Esplosione di vapori, gas e polveri.
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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 ….
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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
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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.
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SOVRAPPRESSIONE
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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
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ESPLOSIONE
TERMICHE FISICHE
Combustione veloce con comburente
Scoppi da sovrappressione
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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
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ESPLOSIONE
TERMICHE FISICHE
Combustione veloce con comburente
Scoppi da sovrappressione
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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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• CONDIZIONI -> LIMITI INFIAMMABILITA’
ESPLOSIONEDI MISCELE DI GAS
Miscela in campo infiammabilità
Zona
co
mbu
stion
e
Gas combustione
VELOCITA’ PROPAGAZIONE FIAMMA
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SOVRAPPRESSIONE
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• CONDIZIONI -> LIMITI INFIAMMABILITA’
ESPLOSIONEDI MISCELE DI GAS
Miscela in campo infiammabilità
Zona
co
mbu
stion
e
Gas combustione
VELOCITA’ PROPAGAZIONE FIAMMA
ONDA SOVRAPPRESSIONE
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VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE DELLA FIAMMA
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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
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RILASCIO GAS
INNESCO IMMEDIATO
JET-FIRE
INNESCO RITARDATO
ASSENZA CONFINAMENTO
CONGESTIONAMENTO
CONGESTIONAMENTO
FLASH-FIRE UVCE
CONFINAMENTO
CVE
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EVENTI
PERDITA DI GAS DA RECIPIENTE IN PRESSIONEINNESCO IMMEDIATO
JET FIRE
IRRAGGIAMENTO
FENOMENO CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI
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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
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EVENTI
RILASCIO GAS –VAPORI INFIAMMABILIINNESCO CONFINAMENTO
C.V.E. DANNI MECCANICI CONTENITOREE MODESTOIRRAGGIAMENTO
FENOMENO CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI
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EVENTI
RILASCIO GAS –VAPORI INFIAMMABILI – GRANDI QUANTITA’ - CONGESTIONAMENTO
U.V.C.E. SOVRAPPRESSIONE IRRAGGIAMENTO
FENOMENO CONDIZIONI NECESSARIE EFFETTI PRINCIPALI
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ESPLOSIONE
TERMICHE FISICHE
Combustione veloce con comburente
Scoppi da sovrappressione
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• 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
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• MISCELE POLVERI • (DISPERSIONE O NUBI DI POLVERE)
ESPLOSIONI TERMICHE
CRISTIANO CUSIN 3333INNESCO
MISCELAZIO
NE
CON
FIN
AMEN
TO
NUBI O STRATI DI POLVERE
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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
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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
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ESPLOSIONI DI POLVERI
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ESPLOSIONE
TERMICHE FISICHE
Combustione veloce con comburente
Scoppi da sovrappressione
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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
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ESPLOSIONE
TERMICHE FISICHE
Combustione veloce con comburente
Scoppi da sovrappressione
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ESPLOSIONI FISICHE
ESPLOSIONI FISICHE
EVAPORIZZAZIONI RAPIDE
CONTATTO CORPI INCANDESCENTI ROLL OVER BLEVE
FIRE BALL
BOIL OVER
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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
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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
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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
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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
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Bleve di botte da 9 m3, 1 m3 di prodotto Paese di Treviso, 16 Marzo 1996
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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.
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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
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SCOPPI DA SOVRAPRESSIONI
Cedimenti meccanici in tubazioni o recipienti attraversati o contenenti fluidi sotto pressione
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RIDUZIONE RISCHIO ESPLOSIONI
• Misure di prevenzione
• Misure di protezione
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MISURE PREVENZIONE ESPLOSIONI
• Evitare le concentrazioni esplosive
• Eliminare le sorgenti di innesco
• Rimuovere l’ossigeno (inertizzazione)
• Aggiunta di diluenti inerti alle polveri (umidità)
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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)
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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
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RIMUOVERE L’OSSIGENO
• Ridurre il contenuto di ossigeno in aria attraverso due procedurea. inertizzazione a pressioneb. inertizzazione a lavaggio
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AGGIUNTA DI DILUENTI INERTI ALLE POLVERI
1. Mantenere il materiale umido (acqua)
2. Aggiungere un materiale inerte (polveri inerti)
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MISURE PROTEZIONE ESPLOSIONI
• Soppressione di esplosione
• Contenimento
• Sfogo di pressione
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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
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CONTENIMENTO DELLE ESPLOSIONI
Tutti gli elementi del contenitore devono resistere alla massima pressione
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SFOGO DI PRESSIONE
• Si basa su porte o pannelli di facile cedimento
per sfogare l’esplosione
• Non adatto per sostanze tossiche
• Zone di rispetto
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VENTING
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VENTING
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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
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DIMENSIONAMENTO VENTING