Rischio esplosione e atmosfere potenzialmente esplosive

La mtm ha scritto l'articolo "Come affrontare il rischio esplosione: la Direttiva di prodotto 94/9/CE, la Direttiva sociale 99/92/CE e le norme armonizzate" che è stato pubblicato sulla rivista Pulizia Industriale e Sanificazione - Mensile di manutenzione e igiene civile e industriale (ottobre 2006 - anno XXXIX edita da MO.ED.CO S.r.l.) e che abbiamo il piacere di riportare integralmente.

Nella valutazione dei fattori che consentono di tutelare la salute e la sicurezza dei lavoratori e delle persone non deve essere trascurato il rischio esplosione: se, infatti, dal punto di vista della probabilità di accadimento è spesse volte trascurabile rispetto agli altri rischi, dal punto di vista della magnitudine, o gravità delle conseguenze, non si può affermare la stessa cosa, potendo essere minacciata persino la capacità produttiva dell’azienda per un periodo significativo; l’esplosione, di un impianto o di un’apparecchiatura in genere, può causare sia effetti immediati (morti, feriti, danni alle strutture e all’ambiente e, al limite, anche il cosiddetto effetto domino, ovvero portare a esplosioni a catena, ognuna in grado di replicare gli effetti dell’esplosione che l’ha generata), sia effetti a lungo termine (come è avvenuto, per esempio, nel 1967 a seguito dell’esplosione avvenuta nella fabbrica Icmesa a Seveso, con la dispersione di sostanze cancerogene su una vasta area).

L’esplosione e le sue basi teoriche
L’esplosione è una reazione rapida di ossidazione o decomposizione che produce un aumento della temperatura, della pressione o di entrambe simultaneamente (fonte ISO 8421-1).
La definizione fornita permette di sottolineare un primo aspetto fondamentale, ovvero il fatto che l’esplosione è una reazione chimica, cioè è una trasformazione di materia che avviene senza variazioni misurabili di massa; è caratterizzata da reagenti ben definiti, da un’energia di attivazione e da un certo numero di prodotti e sottoprodotti, in funzione delle condizioni operative nelle quali ha luogo.
La reazione chimica può essere di ossidazione o di decomposizione: nel primo caso una sostanza, detta genericamente combustibile, reagisce con un cosiddetto comburente (che generalmente è l’ossigeno), mentre nel secondo caso la sostanza stessa, in opportune condizioni, dà luogo a una reazione che porta alla formazione di più specie chimiche, come nel caso delle sostanze esplosive (che non verranno trattate in questa sede, in quanto sono sostanze prodotte appositamente per poter esplodere e soggette, quindi, a delle valutazioni differenti rispetto, per esempio, a dei solventi infiammabili).
Quando l’ossigeno, anche atmosferico, funge da comburente siamo in presenza di una reazione di combustione; è possibile concentrare l’analisi al caso specifico della combustione proprio perché è il più probabile che si presenti in azienda.
Schematizzando, per poter innescare un’esplosione è necessario che:

• la concentrazione di combustibile e comburente risulti compresa entro determinati limiti (che vengono, pertanto, definiti limiti di esplosività): si parla, in questo caso, di percentuale minima e massima ricavate sperimentalmente e denominate Limite Inferiore di Esplosività (LEL: Lower Explosive Limit) e Limite Superiore di Esplosività (UEL: Upper Explosive Limit);
• sia presente una sorgente di accensione efficace: perché una reazione chimica possa avere luogo, ai reagenti deve essere fornita in qualche modo una cosiddetta minima energia di attivazione o, in questo caso, di ignizione (MIE: Minimum Ignition Energy): la modalità con cui questa energia (che può essere dell’ordine di pochi mJ, come nel caso del metano, per cui la MIE è pari a 0,28 mJ) viene apportata non modifica il risultato della reazione, ma è fondamentale per effettuare una corretta valutazione del rischio esplosione; in merito, la norma armonizzata UNI EN 1127-1 - Atmosfere esplosive - Prevenzione dell’esplosione e protezione contro l’esplosione - Parte 1: Concetti fondamentali e metodologia - identifica 13 possibili tipologie generali di sorgenti di accensione efficaci: superfici calde, scintille di saldatura, fiamme e gas caldi di altra origine, scintille di origine meccanica, materiale elettrico, correnti elettriche vaganti, cariche elettrostatiche, fulmini, onde elettromagnetiche a radiofrequenza (RF) da 104 Hz a 3*10^12 Hz, onde elettromagnetiche da 3*10^11 Hz a 3*10^15 Hz, radiazioni ionizzanti, ultrasuoni, compressione adiabatica e onde d’urto e aumenti di temperatura dovuti a reazioni chimiche o a materiali instabili (comprendendo anche l’autocombustione di uno strato di polveri).

I tre elementi del cosiddetto triangolo di fuoco, ovvero combustibile, comburente e sorgente di innesco, quindi, devono essere presenti nelle giuste quantità e proporzioni; questo significa, per esempio, che in presenza di una miscela gassosa di ossigeno (combustibile) e metano (comburente) avente le giuste proporzioni, fintantoché non interviene una fonte di innesco sufficiente non ha luogo alcuna esplosione.

Esplosioni e legislazione
Dal punto di vista legislativo, per i luoghi e le attrezzature di lavoro sono state emanate due Direttive Europee, note sotto la denominazione ATEX (termine che deriva dal francese ATmospheres EXplosibles), che richiedono la valutazione del rischio di esplosione:

• la Direttiva (di prodotto) ATEX 94/9/CE (identificata anche come ATEX 100A) obbliga, infatti, i Costruttori all’ottemperanza dei requisiti in essa previsti per la commercializzazione di apparecchi e sistemi di protezione destinati a essere utilizzati in atmosfera potenzialmente esplosiva (cioè quelle atmosfere che potrebbero presentare miscele con l’aria, in condizioni atmosferiche, di sostanze infiammabili allo stato di gas, vapori, nebbie o polveri, in cui, a seguito dell’accensione, la combustione si propaga all’intera miscela incombusta);
• la Direttiva (sociale) ATEX 99/92/CE (identificata anche come ATEX 137A) obbliga il Datore di Lavoro alla valutazione della presenza di atmosfere potenzialmente esplosive sul luogo di lavoro intervenendo, se il caso, con misure specifiche nei confronti degli operatori e delle apparecchiature destinati a operare nelle zone classificate, cioè quelle in cui è probabile la formazione di atmosfere potenzialmente esplosive.

La Direttiva ATEX 94/9/CE porta alla marcatura Ex degli apparecchi e sistemi di protezione e alla loro classificazione nelle categorie 3, 2 (e 2M per miniere e loro impianti di superficie) e 1 (e 1M per miniere e loro impianti di superficie) in ordine crescente di livello di protezione garantito.
La Direttiva ATEX 99/92/CE porta alla classificazione dei luoghi pericolosi o zonizzazione in funzione della probabilità di formazione di un’atmosfera potenzialmente esplosiva (per esempio, espressa in ore all’anno); si hanno così:

• la zona 2 (gas) o 22 (polveri) dove non è possibile sia presente un’atmosfera esplosiva durante il funzionamento normale o, se ciò avviene, è possibile sia presente poco frequentemente e per breve periodo (generalmente tra le 0,1 e le 10 ore in un anno);
• la zona 1 (gas) o 21 (polveri) dove è possibile che sia presente, durante il funzionamento normale, un’atmosfera esplosiva (generalmente tra le 10 e le 1000 ore in un anno);
• la zona 0 (gas) o 20 (polveri) dove è presente continuamente o per lunghi periodi un’atmosfera esplosiva (generalmente più di 1000 ore in un anno).

In generale, comunque, la valutazione del rischio esplosione, seguendo il principio gerarchico principe per affrontare i rischi nei luoghi di lavoro o per le attrezzature e i dispositivi, ha lo scopo di condurre all’eliminazione o alla riduzione (operando anche a livello progettuale) del singolo rischio e se ciò non fosse possibile, porta all’implementazione di soluzioni protettive opportune nei confronti del singolo rischio in esame.

La valutazione del rischio esplosione
Seguendo lo schema proposto dalla norma armonizzata UNI EN 1050 - Sicurezza del macchinario - Principi per la valutazione del rischio - , è possibile effettuare la valutazione del rischio esplosione secondo lo stato dell’arte in merito; i passi che devono essere seguiti sono:

1. identificare i pericoli: è necessario dettagliare i materiali e le sostanze in gioco in termini di proprietà fisiche e chimiche e in termini di quantità assolute e relative in modo da identificare quelli che potrebbero portare alla formazione di atmosfere potenzialmente esplosive; la completezza di questa operazione è, ovviamente, basilare per la valutazione dei rischi in corso: la dimenticanza di un sottoprodotto o di un rifiuto pericoloso in termini di esplosività potrebbe portare, infatti, a conseguenze anche drammatiche;
2. determinare la presenza e la probabilità di sorgenti di accensione in grado di accendere l’atmosfera esplosiva; è necessario analizzare come i materiali e le sostanze precedentemente identificati interagiscono con l’ambiente esterno per valutare la presenza di possibili sorgenti di accensione;
3. determinare la probabilità che si determini un’atmosfera esplosiva: le condizioni al contorno relativamente ai materiali e le sostanze precedentemente identificate, come il confinamento, la ventilazione, il grado di dispersione e la concentrazione in aria, infatti, risultano fondamentali per poter valutare le possibili conseguenze di un’esplosione (per esempio, in termini di effetti, fiamme, onde di pressione o detriti vaganti);
4. valutare il rischio: è necessario calcolare, per esempio, un indice di rischio esplosione, assegnando un valore numerico (per esempio, in una scala da 1 a 5) alla probabilità e uno alla magnitudine (anch’esso in una scala da 1 a 5) del possibile evento e moltiplicandoli;
5. eliminare, ridurre o gestire il rischio (con misure di prevenzione o di protezione, nella fattispecie).

La prima misura di prevenzione, in termini di importanza, come avviene in molti casi nel campo della sicurezza, è la formazione e l’informazione; il Capo Sesto - Informazione e formazione del D.Lgs. 626/94 sottolinea l’importanza che questi strumenti hanno nell’economia della sicurezza: non adempimenti di poca utilità, ma mezzi per veicolare conoscenze e per impostare dei comportamenti. Quando si conoscono le cose, se si esclude un possibile effetto di eccessiva confidenza, si riesce a operare sempre al meglio, evitando la maggior parte dei rischi che si possono presentare nella situazione in esame: si pensi al problema delle sostanze chimiche incompatibili, cioè a quelle sostanze che possono, se messe a contatto l’una con l’altra:

• reagire violentemente, come gli acidi con le basi o come i metalli alcalini e alcalino terrosi con l’acqua;
• reagire producendo una notevole quantità di calore;
• reagire determinando la formazione di prodotti infiammabili (e, in alcuni casi, anche prodotti tossici), come l’ammoniaca (incluse le soluzioni acquose) con il Cloro, il Bromo o lo Iodio, come il Cloro con un alcool o come l’acido nitrico con l’anidride acetica o l’acido acetico.

In questo caso, per la gestione di questo pericolo, per esempio, in un laboratorio, potrà essere sufficiente, sempre in seguito a un’attenta valutazione del rischio esplosione, una formazione e informazione specifica che punti l’attenzione sulle modalità di stoccaggio, utilizzo ed eliminazione di queste sostanze: per esempio, i contenitori delle sostanze chimiche incompatibili devono essere conservati separatamente e, durante qualsiasi attività nel laboratorio, devono essere prese tutte le misure necessarie affinché tali sostanze non vengano in contatto inavvertitamente.
Paradossalmente, nonostante la formazione e l’informazione risultino le misure di sicurezza più importanti, esse sono anche le ultime a dover essere applicate: questo avviene perché, in primo luogo, la soluzione ideale è l’eliminazione del rischio e perché, in secondo luogo, se anche il rischio non è stato eliminato, deve essere, comunque, diminuito e, solo come ultima possibilità, gestito così com’è (il cosiddetto rischio residuo). Per evitare la formazione di atmosfere esplosive è possibile, infatti:

• sostituire le sostanze in grado di formare atmosfere esplosive con differenti che non presentano questo problema (per esempio, se possibile, la sostituzione di solventi alcolici con solventi acquosi);
• ridurre la quantità o limitare la concentrazione di sostanze in grado di formare atmosfere esplosive (in alcuni casi, magari per abitudine, vengono utilizzati certi agenti chimici, per esempio, i solventi, in quantità molto superiori a quelle realmente necessarie; inoltre, potrebbe essere possibile, in alcuni casi, suddividere il processo in step successivi in modo da gestire quantità e concentrazioni ridotte rispetto al processo iniziale); questo può essere effettuato anche relativamente a un ambiente di lavoro, riducendo per mezzo di soluzioni progettuali e costruttive le quantità disperse dei materiali e delle sostanze in esame oppure per mezzo di una ventilazione efficace degli ambienti stessi;
• inertizzare il sistema (spesso per impedire la formazione di atmosfere esplosive si ricorre, infatti, all’aggiunta di gas inerti - per esempio, gas nobili, anidride carbonica o azoto - , vapore acqueo o sostanze polverose inerti - per esempio, carbonato di calcio - compatibili con i prodotti lavorati).

Le misure di protezione riguardano principalmente progettisti e costruttori e partono, comunque, dal presupposto di permettere all’esplosione di avvenire, soluzione che generalmente deve essere scelta solo se le misure di protezione non sono applicabili o non consentono di raggiungere un livello di sicurezza accettabile nei confronti delle persone coinvolte.

Conclusioni
Il rischio di esplosione deve, quindi, essere correttamente valutato in modo da minimizzare le conseguenze di eventuali episodi incidentali.
La conoscenza delle basi teoriche dell’esplosione non risulta essere un mero esercizio intellettuale, ma permette di comprendere il problema e di poterlo gestire nel modo migliore possibile; la formazione e l’informazione in merito costituiscono un passo fondamentale per l’acquisizione di certe conoscenze e di certi comportamenti che consentano ai singoli di lavorare il più possibile in sicurezza e risultano mezzi fondamentali insieme alle altre soluzioni di prevenzione o di protezione riportati per non trascurare un pericolo che quando si concretizza porta sempre a drammatici bilanci.

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