Inertizzazione: come controllare i rischi di esplosione con i gas inerti

Le esplosioni rappresentano un rischio rilevante in molti settori industriali. Le aziende dei comparti chimico, petrolchimico e della chimica fine lavorano quotidianamente con gas, vapori e sostanze infiammabili. In molti processi non è possibile evitare l’uso di queste sostanze né mantenerle costantemente al di sotto delle concentrazioni di sicurezza. Per questo motivo, l’inertizzazione rappresenta spesso l’unica strategia efficace per prevenire le esplosioni ed evitare la formazione di miscele esplosive.

Ma l’inertizzazione non si limita alla prevenzione delle esplosioni. Previene anche reazioni chimiche indesiderate, combustioni involontarie, fenomeni di ossidazione, alterazioni cromatiche e l’assorbimento di umidità da parte di prodotti e materiali sensibili. Garantisce inoltre un ambiente di lavoro sicuro durante le attività di manutenzione, in particolare negli spazi confinati, dove i livelli di ossigeno devono essere costantemente monitorati.

In questo articolo vedremo cos’è l’inertizzazione, quando è necessaria, quali tecniche vengono utilizzate e come si inserisce all’interno del quadro normativo ATEX.

Cos’è l’inertizzazione?

L’inertizzazione, nota anche come inerting, è il processo che consiste nel ridurre la concentrazione di ossigeno all’interno di uno spazio chiuso mediante l’introduzione di un gas inerte, come azoto, anidride carbonica o argon. L’obiettivo è prevenire la formazione di un’atmosfera esplosiva, evitare combustioni indesiderate e proteggere i prodotti sensibili dall’ossigeno e dall’umidità.

Le sostanze combustibili possono innescarsi soltanto in presenza di una quantità di ossigeno sufficiente a sostenere la combustione. Ogni miscela di sostanza combustibile, aria e gas di inertizzazione presenta un valore critico di ossigeno, la cosiddetta Limiting Oxygen Concentration (LOC), al di sotto del quale l’innesco diventa impossibile. Per gas e solventi, la LOC si attesta in genere tra l’8 e il 10% di ossigeno; per le esplosioni di polveri, tra il 10 e il 14%.

Quando è necessaria l’inertizzazione?

L’inertizzazione si rende necessaria quando i rischi di esplosione non possono essere eliminati con altri mezzi.

Eliminare il combustibile non è sempre possibile.

In alcuni casi, le sostanze infiammabili possono essere sostituite con alternative meno pericolose. Tuttavia, in molti processi — in particolare nei settori chimico e farmaceutico — l’impiego di gas, liquidi o sostanze infiammabili è semplicemente imprescindibile. Per i liquidi, una possibile soluzione consiste nel lavorare al di sotto del punto di infiammabilità (flash point), ma non sempre questa strada è percorribile. In tali casi si ricorre all’introduzione di un gas inerte, che sposta l’ossigeno e consente di tenere sotto controllo il rischio.

Lavorare al di fuori del campo di infiammabilità è spesso poco affidabile

Un altro metodo consiste nel mantenere costantemente la concentrazione della sostanza infiammabile al di sotto dei limiti di esplosività, ad esempio ricorrendo alla ventilazione per restare sotto il limite inferiore di esplosività (LEL). Nella pratica, però, questa condizione non è sempre garantita. Nel caso delle polveri, l’accumulo può infatti generare comunque una miscela esplosiva.

L’inertizzazione è l’unica soluzione praticabile

Quando il combustibile non può essere eliminato e le concentrazioni non possono essere mantenute sotto controllo in modo affidabile, l’inertizzazione rappresenta l’unico metodo realmente efficace. E non soltanto per prevenire le esplosioni, ma anche per:

• Evitare reazioni indesiderate con ossigeno o umidità.
• Tutelare la qualità del prodotto, proteggendolo da alterazioni cromatiche, polimerizzazione o ossidazione.
• Eseguire in sicurezza gli interventi di manutenzione su impianti e tubazioni.

Applicazioni dell’inertizzazione

L’inertizzazione viene impiegata in numerosi processi in cui sono presenti sostanze infiammabili o prodotti sensibili. Le principali applicazioni sono:

• Serbatoi di stoccaggio e fusti: per evitare che i vapori infiammabili formino una miscela esplosiva.
• Reattori e serbatoi di miscelazione: per prevenire reazioni indesiderate con ossigeno o umidità.
• Tubazioni e condotte: per il trasporto sicuro di liquidi e gas infiammabili, dove i sistemi di inertizzazione mantengono il livello di sicurezza richiesto.
• Impianti di essiccazione e silos: per proteggere polveri e solidi dall’umidità e dall’ossidazione.
• Centrifughe e filtri: per la separazione e la pulizia in sicurezza delle sostanze.
• Apparecchiature di comminuzione e miscelazione: per prevenire le esplosioni di polveri durante la riduzione e la miscelazione.
• Sistemi di carico e punti di scarico: dove, durante le operazioni di carico o scarico, possono formarsi miscele esplosive.
• Manutenzione di apparecchiature e tubazioni: per consentire l’intervento in spazi confinati privi di ossigeno durante ispezioni o riparazioni.

L’inertizzazione non viene impiegata solo per prevenire le esplosioni, ma anche per preservare la qualità del prodotto e consentire interventi di manutenzione in sicurezza, controllando i livelli di ossigeno e gli altri potenziali pericoli.

Tecniche di inertizzazione

Inertizzazione è un termine generale che racchiude diverse tecniche, da scegliere in base all’applicazione. I tre metodi principali sono:

Purging

Nel purging, un gas inerte viene utilizzato per espellere aria o gas di processo da tubazioni, serbatoi o apparecchiature. L’operazione viene eseguita di norma prima dell’avviamento o degli interventi di manutenzione. L’obiettivo è garantire che all’interno non permangano atmosfere infiammabili o miscele esplosive.

Blanketing

Il blanketing consiste nel mantenere uno strato continuo di gas inerte al di sopra di un liquido o di un prodotto, ad esempio all’interno di un serbatoio di stoccaggio. In questo modo si impedisce il contatto con ossigeno e umidità, proteggendo i prodotti da esplosioni, alterazioni cromatiche, polimerizzazione o altre reazioni indesiderate. Il sistema di inertizzazione monitora costantemente portata e pressione.

Sparging

Nello sparging, il gas inerte viene fatto passare attraverso un liquido sotto forma di piccole bolle, rimuovendo così l’ossigeno o altri gas indesiderati. Questa tecnica viene impiegata, ad esempio, per estrarre l’ossigeno dall’olio o dalle acque reflue.

Ogni tecnica ha un proprio campo di applicazione, ma l’obiettivo resta sempre lo stesso: tenere ossigeno e, talvolta, umidità lontani dalle sostanze infiammabili o sensibili, prevenendo combustioni indesiderate.

Scelta del gas inerte

Non tutti i gas inerti sono adatti a qualsiasi applicazione. Nella maggior parte dei casi si utilizza l’azoto (N₂): un gas economico, versatile e ampiamente disponibile. In alcune situazioni si ricorre invece all’anidride carbonica (CO₂) o all’argon (Ar).

Azoto (N₂)

• Versatile ed economico.
• Più leggero dell’aria (densità relativa: 0,97).
• Non reattivo e non infiammabile.
• Bassa solubilità in acqua (20 mg/l).
• Disponibile in forma gassosa (300 bar) o liquida (-196 °C).

Anidride carbonica (CO₂)

• Più pesante dell’aria (densità relativa: 1,52).
• Possiede anche proprietà estinguenti (impiegata in fosse rifiuti e silos).
• Elevata solubilità in acqua (2.000 mg/l).
• Può generare cariche elettrostatiche se iniettata rapidamente.
• Disponibile in forma gassosa (55 bar), liquida (-20 °C) o come ghiaccio secco (-78,5 °C).

Argon (Ar)

• Completamente inerte, non dà luogo a reazioni chimiche.
• Più pesante dell’aria (densità relativa: 1,38).
• A volte impiegato nell’industria alimentare poiché permane nel contenitore anche dopo l’apertura.
• Più costoso rispetto ad azoto e CO₂.
• Disponibile in forma gassosa (300 bar) o liquida (-183 °C).

Limiting Oxygen Concentration (LOC): la soglia critica

La Limiting Oxygen Concentration (LOC) rappresenta la quantità massima di ossigeno alla quale una miscela combustibile non è più in grado di innescarsi. È il parametro più importante nel processo di inertizzazione: non appena il livello di ossigeno scende al di sotto della LOC, l’esplosione non è più possibile, indipendentemente dalla quantità di materiale combustibile presente, che in altre condizioni potrebbe sostenere la combustione.

La LOC dipende da:

• Il tipo di combustibile.
• Il gas inerte utilizzato (ad esempio azoto o anidride carbonica).

L’anidride carbonica (CO₂) risulta meno efficace dell’azoto: la LOC della CO₂ è spesso superiore del 25%, vale a dire che è ammessa una maggiore presenza di ossigeno prima che la combustione si arresti. Per questa ragione, la frazione volumetrica di ossigeno diventa un fattore critico nella progettazione dei sistemi di inertizzazione basati sulla CO₂.

Esempi di valori di LOC (% vol.):

Nella pratica si applica un margine di sicurezza aggiuntivo: il limite operativo di ossigeno (MAOC) viene generalmente mantenuto dal 2 al 4% al di sotto della LOC, in modo da garantire condizioni di sicurezza ed evitare i potenziali pericoli legati alle variazioni dei livelli di ossigeno durante l’esercizio.

Il valore esatto della LOC deve essere sempre determinato per via sperimentale, poiché può variare di caso in caso, specialmente in presenza di miscele gassose complesse o serbatoi di combustibile in ambienti industriali dinamici, come quelli dell’industria chimica e farmaceutica.

ATEX e inertizzazione

L’inertizzazione non è ufficialmente classificata come sistema di protezione ai sensi della Direttiva ATEX 2014/34/UE. Svolge tuttavia un ruolo importante all’interno delle zone ATEX.

Quando un processo coinvolge sostanze infiammabili, l’area viene classificata come zona esplosiva (Zona 0, 1, 2, 20, 21, 22). L’inertizzazione consente di abbassare la concentrazione di ossigeno al di sotto del limite inferiore di esplosività (LEL), riducendo drasticamente il rischio di esplosione e inserendosi in un più ampio sistema di inertizzazione concepito per prevenire le sorgenti di innesco.

L’inertizzazione può quindi portare a una classificazione di zona inferiore. Ad esempio:

• Da Zona 20 a Zona 21.
• Oppure da Zona 21 a Zona 22.

Ciò si traduce in requisiti meno stringenti per le apparecchiature e l’installazione all’interno di serbatoi di combustibile, aree di stoccaggio o spazi confinati. Se l’inertizzazione consente di ridurre un’area da Zona 1 a Zona 2, è possibile impiegare apparecchiature più convenienti, come l’Armadex Ex UAP-AC-PRO, idoneo per Zona 2 o 22.

È importante tuttavia tenere presente che l’atmosfera inerte non è sempre garantita in modo assoluto. Restano pertanto necessarie ulteriori misure di sicurezza, quali:

• Monitoraggio continuo dell’ossigeno per controllarne i livelli.
• Sistemi di allarme e di backup in caso di interruzione dell’alimentazione del gas inerte.

In sintesi: l’inertizzazione contribuisce a ridurre il rischio di esplosione negli ambienti ATEX, ma non solleva l’azienda dall’obbligo di conformità alla Direttiva ATEX. La presenza di gas inerti come azoto o argon deve essere costantemente monitorata, così da prevenire anomalie che potrebbero dare origine a una miscela esplosiva.

Rischi e misure di sicurezza

Sebbene l’inertizzazione consenta di prevenire le esplosioni, comporta anch’essa alcuni rischi.

Asfissia

Il pericolo principale è rappresentato dalla sostituzione dell’ossigeno. I gas inerti come azoto e argon sono inodori e incolori: in caso di fuga, il livello di ossigeno in un ambiente può scendere a valori pericolosi senza che nessuno se ne accorga. Ne deriva un concreto rischio di asfissia, soprattutto negli spazi confinati in cui i sistemi di inertizzazione operano in continuo. Per questa ragione, nelle aree in cui viene applicata l’inertizzazione sono indispensabili rilevatori di ossigeno e rigorosi controlli di accesso.

Cariche elettrostatiche

L’iniezione rapida di gas come l’anidride carbonica può generare cariche elettrostatiche. Se l’atmosfera non è ancora completamente inerte, una scintilla di questo tipo può comunque innescare un’esplosione. Il rischio si riduce mediante:

• Iniezione controllata del gas, in modo da evitare flussi ad alta velocità.
• Adeguata messa a terra delle apparecchiature, in particolare nella gestione dei gas inerti in serbatoi di combustibile o nella lavorazione di materiali sensibili.

Monitoraggio e sistemi di backup

Poiché un’atmosfera inerte completamente garantita è difficile da ottenere, i sistemi di allarme e di backup risultano fondamentali. La misurazione continua della concentrazione di ossigeno consente di rilevare immediatamente eventuali scostamenti. Spesso questi sistemi di inertizzazione integrano funzioni di arresto automatico, che intervengono quando l’ossigeno supera i limiti di sicurezza, prevenendo combustioni indesiderate o esplosioni.

Conclusione

L’inertizzazione è una misura essenziale per prevenire le esplosioni e proteggere i prodotti sensibili in ambito industriale. Quando le sostanze infiammabili non possono essere eliminate e non è possibile operare in sicurezza al di fuori del campo di infiammabilità, i sistemi di inertizzazione rappresentano spesso l’unica soluzione realmente efficace.

Riducendo la concentrazione di ossigeno al di sotto della Limiting Oxygen Concentration (LOC), l’innesco diventa impossibile. Allo stesso tempo, l’inertizzazione previene fenomeni di ossidazione, l’assorbimento di umidità e le combustioni indesiderate.

La scelta del gas inerte adeguato, della tecnica corretta (come il purging o il blanketing) e il rispetto delle linee guida ATEX rivestono in questo senso un’importanza cruciale. Anche i rischi come l’asfissia e le cariche elettrostatiche devono essere costantemente gestiti.

In sintesi, l’inertizzazione offre sicurezza laddove le altre misure si rivelano insufficienti, ma richiede competenze tecniche, una progettazione accurata e controlli rigorosi. Se correttamente implementati, i processi di inertizzazione consentono di prevenire efficacemente le combustioni indesiderate e di proteggere persone e impianti dai potenziali pericoli.