiammabilità

Zona

co

mbu

stion

e

Gas combustione

VELOCITA’ PROPAGAZIONE FIAMMA

CRISTIANO CUSIN 20

SOVRAPPRESSIONE

CRISTIANO CUSIN 21

• CONDIZIONI -> LIMITI INFIAMMABILITA’

ESPLOSIONEDI MISCELE DI GAS

Miscela in campo infiammabilità

Zona

co

mbu

stion

e

Gas combustione

VELOCITA’ PROPAGAZIONE FIAMMA

ONDA SOVRAPPRESSIONE

CRISTIANO CUSIN 22

VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE DELLA FIAMMA

CRISTIANO CUSIN 23

ESPLOSIONI TERMICHE• MISCELE INFIAMMABILI DI GAS O VAPORI

- PARAMETRI DI INFIAMMABILITA’

a) FLASH – POINT (temp. di infiammabilita’)b) Campo di infiammabilitàc) Temperatura di autoaccensioned) Energia minima di innesco

0,2 ÷ 1,5 mJ per idrogeno 0,01 mJper acetilene 0,02 mJ

un interruttore elettrico che si chiude emette circa 100 mJ)

Ing. Cristiano Cusin 24

·      

PENTAGONO DELL’ESPLOSIONE

CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI VERIFICHI UNA COMBUSTIONE ESPLOSIVA (sovrappressione) SONO:

1. COMBUSTIBILE

2. COMBURENTE

3. ENERGIA ATTIVAZIONE (innesco)

4. MISCELAZIONE

5. CONFINAMENTO-CONGESTIONAMENTO

INNESCO

MISCELAZIO

NE

CON

FIN

AMEN

TO

CRISTIANO CUSIN 25

RILASCIO GAS

INNESCO IMMEDIATO

JET-FIRE

INNESCO RITARDATO

ASSENZA CONFINAMENTO

CONGESTIONAMENTO

CONGESTIONAMENTO

FLASH-FIRE UVCE

CONFINAMENTO

CVE

CRISTIANO CUSIN 26

EVENTI

PERDITA DI GAS DA RECIPIENTE IN PRESSIONEINNESCO IMMEDIATO

JET FIRE

IRRAGGIAMENTO

FENOMENO CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI

CRISTIANO CUSIN 27

EVENTI

RILASCIO GAS –VAPORI INFIAMMABILIINNESCO RITARDATONON CONFINAMENTO E MODESTE QUANTITA’

FLASH FIRE

IRRAGGIAMENTO

FENOMENO CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI

Q < 5ton luoghi aperti

Q < 1,5 TON luoghi parzialmente confinati

CRISTIANO CUSIN 28

EVENTI

RILASCIO GAS –VAPORI INFIAMMABILIINNESCO CONFINAMENTO

C.V.E. DANNI MECCANICI CONTENITOREE MODESTOIRRAGGIAMENTO

FENOMENO CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI

CRISTIANO CUSIN 29

EVENTI

RILASCIO GAS –VAPORI INFIAMMABILI – GRANDI QUANTITA’ - CONGESTIONAMENTO

U.V.C.E. SOVRAPPRESSIONE IRRAGGIAMENTO

FENOMENO CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI

30

ESPLOSIONE

TERMICHE FISICHE

Combustione veloce con comburente

Scoppi da sovrappressione

CRISTIANO CUSIN 31

• MISCELE POLVERI • (DISPERSIONE O NUBI DI POLVERE)

- PARAMETRI DI INFIAMMABILITA’1. Granulometria (< 420 μm)2. Umidita’ 3. Contaminazione (polveri inerti)4. Concentrazione (lim. inf. di esplos. da 15 a 100 mg/l)5. Energia minima di innesco (10 ÷ 150 mJ)

ESPLOSIONI TERMICHE

CRISTIANO CUSIN 32

• MISCELE POLVERI • (DISPERSIONE O NUBI DI POLVERE)

ESPLOSIONI TERMICHE

CRISTIANO CUSIN 3333INNESCO

MISCELAZIO

NE

CON

FIN

AMEN

TO

NUBI O STRATI DI POLVERE

CRISTIANO CUSIN 34

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 35

PARAMETRI DELL’ ESPLOSIONE

A) Pressione massima di esplosione (7 ÷ 8 bar deflagrazione)

B) Velocità massima di aumento della pressionelegge cubica (dP/dt)max . V⅓ = Kst)(Kst costante caratteristica della miscela in esame)

C) Classi di esplosioniSt0 Kst = 0 non esplosivaSt1 Kst = da 0 a 200 debole St2 Kst = da 200 a 300 forteSt3 Kst = > 300 molto forte

POLVERI DI PRODOTTI AGRICOLI

I dati riportati nelle tabelle possono differire in base a:• Granulometria• Forma dei grani• Contenuto di umidità

PARAMETRI DELL’ ESPLOSIONE

CRISTIANO CUSIN 37

ESPLOSIONI DI POLVERI

CRISTIANO CUSIN 38

39

ESPLOSIONE

TERMICHE FISICHE

Combustione veloce con comburente

Scoppi da sovrappressione

CRISTIANO CUSIN 40

ESPLOSIONI TERMICHE

• ESPLOSIVI (prodotto CE – eccetto militari)

• La classificazione è in base al Testo Unico di Pubblica Sicurezza1^ cat. Polveri2^ cat. Dinamiti3^ cat. Detonanti4^ cat. Artifici5^ cat. Munizioni di sicurezza e giocattoli pirici

41

ESPLOSIONE

TERMICHE FISICHE

Combustione veloce con comburente

Scoppi da sovrappressione

CRISTIANO CUSIN 42

ESPLOSIONI FISICHE

ESPLOSIONI FISICHE

EVAPORIZZAZIONI RAPIDE

CONTATTO CORPI INCANDESCENTI ROLL OVER BLEVE

FIRE BALL

BOIL OVER

CRISTIANO CUSIN 43

ESPLOSIONI FISICHE

CONTATTO CORPI INCANDESCENTIVaporizzazione 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 caduta2. quantità e dimensioni dei frammenti di materiale

caldo3. livello e quantità di acqua nel contenitore

CRISTIANO CUSIN 44

ESPLOSIONI FISICHEROLL OVER

Intensa veloce evaporazione di un liquido raffreddato per ingresso di altro stesso liquido a temperatura più fredda nella parte superioreL’intensità del fenomeno dipende:

1. Differenza temperatura2. Volume contenitore

CRISTIANO CUSIN 45

ESPLOSIONI FISICHEBOIL 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 sovrariscaldamento2. Volume liquido surriscaldato

T > Teb

effetto tappo

CRISTIANO CUSIN

ESPLOSIONI FISICHEBLEVE

Improvvisa vaporizzazione di tutta la massa di un liquido surriscaldato per piccolo cedimento contenitoreL’intensità del fenomeno dipende:

1. Volume contenitore

T > Teb

CRISTIANO CUSIN 47

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

CRISTIANO CUSIN 48

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.

49

SCOPPI

TERMICHE FISICHE

Combustione veloce con comburente

Scoppi da sovrappressione

SCOPPI

SCOPPIORottura meccanica di un recipiente per aumento, non istantaneo, della pressione interna.

- PROIEZIONE DI FRAMMENTI

- RILASCIO CONTENUTO RECIPIENTE

CRISTIANO CUSIN 51

SCOPPI DA SOVRAPRESSIONI

Cedimenti meccanici in tubazioni o recipienti attraversati o contenenti fluidi sotto pressione

CRISTIANO CUSIN 52

RIDUZIONE RISCHIO ESPLOSIONI

• Misure di prevenzione

• Misure di protezione

CRISTIANO CUSIN 53

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 54

EVITARE CONCENTRAZIONI ESPLOSIVE

Per i gas e vapori1. Usare materiali non infiammabili2. Lavorare sotto il “flash point”3. Ventilare per rimanere sotto il LEL

Per le polveri4. Usare materiali ad alta granulometria (> 0,5 mm = 500 μm)5. Mantenere il materiale umido (acqua)6. Aggiungere un materiale inerte (polveri inerti)

CRISTIANO CUSIN 55

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 56

RIMUOVERE L’OSSIGENO

• Ridurre il contenuto di ossigeno in aria attraverso due procedurea. inertizzazione a pressioneb. inertizzazione a lavaggio

CRISTIANO CUSIN 57

AGGIUNTA DI DILUENTI INERTI ALLE POLVERI

1. Mantenere il materiale umido (acqua)

2. Aggiungere un materiale inerte (polveri inerti)

CRISTIANO CUSIN 58

MISURE PROTEZIONE ESPLOSIONI

• Soppressione di esplosione

• Contenimento

• Sfogo di pressione

CRISTIANO CUSIN 59

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 60

CONTENIMENTO DELLE ESPLOSIONI

Tutti gli elementi del contenitore devono resistere alla massima pressione

CRISTIANO CUSIN 61

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 62

VENTING

CRISTIANO CUSIN 63

CRISTIANO CUSIN 64

VENTING

65

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 resistenzaV = volume da proteggereK = indice di deflagrazionepred = massima pressione sopportabilePstat = pressione che libera coperchio superficie a minor resistenza

DIMENSIONAMENTO VENTING

CRISTIANO CUSIN 66

DIMENSIONAMENTO VENTING

CRISTIANO CUSIN 67

BUON PROSEGUIMENTO CORSO

cristiano.cusin@vigilfuoco.it