La classificazione dei luoghi con atmosfere esplosive
per presenza di gas
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c) Portata di emissione – Definito il grado dell'emissione, occorre valutare la portata di emissione e gli altri elementi che possono influire sul tipo e l'estensione della zona (maggiore è la portata di emissione, più grande sarà l'estensione della zona). La portata di emissione, determinabile di volta in volta con specifiche formule di dinamica dei fluidi, è definita come la quantità di gas, vapore o nebbia infiammabile emessa nell'unità di tempo da una determinata sorgente.
La portata di emissione dipende da vari fattori, quali:
- forma e superficie della sorgente di emissione ( es. una superficie libera, una flangia che perde, ecc.) ,
- v elocità di emissione (la portata di emissione aumenta con la velocità di emissione e, nel caso di una sostanza racchiusa entro un'apparecchiatura di processo, la velocità di emissione dipende dalla pressione di processo e dalla geometria della sorgente di emissione),
- concentrazione (la portata di emissione aumenta con l'aumentare della concentrazione di vapore o gas infiammabile nella miscela liberata),
- temperatura (la tensione di vapore aumenta con la temperatura del liquido) e volatilità di un liquido .
La norma riporta alcune formule utili per il calcolo della portata di emissione relative ai seguenti casi (figura 6):
• liquidi contenuti in un serbatoio in pressione;
• gas in pressione o gas liquefatti uscenti da un foro con velocità sonica;
• gas in pressione o gas liquefatti uscenti da un foro con velocità subsonica.
 portata di emissione del liquido (massa per unità di tempo, kg/s);
S sezione del foro (m2 );
 è la massa volumica del liquido (massa per unità di volume, kg/m 3 );
 differenza di pressione attraverso l'apertura che rilascia il liquido (Pa).
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portata di emissione di gas (massa per unità di tempo, kg/s)
p pressione all'interno del contenitore (Pa);
S sezione del foro (m2 );
M massa molecolare del gas (kg/kmol);
T a temperature assoluta all'interno del contenitore (K);
 indice politropico dell'espansione adiabatica;
R è la costante universale dei gas (8314 J kmol-1 K -1 ). |
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portata di emissione di gas (massa per unità di tempo, kg/s)
p pressione all'interno del contenitore (Pa);
p 0 pressione all'esterno del contenitore (Pa);
S sezione del foro (m2 );
M massa molecolare del gas (kg/kmol);
T a temperature assoluta all'interno del contenitore (K);
indice politropico dell'espansione adiabatica;
R è la costante universale dei gas (8314 J kmol-1 K -1 ). |
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Figura 6 – Formule per il calcolo della portata di emissione
Ventilazione
La valutazione del grado e della disponibilità della ventilazione risulta determinante per la delimitazione della zona pericolosa: all'aumentare della ventilazione l'estensione della zona normalmente si riduce. Per la definizione del grado di ventilazione è necessario conoscere la massima portata di emissione, nella stima della quale è raccomandabile, come sottolinea la norma, basarsi su esperienze e casi accertati, calcoli sensati, ipotesi fondate ed eventualmente di dati forniti dal costruttore.
La Norma (allegato B) mette a disposizione un metodo semplificato che consente di stabilire il tipo di zona secondo una procedura che richiede di stabilire:
- la portata di ventilazione necessaria ad evitare che l'atmosfera esplosiva aumenti in modo significativo;
- il volume ipotetico V z al fine di definire il grado di ventilazione;
- il tempo di persistenza dell'emissione;
- il tipo di zona in funzione del grado di emissione, del grado e dalla disponibilità della ventilazione (Tab. 1);
- se esiste compatibilità fra zona e tempi di persistenza.
Per definire il grado della ventilazione si calcola dapprima il volume ipotetico V z . Il volume ipotetico V z è il volume nel quale la concentrazione media del gas o del
vapore infiammabile è, per mezzo di un fattore di sicurezza k, 0,25 o 0,5 volte il LEL
(il fattore k può essere preso uguale a 1 solo per procedimenti che si avvalgono di dati forniti dagli stessi fabbricanti. Nelle altre circostanze k può essere quello tipico consigliato, 0,25 per emissioni di grado continuo e 0,50 per emissioni di grado secondo o, preferibilmente, scelto in base a considerazioni mutuate dalla sperimentazione).
Per la stima del volume ipotetico di diluizione V z la norma propone in allegato un metodo semplificato , anche se si sottolinea che altri metodi, per esempio modellazione computerizzata, in alcuni casi potrebbero rivelarsi più adatti.
Il volume ipotetico dunque, fornisce una stima del volume infiammabile generato da una
sorgente di emissione. Tale volume non sarà generalmente uguale al volume del luogo
pericoloso che addirittura potrebbe risultare spesso più grande del volume ipotetico V z . Infatti, la forma del volume ipotetico è influenzata in modo significativo dal grado e dalla disponibilità della ventilazione. Oltre a questo bisognerà determinare la posizione assunta da tale ipotetico volume rispetto alla sorgente di emissione, posizione che dipenderà soprattutto dalla direzione di ventilazione, e da suoi possibili cambiamenti di direzione, e dalla densità relativa del gas rispetto all'aria.
Il calcolo del volume ipotetico presuppone innanzitutto il calcolo della portata minima teorica di aria di ventilazione occorrente per diluire una determinata portata di emissione di sostanza infiammabile ad una concentrazione minore del limite inferiore di esplosione. Il calcolo può essere condotto per mezzo dell'equazione di figura 7 proposta dalla stessa norma.
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dove
(dV/dt)min è la portata minima volumetrica di aria fresca (volume per unità di tempo, m3/s);
(dG/dt)max è la portata massima di emissione di sostanza infiammabile (massa per unità di
tempo, kg/s);
LEL m è il limite inferiore di esplodibilità (massa per unità di volume, kg/m3);
k è un fattore di sicurezza applicato al LELm;
tipicamente:
k = 0,25 (per emissioni di grado continuo e primo)
k = 0,5 (per emissioni di grado secondo)
k=1 applicabile solo a valori ottenuti da esperienze verificate, dati resi disponibili da fabbricanti per specifici dispositivi attraverso i quali la sostanza infiammabile può essere scaricata nell'atmosfera, o da calcoli sensati basati su dati in ingresso affidabili;
T è la temperature ambiente (in Kelvin, K);
Vz volume ipotetico di diluizione. |
Figura 7 – Calcolo della portata minima teorica d'aria di diluizione
Continua...
