Modulo 5. Sicurezza e salute sul lavoro · 2019. 12. 16. · Modulo 5. Sicurezza e salute sul lavoro Sezione 5.1 Normativa ATEX ... , secondo grado (emissione non prevista durante

Corso di Impianti Meccanici – Laurea Magistrale

Modulo 5. Sicurezza e salute sul lavoro

Sezione 5.1 Normativa ATEX

Prof. Ing. Cesare Saccani

Prof. Ing. Augusto Bianchini

Dott. Ing. Marco Pellegrini

Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna

Viale Risorgimento 2, 40136, Bologna – Italy

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Generalità sulla normativa ATEX

Normativa ATEX: esempio applicativo

Agenda

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La normativa ATEXNormativa ATEX

ATEX è il nome convenzionale che raggruppa due direttive dell'Unione Europea:

- 94/9/CE per la regolamentazione di apparecchiature destinate all'impiego in

zone a rischio di esplosione - la direttiva si rivolge ai costruttori di attrezzature

destinate all'impiego in aree con atmosfere potenzialmente esplosive e si

manifesta con l'obbligo di certificazione di questi prodotti;

- 99/92/CE per la sicurezza e la salute dei lavoratori in atmosfere esplosive - si

applica negli ambienti a rischio di esplosione, dove impianti ed attrezzature

certificate sono messe in esercizio ed è quindi rivolta agli utilizzatori.

Il nome deriva dalle parole ATmosphères ed EXplosibles.

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Direttiva 99/92/CE

La direttiva è relativa alle prescrizioni minime per il miglioramento della tutela

della sicurezza e della salute dei lavoratori che possono essere esposti al

rischio di atmosfere esplosive definite come: “miscele con l'aria, a condizioni

atmosferiche, di sostanze infiammabili allo stato di gas, vapori, nebbie o polveri

in cui, dopo accensione, la combustione si propaga all'insieme della miscela

incombusta”.

La direttiva è stata recepita in Italia tramite il D.Lgs. 233/03 e successivo D.Lgs.

9 aprile 2008 n.81 (titolo XI).

Il datore di lavoro deve ripartire in zone le aree in cui possono formarsi

atmosfere esplosive. Per la determinazione del tipo di zona, della sua

estensione e dei suoi dati caratteristici dove sono o possono essere presenti

gas infiammabili si applica la norma EN 60079-10. La norma tecnica è quindi

cogente.

La normativa ATEX

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Normativa EN 60079-10

La procedura di classificazione delle aree, in linea generale, si può ricondurre ai

seguenti passi:

- individuazione delle sorgenti di emissione (SE);

- assegnazione del grado di emissione alle sorgenti;

- determinazione della portata di emissione del fluido in considerazione (gas,

vapore, liquido bassobollente o altobollente);

- calcolo del volume ipotetico di atmosfera potenzialmente esplosiva (Vz)

intorno ad ogni SE;

- calcolo della concentrazione media volumica (Xm%);

- valutazione del tempo di permanenza;

- determinazione del tipo di zona individuata;

- determinazione della forma della zona pericolosa;

- determinazione dell’estensione della zona pericolosa.

- inviluppo delle diverse zone pericolose individuate.

La normativa ATEX

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Normativa EN 60079-10: definizione delle zone pericolose

Zona 0 - Luogo in cui un’atmosfera esplosiva costituita da una miscela di aria e

sostanze infiammabili sotto forma di gas, vapore o nebbia è presente

continuamente, o per lunghi periodi, o frequentemente.

Nota: In generale, dette condizioni, quando si presentano, interessano l’interno

di serbatoi, tubi e recipienti, ecc…

Zona 1 - Luogo in cui è probabile che un’atmosfera esplosiva, costituita da una

miscela di aria e sostanze infiammabili sotto forma di gas, vapore o nebbia, si

presenti occasionalmente durante il funzionamento normale.

Zona 2 - Luogo in cui è improbabile che un’atmosfera esplosiva, costituita da

una miscela di aria e sostanze infiammabili sotto forma di gas, vapore o nebbia,

si presenti durante il normale funzionamento, ma che, se si presenta, persiste

solo per un breve periodo.

La normativa ATEX

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1° passo

Dati del luogo e del progetto

Raccolta dati di progetto (dati del committente, cliente,ubicazione, scopo del lavoro, schemi, etc...).

Definizione caratteristiche delle sostanze infiammabili(nome, formula, parametri chimico-fisici come massa molare(M), densità (ρ), limite inferiore esplodibilità (Lower Explosive

Limit, LEL), calore specifico a volume costante (cv), temperatura di

infiammabilità (Ti), …)

Definizione parametri di funzionamento del processo (cometemperatura T, pressione P, ...).

Applicabilità della Norma.

Definizione degli ambienti e delle condizioni ambientali(ambienti aperti o chiusi, con sistema/i di pressurizzazione oinertizzazione, ventilazione, ...).

La normativa ATEXNormativa EN 60079-10: processo classificazione delle zone pericolose

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2° passo

Per ogni ambiente

Individuazione delle sorgenti di emissione SE e del loro gradodi emissione: grado continuo (emissione continua o perlunghi periodi), primo grado (emissione periodica ooccasionale durante il funzionamento normale), secondogrado (emissione non prevista durante il normalefunzionamento o che avviene solo raramente o per breviperiodi).

Verifica della possibilità di eliminare o limitare quantopiù possibile la presenza di SE.


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3° passo

Per ciascuna sorgente di emissione SE

Determinare la possibile emissione infiammabile e, sepossibile, eliminare o limitare il grado di emissione e le portate.

Verificare l’eventuale presenza di sistemi di ventilazioneartificiali locali o prevederli.

Si prepara un elenco delle sorgenti di emissione.


φ: rapporto critico del flusso (uguale a 1 per flusso turbolento, altrimenti

si calcola con l’equazione in basso a sinistra);

c: coefficiente di efflusso (fornito dal costruttore, oppure 0.97 per valvole

di sfioro e sicurezza, 0.80 negli altri casi);

A: area della sorgente di emissione [m2];

M: massa molare della sostanza [kg/kmol];

P: pressione assoluta di processo [Pa]; Pa: pressione ambiente [Pa];

T: temperatura assoluta [K];

R: costante universale dei gas = 8.314 J/kmolK;

β: esponente che tiene conto della frazione molare, = (γ+1)/(γ-1);

γ: rapporto tra i calori specifici, = cp/cv. 11

4° passo (ultimo)

Calcolo delle emissioni potenziali e

classificazione dei luoghi

Si determina la portata di emissione Qg. Ad esempio, nelcaso di emissione di gas in singola fase si applica la formula[f.GB.4.1-2] (ex. GB.4.1.2), espressa in [kg/s].


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4° passo (ultimo)



Si determina la distanza ‘’dz ‘’ in metri (formula [f.GB.5.1-5a]).

La normativa ATEX

Qg: portata di emissione [kg/s], per il calcolo si veda slide precedente;

φ: rapporto critico (si veda slide precedente);

c: coefficiente di efflusso (fornito dal costruttore, oppure 0.97 per valvole

di sfioro e sicurezza, 0.80 negli altri casi);

M: massa molare della sostanza [kg/kmol];

T: temperatura assoluta [K];

β: esponente che tiene conto della frazione molare (si veda slide

precedente);

γ: rapporto tra i calori specifici, = cp/cv;

kdz: safety factor (0.25-0.5 per fonti di emissione di grado continuo e

primo, 0.5-0.75 per grado secondo).

LELv: limite inferiore di esplodibilità in aria, espresso in % su volume.

Normativa EN 60079-10: processo classificazione delle zone pericolose

Per distanza pericolosa dz si intende la distanza dalla SE oltre la quale la

concentrazione dei gas o vapori infiammabili nell’aria è inferiore a kdz*LELv.

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4° passo (ultimo)



Si stima la estensione effettiva «a» in metri della zonapericolosa nella direzione di emissione e di più probabiledispersione nell’atmosfera esplosiva .

Tale valore è almeno uguale a dz, ma preferibilmente maggiore.Tipicamente, il valore di dz viene arrotondato alla prima cifraintera o addirittura ad una maggiorazione più significativa incaso di evidenti incertezze di calcolo (per esempio 1,2*dz).



Il grado di ventilazione è indicativo della quantità di aria di ventilazione che investe la SE

in rapporto alla quantità di sostanze infiammabili emesse nell’ambiente; questo rapporto

può essere tale da limitare in varia misura la presenza di atmosfera esplosiva e ridurre o

meno il tempo di persistenza della stessa al cessare dell’emissione. Sono stabiliti tre

gradi di ventilazione, alto (VH), medio (VM), basso (VL):

Grado di ventilazione alto (VH): quando la ventilazione è in grado di ridurre la

concentrazione in prossimità della SE in modo praticamente istantaneo, limitando la

concentrazione al di sotto del limite inferiore di esplodibilità (LEL).

Grado di ventilazione medio (VM): quando la ventilazione è in grado controllare la

concentrazione, determinando una zona limitata stabile, sebbene l’emissione sia in

corso, e dove l’atmosfera esplosiva per la presenza di gas non persista eccessivamente

dopo l’arresto dell’emissione.

Grado di ventilazione basso (VL): Quando la ventilazione non è in grado di controllare la

concentrazione mentre avviene l’emissione e/o non può prevenire la persistenza

eccessiva di un’atmosfera esplosiva dopo l’arresto dell’emissione.

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La normativa ATEX

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4° passo (ultimo)



Si calcola la portata volumetrica di aria Qamin minimateorica in m3/s necessaria per diluire l’emissione di sostanzainfiammabile con la equazione [f.5.10.3-1].


𝑸𝒂𝒎𝒊𝒏 =𝑸𝒈

𝒌 𝑳𝑬𝑳𝒗∙𝑻𝒂𝟐𝟗𝟑

Qg: portata di emissione [kg/s], per il calcolo si veda slide precedente;

Ta: temperatura ambiente [K];

k: fattore di sicurezza applicato la LEL per la definizione della portata

minima di ventilazione (0.25 per fonti di emissione di grado continuo e

primo, 0.5 per grado secondo).

LELv: limite inferiore di esplodibilità in aria, espresso in % su volume.

Attenzione: i valori di k non sono vincolanti! A seconda del grado di certezza dei dati a disposizione, il

tecnico preposto alla classificazione può assumere valori compresi tra 0,25-0,5 per il grado continuo e

primo e tra 0,5-0,75 per il grado secondo.

Confronto la portata volumetrica di progetto con quella minima teorica necessaria a diluire

l’emissione: sulla base del confronto determino il grado di ventilazione.


L’efficacia di un sistema di ventilazione dipende oltre che dal grado anche dalla

disponibilità. La presenza di una ventilazione VH potrebbe, infatti, essere vanificata dalla

su scarsa disponibilità (es. un ventilatore guasto). Anche in questo caso la norma CEI EN

60079-10-1 fornisce alcune definizioni:

Ventilazione buona: quando la ventilazione è presente con continuità.

Ventilazione adeguata: quando la ventilazione è presente durante il normale

funzionamento ma dove sono ammesse interruzioni poco frequenti e comunque di breve

durata.

Ventilazione scarsa: quando la ventilazione non è in grado di soddisfare i requisiti per

essere considerata buona o adeguata ma dove comunque non sono previsti interruzioni

di lunga durata.

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La normativa ATEX


Valutazione semplificata fornita dalla norma: le relazioni di calcolo sono molto

complesse e dipendono da molteplici fattori.

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La normativa ATEX

«+» significa circondato da;

«NE» indica una zona di

estensione trascurabile;

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4° passo (ultimo)



Definizione dei tipi di zone (0,1,2) di pericolo originate dallesingole SE (in funzione dell’analisi delle SE e della ventilazione).

Determinazione delle estensione di tutte le zone pericoloseoriginate dalle singole emissione (forme e dimensione).

La normativa ATEX

Preparazione della classificazione preliminare dei luoghi, ivi inclusi i requisiti per i prodotti installabili nei luoghi suddetti.

Valutare l’adozione di misure tecniche e/o organizzative perridurre il pericolo d’esplosione.

Individuazione delle aperture verso zone esterne interessate da zone pericolose.

Eseguire l’inviluppo delle zone di pericolo originate dallesingole SE.


N.B: il certificatore utilizza software dedicati per i calcoli e per la redazione della

relazione di classificazione.

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Normativa EN 60079-10 – esempi estratti dalla norma

La normativa ATEX

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La normativa ATEXNormativa EN 60079-10 – esempi estratti dalla norma

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Normativa EN 60079-10 – esempi estratti dalla norma

Stima delle dimensioni dei fori di emissione derivanti da guasti: la norma

definisce dei valori in base alla tipologia di elemento oggetto della rottura.

La normativa ATEX

Tipologia di elemento Dimensione foro di emissione Nota

Flangia con guarnizione in

fibra compressa

Spessore di 1 mm Foro lungo quanto la sezione della guarnizione tra

due fori di serraggio. Guasto grave (mancata

manutenzione).

2,5 mm2 Se prevista attenta manutenzione.

Flangia con guarnizione

spirometallica

Spessore di 0,5 mm Foro lungo quanto la sezione della guarnizione tra

due fori di serraggio. Guasto grave (mancata

manutenzione).


Flangia con giunto ad anello

metallo su metallo (ring joint)

0,5 mm2 Guasto grave (mancata manutenzione).


Guarnizione spirometalica Ring Joint

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La normativa ATEXNormativa EN 60079-10

esempi estratti dalla norma

Emissioni strutturali:

dati statistici.

Emissioni strutturali sono

quelle che possono

avvenire durante l’attività

dell’impianto dai punti di

discontinuità dei

componenti del sistema

di contenimento delle

sostanze infiammabili,

quali ad esempio le

flange sulle tubazioni, le

giunzioni tra parti di

apparecchi e macchine,

gli sfiati di valvole di

sicurezza, di sfioro e

simili chiuse, …

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La normativa ATEXNormativa EN 60079-10

esempi estratti dalla

norma

Emissioni strutturali:

dati statistici.

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Generalità sulla normativa ATEX

Normativa ATEX: esempio applicativo

Agenda

HENERGIA – Laboratorio Fossil Fuel Free

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HENERGIA: Impianto idrogeno

Impianti fotovoltaici

Solar cooling

Idrogeno: elettrolisi, compressione e PEM fuel cell

Caldaia a biomassa

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Impianto idrogeno: Process Flow Diagram

Elettrolizzatore

Acqua demineralizzata

Energia elettrica

Compressore

Acqua raffreddamento

H2

O2

Stoccaggio

Bassa

pressione

Fuel cell

Stoccaggio

Alta

pressione

Energia elettrica

Vapor d’acquaEnergia elettrica

Riduttore

pressione

27

Impianto idrogeno: i locali

28

Impianto idrogeno: descrizione localiIl locale di produzione e utilizzo dell’idrogeno (container 2) è costituito da un

container di 20 m3 circa, contenente:

- n.1 dissociatore elettrolitico (elettrolizzatore), utilizzato per la produzione di

idrogeno con portata regolata a 1 Nm3/h;

- n.3 fuel cell da 1 kW ciascuna;

- tubazioni, valvole di intercettazione, strumentazione di misura e connessioni

realizzate con tecnologia di marca Swagelok (in figura);

- impianto di aspirazione: all’esterno del container è presente una tubazione

centrale in alto per l’estrazione dell’aria e 4 ingressi di mandata in basso. La

tubazione di estrazione è collegata a n.2 ventilatori di estrazione in parallelo

(uno di riserva all’altro) di portata pari a 2.000 m3/h ciascuno.

All’interno del container si considera una ventilazione artificiale garantita con

continuità (disponibilità BUONA).

Swagelok

Il locale di compressione dell’idrogeno (container 1) è costituito da un container

di 20 m3 circa, contenente:

- compressore idrogeno;

- tubazioni, valvole di intercettazione, strumentazione di misura e connessioni

realizzate con tecnologia di marca Swagelok;

- impianto di aspirazione: all’esterno del container è presente una tubazione

centrale in alto per l’estrazione dell’aria e 2 ingressi di mandata in basso. La

tubazione di estrazione è collegata a n.2 ventilatori di estrazione in parallelo

(uno di riserva all’altro) di portata pari a 4.000 m3/h ciascuno.

All’interno del container si considera una ventilazione artificiale garantita con

continuità (disponibilità BUONA).N.B. La quantificazione delle portate di ventilazione

viene determinata per tentativi, ovvero si verifica

qual è la classificazione risultante per un

determinato ambiente in presenza di una

determinata ventilazione, e si verifica che il tipo di

classificazione raggiunga quella desiderata. Se la

classificazione non è soddisfacente (ad esempio,

Zona 0), occorre incrementare la portata di

ventilazione.29

Impianto idrogeno: descrizione locali

RICORDIAMO LA SLIDE 17:


Valutazione semplificata fornita dalla norma: le relazioni di calcolo sono molto

complesse e dipendono da molteplici fattori.

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La normativa ATEX

«+» significa circondato da;

«NE» indica una zona di

estensione trascurabile;

31

Impianto idrogeno: descrizione localiNelle aree esterne prossime al laboratorio

sono posizionati i corpi tecnici e le tubazioni a

servizio del laboratorio stesso. Tra questi si

citano:

- n.2 serbatoi di accumulo dell’idrogeno di

cui:

‣ n. 1 serbatoio da 83 litri e pressione

di esercizio di 35 bar;

‣ n. 1 serbatoio da 270 litri e pressione

di esercizio di 5 bar;

- valvole e giunzioni filettate di connessione

sulle tubazioni di trasporto idrogeno ad alta

e bassa pressione;

- n.1 bombola di idrogeno da 14 litri a 200 bar

con riduttore a 3,5 bar;

- sfiati di idrogeno e ossigeno posizionati

come in lay-out item esterni.

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Classificazione ATEX HENERGIAClassificazione ATEX HENERGIA – identificazione sorgenti e grado di emissione

I gradi delle emissioni delle singole

SE sono stabiliti sulla base delle

definizioni della CEI EN 60079-10 e

qui elencati in ordine decrescente di

probabilità (frequenza e durata) di

emissione nell’ambiente della

sostanza infiammabile.

Emissione di grado continuo

(emissione continua o per lunghi

periodi),

Emissione di grado primo (emissione periodica o occasionale durante il funzionamento normale),

Emissione di grado secondo

(emissione non prevista durante il normale funzionamento o che avviene solo raramente o per brevi periodi).

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Normativa EN 60079-10: definizione delle zone pericolose

Zona 0 - Luogo in cui un’atmosfera esplosiva costituita da una miscela di aria e

sostanze infiammabili sotto forma di gas, vapore o nebbia è presente

continuamente, o per lunghi periodi, o frequentemente.

Nota: In generale, dette condizioni, quando si presentano, interessano l’interno

di serbatoi, tubi e recipienti, ecc…

Zona 1 - Luogo in cui è probabile che un’atmosfera esplosiva, costituita da una

miscela di aria e sostanze infiammabili sotto forma di gas, vapore o nebbia, si

presenti occasionalmente durante il funzionamento normale.

Zona 2 - Luogo in cui è improbabile che un’atmosfera esplosiva, costituita da

una miscela di aria e sostanze infiammabili sotto forma di gas, vapore o nebbia,

si presenti durante il normale funzionamento, ma che, se si presenta, persiste

solo per un breve periodo.

La normativa ATEX

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Classificazione ATEX HENERGIAClassificazione ATEX HENERGIA – classificazione dei luoghi

Medio

Classificazione ATEX HENERGIA – classificazione dei luoghi

35

Classificazione ATEX HENERGIA

36

Impianto idrogeno: impatto della sicurezza

Elettrolizzatore

Acqua

demineralizzata

Compressore

Acqua raffreddamento

H2

O2

Bassa

pressione

Fuel cell

Alta

pressione

Energia

elettrica

Vapor d’acqua

Filtro

DEOXO

Filtro

Essicatore

Container 1 Container 2

Energia

elettrica

Energia

elettrica

Serbatoi

esterni

Ventilazione

forzata con

ambiente in

depressione –

doppio

ventilatore

AzotoLavaggio con azoto –

inertizzazione linee

Sensore

idrogeno

Sensore

idrogeno

Corso di Impianti Meccanici – Laurea Magistrale

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Sezione 5.1 Normativa ATEX

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