Dalla Polvere al Pericolo: Capire le Esplosioni di Polveri Combustibili

Have you ever wondered about the likelihood of a dust explosion occurring? Consider this: the US contributes 24% to the world’s GDP, and if we scale that with the occurrence of dust explosions (about 30 per year), it suggests a staggering 125 dust explosions globally per year – that’s one every 2.9 days!

In this article, we break down what dust explosions are, why they happen, and how to prevent them. Before we dive in, here are the key takeaways to quickly address your burning questions.

• La polvere combustibile è uno dei tre elementi necessari per un’esplosione di polvere e funge da combustibile. Sono necessari anche l’ossigeno e una fonte di accensione.
• I tipi di esplosione comprendono le deflagrazioni (da sub-soniche a soniche) e le detonazioni (transoniche o ultrasoniche).

• Numerosi materiali possono fungere da combustibile per le esplosioni di polvere, dalla segatura e dalla carta alla gomma, ai metalli in polvere, alla polvere di carbone e persino alle cellule della pelle umana (polvere domestica).

• Il confinamento nelle esplosioni di polvere si riferisce al contenimento delle particelle di polvere in uno spazio limitato, dove la polvere accumulata può bruciare rapidamente se incendiata, aumentando la forza dell’esplosione.

• La maggior parte delle esplosioni di polvere sono secondarie, iniziate da un evento scatenante e sostenute dal lancio di polvere accumulata, creando una reazione a catena autosufficiente e potenzialmente devastante. Questa nube di polvere è in grado di provocare un’esplosione devastante.

• I processi industriali, come il riciclaggio, la produzione farmaceutica e l’estrazione del carbone, sono soggetti a esplosioni di polvere.
• La prevenzione delle esplosioni di polvere si basa sulle tre C: Contain, Capture, Clean (Contenere, Catturare, Pulire). Un’efficace gestione della casa, pratiche di pulizia adeguate e sistemi di raccolta delle polveri svolgono un ruolo fondamentale nella riduzione dei rischi.

Innanzitutto, è importante capire che esistono due tipi di esplosioni. Quelle che si verificano naturalmente sono da sub-soniche a soniche, tipicamente chiamate deflagrazioni, cioè alla velocità del suono o al di sotto di essa. Le esplosioni transoniche o ultrasoniche, quelle che viaggiano più velocemente della velocità del suono, sono chiamate detonazioni e generalmente richiedono l’intervento umano e/o la tecnologico.

Le detonazioni sono utilizzate per la demolizione, l’estrazione mineraria e spesso per la guerra. Il termine è spesso usato impropriamente per indicare “un’esplosione di qualsiasi tipo”. Gli esplosivi ad alto potenziale, essendo un prodotto fabbricato, hanno caratteristiche di esplosività estremamente prevedibili e generano onde d’urto che fanno il grosso del lavoro con poca fiamma. I bassi esplosivi (fuochi d’artificio, polvere nera e nitrocellulosa) deflagrano soltanto.

Le deflagrazioni avvengono quando abbastanza particelle infiammabili di polvere sono sospese nell’aria in modo abbastanza denso da consentire a una sorgente di accensione, che sia una scintilla, una fiamma aperta o una superficie calda, di far incendiare anche una singola particella. Essendo incredibilmente piccole, tali particelle hanno un’area superficiale massiccia rispetto al loro volume. La particella consuma l’intera sua fornitura di carburante in un istante, espandendosi istantaneamente a molte volte le sue dimensioni.

Questa espansione innesca l’accensione di molte altre particelle circostanti, provocando un effetto a cascata. Ogni particella ne accende molte altre, trasformandosi in un fronte d’onda infuocato che si espande uniformemente in tutte le direzioni, attraverso la nube di polvere.

Le esplosioni di polvere avvengono quando sono presenti tutti e tre gli elementi del triangolo del fuoco: combustibile, ossigeno e calore (accensione). In questo contesto, varie sostanze che soddisfano la componente del combustibile possono potenzialmente innescare un’esplosione di polvere. Ulteriormente nell’articolo, viene fornito un elenco completo delle categorie di polveri combustibili e relativi esempi.

Le fonti di accensione più comuni sono le seguenti:

• Scintille da attrito
• Scintille elettriche
• Fiamme libere (ad es. torce, candele)
• Macchinari surriscaldati
• Scariche di elettricità statica
• Apparecchiature elettriche difettose
• Materiali da fumo (ad es. sigarette)
• Reazioni chimiche esotermiche
• Colpi di fulmine
• Strumenti di saldatura e taglio

Per prevenire l’accensione nelle aree pericolose, le aziende utilizzano Apparecchiature certificate Ex. In breve, queste apparecchiature sono realizzate in modo tale da non poter costituire una fonte di accensione in nessuna circostanza.

Se non conoscete ancora il triangolo del fuoco, vi consigliamo di consultare il nostro articolo per una panoramica completa.

Proseguendo dalla precedente discussione sul triangolo del fuoco, è importante capire che le esplosioni di polvere richiedono cinque componenti chiave, come delineato nel Pentagono dell’Esplosione di Polvere. Questo concetto va oltre i requisiti del Triangolo del Fuoco di Accensione, Combustibile e Ossigeno, aggiungendo due ulteriori fattori critici.

These include the correct density of dust particles suspended in the air (dispersion), where their proximity enables a cascading effect, and confinement, which is essential for the explosion to occur.

È quasi impossibile innescare un’esplosione di polvere all’aperto perché il materiale si disperde troppo rapidamente. Naturalmente non è impossibile. In alcuni festival mondiali, in particolare in Asia, le persone colorano l’amido di mais per lanciarlo in aria, o uno contro l’altro, per creare enormi nuvole di colore rosa, giallo, viola, rosso, verde e blu. Farlo nel “catino” di uno skate-park per pattini a rotelle potrebbe essere sufficientemente confinante da provocare un’esplosione.

Un incidente nel 2015 a Taipei non è stato un’esplosione di polvere, ma piuttosto un incendio in aria che ha bruciato 508 persone e ne ha uccise 15. Circa 200 erano in condizioni critiche dopo i 40 secondi di fiamme nell’aria. Se fosse stato confinato, il bilancio delle vittime avrebbe potuto essere molto peggiore.

Confinement occurs when dust particles become enclosed in a restricted area, such as a room or inside machinery. This trapped dust will build up explosive pressure when it ignites. Confinement transforms a mere burning of dust into a potentially catastrophic event.

La segatura può essere un buon combustibile, soprattutto se è molto secca a causa dell’infestatione di insetti sul legname, come hanno appreso due segherie della British Columbia, in Canada. Gli alberi morti, uccisi dai coleotteri dei pini, sono stati responsabili di entrambe le esplosioni.

Allo stesso modo, possono essere perfetti la polvere di carta, la polvere di gomma, il latte o lo zucchero in polvere, la farina, le spezie, il cacao, il caffè, il tabacco, i metalli leggeri in polvere, la polvere di carbone e la polvere di tessuto organico in una fabbrica di abbigliamento. Altri combustibili sono i saponi, molte polveri di plastica, gli additivi di processo presenti nei laboratori farmaceutici e persino i biosolidi provenienti dal trattamento delle acque, la polvere di sangue in un macello o le cellule della pelle umana (polvere domestica) che si accumulano nella vostra soffitta! o le cellule della pelle umana (polvere domestica) che si accumulano nella vostra soffitta! Fortunatamente, in soffitta non c’è alcun confinamento. E si spera che non ci sia abbastanza polvere da provocare un incendio…

La maggior parte delle esplosioni di polvere sono secondarie. L’evento scatenante può essere lo scoppio di una caldaia o anche un botto o uno scoppio relativamente banale, ma l’effetto successivo può essere il lancio di polvere combustibile accumulata che viene poi incendiata dai resti del piccolo evento esplosivo originale. Questo è ciò che si definisce esplosione primaria.

Una volta che ciò accade, non solo la fiamma iniziale sostiene l’azione, ma l’onda di pressione che circonda il fronte di fiamma solleva ancora più materiale, aggiungendo letteralmente carburante al fuoco. Il fuoco è ora completamente autosufficiente e continuerà a funzionare fino a quando il carburante non sarà esaurito. Una volta che la nube di polvere prende fuoco, si innesca un’esplosione secondaria di polvere. Le esplosioni secondarie di polvere possono essere estremamente devastanti, come si vedrà dagli esempi riportati più avanti in questo articolo.

I riciclatori, soprattutto per i metalli, sono inclini alle esplosioni di polveri. Il riciclo misto offre ancora più opportunità di creare polveri che aumentano la loro esplosività in combinazione.

La produzione di farmaci richiede riempitivi “inerenti” (come l’amido di mais) per realizzare compresse. Una compressa può pesare 1000 mg (un grammo) per erogare 10 o 15 mg di medicinale. Apparentemente, è per scopi commerciali, per rendere la pillola più grande e impressionante al fine di aumentare il prezzo. Al contrario, se fosse troppo piccola per la stampa, sarebbe difficile identificare i prodotti.

Altri processi industriali problematici includono l’estrazione del carbone, la produzione di carta, la stampa di libri, il funzionamento dei silos di grano, la raffinazione dello zucchero o dei cereali e molto altro. Tutto si riduce al fatto che qualsiasi solido che brucia diventerà un eccellente combustibile quando trasformato in polvere.

La produzione di apparecchiature mediche è anch’essa pericolosa. Sacche per flebo, tubi, siringhe ipodermiche e le parti in gomma ad esse collegate possono essere trasformate in polvere come parte del processo di produzione, come scoperto nel 2003 presso lo stabilimento West Pharmaceutical Plant della North Carolina . Quell’incidente ha causato 6 morti e 36 feriti aggiuntivi, distruggendo lo stabilimento e eliminando centinaia di posti di lavoro per i lavoratori di Kinston, North Carolina.

La Riduzione del rischio di Esplosioni di Polvere si riduce alle tre C:
Contain, Capture, and Clean (Contenere, Catturare, Pulire)

Se la polvere combustibile viene contenuta e gestita correttamente, i problemi non hanno la possibilità di evolversi e raggiungere livelli rischiosi. A volte un processo non consente di contenere completamente la polvere generata, quindi è necessario catturarla prima che si disperda. Le tecniche possono essere semplici come un sistema di aspirazione per una macchina da taglio o da rettifica.

A volte è necessario esporre un prodotto (ad esempio, zucchero o farina) al calore e all’aria per eliminare l’umidità, con conseguente formazione di polveri combustibili in fuga. Queste polveri possono sollevarsi e depositarsi su travi della copertura, sotto nastri trasportatori e accumularsi negli angoli vicino alle porte d’accesso. Queste devono essere rimosse, non con un getto d’aria, che le lancerebbe e le disperderebbe ulteriormente, ma con raccolta meccanica o aspirata.

Alcune polveri sono relativamente innocue, come il talco non infiammabile o il bicarbonato di sodio, entrambi spesso utilizzati negli apparecchi antincendio. Per conoscere il rischio, raccogli campioni delle tue polveri tipiche e inviale a un laboratorio per test di esplosione di polveri. Tali laboratori possono fornire informazioni molto specifiche sulla densità richiesta che costituirà un rischio da lieve a estremo, in modo che tu possa mitigare i rischi di conseguenza.

Nel discutere della sicurezza legata alle polveri, è essenziale allontanare la polvere dalle fonti di accensione, ma è altrettanto importante mantenere in buono stato l’attrezzatura stessa. L’accumulo di polvere all’interno del sistema di raccolta può costituire un pericolo invisibile. Quando tutte le parti dello stabilimento sono connesse a un sistema di aspirazione, è necessario dotarlo di porte antideflagranti a chiusura automatica, in grado di resistere alla pressione eccessiva, in modo che le esplosioni non possano propagarsi nell’intera fabbrica. Questi sistemi sono dotati di sfoghi verso l’esterno in modo che le conflagrazioni abbiano una via sicura di uscita lontano da dipendenti, attrezzature e fonti di combustibile.

Per illustrare ulteriormente quanto siano potenti le esplosioni di polvere, consideriamo quanto segue. Le esplosioni che vediamo sullo schermo nei film, come quelle di auto, carri armati, edifici, e così via, sono praticamente mai alimentate da ciò che sembra. Potrebbe sembrare che il serbatoio di benzina di un’auto stia esplodendo, ma in realtà è semplicemente una scatola di polvere infiammabile, generalmente un tipo di spore fungine e un po’ di nitrocellulosa, sparata da un cannone ad aria attraverso un generatore di scintille.

È così che generano quella gigantesca fontana di fiamme che sembra così spettacolare. Lo spettacolo è la ragione per cui lo fanno, oltre al fatto che è estremamente sicuro nelle mani di un tecnico professionista degli effetti speciali. Fa FLASH e si arresta quasi istantaneamente senza residui pericolosi. Ora, poiché è piuttosto silenzioso, possono aggiungere suoni di “boom”, mettere un paio di bruciatori di acetilene sporchi intorno all’auto “esplosa” per fiamme arancioni, scuotere leggermente la telecamera durante la post-produzione mentre registra una grande scatola di piccole parti che viene rovesciata dall’alto, fuori campo, per atterrare nelle vicinanze in modo minaccioso.

Nel 1921, un’esplosione in una miniera di carbone australiana, alimentata da polvere di carbone, lanciò questi massicci tamburi di cavi a 15 metri in aria. Ciò nonostante fossero ancorati in fondamenta di cemento!

Ci sono state innumerevoli istanze di esplosioni di polveri, risalenti addirittura al 1785 quando un mulino italiano per la farina fu coinvolto in un’esplosione di polveri che ferì due lavoratori. Il magazzino della Panetteria Giacomelli fu coinvolto in tale esplosione, probabilmente a causa di una lampada a olio che accese la polvere combustibile.

La famigerata esplosione del mulino Washburn nel 1878 causò la morte di 18 persone, come mostrato in questa immagine stereogramma della Library of Congress. Pezzi del tetto in cemento atterrarono a una notevole distanza, le finestre furono esplose dalle case e due mulini adiacenti furono gravemente danneggiati.

Nel 1893, un’esplosione di polveri a Litchfield, Illinois, causò la morte di una persona, distrusse 40 case e demolì attività commerciali per due isolati intorno al luogo. Il livello stesso della distruzione portò alla prima regolamentazione per i sistemi di soppressione degli incendi nei mulini e richiese una formazione adeguata per le persone che lavoravano in quegli ambienti.

La lista continua, con 23 persone uccise nella fabbrica di Quaker Oats nel 1916; 42 in un’esplosione di polvere di mais a Pekin, Illinois; 18 in una fabbrica di caramelle Brach’s nel 1948; un’esplosione di polvere di cereali nel 1975 che uccise solo due lavoratori, ma esplose le finestre fino a 20 isolati di distanza; e l’esplosione di polvere di farina nel 1977 che uccise 36 a Westwego, Louisiana.

Il record potrebbe essere l’esplosione di polveri chimiche del 1921 a Oppau, in Germania, quando si incendiarono dei silos contenenti fertilizzanti. L’esplosione uccise direttamente fino a 600 persone e ne ferì altre 2.000.

Ci auguriamo che dalla lettura di questo articolo sia emerso chiaramente quanto possano essere pericolose e ingannevoli le esplosioni di polveri. Le sostanze pericolose non sono sempre evidenti e le esplosioni di polvere sono spesso più distruttive di quelle di gas.
I disastri possono essere evitati grazie a una corretta gestione della casa e all’uso di apparecchiature a prova di esplosione. Se avete domande su ATEX o sulle esplosioni di polveri, siamo qui per aiutarvi.