La classificazione delle aree pericolose, ovvero quelle in cui è necessario utilizzare prodotti e realizzare impianti appositi, è regolata da norme diverse a seconda del combustibile che causa l'atmosfera esplosiva. Tra i gas maggiormente diffusi, il metano richiede particolare attenzione a causa del suo ampio utilizzo in ambito sia domestico che industriale.
L'Importanza dei Limiti di Esplodibilità (LIE/LEL e UEL)
Il LIE, acronimo di Limite Inferiore di Esplodibilità, è un valore essenziale per la sicurezza negli ambienti in cui possono verificarsi fughe di gas. Conoscere questo limite consente di prevenire esplosioni, proteggendo persone, edifici e impianti.
Definizione di LEL e UEL
Il LEL (Limite Inferiore di Esplodibilità) rappresenta la minima concentrazione di un gas o vapore infiammabile in una miscela aria-combustibile affinché possa verificarsi un'esplosione. Se la concentrazione scende al di sotto di questa percentuale, l'esplosione non può avvenire per mancanza di combustibile. L'altro parametro, UEL (Limite Superiore di Esplodibilità), è esattamente l'opposto: indica la massima concentrazione possibile di combustibile nella miscela per cui può avvenire un'esplosione. Se la percentuale di combustibile supera l'UEL, diminuisce quella di comburente (ossigeno), rendendo impossibile l'esplosione.
Ad esempio, per l'acetilene il LEL è pari all'1,5%, mentre l'UEL è del 100%. Per l'idrogeno, il limite LEL è pari al 4% in volume.
Il Limite Inferiore di Esplodibilità del Metano
Uno degli esempi più comuni è il LIE del metano, ampiamente utilizzato. Il limite inferiore di esplodibilità del metano è 4,4% in volume (v/v).
LIE e Rilevatori di Gas
I rilevatori di gas utilizzano una scala da 0% a 100% LIE. Ad esempio, se sulla scheda tecnica di un rilevatore si trova l'indicazione "soglia di allarme 10% LIE", significa che l'allarme scatterà quando la concentrazione del gas raggiunge il 10% del valore esplosivo minimo.
È importante notare che il %LIE è utilizzato per gas combustibili, mentre le ppm (parti per milione) sono utilizzate per gas tossici.
Normative CEI per la Classificazione delle Aree Pericolose
La classificazione dei luoghi con pericolo di esplosione è regolata da specifiche normative. Questa classificazione equivale alla ripartizione in zone delle aree nelle quali possono formarsi atmosfere esplosive, come specificato nell'Allegato XLIX del D.Lgs. 81/08 (Testo Unico sulla sicurezza).
Questa classificazione non fa parte del progetto dell'impianto elettrico, bensì dei dati necessari per lo sviluppo del progetto stesso, nonché per lo sviluppo di altri tipi di impianti i cui componenti possono essere sorgenti di innesco di esplosioni.
Norme di Riferimento
- GUIDA CEI 31-35/A "Costruzioni elettriche per atmosfere potenzialmente esplosive per la presenza di gas - Guida all'applicazione della norma EN 60079-10 (CEI 31-30) - Classificazione dei luoghi pericolosi - Esempi di applicazione".
- EN 50281-3 (CEI 31-52) "Costruzioni elettriche destinate all'uso in ambienti con presenza di polvere combustibile. - Parte 3: Classificazione dei luoghi dove sono o possono essere presenti polveri combustibili".
- CEI 64-2 "Impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione - Prescrizioni specifiche per la presenza di polveri infiammabili e sostanze esplosive" - cap. IV relativo ai luoghi di classe 0.
Evoluzione e Critiche delle Normative
I criteri per la classificazione sono stati oggetto negli ultimi tempi di ampie discussioni e polemiche, seguite all'abbandono forzato della norma CEI 64-2. Quest'ultima era considerata semplice e chiara nella sua applicazione, ma è stata superata a vantaggio di norme comunitarie più complesse e meno definite, sebbene maggiormente rispettose di uno studio particolareggiato delle diverse situazioni.
In definitiva, ci si sta muovendo verso una direzione in cui le decisioni vanno prese in base a valutazioni analitiche (cioè calcoli), piuttosto che in base a schemi predefiniti. Le nuove norme hanno decretato la "morte" della CEI 64-2 e relativi esempi della CEI 64-2/A. La nuova filosofia di classificazione delle zone si basa su valutazioni che tengono conto della ventilazione dell'ambiente, della concentrazione delle miscele esplosive e dei tempi di permanenza di queste atmosfere esplosive.
La Nuova Guida CEI 31-35 e il suo Ambito
Recentemente è stata pubblicata la nuova edizione della guida tecnica CEI 31-35 "Guida alla classificazione dei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas in applicazione della Norma CEI EN 60079-10-1 (CEI 31-87)".
La Guida CEI 31-35 ha l'obiettivo di approfondire il tema della classificazione dei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas, vapori o nebbie infiammabili, relativa ad opere di nuova realizzazione e alle trasformazioni o ampliamenti di quelle esistenti, nel rispetto della norma europea CEI EN 60079-10-1: 2010 (CEI 31-87).
Per agevolare il compito dei tecnici incaricati della classificazione, la guida indica i criteri di valutazione e le formule di calcolo che, pur rimanendo nell'ambito dei principi della norma, vanno oltre quanto in essa riportato, in particolare per quanto attiene alla definizione dell'estensione delle zone e al contenuto del capitolo 7 "Luoghi con controllo di esplodibilità dell'atmosfera" e del capitolo 8 "Luoghi con controllo di temperatura".
Campo di Applicazione ed Esclusioni
Il campo di applicazione della classificazione comprende i luoghi in cui vi può essere il pericolo di accensione dovuto alla presenza di gas infiammabili, in miscela con aria in condizioni atmosferiche normali (circa 21% di ossigeno, con variazioni trascurabili sulle proprietà esplosive della sostanza). In primo luogo, ci si riferisce pertanto ad ambienti dove si svolgono attività industriali.
Per gli altri ambiti di attività (artigianali, del terziario, agricole), i principi generali sono comunque validi e, in assenza di norme tecniche specifiche conformi a detti principi, possono essere applicate la Norma CEI EN 60079-10-1 (CEI 31-87) e la Guida CEI 31-35.
Le stesse, invece, non si applicano ai seguenti casi:
- Miniere con possibile presenza di grisou;
- Luoghi di trattamento o produzione di esplosivi;
- Luoghi dove il pericolo di esplosione può manifestarsi per la presenza di polveri o fibre combustibili;
- Guasti catastrofici non compresi nel concetto di anormalità trattato nella Norma stessa;
- Locali adibiti ad uso medico;
- Ambienti domestici.
Il Ruolo dei Software nella Classificazione
La difficoltà nell'applicazione delle nuove normative di classificazione sarà probabilmente superata dall'utilizzo di software di ausilio. Già da tempo il CEI ha predisposto un software apposito per un caso molto comune di classificazione: le centrali termiche a gas. Da pochissimo è stato predisposto un altro software, Progex, molto più completo, che risolve il problema della classificazione in tutti i casi più frequenti. Il programma contiene i dati caratteristici di centinaia di sostanze pericolose e permette anche di stampare i risultati della classificazione, comprese le formule utilizzate. Le schede così ottenute possono essere allegate alla documentazione di progetto.
Probabilmente l'uso di questi software, non aiuterà la cultura tecnica, potendo in qualche modo essere usati anche da chi non conosce a fondo le problematiche, ma d'altra parte non si può avere tutto.
Il Processo di Classificazione dei Luoghi Pericolosi (CEI 31-30 e CEI 31-35)
La classificazione dei luoghi pericolosi è un'attività complessa e non di precisa collocabilità per quanto riguarda le competenze. A chi spetta effettuare questo lavoro, preliminare al progetto elettrico vero e proprio? Al progettista elettrico o al responsabile dell'impianto di lavorazione? Si propende verso una scelta di collaborazione in cui, situazione per situazione, un coordinatore organizzi questo delicato compito, che si deve esplicare soprattutto nel determinare l'estensione delle zone pericolose.
Corso Classificazione dei Luoghi con Pericolo di Esplosione ATEX (Aggiornamento RSPP e ASPP)
Vediamo quali sono i passi da compiere per la classificazione in base alla norma CEI 31-30 e alla guida CEI 31-35:
1° Passo: Individuare le Sostanze Pericolose
Occorre individuare le sostanze pericolose presenti. Nell'appendice GA della guida CEI 31-35 sono elencate più di 300 sostanze infiammabili o combustibili, con i loro valori caratteristici come la temperatura di infiammabilità, la massa volumica, la temperatura di ebollizione, la temperatura di accensione, il LEL, l'UEL e la tensione di vapore. Questi parametri, inclusi i limiti di esplodibilità (LEL/UEL) e la temperatura di autoaccensione (AIT), sono disponibili anche nelle Schede Dati di Sicurezza (SDS) nella Sezione 9: Proprietà fisiche e chimiche.
2° Passo: Individuare le Sorgenti di Emissione
Occorre individuare le sorgenti di emissione, cioè i punti dai quali può essere emesso un gas, un vapore o un liquido infiammabile (una delle sostanze identificate al punto 1) che determina un'atmosfera esplosiva. È fondamentale che queste sorgenti siano il più possibile eliminate o ridotte di efficacia.
Esempi di sorgenti di emissione e relativo grado:
- Sorgenti di grado continuo: Possono essere considerate, ad esempio, le superfici di un liquido infiammabile.
- Sorgenti di primo grado: Valvole, sfiati, flange di raccordo di tubazioni, tenute di compressori o pompe, quando si prevede che, nel funzionamento normale, queste aperture possano emettere sostanze infiammabili (emissioni strutturali), o aperture per il caricamento di liquidi infiammabili.
- Sorgenti di secondo grado: Quando l'emissione avviene per brevi periodi e non è prevista nel normale funzionamento.
I contenitori di sostanze infiammabili che abbiano i coperchi sigillati o chiusi rispettando determinate condizioni, tali che eventuali cadute non comportino fuoriuscita della sostanza,
3° Passo: Definire la Portata di Emissione
Occorre definire la portata di emissione delle sorgenti per delimitare l'estensione della zona pericolosa in base alla quantità di sostanza pericolosa emessa. Questa portata è la quantità di gas o vapore emesso nell'unità di tempo dalla sorgente di emissione. I fattori che influenzano la portata includono la velocità di emissione, la geometria della sorgente, la concentrazione del gas o vapore nella miscela, la volatilità e la temperatura di un liquido infiammabile.
4° Passo: Stabilire il Grado di Ventilazione
Occorre stabilire il grado di ventilazione all'interno dell'ambiente nel quale può formarsi un'atmosfera esplosiva. La ventilazione è un fattore fondamentale nella valutazione della pericolosità, poiché un locale ad elevata ventilazione permette la rapida diluizione e dispersione nell'aria dei gas o vapori pericolosi.
Il grado di ventilazione influisce profondamente nella classificazione in zone (0, 1 e 2) dell'ambiente. La ventilazione può essere naturale o forzata. Per gli impianti realizzati in spazi chiusi, la ventilazione forzata può essere realizzata attraverso l'uso di ventilatori e aspiratori, che agiscono nell'ambiente in generale (installati su soffitti e pareti) oppure su una zona particolare dell'impianto considerata a rischio. La ventilazione può essere classificata come Alta, Media o Bassa. Ribadiamo l'importanza che assume la ventilazione, in quanto può consentire di ribaltare anche la valutazione fatta precedentemente attraverso l'analisi delle sorgenti e il calcolo della loro portata di emissione.
6° Passo: Definire l'Estensione delle Zone Pericolose
Occorre definire l'estensione delle zone pericolose calcolando la distanza pericolosa (dz), intesa come la distanza dalla sorgente di emissione a partire dalla quale la concentrazione del gas o vapore infiammabile diventa inferiore a k·LEL (dove k è un coefficiente che vale 0,25 per emissioni di grado continuo e primo, e vale 0,5 per emissioni di grado secondo). In pratica, questa distanza è utile per definire, se non l'estensione vera e propria, almeno le dimensioni delle zone pericolose.
Per il calcolo di dz, la guida CEI 31-35 fornisce formule applicabili a vari casi. L'estensione reale tiene conto anche di altri fattori, come quelli analizzati ai punti precedenti: portata dell'emissione, direzione dell'emissione, ventilazione e caratteristiche delle sostanze infiammabili.
Misure di Protezione contro le Esplosioni
Le misure di protezione contro le esplosioni possono essere raggruppate in diverse categorie principali, con l'obiettivo di prevenire la formazione di atmosfere esplosive o di limitarne gli effetti.
Limitazione delle Concentrazioni
Il modo più sicuro per limitare le concentrazioni è naturalmente quello di evitare completamente l’uso di gas/vapori infiammabili. Tuttavia, raramente questo è possibile. Se il limite LEL della concentrazione inizia ad aumentare, non appena raggiunge l’intervallo di allarme vengono attivate delle contromisure.
Limitare le concentrazioni significa diluirle attivamente. Una misura potrebbe essere l’immissione automatica di aria fresca nelle aree pericolose non appena le concentrazioni raggiungono un limite LEL relativamente basso, ad esempio pari al 20%. Se tali misure hanno successo, la concentrazione diminuisce. Tuttavia, se le misure non hanno successo, la concentrazione continua a salire. Solo quando la concentrazione della sostanza continua ad aumentare (ovvero, le contromisure adottate non sono state adeguate) si dovrebbe considerare l’attivazione di misure di emergenza. Ad esempio, se si raggiunge un limite LEL pari al 40%, tutte le apparecchiature operative elettriche prive di protezione contro le esplosioni dovrebbero essere arrestate.
La limitazione delle concentrazioni e l'inertizzazione sono considerate misure primarie, perché prevengono la formazione di concentrazioni infiammabili.
Inertizzazione
L'inertizzazione rappresenta anch’essa una misura preventiva di protezione contro le esplosioni, attraverso la quale si riduce la concentrazione di ossigeno al di sotto del suo limite di ossigeno limitante (LOC, Limiting Oxygen Concentration), rendendo la miscela non infiammabile. La rilevazione dei valori di ossigeno è soggetta a requisiti specifici, almeno in Europa: anche i dispositivi di rilevazione di O2 devono essere sottoposti a prove per il tipo specifico di apparecchiature destinate a uno scopo particolare.