Esplosione di vapori, gas e polveri.
Dott.Ing. Cristiano Cusin
1
…. 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
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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
CRISTIANO CUSIN
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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.
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SOVRAPPRESSIONE
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EFFETTI FISICI
DELLE ESPLOSIONI
p=p1 - patm
[kg/cmq=bar]
0,7
0,6
0,5
0,45
0,25
0,16
0,07
0,025
0,007
0,0014
Danni o effetti
distruzione muri cemento armato
gravi danni al macchinario industriale
ribaltamento carri ferroviari
distruzione totale case
rottura serbatoi
distruzione 50% case
distruzione totale vetri
distruzione 50% vetri
rotture lastre vetro grandi dimensioni
vibrazioni stoviglie e finestre
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ESPLOSIONE
TERMICHE
Combustione veloce con
comburente
FISICHE
Scoppi da
sovrappressione
7
ESPLOSIONI
TERMICHE
Combustione veloce con
comburente
FISICHE
Scoppi da
sovrappressione
8
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 CombustibileComburente
Superficie Contatto CombustibileComburente
ESPLOSIONE
ESPLOSIONE
VELOCITA’
PROPAGAZIONE
FRONTE FIAMMA REAZIONE
ESPLOSIONE
ESPLOSIONI
TERMICHE
DEFLAGRAZIONI
Velocità di reazione
inferiore
alla velocità
del suono
DETONAZIONI
Aumenti di
pressione
di circa 8 volte
Velocità di reazione
superiore
alla velocità
del suono
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Aumenti di
pressione
di circa 20 volte
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ESPLOSIONE
TERMICHE
Combustione veloce con
comburente
FISICHE
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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CRISTIANO CUSIN
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ESPLOSIONE
DI MISCELE DI GAS
Gas
combustione
LIMITI INFIAMMABILITA’
Zona
combustione
• CONDIZIONI ->
Miscela in campo
infiammabilità
VELOCITA’ PROPAGAZIONE FIAMMA
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SOVRAPPRESSIONE
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ESPLOSIONE
DI MISCELE DI GAS
• CONDIZIONI ->
LIMITI INFIAMMABILITA’
Gas
combustione
Zona
combustione
ONDA SOVRAPPRESSIONE
Miscela in campo
infiammabilità
VELOCITA’ PROPAGAZIONE FIAMMA
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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)
b)
c)
d)
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)
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PENTAGONO DELL’ESPLOSIONE

CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI
ESPLOSIVA (sovrappressione) SONO:
VERIFICHI
UNA COMBUSTIONE
1. COMBUSTIBILE
2. COMBURENTE
3. ENERGIA ATTIVAZIONE (innesco)
4.
MISCELAZIONE
5.
CONFINAMENTO-CONGESTIONAMENTO
Ing. Cristiano Cusin
INNESCO
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RILASCIO GAS
INNESCO
IMMEDIATO
INNESCO
RITARDATO
JET-FIRE
FLASH-FIRE
ASSENZA
CONFINAMENTO
CONGESTIONAMENTO
CVE
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CONGESTIONAMENTO
CONFINAMENTO
UVCE
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EVENTI
FENOMENO

JET FIRE
CONDIZIONI NECESSARIE
PERDITA DI GAS DA
RECIPIENTE IN
PRESSIONE
EFFETTI PRINCIPALI
IRRAGGIAMENTO
INNESCO IMMEDIATO
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EVENTI
FENOMENO

CONDIZIONI NECESSARIE
FLASH FIRE
RILASCIO GAS –VAPORI
INFIAMMABILI
EFFETTI PRINCIPALI
IRRAGGIAMENTO
INNESCO RITARDATO
NON CONFINAMENTO E MODESTE
QUANTITA’
Q < 5ton luoghi aperti
Q < 1,5 TON luoghi
parzialmente confinati
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EVENTI
FENOMENO

C.V.E.
CONDIZIONI NECESSARIE
EFFETTI PRINCIPALI
RILASCIO GAS –VAPORI
INFIAMMABILI
DANNI MECCANICI
CONTENITORE
INNESCO
E MODESTO
CONFINAMENTO
IRRAGGIAMENTO
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EVENTI
FENOMENO

U.V.C.E.
CONDIZIONI NECESSARIE
RILASCIO GAS –VAPORI
INFIAMMABILI – GRANDI QUANTITA’
- CONGESTIONAMENTO
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EFFETTI PRINCIPALI
SOVRAPPRESSIONE
IRRAGGIAMENTO
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ESPLOSIONE
TERMICHE
Combustione veloce con
comburente
FISICHE
Scoppi da
sovrappressione
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ESPLOSIONI TERMICHE
•
MISCELE POLVERI
•
(DISPERSIONE O NUBI DI POLVERE)
- PARAMETRI DI INFIAMMABILITA’
1.
2.
3.
4.
5.
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)
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ESPLOSIONI TERMICHE
•
MISCELE POLVERI
•
(DISPERSIONE O NUBI DI POLVERE)
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NUBI O STRATI DI POLVERE
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INNESCO
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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 pressione
legge cubica
(dP/dt)max . V⅓ = Kst)
(Kst costante caratteristica della miscela in esame)
C) Classi di esplosioni
St0
Kst = 0
St1
Kst = da 0 a 200
St2
Kst = da 200 a 300
St3
Kst = > 300
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non esplosiva
debole
forte
molto forte
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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
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ESPLOSIONE
TERMICHE
Combustione veloce con
comburente
FISICHE
Scoppi da
sovrappressione
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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
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ESPLOSIONE
TERMICHE
Combustione veloce con
comburente
FISICHE
Scoppi da
sovrappressione
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ESPLOSIONI FISICHE
ESPLOSIONI FISICHE
EVAPORIZZAZIONI RAPIDE
CONTATTO
CORPI
INCANDESCENTI
ROLL OVER
BOIL OVER
BLEVE
FIRE BALL
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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:
1. altezza caduta
2. quantità e dimensioni dei frammenti di materiale
caldo
3. livello e quantità di acqua nel contenitore
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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:
1. Differenza temperatura
2. Volume contenitore
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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:
1. Temperatura di sovrariscaldamento
2. Volume liquido surriscaldato
effetto tappo
T > Teb
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ESPLOSIONI FISICHE
BLEVE
Improvvisa vaporizzazione di tutta la massa di un
liquido surriscaldato per piccolo cedimento
contenitore
L’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
Combustione veloce con
comburente
FISICHE
Scoppi da
sovrappressione
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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
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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 vapori
1.
2.
3.
Usare materiali non infiammabili
Lavorare sotto il “flash point”
Ventilare per rimanere sotto il LEL
Per le polveri
1.
2.
3.
Usare materiali ad alta granulometria (> 0,5 mm = 500 μm)
Mantenere il materiale umido (acqua)
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 procedure
a. inertizzazione a pressione
b. 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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CRISTIANO CUSIN
63
VENTING
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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
V
K
pred
Pstat
= superficie a minore resistenza
= volume da proteggere
= indice di deflagrazione
= massima pressione sopportabile
= pressione che libera coperchio superficie a minor resistenza
65
DIMENSIONAMENTO VENTING
CRISTIANO CUSIN
66
BUON
PROSEGUIMENTO
CORSO
[email protected]
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