Incendi ed esplosioni legati alle polveri: come avvengono e come evitarli

In numerosi ambienti produttivi, la presenza di polveri combustibili è una condizione operativa frequente ma spesso trascurata sotto il profilo della sicurezza. Se non viene gestita correttamente, però, può innescare una reazione violenta nota come esplosione delle polveri, con conseguenze potenzialmente devastanti per persone, impianti e continuità produttiva.

A essere maggiormente colpite da questo fenomeno sono le industrie del settore alimentare (che lavorano prodotti come la farina, lo zucchero e la tempestina), ma anche le aziende del settore farmaceutico o le industrie del legno sono a rischio.

Nonostante siano forse meno comuni di quelle provocate da vapori infiammabili o gas, queste esplosioni sono altrettanto pericolose, perché possono danneggiare i macchinari, i materiali e i prodotti o, peggio, mettere in pericolo la vita delle persone che lavorano nell’impianto. Per questo è importante fare tutto il possibile per tenere sotto controllo le atmosfere esplosive, attenersi alle normative di sicurezza e, se è il caso, installare delle barre antistatiche.

Cos’è un’esplosione da polveri e come avviene

L’esplosione delle polveri è un evento distruttivo che si verifica quando particelle solide finemente suddivise, sospese in aria, entrano in contatto con una fonte di accensione all’interno di un ambiente confinato. La pericolosità risiede nella dimensione delle particelle: più sono piccole, maggiore è la superficie esposta all’ossigeno e più rapida e intensa sarà la combustione. Quando queste condizioni si verificano insieme, si genera una reazione chimica istantanea che produce un incremento improvviso di calore e pressione, capace di provocare danni devastanti a strutture e persone. Le principali sostanze esplosive sono:

• materiali organici naturali come la farina, il legno, lo zucchero e i cereali;
• materiali organici sintetici quali plastica, pigmenti organici, pesticidi, composti farmaceutici;
• metalli, carbone e torba.

Le condizioni necessarie affinché avvenga un’esplosione

Perché si verifichi un’esplosione di polveri, devono essere presenti cinque condizioni, rappresentate nel cosiddetto pentagono dell’esplosione (illustrato qui di seguito).

Fonte immagine: Wikipedia

I 5 fattori sono:

1. La presenza di un combustibile, ossia un prodotto che, se presente in certe quantità, può sostenere la combustione.
2. La presenza di un comburente, cioè l’ossigeno proveniente dall’aria o da un altro ossidante chimico.
3. Una fonte di accensione come una fiamma libera, una scintilla meccanica o elettrostatica o ancora una superficie calda.
4. Il miscelamento dei reagenti in una nube di polvere che aumenta il calore e la pressione generata dalla reazione di ossidazione/combustione.
5. Un ambiente confinato (ad esempio un macchinario) in cui la pressione sulla polvere sospesa, a causa della rapida combustione, aumenta fino a quando non si verifica l’esplosione.

La rapidità e l’intensità della reazione dipendono dalle caratteristiche fisiche del materiale: più le particelle sono piccole e disperse nell’aria, maggiore sarà la superficie di contatto con l’ossigeno, e minore l’energia necessaria per attivare la combustione.
È questo il motivo per cui le polveri, se sospese in atmosfera, possono dare origine a esplosioni violente, anche in presenza di una minima fonte di accensione.
Per comprendere questo fenomeno, facciamo un esempio: se prendiamo un grande ramo di legno e lo mettiamo a contatto con una fonte di calore, vediamo che brucia lentamente. Se lo tagliamo in piccoli pezzi, la velocità di combustione crescerà, perché la superficie di contatto totale tra il legno e l’aria è maggiore, quindi l’innesco del legno sarà più semplice e veloce.
Se la suddivisione del legno proseguisse fino a generare particelle di piccolissime dimensioni, come quelle della polvere, e queste fossero sospese in un volume d’aria abbastanza grande per garantire loro sufficiente spazio per bruciare senza limitazioni, la velocità di combustione sarebbe molto alta e l’energia richiesta per l’innesco molto piccola. È proprio in queste condizioni che il rischio esplosivo diventa concreto.

Le cariche elettrostatiche: una causa frequente di incendi ed esplosioni delle polveri

Uno dei fattori che può innescare un’esplosione, quindi, è la fonte di accensione che può essere una fiamma libera oppure una scintilla causata dall’accumulo di cariche elettrostatiche.
L’energia statica si forma quando i materiali neutri si polarizzano (cioè acquistano una carica positiva o negativa), a causa dell’attrito e della lavorazione ad alte velocità. Un fenomeno comune a molti settori, compreso quello alimentare, e frequente tra le aziende che producono farine ed altri alimenti in polvere, come tempestina, zucchero e cereali. Le cariche a loro volta possono generare scintille e quindi innescare incendi ed esplosioni.

Per i motivi che abbiamo visto, le polveri che circolano nell’atmosfera dell’impianto industriale rappresentano un grave rischio. Durante la lavorazione con macchine automatiche, infatti, una grande quantità di particelle di piccole dimensioni rimane sospesa nell’aria, mentre le particelle più grandi si depositano sul prodotto o sulla macchina e, a contatto con le cariche elettrostatiche, possono scatenare scintille, fumi, incendi ed esplosioni.
Se la causa non dipende da un guasto o da un problema della macchina, molto probabilmente l’origine del fenomeno è proprio la formazione di cariche elettrostatiche. 

Il video che segue, pubblicato su YouTube da CSB, agenzia federale indipendente degli USA, che indaga sugli incidenti chimici industriali, mostra gli effetti devastanti di un’esplosione di polveri. In questo caso si tratta dell’incendio alla Imperial Sugar plant di Savannah, in Georgia, che si è verificato nel febbraio del 2008. 

Polveri esplosive: i fattori che amplificano il rischio

Oltre ai cinque fattori alla base del pentagono dell’esplosione, esistono variabili ambientali e chimico-fisiche che possono aumentare la probabilità e l’intensità di un’esplosione da polveri:

• L’umidità, in quanto negli ambienti poco umidi il rischio di esplosione si riduce grazie alla maggiore coesione tra le particelle, che tendono a formare agglomerati meno reattivi.
• La natura e concentrazione del comburente, poiché maggiore è la quantità di ossigeno, più è alto il rischio di reazione di combustione ed esplosioni. 
• La composizione chimica e la reattività, perché le polveri esplodono quando c’è una reazione tra le particelle e l’ossigeno. La velocità di consumo dell’ossigeno dipende dalla natura chimica della polvere e dal suo potere calorifico (parametro che determina la quantità di calore che può essere liberata nell’esplosione).
• La granulometria, dal momento che più sono piccole le particelle di polvere presenti nell’atmosfera, più la superficie di contatto aumenta, facilitando la combustione. Questo perché le microparticelle sono più disperdibili e restano più a lungo in sospensione.

Tutti questi elementi, messi insieme, possono portare a situazioni potenzialmente pericolose.

Oltre al rischio esplosione: gli effetti delle polveri sulla qualità della produzione

La presenza di polveri nell’aria, unita all’accumulo di cariche elettrostatiche, oltre a scatenare incendi ed esplosioni, può anche danneggiare la qualità dei prodotti. Durante il processo produttivo, infatti, la polarizzazione dei materiali neutri, lavorati a grandi velocità genera una certa quantità di forze di adesione che attirano la polvere, le impurità, gli sfridi e gli insetti sul materiale.
Il risultato è una compromissione della qualità del prodotto, dovuta alla presenza di impurità. In questi casi, il materiale può essere destinato allo scarto con un impatto diretto sulla produttività, oppure, in situazioni ancora più critiche, essere immesso nel ciclo distributivo e raggiungere il cliente finale. La conseguenza, prevedibile quanto dannosa, è la restituzione del prodotto, accompagnata da una segnalazione di non conformità e, potenzialmente, da una richiesta di rimborso o risarcimento.

Incidenti causati dalle polveri esplosive: i dati degli ultimi anni

Ora che abbiamo compreso come e perché le polveri possono esplodere, guardiamo alcuni dati reali per capire quanto questo fenomeno sia frequente e pericoloso nella pratica industriale.

Ci viene in aiuto nel farlo il rapporto pubblicato da Dust Safety Science, organizzazione di ricerca sulla polvere combustibile, che con il suo studio Combustible Dust Incident Database, dal 2016 presenta regolarmente l’aggiornamento dei dati e fa un’analisi dettagliata dei materiali, delle industrie e delle attrezzature coinvolte anno per anno. Secondo lo studio, nel 2023 sono state registrate 53 esplosioni e sono scoppiati 263 incendi causati dalle polveri, che hanno provocato in totale 62 morti e 94 feriti. Nel corso dell’anno emergono anche altri dati interessanti:

• nel 13.3% dei casi registrati – tra esplosione di polveri e incendi – sono state coinvolte le attrezzature per la raccolta delle polveri;
• nel 43.7% dei casi sono stati coinvolti prodotti alimentari e nel il 35.4% dei casi prodotti in legno;
• quasi un terzo degli incidenti registrati si è verificato in strutture legate al settore agricolo (44%);
• il 79,1% degli incendi e delle esplosioni di polvere combustibile registrati coinvolgono prodotti alimentari e del legno;
• l’attività mineraria e le industrie che gestiscono il carbone hanno rappresentato il 68% dei decessi dell’anno;
• gli infortuni legati a incendi ed esplosioni vedono coinvolte i settori della lavorazione del legno (11%), dell’agricoltura e della lavorazione alimentare (62%), l’automotive e lavorazione dei metalli (18%), mentre una categoria complessiva di “altre” industrie costituisce il 19.3% degli incidenti;
• i silos di stoccaggio hanno dimostrato la più alta percentuale (35.9) di incidenti legati alle polveri combustibili con 93 incendi e 20 esplosioni segnalati. Un trend generale che non sembra calare visto che, solo nel 2017, sono stati segnalati a livello globale 68 casi di esplosioni di polveri, con 163 feriti e 13 morti. Nella seguente tabella è possibile osservare l’evoluzione del numero di incidenti, feriti e decessi inseriti nel database dall’inizio dello studio ad oggi.
  
  

Fonte: Summary Report- Dust Safety Science

La regolamentazione sulle esplosioni delle polveri

Anche a causa del grande numero di incidenti, gli ambienti in cui avvengono lavorazioni a rischio di esplosione sono definiti pericolosi e devono rispettare precisi standard di sicurezza. Questi sono dettati soprattutto dalla Direttiva ATEX 99/92/CE, 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. A cui si aggiunge la Direttiva ATEX 2014/34/UE, che prevede che negli impianti europei siano valutati i rischi legati alle polveri esplosive. La normativa è molto ampia e articolata, se vuoi saperne di più sul tema puoi leggere il nostro approfondimento sulla normativa ATEX.

Anche all’estero esistono normative simili. Per esempio, negli Stati Uniti, la norma NFPA 652 prevede che ogni azienda conduca un’analisi dei rischi da esplosioni da polvere per combustibili solidi, mentre la norma NFPA 654 richiede un’analisi per la prevenzione di incendi ed esplosioni causate dalla produzione, lavorazione e manipolazione dei combustibili solidi. Esistono poi standard di consenso sviluppati dalla National Fire Protection Association (NFPA) per definire delle linee guida dettagliate per la prevenzione degli incendi e delle esplosioni da polveri. Sono i seguenti:

• NFPA 61  per le industrie agricole e alimentari.
• NFPA 664 per le strutture che lavorano il legno.
• NFPA 484 copre gli incendi e le esplosioni di polvere metallica.
• NFPA 652 che stabilisce i requisiti generali per identificare e gestire i rischi di incendio, flash fire ed esplosione associati alle polveri combustibili.
• NFPA 655 per le industrie di manipolazione dello zolfo.
• NFPA 654 per prodotti chimici, polimeri, resine e prodotti farmaceutici.
  

Queste costituiscono le Buone Pratiche Ingegneristiche Riconosciute e Generalmente Accettate (in inglese RAGAGEP), utilizzate dalle organizzazioni per la sicurezza dei lavoratori e le compagnie assicurative come linee guida per la sicurezza di impianti e strutture. Gli standard sono stati integrati nella nuova norma NFPA 660.

Come neutralizzare le cariche elettrostatiche negli impianti a rischio esplosione

La formazione di cariche elettrostatiche può essere gestita e neutralizzata in modo sicuro: negli ambienti a rischio esplosione, prima di tutto, è fondamentale prevedere sistemi di sfogo della sovrappressione. Tra le soluzioni più efficaci troviamo i cosiddetti venting, cioè membrane di minima resistenza, progettate per rompersi controllatamente in caso di esplosione interna a un impianto o macchinario. Questo meccanismo consente di:

• rilasciare rapidamente l’eccesso di pressione,
• evitare la rottura incontrollata del contenitore,
• proteggere persone, strutture e apparecchiature circostanti.

La progettazione di questi sistemi è regolamentata da specifiche norme tecniche armonizzate con la direttiva ATEX 2014/34/UE, tra cui:

• EN 14491:2012 (Dust explosion venting protective systems).
• EN 14460:2018 (Explosion resistant equipment).

L’importanza della prevenzione per la sicurezza negli impianti

Oltre ai sistemi di contenimento, è necessario intervenire alla fonte del problema, cioè sul potenziale accumulo di elettricità statica. Tra le soluzioni più efficaci ci sono le barre elettrostatiche o ionizzanti, progettate per eliminare le cariche nei punti di maggiore accumulo, prevenendo la formazione di scintille e gli inneschi esplosivi.

Nei contesti regolati dalla Direttiva ATEX, è fondamentale scegliere prodotti certificati, come le barre elettrostatiche o ionizzanti con certificazione ATEX (EX), da installare strategicamente nei punti più critici dell’impianto.

Noi abbiamo scelto le barre antistatiche Meech, azienda britannica specializzata in soluzioni ad alte performance per la neutralizzazione delle cariche, sistemi di monitoraggio, raffreddamento ad aria compressa e pulizia delle macchine automatiche.

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