gpl - vigili del fuoco

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Ministero dell’Interno
Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco
GPL
Servizio Tecnico Centrale
ISPETTORATO PER LA FORMAZIONE PROFESSIONALE
CORSI MULTIMEDIALI
INDICE
G.P.L.
1. IDROCARBURI.......................................................................................................7
1.1. CARBONIO .............................................................................................................7
1.2. LA FAMIGLIA DI IDROCARBURI DEL METANO (ALCANI).................................................9
1.3. PRODUZIONE DI IDROCARBURI ...............................................................................12
1.4. PROPANO ............................................................................................................14
1.5. BUTANO ...............................................................................................................16
1.6. GPL ....................................................................................................................17
2. ELEMENTI DI FISICA DEI FLUIDI .......................................................................19
2.1. DIAGRAMMI DI STATO ............................................................................................19
2.2. TENSIONE DI VAPORE ............................................................................................21
2.3. LIQUEFAZIONE DEI GAS .........................................................................................23
2.4. LEGGI DEI GAS PERFETTI .......................................................................................25
2.5. STATICA DEI FLUIDI ...............................................................................................28
2.6. CENNI SULLA DINAMICA DEI FLUIDI .........................................................................31
3. IL GPL IN ITALIA..................................................................................................33
3.1. INTRODUZIONE......................................................................................................33
3.2. LA PREPARAZIONE DEL GPL PER LA DISTRIBUZIONE ...............................................36
3.3. ELEMENTI DI UN GRANDE DEPOSITO........................................................................38
3.4. IMPIANTI PER IL TRAVASO STANDARD DI GPL ..........................................................39
3.4.1. Generalità........................................................................................................39
3.4.2. Trasferimento tra serbatoi fissi e mobili di grande capacità.............................40
3.4.3. Autobotti e piccoli serbatoi...............................................................................42
3.4.4. Imbottigliamento ..............................................................................................43
3.4.5. Stazioni di distribuzione di GPL per autotrazione ............................................45
3.4.6. Il riempimento “a tappo”...................................................................................46
4. SERBATOI E ACCESSORI ..................................................................................49
4.1. INTRODUZIONE......................................................................................................49
4.2. GRANDI SERBATOI ................................................................................................50
4.3. PICCOLI SERBATOI ................................................................................................55
4.4. BOMBOLE ............................................................................................................57
3
GPL
4.5. ALTRI DISPOSITIVI PER L’UTILIZZAZIONE DEL GPL................................................... 58
4.5.1. Riduttori di pressione e vaporizzatori .............................................................. 58
4.5.2. L’impianto per il GPL nelle auto ...................................................................... 61
5. RILASCIO DI GAS INFIAMMABILI: FENOMENI FISICI...................................... 65
5.1. COMBUSTIONE E LIMITI DI INFIAMMABILITÀ .............................................................. 65
5.2. DEFLAGRAZIONE ED ESPLOSIONE DI UN GAS........................................................... 67
5.3. FUORIUSCITA DI GPL DA UN SERBATOIO ................................................................ 68
5.4. BLEVE ................................................................................................................. 70
5.5. SFERA DI FUOCO (FIREBALL) ................................................................................. 73
5.6. ESPLOSIONE DI NUBE DI VAPORE NON CONFINATA (UVCE) ..................................... 75
6. STATISTICA, TIPOLOGIA E MISURE DI PREVENZIONE DI INCIDENTI IN
ITALIA ...................................................................................................................... 77
6.1. INTRODUZIONE ..................................................................................................... 77
6.2. EVENTI ANOMALI IN IMPIANTI DI STOCCAGGIO ......................................................... 79
6.3. PICCOLI SERBATOI ............................................................................................... 81
6.4. DEPOSITO DI GAS GPL PER USO DOMESTICO (BOMBOLE)........................................ 82
6.5. SEGNALATORI E RILEVATORI DI GAS....................................................................... 83
6.6. AUTOVETTURE CON IMPIANTO DI ALIMENTAZIONE A GAS GPL COINVOLTE IN UN
INCENDIO .................................................................................................................... 85
6.7. UN ESEMPIO SIGNIFICATIVO DI INCIDENTE: BLEVE AUTOCISTERNA, SICILIA 1996. ...... 86
7. INTERVENTI DEL C.N.VV. F. SU RILASCI DI GPL INCENDIATI E ALTRE
EMERGENZE ........................................................................................................... 89
7.1. GETTI INFIAMMABILI DI GPL IN FASE LIQUIDA ......................................................... 89
7.2. INTERVENTI SU GRANDI FIAMME DI GPL ................................................................. 91
7.3. SERBATOIO ESPOSTO A INCENDIO.......................................................................... 94
7.3.1. Serbatoi fissi ................................................................................................... 94
7.3.2. Serbatoi di autovetture alimentate a GPL ....................................................... 96
7.3.3. Bidoni.............................................................................................................. 98
7.4. TRAVASI DI GPL IN EMERGENZA ........................................................................... 99
7.4.1. Il “clarinetto” .................................................................................................. 100
7.4.2. Travasi di emergenza tra serbatoi mobili ...................................................... 101
7.4.3. Travaso di emergenza di un serbatoio fisso ................................................. 103
8. ANALISI DEI RISCHI E PIANI DI EMERGENZA ESTERNI AI GRANDI IMPIANTI
DI GPL.................................................................................................................... 105
8.1. CENNI SULLA VULNERABILITÀ DELL’UOMO ALLA RADIAZIONE TERMICA ................... 105
8.2. EFFETTI DELLA RADIAZIONE SUI MATERIALI .......................................................... 107
8.3. METODOLOGIE PER L’ANALISI DEL RISCHIO .......................................................... 108
4
INDICE
8.3.1. Lo studio sul campo ......................................................................................109
8.3.2. La simulazione ..............................................................................................111
8.4. SOSTANZE PERICOLOSE ED EFFETTO DOMINO .......................................................113
8.5. ELEMENTI DI UN PIANO DI EMERGENZA ESTERNA AD UN DEPOSITO DI GPL...............115
8.6. IL COMPUTER PER L’EMERGENZA E IL C.N.VV.F. (PROGETTO SIGEM-SIMMA) .........117
5
IDROCARBURI
1. IDROCARBURI
1.1. Carbonio
L’atomo di carbonio, il sesto elemento della tavola periodica, è costituito da sei
elettroni, sei protoni e sei neutroni (si veda fig. 1), la sua massa è esattamente pari a
dodici unità elementari1.
Figura 1
Esso costituisce il riferimento attualmente adottato per l’unità di massa atomica (un
dodicesimo di quella del carbonio) e per l’unità di misura della quantità di sostanza2.
Aggregati di soli atomi di carbonio, a seconda della disposizione spaziale degli atomi,
possono portare a sostanze assai diverse: la grafite (fig. 2), il diamante (fig. 3) e un
materiale realizzato da Fuller nel 1985 e per questo chiamato fullerene (fig. 4).
Figura 2
Figura 3
1
Figura 4
La massa in unità atomiche di un elemento, in prima approssimazione, è pari alla somma del numero
di protoni e neutroni. Queste particelle costituenti il nucleo atomico hanno masse, ad esempio
espresse in kilogrammi, con valori molto vicini ed estremamente più grandi di quella dell’elettrone.
Storicamente il riferimento dell’unità elementare di massa è stato dapprima l’idrogeno (elemento con
un solo protone) posto uguale ad uno. Oggi il valore accettato per l’idrogeno è 1,008.
2
La mole nel Sistema Internazionale viene definita come la quantità di sostanza di un sistema che
contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0,012 kilogrammi di carbonio 12. Ovvero una
mole di carbonio corrisponde ad una massa di 12 grammi di questo elemento.
7
GPL
L’importanza di questo elemento è innanzitutto nel ruolo che svolge nei cicli vitali;
grassi, proteine, zuccheri contengono elevate percentuali di carbonio e
l’alimentazione può spesso essere schematizzata con una reazione chimica in cui un
atomo di carbonio si lega ad una molecola di ossigeno per dar luogo ad un gas
(diossido di carbonio, spesso indicato come anidride carbonica) più una certa
quantità di energia che viene utilizzata nei modi più disparati.
L’alterazione del ciclo dell’anidride carbonica1 (rappresentato schematicamente nella
figura 5) è dovuto a un surplus di utilizzo di combustibili contenenti carbonio per il
riscaldamento, la produzione di energia elettrica e il trasporto su strada; combustione
che può essere schematizzata sempre secondo la reazione:
C + O2 → CO2 + energia
Figura 5
Dei milioni di composti del carbonio, molti, come è facile capire dalle considerazioni
precedenti, sono prodotti di piante ed animali; così fino agli inizi del 1800 si pensava
che essi fossero la conseguenza di una forza vitale, da cui il nome di chimica
organica che ancor oggi viene attribuito allo studio dei composti del carbonio.
1
Il problema principale di un eccesso di anidride carbonica in atmosfera su scala globale è la sua
capacità a trattenere la radiazione infrarossa (il calore riemesso dalla terra) che contribuisce al lento
riscaldamento complessivo della terra: effetto serra.
8
IDROCARBURI
1.2. La famiglia di idrocarburi del metano (alcani)
In una sostanza, il singolo atomo di carbonio ha spesso quattro legami semplici con
altri atomi, come nell’esempio del diamante (vedi fig. 3).
Il più semplice composto di idrogeno (elemento caratterizzato da un solo legame) e
carbonio è allora una molecola costituita da un atomo di carbonio e quattro atomi di
idrogeno in una struttura che assume una forma spaziale che ricorda un tetraedro
(fig. 6).
Figura 6
Tale composto è il metano CH4. La reazione di combustione del metano con
l’ossigeno risulta:
CH4 + 2O2 → CO2 +2H2O + energia
(con i numeri davanti ai simboli chimici dei composti, chiamati coefficienti
stechiometrici, indicanti il numero di molecole che si combinano nella reazione1).
Ossigeno (aria) più metano in determinate condizioni, fiamma libera o scintilla2,
possono quindi dare origine ad anidride carbonica, vapor acqueo ed un’energia che
può essere misurata dal cosiddetto potere calorifico o calore di combustione della
sostanza3.
1
Nell’esempio una molecola di metano si combina con due di ossigeno per dar luogo a una molecola
di anidride carbonica e due di acqua.
2
Facendo fuoriuscire gas a bassa pressione e utilizzando una scintilla o un fiammifero si riesce ad
ottenere la combustione. Operazione familiare a tutti visto l’utilizzo del metano nella maggioranza delle
cucine italiane.
3
Il potere calorifico misura l’energia prodotta nella combustione di un’unità di massa del combustibile.
Normalmente si parla di potere calorifico inferiore quando tutta l’acqua che si forma nella combustione
si libera sotto forma di vapore acqueo.
9
GPL
Il metano costituisce il capostipite di una famiglia chimica, i cui componenti sono detti
alcani, di idrocarburi (idrogeno + carbonio) caratterizzati da legami semplici tra gli
atomi che compongono l’idrocarburo stesso.
La molecola del successivo elemento della famiglia (l’etano) è rappresentata
tridimensionalmente in figura 7.
Figura 7
Come è chiaro, per ottenere l’etano C2H6 è come se avessimo aggiunto alla molecola
del metano (CH4) (fig. 8) un gruppo composto da un atomo di carbonio e due di
idrogeno (CH2). Il risultato è riportato nella figura 9.
Figura 8
Figura 9
10
IDROCARBURI
Si può iterare (ripetere) il procedimento ottenendo il propano (C3H8), il butano
(C4H10), il pentano (C5H12), l’esano (C6H14). Nelle figure 10 e 11 sono rappresentate
le molecole di questi ultimi due idrocarburi.
Figura 10
Figura 11
APPROFONDIMENTO
Si possono generalizzare le considerazioni precedenti, riportando in una tabella il
numero di atomi di carbonio e di idrogeno degli idrocarburi della famiglia degli alcani.
Atomi di carbonio
1
2
3
4
5
6
Atomi di idrogeno
4
6
8
10
12
14
Idrocarburo
metano
etano
propano
butano
pentano
esano
E’ facile capire confrontando i diversi numeri che l’ennesimo componente della
famiglia si ottiene a partire dalla formula: CnH2n+2. Per n=1 si ha il metano e così via
per gli altri valori di n.
Gli alcani a temperatura ambiente si possono presentare nella forma solida, liquida e
gassosa a seconda del numero di atomi che lo compongono. Essi in genere non
vengono commercializzati allo stato puro; inoltre costituiscono i componenti principali
della benzina, del gasolio, del gas naturale e della paraffina.
11
GPL
1.3. Produzione di idrocarburi
L’Italia pur non avendo giacimenti particolarmente ricchi di idrocarburi ha oggi una
certa produzione nazionale. In tabella vengono riportati i valori relativi agli ultimi anni.
Produzione nazionale di idrocarburi liquidi e gassosi
Gas naturale
(t)
1996
1997
1998
20.218.302
19.461.505
19.164.173
Olio grezzo
(t)
5.429.849
5.936.297
5.600.278
Gasolina
naturale
(t)
21.778
21.517
22.471
Metri
complessivi
perforati
(m)
210.427
157.549
159.116
Nel caso del petrolio, il prodotto grezzo, il greggio, un liquido marrone verdastro,
molto viscoso, viene lavorato per separarne le diverse componenti (ad esempio
idrocarburi con diversi punti di ebollizione).
Nelle raffinerie le componenti del petrolio, riscaldate a 400°C, divengono vapore;
successivamente, all’interno di torri di distillazione (si veda fig. 12) i vapori
condensano a diverse altezze (la torre all’interno ha dei piatti con temperature
crescenti dall’alto verso il basso).
Figura 12
Le diverse frazioni si raccolgono sui piani della torre. Gli oli pesanti vengono poi
sottoposti ad un ulteriore processo di distillazione che, ora , avviene sotto vuoto.
12
IDROCARBURI
La benzina ricavata nel processo di distillazione non è ancora adatta ad un impiego
immediato e viene sottoposta ad un processo chiamato cracking (fig. 13) per
aumentarne la percentuale di idrocarburi leggeri, consistente in un riscaldamento e
riaggregazione di componenti su particolari catalizzatori.
Figura 13
13
GPL
1.4. Propano
Se si riscalda ad esempio dell’olio di paraffina su alcuni granuli di sostanze che
favoriscono la reazione chimica (catalizzatori) e si raffredda il gas risultante si
ottengono benzina e gas di cracking (si veda fig. 14).
Figura 14
Questi ultimi contengono alte percentuali di propano, il terzo elemento degli alcani
(per la struttura chimica si rimanda alla figura 15)1 .
Figura 15
Il propano è la base per la formazione di diversi prodotti chimici (tra gli altri: etilene,
formaldeide, acetone), ma soprattutto può essere liquefatto facilmente alle
temperature ordinarie; in tal modo si riesce a concentrare una grande quantità di
energia in un piccolo volume.
1
Anche a partire dai giacimenti di metano è possibile ottenere idrocarburi leggeri.
14
IDROCARBURI
Si consideri ad esempio una bombola per cannelli di taglio o saldatura con all’interno
del propano liquido (fig. 16): se si apre la valvola fuoriesce propano gassoso, mentre
all’interno della bombola (fig. 17) il propano allo stato liquido evapora.
Figura 16
Figura 17
Dopo la chiusura della valvola si riforma l’equilibrio tra propano liquido e aeriforme,
con valori della pressione non molto distanti da quelli iniziali. A temperature ordinarie
risultano pressioni prossime a 10 bar (dieci volte, circa la pressione atmosferica1). In
questo modo, vista la notevole differenza tra la densità del liquido e del gas, è
possibile ottenere per ogni litro di propano liquido circa 270 litri di vapore.
Tutto ciò ha un prezzo: l’elevata pressione che deve sopportare il recipiente, unita
all’alta infiammabilità del propano, pongono problemi di pericoli potenziali e di
sicurezza.
1
Le unità di misura della pressione saranno trattate in dettaglio nel prossimo capitolo. L’unità del
Sistema Internazionale per la pressione è il pascal (simbolo Pa); la pressione atmosferica equivale a
101.325 Pa, mentre un’altra unità molto utilizzata, il bar, è uguale a 100.000 Pa.
15
GPL
1.5. Butano
Accendini, bombolette da campeggio (fig. 18) contengono, generalmente butano. Il
“gas liquefatto” commercializzato con questo nome non è in realtà la semplice
sostanza di cui abbiamo parlato la cui struttura chimica è rappresentata in figura 19,
ma una miscela complessa composta da butano e isobutano, butene e isobutene1,
idrocarburi aventi proprietà fisiche diverse.
Figura 18
Figura 19
Per rendere liquido il butano alla temperatura ambiente (20°C) è sufficiente
sottoporlo ad una pressione di circa 3 bar, notevolmente inferiore a quella del
propano. Ne consegue il maggiore impiego del butano rispetto al propano in quelle
situazioni in cui non sono necessari grandi quantitativi di combustibile e si impiegano
contenitori (serbatoi) con pareti non particolarmente spesse.
La mancanza di azioni corrosive sui metalli, la sua non tossicità2, il suo alto potere
calorifico depongono in favore del suo utilizzo come combustibile; d’altro canto nei
mesi invernali non sarebbe possibile utilizzare in maniera adeguata vapori di butano
per la pressione troppo bassa, tale da non garantire un flusso sufficiente agli
impianti.
1
L’isobutano ha la stessa formula chimica del butano, ma la disposizione spaziale dei suoi atomi è più
ramificata rispetto a quella del butano. Il butene presenta, a differenza degli idrocarburi tipo metano,
dei doppi legami tra gli atomi di idrogeno e carbonio.
2
In forti concentrazioni (oltre il 20%) il butano può avere effetti narcotici. La concentrazione massima
ammissibile raccomandata per i lavoratori esposti (8 ore per 5 giorni alla settimana) è di 800 parti per
milione di volume in aria.
16
IDROCARBURI
1.6. GPL
Per ovviare agli inconvenienti del propano (alta pressione di esercizio) e a quelli del
butano (opposti al precedente) i due idrocarburi vengono utilizzati come miscela.
Il cosiddetto gas di petrolio liquefatto (GPL) è composto per circa il 30% da propano
commerciale e per il 70% da butano commerciale. Tenendo presente che questi
valori non sono determinati per legge, che i diversi produttori utilizzano percentuali
leggermente diverse, che la dizione commerciale sottende a sua volta la
composizione della sostanza come miscela di idrocarburi, si capisce che l’unica
definizione possibile per il GPL fissa solo valori limite per la pressione di esercizio e
la densità del combustibile ad una temperatura di riferimento, accennando al tempo
stesso alla composizione chimica.
Secondo le indicazioni ministeriali1, il GPL è un gas liquefattibile a temperatura
ambiente, avente tensione di vapore massima di 18 bar a 50°C e densità non
inferiore a 440 kg al metro cubo a 50°C, costituito prevalentemente da idrocarburi
paraffinici e olefinici2 a tre e quattro atomi di carbonio.
1
2
Decreto del Ministero dell’Interno 13 ottobre 1994.
Sinonimo di alcheni, cioè della famiglia del metano.
17
GPL
APPROFONDIMENTO
Reazioni chimiche di combustione
In condizioni normali, per la combustione di 1 metro cubo di propano sono necessari
all’incirca 24 metri cubi di aria, mentre il butano necessita di circa 30 metri cubi di
aria. Per spiegare tali valori basta sapere la percentuale di ossigeno in aria (21%) e
avere conoscenze chimiche tali da risolvere il problema del bilanciamento di una
reazione. Iniziamo con l’esempio del propano C3H8. In analogia alle reazioni di
combustione già trattate in precedenza è facile ottenere (scegliendo i numeri davanti
ai simboli delle molecole in modo da avere lo stesso numero di atomi a destra e a
sinistra della freccia):
C3H8 + 5 O2 → 3CO2 +4 H2O
Quindi una molecola di propano si combina con 5 molecole di ossigeno; poiché si
tratta di gas un’unità di volume di propano si combina con cinque unità di volume di
ossigeno. Un metro cubo di propano reagisce con 5 metri cubi di ossigeno. Il volume
di aria corrispondente sarà quasi cinque volte maggiore perché l’ossigeno è il 21%
dell’aria1. E’ facile ripetere il calcolo per il butano partendo dalla reazione bilanciata:
2C4H10 +13 O2 → 8CO2 + 10H2O
1
Per ottenere il valore di 24 metri cubi, basta dividere 5/0,21.
18
ELEMENTI DI FISICA DEI FLUIDI
2. ELEMENTI DI FISICA DEI FLUIDI
2.1. Diagrammi di stato
Per definire e confrontare le proprietà fisiche e chimiche delle sostanze spesso sono
state scelte come riferimento le caratteristiche dell’acqua. Essa viene utilizzata e
trasformata nei suoi diversi stati di aggregazione: solido, liquido, gassoso.
Fissato un certo volume ci si potrebbe chiedere a quale pressione e temperatura
l’acqua si trovi allo stato liquido, allo stato solido e in quello gassoso. Ovviamente in
condizioni di pressione normale (quella atmosferica) al di sopra dei 100°C l’acqua
sarà nello stato aeriforme, al di sotto di questa temperatura e al di sopra di 0°C si
troverà nello stato liquido e infine al di sotto di 0°C sarà solida.
Ripetendo la stessa operazione a pressioni diverse si possono ottenere diagrammi
(temperatura, pressione) in cui in ogni punto viene specificato lo stato di
aggregazione della sostanza, i cosiddetti diagrammi di stato.
Ben presto ci accorgeremmo delle difficoltà di classificare alcuni punti del piano in cui
coesistono liquido e vapore (100°C nell’esempio precedente) o liquido e solido (0°C
alla pressione normale). Punti che di fatto permettono la costruzione dei termometri,
nel piano temperatura-pressione, uniti tra di loro, formano una curva che separa due
zone aventi diversi stati di aggregazione. Con riferimento alla figura 20, appena al di
sotto della curva la sostanza è vapore, mentre al di sopra la sostanza è liquida.
Figura 20
19
GPL
Limitandoci per ora a queste due fasi (considerando anche il solido esistono anche i
punti tripli in cui coesistono tutte e tre le fasi) analizziamo i diagrammi di stato relativi
al propano (C3H8), al butano (C4H10) e ai loro relativi prodotti commerciali,
rappresentati in figura 21.
Figura 21
A pressione normale (101.325 pascal, 1,013 bar) il propano bolle a –42°C, mentre il
butano ha una temperatura di ebollizione di -0,5°C. Se si innalza la pressione anche
la temperatura di ebollizione aumenta e si ottiene un equilibrio liquido-vapore a
temperature più elevate. Per questa stessa ragione, in una pentola a pressione la
temperatura di ebollizione dell’acqua è maggiore di 100°C e i cibi si cuociono più
rapidamente, mentre in montagna, con pressioni più basse di quelle a livello del
mare, la temperatura di ebollizione è di conseguenza minore1, porta a una cottura più
lenta e, in alcuni casi, peggiore rispetto alle condizioni normali.
Vediamo, sempre con riferimento la figura 2, che il butano commerciale a 0°C ha un
valore della pressione di 2 bar2 e il propano raggiunge 6 bar, mentre a 50°C il valore
della pressione di equilibrio del butano è 8 bar, quella del propano 20 bar.
1
Un classico esperimento di laboratorio di fisica mostra la possibilità di far bollire l’acqua a 20°C
semplicemente inserendo un recipiente contenente acqua al di sotto di una campana di vetro
collegata ad una pompa a vuoto. Un termometro all’interno dell’acqua permette il controllo della
temperatura. Togliendo aria al di sopra del recipiente, riducendo la pressione, incominciano a formarsi
piccole bolle che via via divengono più grandi fino all’ebollizione completa dell’intero liquido.
2
Ritorneremo più volte sulle unità di misura della pressione, qui basti ricordare che in prima
approssimazione la pressione normale è 1 bar.
20
Considerando che il GPL è una miscela di butano e propano commerciali si capisce
come negli intervalli di temperature ordinarie serbatoi come in figura 22 debbano
sopportare pressioni di esercizio dell’ordine di 10-14 bar1.
Figura 22
2.2. Tensione di vapore
Il contenitore, in genere di forma cilindrica orizzontale o verticale (fig. 23), è riempito
per circa l’80% di GPL nella fase liquida, mentre nel restante 20% di volume vi sono i
vapori di GPL.
Figura 23
1
In realtà il recipiente è pensato per resistere a pressioni più elevate. Nel capitolo dedicato ai serbatoi
ne vengono date le caratteristiche tecniche.
21
GPL
L’equilibrio tra le due fasi è dinamico, nel senso che alla pressione di equilibrio (detta
anche tensione di vapore saturo) la massa del liquido e del vapore non cambiano
(fig. 24) anche se continuamente molecole del liquido si trasformano in vapore
(vaporizzazione) e molecole del vapore si trasformano in liquido (liquefazione).
Figura 24
Il termine tensione di vapore saturo sta ad indicare che nemmeno una goccia di
liquido, a quella temperatura, può aggiungersi al vapore e viceversa. Per rompere
l’equilibrio bisogna togliere del vapore. Ad esempio, mentre si utilizza il GPL, si
sottrae vapore e questo viene prodotto a scapito della massa di liquido che, quindi,
durante l’utilizzazione evaporerà.
Ovviamente un altro modo di modificare l’equilibrio dinamico è variare la temperatura
esterna: in questo caso, come abbiamo già detto, varierà la tensione di vapore e di
conseguenza lo stress al quale è sottoposto il recipiente metallico.
22
2.3. Liquefazione dei gas
A pressione atmosferica è abbastanza semplice liquefare il butano: basta far passare
in un recipiente immerso in una soluzione a bassa temperatura del butano gassoso
(fig. 25).
Figura 25
Un metodo alternativo per raggiungere lo stesso scopo, potrebbe essere quello di
provare a sottoporre il gas, a temperatura ambiente, a pressioni crescenti (fig. 26).
Figura 26
Lo studio di un gas reale (mantenuto a temperatura costante in un termostato) in un
recipiente a volume variabile porta a scoprire che in realtà solo al di sotto di una data
temperatura è possibile liquefare la sostanza aeriforme per sola compressione.
23
GPL
Al di sopra di tale temperatura aumentando la pressione si riduce il volume del gas
seguendo approssimativamente una legge che porta il nome di Robert Boyle (fig.
27):
a temperatura costante, pressione e volume del gas sono grandezze
inversamente proporzionali
ovvero, in simboli:
PV = costante1
Figura 27
Il grafico risultante nel piano volume-pressione è un’iperbole.
Abbassando la temperatura del termostato e ripetendo l’esperimento, la curva
risultante si allontana sempre più dalla regolarità di un’iperbole fino a raggiungere
una temperatura critica (Tc) al di sotto della quale vi è un’ampia zona in cui
coesistono liquido e vapore.
Le curve risultanti sono riportate nella figura 28.
Figura 28
1
Raddoppiando la pressione si dimezza il volume, triplicando P il volume V si riduce a 1/3, ecc.
24
Nella tabella che segue vengono indicati i valori approssimati delle pressioni critiche
e delle temperature critiche del propano, butano e GPL.
Sostanza
propano
butano
GPL1
Temperatura critica (°C)
97
152
136
Pressione critica (bar)
42
38
39
Come si vede alla temperature ordinarie il GPL e i suoi componenti possono essere
sempre liquefatti esercitando la pressione opportuna.
2.4. Leggi dei gas perfetti
E’ possibile cercare di generalizzare la legge di Boyle, ottenendo un’equazione che
descriva le curve sperimentali di figura 28. Le curve teoriche (fig.29) ottenute da Van
der Waals approssimano in modo sufficientemente preciso l’andamento di molti gas
reali.
Figura 29
Tuttavia, data la relativa complessità delle equazioni corrispondenti, ha avuto molto
più successo una legge approssimata descrivente non il gas reale, ma un suo
modello ideale, chiamata per questo legge dei gas ideali. Essa permette di
effettuare rapidi calcoli e di raggiungere in fretta a conclusioni sufficientemente
approssimate rispetto a molte situazioni reali.
Poiché un gas può essere caratterizzato da una certa pressione, da una temperatura
e dal volume (del recipiente che lo contiene), lo studio dei gas, per semplicità, viene
realizzato mantenendo costante una grandezza e variando le altre due.
1
Si tenga presente che i valori del propano e del butano si riferiscono alle sostanze pure, mentre il
GPL è una miscela, con percentuali non fissate a priori di butano e propano commerciali.
25
GPL
Abbiamo già trattato il caso in cui la temperatura è costante.
Vediamo ora la legge approssimata relativa alle trasformazioni a volume costante,
associata in genere al nome di Gay Lussac (fig. 30) e quella relativa alle
trasformazioni con pressione costante studiata dallo scienziato Charles (fig.31).
Figura 30
Figura 31
Ancora oggi, è facile ottenere dei valori sperimentali utilizzando solo un recipiente
rigido (volume costante) contenente aria (una miscela di gas) e misurando la
pressione al variare della temperatura.
Riportando i valori della temperatura e della pressione su un grafico si ottengono dei
punti allineati; il grafico risultante è una retta che non passa per l’origine (fig. 32).
Figura 32
26
Prolungando questa retta dalla parte delle temperature Celsius negative si ricava che
l’intersezione con l’asse orizzontale (pressione con valore nullo) vale –273°C (vedi
fig. 33).
Figura 33
Dunque avvicinandosi teoricamente1 alla pressione nulla la temperatura dei gas2
tende a –273°C. Appare allora naturale passare dalla scala Celsius della
temperatura ad un’altra scala traslata (spostata) di 273 gradi in modo da ottenere
una retta passante per l’origine (vedi fig. 34).
Figura 34
L’unità di misura della temperatura termodinamica è oggi il kelvin (simbolo K3) che si
ottiene dal grado Celsius aumentandolo di un valore pari a 273,154. Con questa unità
per i gas ideali, pressione e temperatura a volume costante sono grandezze
direttamente proporzionali; ovvero, in simboli, la legge di Gay-Lussac diviene: P/T =
costante5.
1
Se i valori sperimentali fossero presi su un ampio intervallo di temperature questi non sarebbero più
allineati.
2
In realtà i gas a bassa temperatura liquefa, quindi il discorso è puramente teorico.
3
In passato si utilizzava la notazione gradi kelvin, oggi abolita dal Sistema Internazionale. Ancora in
molti vecchi testi e nei libri americani (che non adottano il SI) è possibile trovare °K.
4
L’intervallo (le variazioni di temperatura) di un grado Celsius corrisponde comunque a 1 kelvin.
Ovvero dire che la temperatura è aumentata di un kelvin o di 1°C è equivalente. Spieghiamolo con un
esempio: una sostanza passa da 20°C a 21°C, quindi la sua temperatura iniziale di 293 K raggiunge
294 K.
5
Raddoppiando la pressione si raddoppia il valore della temperatura (espressa in kelvin), ecc.
27
GPL
Così è infine possibile arrivare a dimostrare che anche volume e temperatura (a
pressione costante) sono grandezze direttamente proporzionali; in simboli la legge di
Charles si esprime nella forma: V/T = costante. Raddoppiando la temperatura
(kelvin) di un gas in un recipiente che può variare il suo volume, questo a sua volta
diviene due volte il valore di partenza1.
APPROFONDIMENTO
Equazione di stato dei gas
Le tre leggi dei gas (Boyle, Charles e Gay Lussac) possono essere riassunte in
un’unica equazione che prende il nome di equazione di stato dei gas ideali. In
simboli:
PV=nRT
con P = pressione misurata in pascal2; V = volume espresso in metri cubi; T =
temperatura misurata in kelvin; n = quantità della sostanza misurata in moli3, R =
costante dei gas che vale nel Sistema Internazionale 8,3154.
2.5. Statica dei fluidi
Se la temperatura e la sua unità di misura rappresentano argomenti importanti dei
precedenti paragrafi, qui parleremo di altre grandezze: la densità, chiamata oggi
massa volumica per indicare che si ottiene dal rapporto tra massa e volume, e,
ancora, la pressione.
Per ricavare la massa volumica dell’aria è sufficiente misurare le masse di un
recipiente pieno d’aria e quella dello stesso recipiente svuotato dall’aria (ad esempio
tramite una pompa). Si trova così che un contenitore capace di trattenere un metro
cubo d’aria ha una differenza delle masse pari a circa 1,27 kg. Il rapporto massa
volume dell’aria a pressione ordinaria è quindi 1,27 kg/m3.
1
Un esempio numerico può chiarire meglio questa legge. Un gas a 300 K (circa 27°C) e volume 1
(l’unità è inessenziale) raggiunge 330 K (mantenendo la pressione costante). Il volume finale si ottiene
semplicemente come rapporto tra le due temperature 330/300=1,1. Quindi percentualmente il volume
iniziale del gas è variato del 10%.
2
Come è stato già ricordato la pressione convenzionale di riferimento è 101.325 Pa, pari a 1,013 bar.
3
Si ricorda che una mole di idrogeno corrisponde a due grammi, ovvero una quantità di sostanza
misurata in grammi equivalente alle unità elementari atomiche (numero di protoni e neutroni che
compongono la sostanza).
4
Le costanti in fisica hanno generalmente un’unità di misura, l’unità di R si può ricavare dall’equazione
di stato: pascal x metro cubo/mol x kelvin.
28
In genere non ci si rende conto che in una stanza vi sono decine di kilogrammi di
aria perché il valore di riferimento della densità nelle esperienze comuni è quello
dell’acqua, pari a 1000 kilogrammi/metro cubo1. Ovviamente le densità vanno
misurate secondo una temperatura di riferimento, poiché il volume, specie dei gas,
dipende fortemente dalla temperatura.
Nella tabella che segue sono riportati i valori delle masse volumiche di alcuni
combustibili gassosi con indicate la pressione e la temperatura di riferimento.
Sostanza
Isobutano
Propano
Metano
Massa volumica (kg/m3) alla temperatura di 0°C e
alla pressione normale (101.325 Pa)
2,67
2,02
0,72
Come è chiaro il propano e il butano (e quindi il GPL) hanno una densità
notevolmente superiore a quella dell’aria. Così in caso di fuga delle tubazioni o dei
contenitori di GPL, le miscele gassose di propano e butano, in mancanza di
ventilazione, ristagnano vicino ai luoghi dove si è verificata la perdita con
conseguenti pericoli. Viceversa il metano, in spazi aperti, avendo una densità minore
dell’aria si può disperdere più facilmente. Da ciò deriva inoltre la ragione per cui i
rivelatori di gas in ambienti chiusi vengano posizionati in basso nel caso del GPL e in
alto nel caso di metano2.
Un’altra grandezza caratteristica dei combustibili gassosi, essenziale per la
sicurezza, è la tensione di vapore, ovvero la pressione nei serbatoi. Il controllo di tale
grandezze viene affidata a strumenti chiamati manometri. Nella loro forma più
semplice, adatta solo per gas con pressioni prossime a quelle dell’atmosfera
terrestre, è sufficiente utilizzare un manometro costituito da un tubo a forma di U
riempito di mercurio e misurare il dislivello del mercurio stesso (fig. 35).
Figura 35
1
Una piscina di dimensioni 25 m, 10 m, 3 m, riempita contiene allora 750.000 kg di acqua.
Ritorneremo in seguito sulle caratteristiche dei rivelatori di gas.
2
29
GPL
Infatti la differenza tra la pressione del gas e quella dell’aria risulterà proporzionale al
dislivello h misurato in mm di mercurio1. Nel caso di pressioni molto più elevate,
come per i vapori nei serbatoi di GPL, bisogna utilizzare manometri diversi in cui il
rivelatore di pressione, ad esempio, è costituito da un piccolo tubo flessibile di acciaio
a sezione ellittica, chiuso ad un’estremità, la cui forma ricorda la lettera C.
Sotto l’azione del fluido che penetra all’interno del tubo, gli estremi della C tendono a
divaricarsi e la deformazione è segnalata da un indice mobile (fig. 36) collegato ad
un insieme di leve (manometro tipo Bourdon – fig. 37-).
Figura 36
Figura 37
APPROFONDIMENTO
Nel Sistema Internazionale la pressione si misura in pascal (simbolo Pa). L’unità
equivale all’intensità di una forza di 1 newton (simbolo N) che agisce
perpendicolarmente ad una superficie pari a 1 metro quadrato. Se si considera l’aria
che si trova intorno alla terra (l’atmosfera), essa esercita in una qualsiasi direzione,
su una superficie di 1 metro quadro posta al livello del mare, una forza di 101.325
Pa. Al valore di 100.000 Pa è invece associato il nome di bar di modo che la
pressione normale risulta 1,013 bar o 1013 mbar (millibar). Infine a questo valore
corrisponde un dislivello di 760 mm di mercurio in un barometro. La pressione ha
moltissime altre unità di misura, tra le altre ricordiamo, anche se in disuso, i
kilogrammi forza/centimetri quadrati. Poiché un kg corrisponde a 9,81 N e 1 metro
quadro è uguale a 10.000 centimetri quadrati si ottiene che 1kg/cm2 = 98.100 Pa,
ancora un valore molto prossimo a quello normale.
1
La differenza di pressione di 1 atmosfera (101.325 Pa, 1,013 bar) corrisponde a 760 mm di mercurio.
30
2.6. Cenni sulla dinamica dei fluidi
In una piscina o al mare la pressione aumenta man mano che si scende in
profondità1, così misurando la pressione 1 metro sott’acqua si ottiene un valore di
circa 1,1 volte la pressione atmosferica; a 2 metri, 1,2 la pressione atmosferica,
ecc.2.Nella statica dei liquidi la (variazione di) pressione può essere sostituita
dall’altezza. Nei liquidi in movimento la situazione è più complessa, tuttavia le prime
misure dinamiche della pressione di un fluido sono state ottenute valutando le
diverse altezze che raggiunge il liquido3 in tubicini aperti posti in posizione
perpendicolare rispetto alla conduttura principale. Se il tubo dove scorre il fluido ha
sezione variabile (come nel caso di fig.38, in cui è rappresentato un tubo di Venturi
utilizzato nella ricerca), per brevi tratti si può considerare la portata del fluido
costante.
Figura 38
Figura 39
Prendendo come riferimento lo schema di fig. 39, la quantità di materia che
attraversa la superficie A1 è uguale a quella che attraversa la superficie A2, da ciò si
ricava che la velocità aumenta nella strozzatura (si pensi all’acqua in un fiume con un
improvviso restringimento). Nella parte centrale del tubo la pressione p2 diviene
minore rispetto alla pressione p1.Questo conviene perché deve valere il principio di
conservazione dell’energia in modo che l’energia cinetica che aumenta a causa della
maggiore velocità venga compensata dalla diminuzione di energia connessa alla
pressione del fluido e viceversa. Affermare che la portata è costante e che l’energia
del fluido è costante significa trascurare gli attriti interni al fluido (viscosità) e gli attriti
dovuti al contatto del fluido con le pareti.
1
In un gas racchiuso in un recipiente le differenze di pressione al variare dell’altezza si possono in
genere trascurare.
2
Nei liquidi la pressione all’interno del liquido aumenta proporzionalmente alla profondità, indicando
questa con h, con d la densità del liquido e p la pressione si ha: p-patm = dgh, patm è la pressione
normale, g l’accelerazione di gravità che ha un valore numerico nel SI di 9,81. Valore già incontrato in
precedenza. Il prodotto densità per accelerazione è uguale al peso specifico della sostanza (il
rapporto peso volume).
3
La misura della pressione sanguigna a cui siamo abituati è dovuta all’ingegno di un medico italiano
Scipione Riva Rocci alla fine dell’ottocento. Le prime misure mediche della pressione sono dovute a
Daniel Bernoulli che nel settecento propose l’uso di tubicini in vetro appuntiti che venivano conficcati
in un’arteria del paziente.
31
GPL
Normalmente si cerca di ridurre il più possibile le perdite di energia, esistono
comunque dispositivi basati sull’esatto opposto: l’esaltazione degli attriti.
Così nel caso della regolazione della pressione di uscita del GPL di una bombola
impiegata in una cucina, il valore della pressione del vapore, attraversando un
regolatore-riduttore di pressione (fig. 40), raggiunge il valore di pochi centesimi di
atmosfera a causa di un brusco restringimento che provoca lo “strozzamento” del
fluido.
Figura 40
Nel caso precedente del tubo di Venturi la pressione diminuisce e la velocità
aumenta nella parte centrale per poi tornare quasi al valore iniziale, quando il
restringimento termina. Se invece il restringimento è brusco (a causa di una valvola,
un diaframma, un piccolo foro) la velocità del gas o del vapore, attraversato il foro,
ritorna a valori prossimi a quelli iniziali, ma non così la pressione. La turbolenza
(l’attrito) che si verifica nel passaggio dissipa gran parte dell’energia del fluido (fig.
41).
Figura 41
I dispositivi che portano alla diminuzione del valore della pressione, detti per ciò
riduttori, possono essere regolati con un’apposita vite e portano ad esempio la
pressione del GPL da valori di 5 bar a valori tra 0,02 bar e 0,13 bar.
32
IL GPL IN ITALIA
3. IL GPL IN ITALIA
3.1. Introduzione
Gli obblighi di informazione delle imprese, per ragioni fiscali, consentono di
conoscere in modo dettagliato i consumi petroliferi nazionali. La direzione generale
dell’energia e delle risorse minerarie aggiorna periodicamente le tabelle dei consumi
e le diffonde con grande celerità1. Nella tabella seguente vengono riportati come
esempio i consumi di GPL (espressi in migliaia di tonnellate) relativi al mese di luglio
del 2000 con il consuntivo gennaio-luglio.
prodotto
Luglio
2000
249
G.P.L.
complessivo
G.P.L.
115
autotrazione
Luglio
1999
250
Variazione GennGennVariazione
%
luglio 2000 luglio 1999 %
-0,4
2246
2266
-0,9
114
0,9
799
791
1
I consumi di GPL per autotrazione sono pressoché costanti (sia nel 1999 che nel
2000) e valutabili nell’ordine delle 114.000 tonnellate al mese. A questi si aggiunge
una quota mensile leggermente superiore di circa 135.000 tonnellate di consumi vari
(agricoltura, industria, ristorazione, petrolchimico, privato).
Figura 42
1
Al proposito si rimanda alla pagina internet: mica-dgfe.casaccia.enea.it/consumi/consumi.htm.
33
GPL
La quota di riscaldamento nei mesi invernali è valutabile invece nell’ordine delle
180.000 tonnellate al mese1, con una prevalenza di utilizzo di piccoli serbatoi, i
cosiddetti bomboloni, e delle bombole di piccola capacità2 (fig. 43)
Figura 43
Se la quota per il riscaldamento mensile fosse movimentata solo con bombole di 25
kg si avrebbe un parco bombole valutabile nell’ordine di 70 milioni di pezzi. Il
consumo pro capite mensile risulta di 6,26 kilogrammi a persona che equivalgono a
circa 3130 metri cubi di gas al mese3.
Complessivamente in Italia si consumano in un anno 4 milioni di tonnellate di GPL
liquido, metà delle quali prodotte nel nostro territorio in raffinerie e l’altra metà
importato. Dei circa due milioni di tonnellate estere, un milione arriva ai depositi
costieri di Livorno, Napoli e Brindisi, grazie a grandi navi gasiere (fig. 44).
Figura 44
Il solo porto di Livorno in un anno movimenta seicentoquarantamila tonnellate di GPL
che vengono stoccate in caverne sotterranee poste a cento metri di profondità e
aventi una capacità di ventimila tonnellate.
1
Elaborazione a partire dai dati del periodo gennaio-maggio (1753000 tonnellate complessive di cui
562000 di autotrazione). Consumi maggio: 244000 tonnellate di cui 115000 di autotrazione.
2
Le bombole oggi disponibili sul mercato hanno generalmente una massa di 10 kg, 15, 20, 25, 50 kg e
meno diffuse 100 kg. Poiché la densità del GPL liquido è circa la metà dell’acqua, ai valori precedenti
corrispondono volumi di GPL variabili tra 20 litri e 200 l, si tenga inoltre presente che la bombola è
occupata per non più dell’80% del suo volume geometrico del GPL liquido.
3
Per trasformare la massa in volume si è tenuto conto che 1 metro cubo di GPL liquido è all’incirca
500 kg e che un metro cubo di GPL liquido si trasforma in circa 250 metri cubi di vapore.
34
IL GPL IN ITALIA
L’altro milione di tonnellate proveniente dai depositi stranieri è trasportato lungo
strada con grandi autocisterne (fig. 45) o per ferrovia1 con ferro cisterne (fig. 46).
Figura 45
Figura 46
Per una serie di ragioni, molto valide, in Italia non è stata sviluppata una
canalizzazione diffusa di GPL, un sistema di condutture occupante una parte
rilevante del territorio (dette comunemente pipeline – fig. 47-) come ad esempio è
avvenuto negli Stati Uniti o in India.
Figura 46
Un limitato numero di aziende (Liquigas, Agip Petroli, Ultragas, …) con depositi,
terminali ferroviari, impianti di imbottigliamento (fig. 48), autobotti per il rifornimento di
serbatoi (fig. 49) dotate anche di sofisticati controlli (fig. 50), sono i principali
distributori di GPL sul territorio nazionale; a queste si affiancano centinaia di aziende
minori che provvedono alla diffusione capillare sul territorio, alla realizzazione degli
impianti, ai depositi di GPL per uso domestico.
Figura 48
Figura 49
1
Figura 50
Facciamo alcuni esempi: per movimentare in un anno centosettantamila tonnellate di GPL in un nodo
ferroviario utilizzando treni blocco da 12-14 ferro cisterne si devono effettuare oltre 400 viaggi; mentre
un quantitativo di GPL pari a trentamila tonnellate trasportato con autocisterne di capacità 20
tonnellate, comporta, come è facile calcolare, 1500 viaggi.
35
GPL
3.2. La preparazione del GPL per la distribuzione
Come abbiamo già ricordato in
una raffineria (fig. 51), attraverso
vari processi, tra i prodotti finali
della lavorazione del petrolio si
ottiene il gas di petrolio liquefatto.
Figura 51
Il GPL viene stoccato in grossi serbatoi sferici (fig. 52) con capacità di 5000 metri
cubi, 10000 metri cubi e oltre; in contenitori cilindrici esterni di capacità notevolmente
inferiori a quelli sferici (fig. 53) o in serbatoi interrati o ricoperti (cosiddetti “tumulati”)
(fig.54).
Figura 52
Figura 53
Figura 54
Il parco serbatoi e l’insieme di apparecchiature (sistemi di controllo, valvole e
tubazioni) ad essi attinenti occupa l’area di stoccaggio. Dallo stoccaggio, prima di
trasferire il GPL alle ferro cisterne o alle autocisterne per il trasporto e passare quindi
alla distribuzione vera e propria, il combustibile subisce un ultimo trattamento:
l’odorizzazione. Così come avviene per il metano, vista l’incapacità dei nostri sensi di
avvertire una fuga di combustibile gassoso dal contenitore in atmosfera, il GPL viene
miscelato con una sostanza alla quale il nostro olfatto è sensibile. Per non
pregiudicare l’utilizzo del GPL, le proprietà chimico-fisiche di questa sostanza,
devono essere: facilmente infiammabile, non reagente con i metalli dei serbatoi, non
tossica o irritante. Inoltre la sua reazione di combustione con l’ossigeno non deve
portare a prodotti nocivi per la salute o a scorie. Oggi per l’odorizzazione del GPL si
impiega per lo più etile mercaptanico, dall’odore lontanamente simile all’aglio,
chiamato anche etantiolo o GPL etile, avente formula chimica CH5SH.1
1
Il composto è indicato anche come CH6S. Il nome deriva dal gruppo CH5 (etile) e dal gruppo SH
(mercaptanico ovvero “che reagisce col mercurio”). Il composto zolfo idrogeno oltre che mercaptanico
viene detto tiolico oppure solfidrilico. La sostanza in questione a livello commerciale e scientifico viene
chiamata in molti altri modi rispetto a quelli già indicati. Per darne solo alcuni altri esempi: etile tiolico,
36
IL GPL IN ITALIA
Le percentuali della miscela richiedono un grammo di etile in oltre 83 litri di GPL
liquido. In genere per i nuovi serbatoi e tubazioni, la quantità precedente sale a 1,5
grammi.
Un sistema per l’odorizzazione è schematizzato in fig. 55.
Figura 55
L’impianto di odorizzazione è parte di un sistema di trasferimento del gas di petrolio
liquefatto dai serbatoi fissi alle cisterne di trasporto. Un’immagine complessiva delle
apparecchiature è riportata nella foto di fig. 56; mentre nella fig. 57 vi è lo schema
generale dell’insieme delle componenti:
a) valvole di emergenza; b) prefiltro; c) degasatore a condensazione; d) contatore
volumetrico di flusso; e) valvole per la calibrazione del flusso; f) valvole di controllo;
g) bracci di carico; h) sistema di miscelazione etile mercaptanico; i) controlli
elettronici; l) sistema antincendio.
Figura 56
Figura 57
Al termine del processo, le grandi cisterne con GPL “odoroso” sono pronte per
alimentare i depositi di GPL e iniziare la commercializzazione vera e propria del
prodotto. Le migliaia di tonnellate dei serbatoi principali saranno così diffuse in milioni
di bombole e in migliaia di piccoli e medi serbatoi, sparsi su tutto il nostro territorio.
etile solfidrilico, tioetanolo. Altre sue proprietà fisiche sono le seguenti: temperatura di ebollizione 35°C
e temperatura di solidificazione –147,9°C, alla pressione atmosferica.
37
GPL
3.3. Elementi di un grande deposito
I treni con le ferro cisterne o le autocisterne alimentano in genere i grandi depositi dei
principali distributori di GPL. Escludendo le caverne, i depositi criogenici o refrigerati,
il decreto del Ministero dell’Ambiente 15 maggio 19961 stabilisce i criteri di analisi
relativi alla sicurezza dei depositi di gas di petrolio liquefatto. Senza entrare nei
dettagli, in questa sede interessa dare una descrizione sommaria degli elementi che
compongono un grande deposito ed alcune caratteristiche generali di sicurezza degli
impianti stessi, utilizzando il concetto di unità logiche distinte, proprio del decreto ed
esemplificate dalla figura 582.
Figura 58
Un terminale ferroviario porta le ferro cisterne all’unità di travaso d’ingresso. Qui dei
bracci di carico, simili a quelli delle figure precedenti, sono collegati alle condotte di
trasferimento, tramite valvole di intercettazione rapida comandate a distanza3. Le
condotte, capaci di sopportare pressioni fino a 40 bar, non possono presentare
saldature longitudinali, mentre le saldature lungo la circonferenza della sezione
debbono essere ridotte al minimo4. Eventuali protezioni aggiuntive dell’unità di
travaso sono: un secondo sistema di blocco che comanda le valvole di
intercettazione sui bracci ed i sistemi di pompaggio in caso di movimento accidentale
del veicolo; la presenza di pareti di separazione dalle altre unità in grado di resistere
al fuoco ed anche alle esplosioni.
1
Supplemento alla Gazzetta Ufficiale n. 159 del 9 luglio 1996.
Elaborazione dalla figura II/2 del decreto in questione.
3
Il controllo può avvenire con spie di massimo riempimento, sistemi di pesatura e arresto automatico.
4
Le saldature sono controllate con radiografie o provate con liquidi penetranti.
2
38
IL GPL IN ITALIA
Sono previsti impianti di irrorazione a pioggia con portata minima di dieci litri al
minuto per ogni metro quadro da proteggere. Rilevatori di incendio sono installati
nelle zone critiche dell’impianto. Per l’esercizio in condizioni di sicurezza deve
esistere un manuale operativo riguardante l’avviamento, il funzionamento, l’arresto e
la messa in sicurezza dell’impianto.
Le unità di stoccaggio fuori terra (in genere serbatoi cilindrici) oltre ad elevate
pressioni devono essere garantite per temperature minime di progetto di almeno –
10°C; la distanza di sicurezza tra due serbatoi dev’essere almeno di 15 metri. E’
conveniente predisporre una vasca di raccolta per gli eventuali rilasci di GPL
lavorando opportunamente la superficie sottostante i serbatoi per convogliare
l’eventuale fuoriuscita lontano dai serbatoi stessi. L’unità di imbottigliamento permette
il riempimento con GPL delle bombole, immagazzinate temporaneamente nell’area di
stoccaggio bombole. I trasferimenti di GPL tra le diverse unità avvengono grazie ad
un sistema di pompe e di compressori. L’unità di travaso esterna permette infine il
caricamento di autobotti per il rifornimento, al di fuori dell’impianto, dei serbatoi di
GPL. Allarmi per eventuali fughe di gas sono in genere previsti nei punti critici del
deposito. Vediamo ora in dettaglio l’operazione più diffusa e pericolosa dell’intero
ciclo: il travaso di GPL.
3.4. Impianti per il travaso standard di GPL
3.4.1. Generalità
Nella distribuzione capillare del GPL sul territorio, molte sono le operazioni di travaso
del combustibile. Per citarne alcune: il rifornimento con GPL dei serbatoi di
stoccaggio dei depositi maggiori tramite autocisterne di capacità media di venti
tonnellate con l’ausilio di compressori (fig. 59); la movimentazione di GPL liquido
nelle condutture con pompe (fig. 60); l’imbottigliamento di piccoli recipienti (bombole
di capacità normalmente inferiore ai cento kilogrammi); il riempimento di piccoli
serbatoi individuali (fig. 61) tramite autobotti; il rifornimento delle auto nelle stazioni di
servizio alimentate con GPL.
Figura 59
Figura 60
Figura 61
39
GPL
Le operazioni di travaso descritte implicano notevoli rischi a causa delle
caratteristiche del combustibile: alta infiammabilità, media pressione, fase gassosa
con densità superiore a quella dell’aria. Per tali ragioni il trasferimento del GPL tra
serbatoi deve seguire regole assai rigide che vedremo in dettaglio nei diversi casi.
Un’ultima osservazione generale: mentre i recipienti più piccoli (bombole) hanno solo
un punto di aggancio con l’esterno per il trasferimento-utilizzo del GPL, i serbatoi
hanno due entrate-uscite, una per la fase liquida e una per quella gassosa. Per
rimanere nella metafora delle bottiglie, le bombole hanno un solo “collo”, i serbatoi
due.
3.4.2. Trasferimento tra serbatoi fissi e mobili di grande capacità
Per ridurre al minimo le possibilità di dispersione di GPL nell’atmosfera, il travaso da
autocisterne o ferro cisterne a serbatoi fissi (o viceversa) deve essere eseguito
mediante due linee, di cui una per la fase liquida ed una per la fase gassosa, con
l’ausilio di una pompa o di un compressore1.
Vanno impiegati entrambi gli attacchi del recipiente, per la fase liquida e per quella
gassosa, come è mostrato nello schema di fig. 62 relativo all’utilizzo di un
compressore per il travaso tra due serbatoi.
Figura 62
1
Tale indicazione è contenuta esplicitamente nella normativa relativa al GPL. Si veda Decreto del
Ministero dell’Interno 13 ottobre 1994, Supplemento oridinario alla Gazzetta Ufficiale n.265 del 12
novembre 1994, punto 6.1.1, relativo ai depositi di GPL con capacità complessiva > 5m3.
40
IL GPL IN ITALIA
L’accoppiamento tra attrezzature fisse e quelle mobili (tutte messe a terra tramite una
pinza secondo una dettagliata procedura1) viene realizzato generalmente mediante
appositi bracci metallici2 e un solo attacco rapido oppure con l’ausilio di un tronchetto
flangiato (si veda fig. 63).
Figura 63
Il terminale libero per la fase gassosa deve essere dotato di valvole di
intercettazione. Le estremità dell’impianto fisso, cui sono collegati i bracci metallici,
devono essere provviste di valvole comandate a distanza e valvole di intercettazione
manuale a monte delle stesse3. Al termine di ogni ciclo di travaso, prima che sia
scollegato il braccio, il tronchetto di collegamento tra ferro cisterna e valvola
terminale del braccio di carico deve essere svuotato, in area sicura, dall’eventuale
liquido residuo, tramite un particolare dispositivo. I punti di travaso debbono inoltre
essere ubicati in zone aperte e ventilate, essere disposti in modo da evitare
interferenza di traffico tra autocisterne e permettere l’eventuale entrata di mezzi di
emergenza provenienti dall’esterno.
1
Il collegamento di terra per l’equipotenzialità elettrica fra l’impianto fisso e i mezzi mobili e le manovre
di attacco e stacco dei bracci di carico o manichette flessibili devono avvenire secondo la seguente
sequenza: a) collegamento meccanico della pinza; b) chiusura del collegamento elettrico a terra; c)
attacco dei bracci e travaso; d) stacco dei bracci; e) apertura del collegamento elettrico a terra; f)
scollegamento meccanico della pinza. Decreto del Ministero dell’Interno 13 ottobre 1994, punto
13.5.5.
2
Salvo il caso delle autocisterne munite di pompe di scarico che hanno in dotazione manichette
flessibili resistenti internamente al GPL ed esternamente all’invecchiamento e alle abrasioni. La
pressione di scoppio delle manichette, con raccordi montati, deve essere di almeno 80 bar.
3
Quando il movimento di GPL avviene nel solo senso da autobotte o ferro cisterna a serbatoi fissi è
sufficiente una valvola di non ritorno e una valvola di intercettazione manuale.
41
GPL
Nello stesso deposito sono ammessi più punti di travaso disposti a pettine ad una
distanza di otto metri nel caso in cui è prevista l’interposizione di muri di schermo; un
adeguato impianto di raffreddamento costituisce l’ulteriore misura di sicurezza (fig.
64).
Figura 64
3.4.3. Autobotti e piccoli serbatoi
Anche nel caso dei piccoli serbatoi l’autobotte (o autocisterna) dev’essere collegata
al serbatoio tramite un cavo elettrico corredato di pinza con interruttore del tipo
antideflagrante per realizzare l’equipotenzialità tra i recipienti metallici interessati al
travaso ed evitare così la possibilità di scintille. Di nuovo il trasferimento di GPL può
avvenire per mezzo di pompa e/o compressore.
Le tubazioni flessibili dell’autobotte per il travaso sono corredate alle due estremità di
valvole, di eccesso di flusso o di ritegno, aventi lo scopo di intercettare, nel caso di
rottura, fuoriuscite di GPL; l’estremità di attacco al serbatoio è munita di una valvola
di intercettazione manuale a chiusura rapida avente la funzione di sopperire alla
rottura o all’inceppamento della valvola di riempimento posta sul serbatoio;
un’ulteriore valvola di sicurezza, posta dal lato autocisterna, serve per evitare
sovrappressioni.
Infine è possibile, anche per i serbatoi con capacità inferiore ai cinque metri cubi,
creare una serie di tubazioni che permettono di allontanare il punto di riempimento
dal serbatoio di stoccaggio.
42
IL GPL IN ITALIA
Nella figura 65 vi è una rappresentazione schematica di una simile eventualità.
Figura 65
3.4.4. Imbottigliamento
Se si potesse considerare un qualsiasi recipiente fisso o mobile adibito al deposito o
al trasporto di GPL una “bottiglia”, ogni operazione di travaso sarebbe definita
imbottigliamento. D’altra parte nei depositi gli impianti di imbottigliamento sono
considerati strettamente quelli nei quali il GPL viene immesso in un circuito
automatico, detto giostra o carosello, capace di caricare le bombole. Nella figura 66 è
rappresentata una giostra con bilance per il controllo del peso, elemento essenziale
di sicurezza poiché il liquido in pressione all’interno dei contenitori non deve
raggiungere l’80% del volume disponibile. Mentre in fig. 67 è riportata una singola
bilancia con evidenziato l’attacco per il riempimento della bombola che termina con
una pinza di carico di sicurezza.
Figura 66
Figura 67
43
GPL
La pinza non consente l’afflusso di GPL quando non è collegata al recipiente da
riempire; inoltre è dotata di un comando di apertura (ad esempio un pulsante) che
funziona, ripetiamolo, solo in caso di collegamento ed è sensibile ad eventuali
disfunzioni del fluido operatore (ad esempio aria compressa).
Sulla linea di adduzione del GPL liquido alle apparecchiature di imbottigliamento è
disposta una valvola comandata a distanza, così come sulla linea di ritorno ai
serbatoi.
A valle delle apparecchiature di imbottigliamento devono essere disponibili sistemi
per la prova di tenuta delle valvole e dei rubinetti dei recipienti. Nel caso di controlli
con macchine automatiche, la prova di tenuta accerta perdite maggiori o uguali a 5
grammi in un’ora. Ciò equivale a 10 centimetri cubi di liquido e a circa due litri e
mezzo di volume equivalente di gas. Inoltre va di nuovo controllato scrupolosamente
il grado di riempimento dei recipienti stessi.
Le bombole, con capacità generalmente di 10, 15, 20, 25, 50 e 100 kg, vengono
riempite con il prodotto liquido, immagazzinate temporaneamente e successivamente
caricate su camion per la distribuzione.
44
IL GPL IN ITALIA
3.4.5. Stazioni di distribuzione di GPL per autotrazione
Come è stato già detto nei travasi di GPL di sicurezza i serbatoi sono collegati sia
alla linea relativa alla fase liquida che a quella relativa alla fase gassosa. Anche in un
impianto per autotrazione l’alimentazione (ad esempio la tubazione sistemata nella
parte inferiore del serbatoio) del GPL liquido che raggiunge il distributore è seguita
da un ritorno di GPL gassoso secondo la tubazione connessa alla parte superiore del
serbatoio, così come raffigurato nello schema che segue (fig. 68) in cui sono
evidenziate le componenti essenziali di una stazione di distribuzione di GPL per
autotrazione.
Figura 68
E’ ovvio che non si possa utilizzare un simile impianto, per ragioni di sicurezza e non
solo fiscali, per riempire bombole di uso domestico, anche se nella cronaca recente
vi sono esempi di tentativi in tal senso che pongono problemi quali la
commercializzazione di bombole prive di un controllo di riempimento e il rischio di
dispersione di GPL nell’atmosfera.
Negli attuali impianti, che prevedono esclusivamente serbatoi interrati, la pompa di
comando è di solito sistemata in un’apposita camera detta di pompaggio posta
attiguamente al cassone di contenimento in cemento armato del serbatoio. Tuttavia,
poiché detta tipologia di installazione del sistema di pompaggio ha dato luogo nel
passato ad alcuni incidenti, anche mortali, è stato autorizzato l’utilizzo di pompe
sommerse sistemate all’interno del serbatoio insieme con il gruppo motore.
Infine la nuova bozza di normativa di prossima emanazione, non consente la
realizzazione di nuovi impianti con le pompe in apposito pozzetto, prevedendo
esclusivamente pompe sommerse o pompe esterne di serbatoio.
45
GPL
Nella figura 69 vi è la rappresentazione schematica e in sezione di un serbatoio con
all’interno una pompa sommersa e nella figura 70 il disegno delle componenti della
pompa.
Figura 69
Figura 70
3.4.6. Il riempimento “a tappo”
Il quantitativo massimo di GPL liquido all’interno di un serbatoio fuori terra deve
essere inferiore all’80% mentre per serbatoi interrati il livello di riempimento del
liquido non deve raggiungere l’85%1. La spiegazione di questa misura di sicurezza
viene spesso affidata nei testi di divulgazione sul gas di petrolio liquefatto a frasi del
tipo: “Il GPL non ha volume specifico costante, ma esso aumenta con l’aumentare
della temperatura (si calcolano aumenti di volume del 10% per aumenti di
temperatura di 30°C). Per permettere questa espansione di GPL all’aumentare della
temperatura, il riempimento del serbatoio va limitato.
1
Per i piccoli serbatoi la normativa prevede esplicitamente tali valori, mentre per i grandi serbatoi i
valori fissati si riferiscono al peso massimo ammissibile di propano, propilene, butano e miscele in un
serbatoio di riferimento di un metro cubo.
46
IL GPL IN ITALIA
La casistica conta numerosi esempi di rottura a scoppio di recipienti fissi o mobili
riempiti a tappo, per semplice espansione della fase liquida legata alla sola
escursione di temperatura tra la notte e il giorno.”
Ciò può generare confusione, fissiamo alcuni punti.
Aumentando la temperatura, nel serbatoio coesistono necessariamente le due fasi:
liquida e gassosa. Il liquido ha una limitata capacità di espansione, mentre la stessa
sostanza nello stato gassoso ha proprietà di espansione notevolmente maggiori.
Anche in esempi comuni relativi alla ” espansione” dei liquidi (latte che bolle o brodo)
sono i gas intrappolati all’interno del liquido (a causa del sottile strato di grasso
superficiale) a causare il repentino aumento di volume. Il fenomeno relativo alla
situazione critica di GPL sarà affrontato in dettaglio nel seguito. Qui basti dire che il
fenomeno va interpretato attraverso nuovi concetti rispetto a quelli introdotti nei primi
due capitoli.
Le leggi dei gas potrebbero essere applicate solo nel caso in cui nel recipiente fosse
presente solo la fase gassosa del GPL. I diagrammi di stato della sostanza
permettono di capire come l’equilibrio liquido-vapore nel caso di aumento di
temperatura implichi un aumento della tensione di vapore (della pressione). Inoltre è
ben chiaro, attingendo all’esperienza comune, che è tanto più facile riscaldare
(aumentare la temperatura) una sostanza quanto più piccola è la sua massa1.
Così se il vapore racchiuso nel recipiente occupa un piccolo volume gli scambi
termici con l’esterno potranno provocare rapide variazioni di temperatura. Come
queste si riflettano nell’equilibrio con il liquido è relativamente complesso, ma
soprattutto per arrivare ad uno stato critico, che porti alla rottura definitiva del
serbatoio, è necessaria una brusca trasformazione di una parte consistente del
liquido in vapore.
1
In termini matematici a parità di calore fornito a due masse diverse della stessa sostanza, le
variazioni di temperatura risultano inversamente proporzionali alle masse, nel caso in cui non vi siano
passaggi di stato.
47
GPL
48
SERBATOI E ACCESSORI
4. SERBATOI E ACCESSORI
4.1. Introduzione
Come è stato già evidenziato nei capitoli precedenti, per concentrare un grande
quantitativo di energia in uno spazio limitato il GPL viene commercializzato in
recipienti contenenti, per circa l’80% del loro volume geometrico, combustibile allo
stato liquido (il valore deve essere inferiore all’80%) e per circa il 20% combustibile
nello stato gassoso, con pressioni di esercizio che, a seconda della temperatura
esterna e della miscela di idrocarburi, vanno da valori molto vicini alla pressione
atmosferica fino a 10-15 volte la pressione esterna esercitata dall’aria, con tutti i
problemi di sicurezza che ne derivano.
Gli accessori di cui sono dotati i serbatoi (strumentazione, allarmi, valvole di
sicurezza e di intercettazione, tubazioni..) debbono allora garantire innanzitutto la
sicurezza degli stessi. Inoltre poiché il GPL per il suo impiego deve essere nello stato
gassoso con pressione spesso dell’ordine di pochi centesimi della pressione
atmosferica, il passaggio dal contenimento all’utilizzazione implica una seconda
esigenza soddisfatta da una serie di apparecchiature quali i riduttori di pressione (fig.
71), i vaporizzatori (fig. 72), i riduttori-vaporizzatori; dispositivi che, accanto ai
serbatoi e ai loro accessori, saranno trattati nel seguito di questo capitolo.
Figura 71
Figura 72
49
GPL
4.2. Grandi serbatoi
La normativa italiana distingue i depositi di gas di petrolio liquefatto in base alla loro
capacità1. Un primo insieme è quello che raggruppa i serbatoi fissi di volume
superiore ai cinque metri cubi e quelli mobili aventi capacità superiore ai cinquemila
kilogrammi2. Indicheremo per semplicità tali serbatoi con l’aggettivo grandi3.
Tra questi, i serbatoi fissi possono essere installati fuori terra se coibentati oppure come riconosciuto solo di recente4 - protetti con un sistema interno costituito da
strutture cellulari di alluminio in grado di trasferire rapidamente e continuamente il
calore dalle pareti al liquido evitando così riscaldamenti locali all’interno del liquido in
caso di incidente (fig. 73).
Figura 73
1
La capacità complessiva di un deposito è data dalla somma della capacità geometrica di singolo
serbatoio.
2
Supplemento ordinario alla Gazzetta ufficiale numero 265 del 12 novembre 1994. Decreto
Ministeriale 13 ottobre 1994 “Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la
progettazione, la costruzione, l’installazione e l’esercizio dei depositi di G. P. L. in serbatoi fissi di
capacità complessiva superiore a 5 metri cubi e/o in recipienti mobili di capacità complessiva
superiore ai 5000 kg”.
3
Il termine è spesso diffuso nella pratica, ma non deriva dalla normativa. Ovviamente chiameremo gli
altri depositi, fino ai cinque metri cubi, piccoli serbatoi.
4
Gazzetta Ufficiale n. 265 dell’11 novembre 1999 Decreto ministeriale 29 ottobre 1999 “Modificazioni
al decreto ministeriale 13 ottobre 1999”.
50
La protezione dei serbatoi fissi avviene anche tramite interramento o ricoprimento
(fig. 74).
Figura 74
La coibentazione (il controllo dello scambio termico con l’esterno per ridurre le
variazioni di temperatura e di pressione del combustibile) rappresenta dunque una
delle principali misure adottate (specie nel passato) per la sicurezza passiva dei
depositi di GPL. Ciò non toglie che la temperatura del “gas liquefatto” all’interno del
serbatoio debba essere monitorata con appositi termometri (fig. 75) e la pressione
con manometri (fig. 76), dotati di flangia per l’eventuale taratura-controllo tramite uno
strumento campione.
Figura 75
Figura 76
51
GPL
Il livello del liquido, altro parametro essenziale per la sicurezza, va misurato con
specifici indicatori di livello, come ad esempio quelli a trasmissione magnetica con
scala espressa in percentuale, in genere disposti verticalmente rispetto alla superficie
del liquido (esistono anche dei modelli orizzontali, a proposito si veda la fig. 77). La
disposizione dei due tipi di indicatori di livello con i rispettivi galleggianti all’interno di
un serbatoio è rappresentata nella fig. 78.
Figura 77
Figura 78
Se i parametri fisici più importanti del GPL contenuto nel serbatoio (livello del liquido,
pressione) raggiungono soglie di sicurezza, entrano in funzione rispettivamente un
segnalatore di allarme per il massimo livello e un segnalatore di allarme per alte
pressioni (schema fig. 79).
Figura 79
52
Al tempo stesso il contenitore deve essere dotato di una valvola di sicurezza (un
esempio è rappresentato dalla fig. 80a, lo spaccato della stessa valvola è riportato
nella figura 80b) e di uno scarico diretto verso l’alto avente la funzione di ridurre la
pressione facendo fuoriuscire il gas sovrastante il liquido (fig. 81).
Figura 80a
Figura 80b
Figura 81
53
GPL
Gli attacchi di prelievo del serbatoio devono essere provvisti di valvola di
intercettazione manuale (si veda l’esempio di fig. 82) e di una valvola di eccesso di
flusso oppure di una valvola con comando a distanza (di cui un esempio è
rappresentato in fig. 83).
Figura 82
Figura83
Negli attacchi per l’immissione nel serbatoio una valvola di non ritorno sostituisce la
valvola di eccesso di flusso. Completano il sistema di valvole e tubazioni quelle
relative allo spurgo o al prelievo di campioni. Un esempio di serbatoio per lo
stoccaggio di GPL predisposto per l’installazione tumulata, di forma cilindrica
orizzontale, è riportato nella figura 84. Esso è collaudato con prove idrauliche che
raggiungono pressioni di 23 bar, mentre la pressione di progetto ed esercizio prevista
è 18 bar (circa diciotto volte quella atmosferica). L’intervallo di temperature per cui è
progettato va da –10°C fino a 50°C.
Figura 84
54
4.3. Piccoli serbatoi
Le norme per la progettazione, la costruzione, l’installazione e l’esercizio dei depositi
di GPL con capacità complessiva non superiore a 5 metri cubi sono contenute
principalmente nel Decreto ministeriale del 31 marzo 19841; la legislazione relativa ai
piccoli depositi precede quindi di oltre dieci anni quella specifica dei grandi depositi2.
Anche l’esercizio dei serbatoi fissi di GPL di piccole dimensioni è vincolato a
numerosi controlli3: una omologazione di primo o nuovo impianto4, una verifica
d’esercizio annuale e una verifica decennale.
Gli elementi di sicurezza dei serbatoi partono dalla loro ubicazione e dal rispetto di
precise distanze di sicurezza da elementi esterni al deposito che potrebbero essere
particolarmente affollati (scuole, uffici, chiese,…) o essere a loro volta fonte di pericoli
in caso di incidente (depositi infiammabili, elettrodotti, ferrovia,..). Le distanze
dipendono dal tipo di serbatoio (interrato o fuori terra) e dalla sua capacità. Nella
figura 85 sono rappresentate quelle relative ai depositi fuori terra con capacità fino a
3 metri cubi.
Figura 85
1
Supplemento ordinario n. 22 alla Gazzetta Ufficiale n. 122 del 4 maggio 1984.Modifiche ed
integrazioni al Decreto in questione sono avvenute con i Decreti: 15 ottobre 1992, Gazzetta Ufficiale n.
262 del 6 novembre 1992; 20 luglio 1993, Gazzetta Ufficiale n. 204 del 31 agosto 1993 nonché con le
lettere circolari nn. P 2168/4106 sott.40 del 27/09/94; P 2004/4106 sott.40 del 27/10/95; P 2005/4106
sott.40 del 27/10/95.
2
Il termine grande e piccolo, come già detto non è utilizzato nella normativa.
3
Da parte dell’ISPELS e dell’ASL.
4
In genere realizzata dall’ISPELS presso la Ditta fornitrice.
55
GPL
Sono previste inoltre misure di sicurezza volte ad impedire l’accesso agli estranei e
l’eventuale propagazione di un incendio (rete di recinzione per gli elementi pericolosi
del deposito, muretto per la base metallica della rete, area sgombra intorno ai
serbatoi fuori terra, cartelli di segnalazione, cartello indicante le norme di
comportamento). Ma la principale sicurezza risiede ancora una volta nel serbatoio e
nei suoi accessori. Questi non si discostano molto da quelli descritti nel paragrafo
precedente se si esclude la mancanza di segnalatori di allarme e del termometro.
Inoltre una parte di accessori può essere raggruppata in un’unica valvola (da cui il
nome multivalvola) che comprende:
a) il controllo del livello massimo ammissibile del liquido;
b) l’organo di prelievo della fase gassosa con valvola di intercettazione manuale e di
eccesso di flusso;
c) la valvola di equilibrio GPL fase gas (facoltativa) corredata con valvola di eccesso
di flusso;
d) il manometro.
Il gruppo multivalvola è in genere accessibile al di sotto di un apposito coperchio di
protezione (fig.86).
Figura 86
La superficie esterna dei serbatoi deve essere opportunamente protetta. Se i
serbatoi sono esterni la protezione riguarda i soli agenti atmosferici; se sono interrati
(fig. 87) la superficie deve essere trattata in modo da garantire l’isolamento dalle
correnti del terreno circostante (ad esempio con uno strato di vernice di spessore
maggiore di 0,8 mm).
Figura 87
56
Gli sviluppi tecnici degli ultimi anni hanno permesso di evitare per i serbatoi interrati
la costruzione di una cassa di contenimento in conglomerato cementizio con base di
appoggio e riporto di sabbia. Un esempio è il serbatoio della figura 88, protetto da un
guscio di polietilene termosaldato a tenuta stagna con selle di sostegno.
Figura 88
Analogamente è consentita l’installazione di serbatoi interrati senza cassa di
contenimento in cemento armato, purchè protetti da un rivestimento in resine
epossidiche associato ad un sistema di protezione catodica.
4.4. Bombole
Pur se è possibile trovare in Italia esempi di riscaldamento centralizzato di palazzine
a partire da serbatoi fissi di GPL (fig. 89) o di fornitura di GPL per usi domestici o
riscaldamento ad un intero paese (fig. 90) grazie ad una rete canalizzata (fig. 91),
l’utilizzo individuale del GPL si realizza spesso attraverso l’impiego di bombole dal
peso di poche decine di kilogrammi.
Figura 89
Figura 90
57
Figura 91
GPL
Alle classiche bombole nere e verdi del passato che continuano ad essere
diffusissime, si sono oggi affiancati contenitori dalle forme e dai colori più moderni (si
veda la fig. 92).1
Figura 92
Tutte le bombole continuano ad avere le stesse caratteristiche: rubinetto-valvola di
sicurezza; sigilli in plastica di sicurezza attestanti il primo utilizzo del recipiente
mobile; cartellino indicante la ditta riempitrice, l’attestazione della prova di tenuta
dopo il riempimento e la data della prova stessa.
L’installazione delle bombole di GPL nelle cucine a gas o per l’alimentazione di
impianti di riscaldamento individuali molto spesso è realizzata, per la relativa
semplicità dell’operazione, da persone non specializzate, ossia gli stessi utilizzatori.
E’ tuttavia indispensabile, per prevenire incidenti, osservare scrupolosamente tutte le
precauzioni illustrate nella norma UNI 7131.
4.5. Altri dispositivi per l’utilizzazione del GPL
4.5.1. Riduttori di pressione e vaporizzatori
Il sistema di regolazione della pressione e del flusso di gas combustibile ai diversi
dispositivi che lo impiegano (cucine, caldaie, forni, motori,..) è il cuore
dell’installazione di un impianto di GPL. Esso deve compensare le grandi variazioni di
pressione nel serbatoio e fornire un flusso costante e di adeguata portata (anche per
utilizzi discontinui nel tempo) di gas con pressione, spesso, dell’ordine di pochi
centesimi al di sopra della pressione atmosferica.
1
Si tenga presente che il Decreto Ministeriale del 7 gennaio 1999 “Codificazione dei colori per
bombole per gas trasportabili” ha esonerato le bombole di GPL e gli estintori da adottare un sistema
di codici di colore con lo scopo di identificare in maniera immediata il contenuto delle bombole stesse.
La colorazione distintiva nelle altre bombole per gas compressi, liquefatti o disciolti sotto pressione
viene applicata sull’ogiva della bombola stessa, mentre il corpo cilindrico non è interessato alla
codifica e può essere colorato per altri scopi.
58
Sebbene un riduttore semplice (fig. 93) sia in molti casi sufficiente a tale scopo, come
nel caso delle bombole, l’uso di un sistema a due stadi offre una regolazione migliore
e più affidabile.
Figura 93
I piccoli serbatoi vengono così collegati all’utenza tramite due riduttori; il primo,
capace di sopportare a monte la pressione del gas presente all’interno del serbatoio
(5 ÷ 15 bar) e in grado di avere una pressione di uscita di 1 ÷ 2 bar; il secondo
dimensionato in modo da portare la pressione del gas ai valori di utilizzo (ad esempio
0,03 bar). Se i due riduttori sono dislocati uno in prossimità dell’altro (esistono anche
doppi riduttori che formano un unico corpo), si ha una distribuzione del GPL a bassa
pressione (si veda lo schema di fig. 94); invece nel caso in cui il secondo riduttore
venga collocato in prossimità dell’utenza si parla di distribuzione a media pressione
(schema fig. 95).
Figura 94
Figura 95
In questi esempi il prelievo dal serbatoio avviene direttamente nella fase gassosa e le
variazioni della pressione di esercizio del GPL contenuto nel serbatoio (dovute alle
diverse temperature annuali) non comportano particolari problemi. Esistono
comunque impianti dove la necessità di un elevato flusso di combustibile (ad
esempio forni utilizzati nell’industria) obbliga l’utente, specie nei mesi invernali
quando la pressione nei contenitori è più bassa, a servirsi della linea di prelievo della
fase liquida. L’impianto deve allora contenere un dispositivo per trasformare il GPL
liquido in gas: un vaporizzatore.
59
GPL
Lo schema di un impianto a vaporizzazione forzata è rappresentato nella figura 96,
mentre uno schema di funzionamento di un vaporizzatore che impiega acqua per
riscaldare il GPL liquido è rappresentato nella figura 97.
Figura 96
Figura 97
Esistono vari tipi di vaporizzatore, un esempio di vaporizzatore elettrico è riportato
nella figura 98.
Figura 98
60
4.5.2. L’impianto per il GPL nelle auto
Anche nel caso delle auto alimentate con il GPL il prelievo del combustibile avviene
nella fase liquida. Il serbatoio collaudato per pressioni di 45 bar1, in genere di forma
cilindrica è posto nel bagagliaio, solidamente fissato; oppure, di forma toroidale (a
ciambella, fig. 99), è ancorato nel vano della ruota di scorta.
Figura 99
La sua lamiera di acciaio di spessore compreso tra tre e quattro millimetri è trattata
termicamente in modo da evitare la creazione di fessurazioni in caso di incidente.
Probabilmente il serbatoio omologato costituisce oggi nelle auto, se confrontato con
le altre parti dell’impianto, l’elemento più sicuro dato il sovradimensionamento relativo
alle pressioni di esercizio e la tenuta relativa agli urti. Gli accessori del serbatoio sono
raggruppati in una multivalvola (la figura 100 ne riporta alcuni tipi adatti per serbatoi
cilindrici).
Figura 100
Attraverso la multivalvola fluisce il GPL che riempie il serbatoio. Essa assolve un
insieme di funzioni: misura, tramite un galleggiante, il livello del liquido all’interno del
serbatoio; blocca l’afflusso al raggiungimento del massimo livello consentito (poco al
di sotto dell’80% del volume complessivo); consente il prelievo del GPL liquido
tramite un tubo che pesca nel fondo del recipiente; controlla un eventuale eccesso di
flusso. Inoltre è dotata di valvole-rubinetti di intercettazione dei tubi di rifornimento e
di prelievo.
1
Un campione di ogni serbatoio viene inoltre sottoposto ad una prova di scoppio con pressioni
prossime a 100 bar.
61
GPL
La multivalvola è racchiusa in un contenitore, una sorta di camera stagna di plastica
e/o alluminio (fig. 101), che ha il compito di convogliare eventuali fughe di gas verso
l’esterno dell’autovettura; il materiale del coperchio del contenitore deve permettere
la visione della multivalvola.
Figura 101
Le tubazioni che portano il GPL dal serbatoio al vano motore sono in rame e devono
resistere ad alte pressioni.
La trasformazione della fase liquida in vapore a pressione prossima a quella
atmosferica avviene nel riduttore-vaporizzatore, all’interno del quale circola una parte
del liquido di raffreddamento del motore.
Il dispositivo in questione, particolarmente complesso, regola l’afflusso del
combustibile nei condotti di aspirazione del motore.
Il miscelatore prepara infine la giusta combinazione di combustibile e comburente
(ossigeno).
L’insieme dell’impianto è rappresentato schematicamente nella figura 102. Eventuali
valvole e commutatori permettono di passare dall’alimentazione del motore da GPL a
benzina. Sonde lambda e centraline di controllo per le auto più recenti controllano
l’intero processo.
Figura 102
62
La sicurezza dei veicoli alimentati a GPL si basava fino al 1999 sulle disposizioni per
l’omologazione dei componenti previste dal regolamento ECE/ONU n.67 risalente al
1967. Recentemente l’entrata in vigore dell’emendamento 01 al suddetto
Regolamento ha imposto da un lato test molto più severi che in passato, per
l’omologazione dei componenti dell’impianto (cicli di temperatura, prove di durata,
prove di vibrazione, prove di fuoco, ecc.), e dall’altro ha introdotto una serie di
dispositivi atti ad accrescere il livello di sicurezza degli autoveicoli in tutte le possibili
situazioni.
I nuovi dispositivi, importanti tra l’altro per la tutela della sicurezza delle squadre di
soccorso in caso di incendio di veicoli alimentati a GPL, sono essenzialmente tre:
1. un elettrovalvola posta sul serbatoio, al fine di confinare il GPL all’interno del
serbatoio a motore spento;
2. una valvola di sovrapressione che garantisce, anche in caso di sovrariempimento,
valori di pressione all’interno del serbatoio compatibili con la resistenza del
materiale;
3. una valvola termofusibile, o altro dispositivo analogo, allo scopo di far fuoriuscire il
GPL in caso di incendio, svuotando il serbatoio ed evitandone lo scoppio.
Nella tabella che segue sono elencate le prove richieste per l’omologazione di un
componente GPL. Nella colonna di sinistra sono riportate le prove richieste in
passato, in quella di destra, quelle previste ai sensi del nuovo Regolamento
ECE/ONU 67/01 in vigore da novembre 1999
Prove sui componenti dell’impianto GPL
•
•
•
•
Regolamento ECE/ONU 67
Compatibilità al GPL
Prova di pressione/perdite
Prova di durata (20 cicli)
Misura isolamento circuito
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Regolamento ECE/ONU 67/01
Compatibilità al GPL
Prova di pressione/perdite
Prova di durata (6.000 cicli)
Misura isolamento circuito
Prova alta temperatura (120°C)
Prova bassa temperatura (-20°C)
Prova vibrazioni
Resistenza alla corrosione (nebbia
salina 144 ore)
Prova calore secco
Prova invecchiamento ozono
Prova cicli di temperatura.
Per la sola centralina elettronica:
• Prova compatibilità elettromagnetica
63
GPL
64
RILASCIO DI GAS INFIAMMABILI: FENOMENI FISICI
5. RILASCIO DI GAS INFIAMMABILI: FENOMENI
FISICI
5.1. Combustione e limiti di infiammabilità
In una miscela di combustibile e comburente in determinate condizioni di
concentrazione, temperatura e pressione può essere innescata una reazione di
ossidazione.
Ad esempio, con aria in condizioni standard: 25°C e pressione atmosferica (1,013
bar) la percentuale in concentrazione in volume di GPL necessarie per dar luogo alla
reazione è compresa tra il 2% e il 9% del volume totale della miscela. Questi valori
vengono chiamati limiti di infiammabilità (rispettivamente, inferiore e superiore) del
combustibile.
Confrontando il campo di infiammabilità, in condizioni standard, del GPL con quello di
altri combustibili (fig. 103) si nota l’estensione relativamente ridotta del suo intervallo
di infiammabilità.
Figura 103
65
GPL
Nella tabella che segue sono riportati i valori dei limiti di infiammabilità di alcuni
idrocarburi che entrano nella composizione del GPL.
Sostanza
Limite di infiammabilità
inferiore (LII)
Propano
Isobutano
N butano
2,27%
1,80%
1,56%
9,50%
8,44%
8,41%
Limite di infiammabilità
superiore (LSI)
I valori di questi limiti dipendono dai valori di pressione e di temperatura e dell’aria
tendono ad allontanarsi (l’intervallo diventa più ampio) all’aumentare della
temperatura, come è evidenziato nella rappresentazione schematica della figura 104.
Figura 104
Con riferimento alla stessa figura, oltre una certa temperatura si ha innesco
immediato della reazione.
66
5.2. Deflagrazione ed esplosione di un gas
Se la miscela di gas composta da comburente e combustibile è entro i limiti di
infiammabilità, può essere sufficiente l’innalzamento di temperatura o la scintilla in un
suo punto qualsiasi, perché la reazione si estenda a tutta la miscela. Attorno alla
zona di innesco si viene a creare gas che ha esaurito la combustione mentre nel
resto della miscela incombusta avanza il fronte di fiamma (fig. 105), la cui rapidità di
propagazione dipende dalla velocità di trasmissione del calore di reazione al gas
incombusto.
Figura 105
La trasmissione di questa energia può avvenire essenzialmente in due modi:
a) combustione lenta o deflagrazione, quando il fronte di fiamma avanza con velocità
relativamente piccole (prossime ad 1 metro al secondo);
b) onde di detonazione o esplosione, quando la velocità di propagazione del
fenomeno raggiunge elevati valori (migliaia di metri al secondo) superando di alcune
volte la velocità del suono nell’aria.
Nel primo caso le variazioni di pressione rispetto alla situazione normale sono
piccole, mentre nel secondo l’energia viene trasferita alla miscela dall’onda d’urto. Lo
stato di transizione (miscela incombusta-gas che ha esaurito la combustione) e
l’onda d’urto non è detto che rappresentino un’unica superficie fisica, anche se in
alcuni casi ciò può avvenire.
67
GPL
L’esplosione di una miscela comburente-combustibile (fig. 106) è dunque un
processo nel quale la combustione genera un rapido aumento di pressione.
Figura 106
Le potenti azioni dinamiche dovute all’onda d’urto, non sono quindi lontanamente
paragonabili a quelle dovute ai normali processi di combustione.
5.3. Fuoriuscita di GPL da un serbatoio
Una procedura sbagliata, un incidente, la perdita di una valvola, ecc. possono
portare al rilascio di gas combustibile o di liquido (che nelle normali condizioni tende
ad evaporare con relativa facilità) nelle immediate vicinanze del serbatoio di GPL.
Il rilascio nell’aria se in bassissime concentrazioni e in mancanza di altre condizioni di
infiammabilità non da luogo a gravi conseguenze. D’altra parte, in condizioni
opposte, è possibile l’innesco immediato di una pozza di GPL liquido (si parlerà allora
con termine inglese di pool fire) o la formazione di un dardo di fuoco (jet fire), per il
GPL che ad esempio può fuoriuscire da un serbatoio danneggiato.
68
La situazione intermedia porta alla formazione di una nube libera di combustibile e
aria, il cui innesco può portare, come già accennato, ad una deflagrazione1 (una
combustione lenta) oppure ad un’esplosione indicata con la sigla tecnica UVCE
(unconfined vapour cloud explosion, esplosione di nuvola di vapore non confinata). Il
tutto come schematizzato nella figura 107.
Figura 107
L’incendio potrà infine essere controllato o degenerare portando, ad esempio,
all’esplosione del serbatoio e alla successiva formazione di una palla di fuoco
(fireball), a causa di un rapidissimo passaggio dello stato fisico che coinvolge il GPL
all’interno del serbatoio, indicato normalmente come bleve (dalle iniziali delle parole
inglesi: boiling liquid expanding vapour explosion).
1
La combustione di vapori infiammabili, anche a grande distanza dal serbatoio, senza esplosione
viene indicata col termine inglese flash fire per la rapidità relativa con cui si esaurisce il fenomeno se
confrontata con la durata del fireball (fenomeno che analizzeremo in seguito). Ciò può portare a
confusione visto che la propagazione è lenta nel caso della deflagrazione e veloce nel caso della
combustione. La spiegazione di questo apparente paradosso risiede nel fatto che le masse della nube
relative al flash fire sono in genere di gran lunga inferiori rispetto a quelle della nube che esplode.
69
GPL
5.4. Bleve
Prendiamo in considerazione la figura 108, nella quale è rappresentato un serbatoio
che ha subito un danno e da cui fuoriesce un getto di GPL che si è infiammato (jet
fire).
Figura 108
Nelle vicinanze dello stesso si trova un secondo serbatoio che è esposto
all’irraggiamento termico del primo.
In generale un incendio nelle vicinanze di un serbatoio può portare a considerevoli
aumenti della pressione (tensione di vapore) del GPL all’interno del recipiente
coinvolto anche con scambi termici non elevatissimi. Nell’ipotesi che il serbatoio sia
costruito a regola d’arte1,è possibile prevedere il fenomeno con una certa precisione.
Lo stress termico e meccanico2 del serbatoio, la temperatura raggiunta dal mantello
del contenitore e quella dei diversi strati di GPL, la quantità di energia accumulata (il
grado di riempimento del serbatoio), gli scambi termici, sono alcuni dei fattori che
influenzano l’evento. Certo è che per il verificarsi dell’esplosione del serbatoio si
devono realizzare alcune condizioni preliminari. Esse sono:
a) l’abbassamento delle pressione
b) il surriscaldamento del liquido
c) la nucleazione spontanea.
L’effetto dipende in modo cruciale da un cambiamento dello stato fisico, da liquido a
vapore, conseguente ad una perdita di tenuta del serbatoio.
1
Corrosioni della superficie di protezione, danneggiamenti per urti, mancanze del costruttore, possono
rendere il susseguirsi degli eventi imprevedibili.
2
Gli acciai dei serbatoi di GPL possono cedere a pressioni comprese tra 15 e 20 bar se le pareti sono
portate a temperature prossime a 700°C.
70
Questo è ciò che accade nel fenomeno chiamato bleve1.
Un recipiente che sopporta alte pressioni contenente GPL subisce a causa dello
stress termico e meccanico una piccola perdita2, facendo fuoriuscire del vapore
all’esterno e provocando così un repentino abbassamento di pressione.
Il GPL liquido viene a trovarsi ad una temperatura più alta rispetto alla situazione
normale di equilibrio per quella determinata pressione (a quella temperatura e
pressione il GPL dovrebbe essere vapore3); surriscaldando la massa liquida che si
trova all’interno del serbatoio che è cosi pronta a trasformarsi rapidamente in vapore
intorno a certi germi4 o nuclei di ebollizione.
Basta che una piccola percentuale del GPL liquido si trasformi in un tempo molto
breve in vapore, per provocare effetti catastrofici.
Il tempo in cui avviene il bleve (boiling liquid expanding vapour5 explosion) può
essere estremamente rapido (da pochi millisecondi a un decimo di secondo) oppure
più lento (qualche secondo).
La rapida espansione del GPL liquido trasformatosi in vapore, produce la distruzione
del serbatoio e la conseguente nuvola di combustibile e aria che si infiamma
immediatamente.
La combustione produce una grande quantità di vapore acqueo che appare come
una nube biancastra a causa della rapida condensazione che trasforma il vapore in
minuscole goccioline6 (figura 109).
Figura 109
1
Il fenomeno fisico del bleve può riguardare genericamente un liquido qualsiasi (ad esempio acqua
surriscaldata in un contenitore); non è legato quindi unicamente ad una particolare reazione chimica di
liquidi infiammabili.
2
La valvola di sicurezza, se mal progettata, aprendosi può provocare lo stesso rapido calo di
pressione.
3
Si ricorda che la pressione atmosferica il propano bolle a –42°C.
4
Un’esperienza comune nella scuola secondaria è la seguente. Un sale (iposolfito di sodio) viene
fuso, riscaldandolo in una provetta. Poi lo si lascia raffreddare lentamente. Passata la sua
temperatura di solidificazione, il sale continua a rimanere nella forma liquida. In tali condizioni basta
introdurre un piccolo cristallo di sale (germe) nella provetta e agitare per ottenere la repentina
cristallizzazione di tutto il liquido.
5
Il termine inglese vapour, viene indicato normalmente dagli americani come vapor.
6
Il vapor acqueo condensa per effetto del raffreddamento causato dal calore sottratto dal GPL per la
sua evaporazione. I vapori di GPL non sono assolutamente visibili e solo se essi condensano a loro
volta si può avere un effetto nebbiolina. In effetti la condensazione dei vapori di GPL contribuisce in
piccola parte alla formazione della nube biancastra di cui dicevamo.
71
GPL
Affinché si verifichi la rottura, vale la pena di ricordare inoltre che la temperatura del
GPL all’interno del serbatoio debba essere superiore a 53°C (con pressioni maggiori
di 16,5 bar1); valore che rappresenta il limite della temperatura di surriscaldamento
del propano liquido alla pressione atmosferica.
Al fine di prevenire il BLEVE occorre allora:
Evacuazione liquido;
Limitare la pressione
Valvole di sicurezza;
Prevenzione incendio;
Limitare la temperatura
Raffreddamento con impianti
fissi, schiuma, barriere di acqua;
Coibentazione dei serbatoi;
Uso di acciai duttili ed elastici;
Prevenire gli schocks del serbatoio
Inserimento all’interno del
serbatoio di struttura alveolare
in lega di alluminio;
Uso di additivi che abbassano
la probabilità che si verifichi la
nucleazione spontanea.
1
Da cui la pratica di tarare le valvole di sicurezza a16 bar, una pressione minore del valore che può
condurre al bleve.
72
5.5. Sfera di fuoco (fireball)
La forma e l’innalzamento della palla di fuoco risultante dal bleve, dipendono
fortemente dalle grandezze termiche del liquido e dal modo in cui il serbatoio è
collassato.
Se il recipiente cede rapidamente, la forma del fireball sarà quella classica di una
sfera, al cui interno la concentrazione del combustibile è superiore al limite di
infiammabilità.
Il fronte di fiamma è il bordo esterno che si propaga sia dall’esterno verso l’interno,
che nella direzione della nube di GPL e aria. Ovvero nella miscela combustibile –
comburente (la cui concentrazione è nei limiti di infiammabilità) che si forma
progressivamente.
Nella tabella che segue sono riportati alcuni valori del raggio di estensione dei
possibili danni causati dalla combustione di quantità variabili di combustibile a causa
del fireball secondo uno dei modelli proposti in letteratura1
Quantità combustibile
(tonnellate)
2
20
200
20000
Raggio fireball
(metri)
29
60
120
520
Durata
(secondi)
4,2
6,4
9,8
22,5
1
Un valore medio tra diversi modelli parte dalle seguenti formule:
diametro fireball: D = 6,48 W0,325
durata fireball: t = 0,582 W0,26
W = quantità di materiale infiammabile nel fireball (kg)
73
GPL
Se il cedimento del contenitore è lento, allora il rilascio del GPL dal serbatoio può
portare la palla di fuoco in alto (fig. 110).
Figura 110
Anche il fireball ascendente è in genere preceduto da uno a livello del suolo. Nel
caso di grandi quantitativi di GPL, spesso le dimensioni del fireball a livello del suolo,
a causa della massa liquida interessata alla combustione, supera le dimensioni di
quello ascendente.
E’ altamente improbabile che una persona sopravviva se si trova ad una distanza
dall’incidente pari a quella del raggio del fireball, inoltre i frammenti del recipiente
possono raggiungere distanze anche cinque-dieci volte maggiori (in molti casi le
distanze sono tre-quattro volte maggiori) del raggio della palla di fuoco.
I frammenti possono rappresentare quindi dei potenziali proiettili, estremamente
pericolosi poiché il 60% circa dell’energia di espansione del vapore si trasforma in
energia cinetica di queste parti metalliche lanciate lontano dal luogo dell’incidente.
D’altra parte la frammentazione di un serbatoio in un numero molto grande di parti
(specie per i grandi serbatoi) è estremamente improbabile. La distanza di sicurezza
consigliata alle squadre di soccorso per l’emergenza è allora dell’ordine di quattro
volte il raggio del fireball previsto.
74
Nella figura 111 sono riportate le distanze suggerite dai serbatoi di propano e i
relativi raggi di fireball.
Figura 111
5.6. Esplosione di nube di vapore non confinata (UVCE)
Il fenomeno del bleve di un serbatoio di GPL, come detto nei paragrafi precedenti,
produce una nuvola di gas e aria che si innesca dando luogo alla conseguente sfera
di fuoco. D’altra parte le esplosioni di nubi di gas e aria fuoriuscite da tubazioni,
serbatoi, cisterne, ecc. non sono necessariamente associate al fenomeno del bleve e
possono avvenire anche lontano dalle sorgenti delle emissioni (ad esempio nel caso
di dispersione in fognature o ancora, per la presenza di vento che allontana il gas,
ecc.).
Per ogni metro cubo di propano liquido (circa 500 kilogrammi) racchiusi in un
contenitore, si possono ottenere per evaporazione in atmosfera 270 metri cubi di gas.
Se nella miscela che si viene a creare con l’aria, il combustibile supera il 2% in
volume di concentrazione (LFL, lower fiammability limit), la nube può incendiarsi.
Affinché avvenga l’esplosione della nube di vapore non confinata (UVCE, unconfined
vapor cloud explosion) la quantità di GPL rilasciata nell’atmosfera deve però essere
notevole.
75
GPL
Se il quantitativo è minore di una tonnellata (due metri cubi di GPL liquido) la
probabilità che si verifichi l’esplosione è bassa (un caso su cento, 1%); con
quantitativi di 10 tonnellate (20 metri cubi di liquido evaporato) la probabilità sale al
10% (10 casi su cento). Infine si ha la certezza del disastro con un’evaporazione di
1000 tonnellate (2000 metri cubi) come riassunto nella tabella che segue.
Quantità di GPL
< 1 tonnellate
10 tonnellate
1000 tonnellate
Probabilità di UVCE
0.01
0.1
1
La combustione risultante (fig. 112) si propaga all’intera nube grazie alle onde di
detonazione che producono una sovrappressione i cui valori decrescono a partire
dalla sorgente dell’esplosione (fig. 113).
Figura 112
Figura 113
La zona con elevata probabilità di letalità si estende allora fino a che i picchi di
sovrappressione raggiungono i valori di 0,6 bar in spazio aperto e addirittura 0,3 bar
in presenza di strutture ed edifici.
Inoltre si avranno danni gravi alla popolazione fino a distanze corrispondenti a picchi
di 0,07 bar e la rottura di vetri fino a distanze con sovrappressioni di 0,03 bar.
Nell’ultimo capitolo ritorneremo su questi valori per descrivere i piani di emergenza
esterni a grandi impianti di GPL.
76
STATISTICA, TIPOLOGIA E MISURE DI PREVENZIONE DI INCIDENTI IN ITALIA
6. STATISTICA, TIPOLOGIA E MISURE DI
PREVENZIONE DI INCIDENTI IN ITALIA
6.1. Introduzione
“Villanova, paura per l’autocisterna carica di GPL: si è ribaltata e ha perso liquido,
evacuati gli abitanti”; “Crolla una palazzina per il gas, strage a Foggia”; “Svuotata una
cisterna di GPL sull’autostrada, nessun pericolo”; “Incendio in un deposito
clandestino di GPL a Chiaiano”; “Riempimento abusivo di bombole di gas da cucina a
Collesalvetti”; “Saltano le tubature, tre morti all’asilo di Cicciano”. Questi sono titoli di
giornali degli ultimi anni in cui vengono riportate le conseguenze di incidenti
coinvolgenti il gas di petrolio liquefatto o alcune delle situazioni che sono fonte di
pericoli. Una rassegna completa relativa a incidenti mortali causati da gas GPL è
estremamente complessa, perché ad esempio in molte situazioni le indagini non
riescono a stabilire il gas che ha causato l’esplosione. I dati e le tabelle che seguono
prendono in considerazione il periodo 1988-1995 e sono state elaborati da un gruppo
di lavoro1 sulla base di dati reperibili dalla stampa e dagli archivi delle aziende
distributrici. Nel periodo considerato il numero medio di incidenti da gas GPL
(incendi, esplosioni, intossicazioni ed asfissie2) è di circa 490 eventi/anno. I decessi
si avvicinano a sessanta persone all’anno. L’ultimo dato è un numero in sé non
grandissimo, ma che si avvicina al numero di decessi conseguenti all’utilizzo del
metano (80 morti in media all’anno), gas molto più diffuso del GPL. I dettagli, anno
per anno, del totale degli incidenti sono riportati nel grafico di figura 114; i decessi nel
grafico di figura 115.
Figura 114
Figura 115
1
Gruppo creato dal CIG e formato dalle Associazioni delle Aziende del Gas, dai costruttori di
apparecchi e dispositivi, dall’Istituto del Marchio di Qualità e dalla SNAM.
2
Una delle cause delle asfissie può essere la combustione che avviene in un ambiente non
sufficientemente areato. La combustione povera di ossigeno produce monossido di carbonio (CO),
gas letale a particolari concentrazioni perché accumulandosi nel sangue impedisce all’emoglobina di
trasportare l’ossigeno ai tessuti.
77
GPL
Anche tralasciando le situazioni di pericolo derivanti da comportamenti illegali (rischi
di riempimento a tappo di bombole ancora segnalati nel giugno del 20001, depositi
clandestini in cui non vengono osservate le più elementari misure di sicurezza
relative al travaso tra serbatoi) i rischi per l’impiego del GPL sono abbastanza elevati.
La specificità italiana dei trasporti che ha sempre privilegiato il trasporto su ruote,
rende difficile assistere in Italia a situazione quali quella rappresentata in figura 116,
dove un treno composto da ferro cisterne di GPL è deragliato (Svezia aprile 2000).
Figura 116
Numerosi sono invece gli episodi di autocisterne coinvolte in incidenti con
ribaltamento delle stesse (si veda ad esempio la figura 117 relativa ad un incidente
accaduto sull’autostrada Bologna Firenze nell’aprile 1999).
Figura 117
1
Chi viene sorpreso a riempire abusivamente le bombole è punito con l’arresto da due mesi a due anni
e con l’ammenda da £ 100.000 a £ 1.000.000.
78
Un elenco molto parziale di gravi episodi coinvolgenti autocisterne può essere il
seguente: incendio di autovetture con successivo bleve della motrice (autostrada
Firenze mare, dicembre 1988); perdita di GPL durante il travaso con esplosione dei
vapori (Casalguidi (Pistoia), febbraio 1985); perdita di GPL e UVCE (Cassino
impianto di imbottigliamento, luglio 1977); bleve in un tunnel (autostrada PalermoPunta Raisi, marzo 1996 – fig. 118-).
Figura 118
Solo dell’ultimo caso daremo in seguito una descrizione dettagliata. Si deve
comunque tenere presente che non solo grandi quantitativi di GPL producono
situazioni di rischio ma anche gli impianti domestici, se non sufficientemente
controllati (a tal proposito potrebbe avere una funzione importante la diffusione dei
rilevatori di gas), possono essere la causa di tragedie. Incendi in prossimità di piccoli
serbatoi (usati ad esempio per il riscaldamento) o coinvolgenti autovetture alimentate
a GPL rappresentano altri esempi frequenti dei pericoli del GPL. Tutte queste
tipologie di incidente saranno trattate in dettaglio in questo capitolo, insieme ad
ulteriori indicazioni sulle misure di sicurezza da adottare nelle diverse situazioni.
6.2. Eventi anomali in impianti di stoccaggio
Per le situazioni di emergenza nei grandi depositi di GPL, deve esistere almeno una
strada per l’accesso a ciascun serbatoio e punto pericoloso del deposito stesso,
inoltre è prevista la possibilità di aggredire un incendio, con mezzi fissi o mobili, da
almeno due lati. L’impianto viene realizzato in modo da favorire la ventilazione e la
diluizione di eventuali fuoriuscite di GPL.
79
GPL
La progettazione deve prevedere la concentrazione delle più probabili fonti di perdita
(connessioni flangiate, valvole, zona collettore e pompe – fig. 119-) in una o più aree
di facile accessibilità, separate dalla zona serbatoio con muri di calcestruzzo, capaci
di ridurre l’impatto di eventuali incendi sui serbatoi stessi.
Figura 119
Deve altresì essere possibile pompare acqua, attraverso la tubazione di prelievo o
carico del GPL in fase liquida, all’interno dei serbatoi. Essi debbono inoltre essere
collegati in modo da permettere di dislocare il contenuto dall’uno all’altro. Anche il
travaso tra serbatoi mobili è ammesso in casi di emergenza1. Nonostante le
numerose e dettagliate misure di sicurezza gli impianti di stoccaggio continuano a
dar luogo ad eventi pericolosi. Nella tabella che segue, tratta da un precedente corso
sul GPL, curato dagli ingegneri Salvatore Buffo e Natale Inzaghi, sono riportati le
frequenze di avvenimento dei diversi eventi anomali relative ad un anno di
funzionamento degli impianti.
Evento anomalo
Rottura catastrofica serbatoio
Rottura parziale serbatoio
Perdite flange valvole
Perdite tenuta pompa
Operazioni di drenaggio
Piccole fessurazioni linee
Traboccamento liquido da valvole di
sicurezza
Perdita da bracci di carico per collisione con
autocisterna
Perdita da bracci di carico per mancato
sganciamento del braccio
Perdita da bracci di carico per difettoso
agganciamento o mancata tenuta
Frequenza di accadimento
tre casi su un milione
sette casi su un milione
tre casi su diecimila
cinque su mille
una su mille
sei su mille
uno su diecimila
otto su un milione
uno su diecimila
uno su cento
Confrontando le diverse frequenze si deduce la relativa facilità di piccole perdite di
GPL, specie nelle manovre di travaso, e l’alta sicurezza raggiunta in genere dai
serbatoi.
1
Decreto ministeriale 13 ottobre 1994.
80
6.3. Piccoli serbatoi
Il propano, secondo la classificazione delle sostanze pericolose1, è un gas liquefatto
facilmente infiammabile (caratteristica rappresentata con l’ideogramma di figura 120)
ed i recipienti mobili o fissi di contenimento che lo contengono in fase liquida, vanno
tenuti in luoghi ben ventilati, lontano da fiamme e scintille. Inoltre va evitato
accuratamente l’accumulo di cariche elettrostatiche sulle superfici metalliche di
oggetti (utensili, serbatoi, bracci di carico) che potrebbero venire a contatto, in caso
di incidente, con propano liquido o gassoso.
Figura 120
Per limitare le possibili perdite e prevenire situazioni d’emergenza, i piccoli serbatoi
(fig. 121) dovrebbero avere: un numero limitato di attacchi (uno per il prelievo e il
ritorno della fase gassosa, l’altro per la fase liquida); flange, valvole e dispositivi di
drenaggio posti lontano dal serbatoio stesso, strumentazione di controllo unita in un
gruppo multivalvola, valvola di sicurezza (fig. 122) regolata, per quanto detto nel
precedente capitolo in relazione al bleve, ad una pressione di circa 16 bar; ulteriori
valvole di sicurezza nel tratto di tubazione utilizzata ove scorre GPL liquido e posta
tra valvole di intercettazione.
Figura 121
Figura 122
1
Supplemento ordinario alla Gazzetta Ufficiale n. 116 del 20 maggio 1993, decreto ministeriale 16
febbraio 1993 “Modificazioni ed integrazioni ai decreti ministeriali 3 dicembre 1985 e 20 dicembre
1989 sulla classificazione e la disciplina dell’imballaggio e dell’etichettatura delle sostanze pericolose,
in attuazione delle direttive emanate dal Consiglio e dalla Commissione delle Comunità europee”.
81
GPL
A ciò si potrebbe aggiungere un sistema di protezione passiva di sostanze additive
che aggiunte al combustibile rendono estremamente improbabile il verificarsi del
bleve, riducendo sensibilmente i possibili nuclei di ebollizione.
La tipologia classica di incidente per i piccoli serbatoi è rappresentata da una perdita
di GPL liquido o gassoso (ad esempio durante un travaso) e dal successivo incendio
che provoca il riscaldamento del recipiente stesso. Se la temperatura esterna porta la
tensione di vapore ad un valore superiore a quello della pressione di taratura della
valvola di sicurezza, questa tende ad aprirsi per espellere parte del GPL gassoso. Il
gas potrebbe a sua volta incendiarsi formando una fiamma al di sopra della valvola. I
pericoli di un bleve non sono da escludersi e la procedura operativa da adottare dalla
squadra dei vigili del fuoco impegnata sarà esaminata nel prossimo capitolo.
6.4. Deposito di gas GPL per uso domestico (bombole)
La norma UNI 7131 del gennaio 1999 regola l’installazione e l’utilizzo di un deposito
individuale alimentato da bombole di GPL, ovvero un insieme costituito da un
serbatoio o bidone1 (nella figura 123 sono rappresentate bombole con diversa
capacità), un gruppo di regolazione della pressione (riduttore) ed altri dispositivi
(eventuali valvole di intercettazione).
Figura 123
L’insieme dei suddetti elementi ha la funzione di immagazzinare GPL liquido ed
immettere GPL gassoso, a pressione determinata, in uno o più impianti per uso
domestico (ad esempio una cucina a gas) senza rete di distribuzione intermedia. La
singola bombola può essere installata all’interno di un locale2, invece se più bombole
sono unite tra di loro queste devono essere necessariamente collocate all’esterno.
La temperatura della bombola, del regolatore di pressione e del tubo flessibile di
alimentazione dell’impianto, a causa dell’irraggiamento solare o per la presenza di
possibili fonti di calore (quali ad esempio un forno da cucina), non devono mai
superare i quaranta gradi.
1
La norma definisce bidone un recipiente mobile di capacità geometrica non maggiore di 150 litri.
Oppure all’aperto o in apposito alloggiamento esterno areato.
2
82
Naturalmente le bombole vanno sistemate in posizione verticale (con la valvola in
alto); lontane da materiale combustibile e impianti elettrici. Non deve esistere la
possibilità che eventuali perdite possano convogliarsi in locali sottostanti a quello
dove è ubicata la bombola stessa. E’ esplicitamente vietato, inoltre tenere in deposito
bombole piene o vuote non utilizzate o comunque non collegate all’impianto. Il
pericolo maggiore nel caso di piccoli recipienti mobili è la fuoriuscita della fase liquida
dovuta ad una non corretta tenuta e ad una posizione sbagliata del recipiente
(bombole in posizione orizzontale). L’incidente classico è la fuga di gas con
susseguente incendio della sostanza. Anche in questo caso vedremo nel prossimo
capitolo i possibili interventi di una squadra di vigili.
6.5. Segnalatori e rilevatori di gas
Un esplosimetro è oggi uno strumento elettronico, spesso di ridotte dimensioni (al
proposito si veda ad esempio la figura 124), collegato ad un particolare sensore
sensibile ad uno o più gas esplosivi; ossia gas capaci di provocare una rapida
combustione in aria.
Figura 124
La misura effettuata dell’esplosimetro è espressa in percentuale rispetto al limite
inferiore della concentrazione necessaria per provocare la combustione (nel caso del
GPL una concentrazione del 2%). Per il controllo delle fughe di gas, invece di
effettuare la misura della concentrazione, si ricorre talvolta nell'uso domestico ad una
semplice segnalazione di allarme, legata al superamento di un certo valore di soglia,
con l’aggiunta di un eventuale dispositivo automatico per l’attivazione del blocco,
tramite elettrovalvola di intercettazione, dell’afflusso di gas all’impianto.
La figura 125 mostra lo schema di un rivelatore, mentre la figura 126 rappresenta un
modello per uso domestico.
83
GPL
Figura 125
Figura 126
Le sue caratteristiche sono conformi alla norma UNI 70028. I sistemi adatti per il GPL
sono posizionati in modo da trovarsi vicino ai possibili punti di rilascio, in basso,
tenendo conto, come è stato più volte ripetuto, che la densità dei gas in questione è
maggiore di quella dell’aria. Negli impianti di stoccaggio i rivelatori sono installati nei
punti critici del deposito. Nel caso si ritenga opportuno installare un rilevatore in una
abitazione, esso dovrebbe essere posto ad esempio nel locale cucina, su una parete
liscia ad un’altezza di trenta centimetri da terra e a non più di quattro metri
dall’apparecchiatura che può dar luogo al rilascio (come rappresentato in figura 127).
Figura 127
In tal caso le norme individuali di comportamento consigliate in caso di allarme sono
sempre le stesse: spegnere le fiamme libere; chiudere il rubinetto principale del gas o
della bombola di GPL; non accendere o spegnere luci; non azionare apparecchi o
dispositivi azionati elettricamente; aprire porte e finestre per aumentare la
ventilazione; allontanarsi dal luogo di pericolo (se l’allarme non cessa) ed avvisare i
servizi di emergenza. Il Corpo dei vigili del fuoco ha in dotazione appositi esplosimetri
per il monitoraggio di zone a rischio.
84
6.6. Autovetture con impianto di alimentazione a gas GPL
coinvolte in un incendio
Nel corso degli anni novanta non sono mancati incidenti gravi relativi ad autovetture
alimentate a GPL (fig. 128) che hanno coinvolto in modo drammatico il personale dei
vigili del fuoco.
Figura 128
Come detto nel quarto capitolo, i serbatoi finora installati sulle autovetture sono
realizzati e omologati per resitere a pressioni prossime a 100 bar e le tubazioni ad
alta pressione in cui scorre il liquido sono capaci di sopportare 45 bar.
Dalle caratteristiche indicate è facile dedurre che l’evenienza dello scoppio del
serbatoio (avente ad esempio capacità geometrica di sessanta litri) anche sottoposto
ad un forte riscaldamento esterno per il coinvolgimento dell’auto in un incendio, sia
un’eventualità rara.
Risultati di sperimentazioni di prove distruttive con simulazione di incendio doloso
della sola autovettura hanno mostrato l’insufficienza di tale energia per raggiungere il
bleve.
L’incendio iniziale provoca in questi casi generalmente la sola formazione di un
dardo di fuoco (jet fire) di colore giallo vivo, dovuto al GPL che fuoriesce ad esempio
dalla valvola del serbatoio.
Solo fornendo ulteriore alimentazione alle fiamme si arriva all’evento critico. Se una
simile eventualità si realizza, il bleve risultante da 25 kilogrammi di GPL e l’innesco
della nube combustibile-aria, portano alla formazione di una palla di fuoco di raggio
prossimo a dieci metri con valori di sovrappressioni non significativi ed una durata di
pochi secondi.
Frammenti metallici possono essere lanciati anche a distanze di 50-100 metri. Una
semplice barriera protettiva permette comunque di avvicinarsi con relativa sicurezza
ad una distanza di 10-20 metri dall’auto.
85
GPL
Esperti del settore ritengono la distanza prossima a 10 metri sufficientemente sicura
per le squadre di intervento che operano con l’equipaggiamento individuale al
completo e barriere di protezione.
In ogni caso per evitare il cedimento del serbatoio anche qualora il veicolo si trovi
coinvolto in un incendio (ad esempio a seguito di un incidente), sono stati previsti a
livello europeo ulteriori dispositivi di sicurezza, obbligatori per gli impianti realizzati a
partire dal 2001, che consentendo la fuoriuscita del GPL limitano la pressione
all’interno del serbatoio a valori compatibili con la resistenza meccanica dello stesso.
In tali impianti il serbatoio ha una pressione di esercizio di 30 bar mentre la pressione
di rottura deve essere superiore a 67,5 bar.
6.7. Un esempio significativo di incidente: bleve
autocisterna, Sicilia 1996.
Il 18 marzo 1996 in un tunnel (fig. 129) di 148 metri, tra Punta Raisi e Palermo, a
seguito di un bleve occorso ad un’autocisterna con 2500 litri di GPL, muoiono cinque
persone e altre venti rimangono ustionate1.
Figura 129
Il luogo dell’incidente (tunnel senza segnali di attenzione con strada leggermente
inclinata al fine di convogliare l’acqua piovana), il mancato rispetto dei limiti di
velocità, il traffico intenso (con punte di diecimila auto all’ora in quel tratto), sono
alcuni degli elementi che concorrono nella dinamica dell’incidente. All’interno del
tunnel, nel primo pomeriggio, un’auto sbanda, urta contro il guard rail e si ribalta,
bloccando la corsia. Rapidamente l’intero tunnel è interrotto da un ingorgo di sedici
auto sopraggiungenti. L’autocisterna, sempre all’interno del tunnel, si ferma e l’autista
segnala con le luci di pericolo. Un pullman, con quattordici persone a bordo, non
riesce invece ad interrompere la sua corsa e urta violentemente contro la parte
posteriore dell’autocisterna; seguono una serie di tamponamenti che coinvolgono
altri quattro veicoli. L’impatto violento tra pullman e autocisterna provoca un danno
1
I dati e le immagini di questo paragrafo sono tratte dall’articolo “Fire disaster in a motorway tunnel” in
Annals of Burns and Fire Disasters volume X 44, dicembre 1997. Gli autori dell’articolo sono un’equipe
di medici della Divisione Chirurgia Plastica e Terapia delle Ustioni dell’Ospedale Civico di Palermo.
86
alla parte superiore del serbatoio e la dispersione di GPL (testimoni oculari ricordano
un pennacchio di “vapori” bianchi al di sopra del serbatoio1). Dopo alcuni secondi si
verifica una prima esplosione dovuta probabilmente all’innesco della miscela ariaGPL. Un’onda di calore, senza causare danni gravi alle automobili, investe alcuni
passeggeri. Le fiamme coinvolgono la parte anteriore del pullman che a sua volta si
incendia, alimentando il riscaldamento del GPL liquido nell’autocisterna. L’autista del
pullman e una parte dei passeggeri, trovata bloccata la porta di apertura, escono dal
mezzo rompendo il vetro posteriore. Il tunnel è buio e pieno di fumo. Cinque persone
rimangono bloccate nel pullman. Il fuoco alimenta il riscaldamento del combustibile
liquido.
Dopo sei-sette minuti, c’è una tremenda esplosione con fiamme violente (un fireball
della durata di 5-6 secondi) e l’onda d’urto fuoriesce dai due tunnel collegati ( per la
configurazione interna del tunnel si veda lo schema di figura 130).
Figura 130
La frammentazione del serbatoio (recuperati e fotografati come rappresentato nelle
figure 131 e 132) confermano l’ipotesi di un caso di bleve.
Figura 131
Figura 132
1
Il GPL nella fase gassosa, come detto, non è visibile. Solo una sua condensazione può portare alla
formazione di minuscole goccioline, ossia alla nebbiolina visibile.
87
GPL
Il tunnel subisce danni impressionanti (fig. 133) e le fiamme sono estinte solo due ore
dopo l’intervento della squadra dei vigili del fuoco.
Figura 133
88
INTERVENTI DEL C.N.VV. F. SU RILASCI DI GPL INCENDIATI E ALTRE EMERGENZE
7. INTERVENTI DEL C.N.VV. F. SU RILASCI DI GPL
INCENDIATI E ALTRE EMERGENZE
7.1. Getti infiammabili di GPL in fase liquida
E’ relativamente frequente la situazione di formazione di piccole pozze di GPL liquido
durante le operazioni di travaso del gas liquefatto.
In passato, le norme di sicurezza, sicuramente meno restrittive delle attuali, hanno
almeno in parte portato alla sottovalutazione del pericolo inerente ai piccoli rilasci.
Così ad esempio utilizzando una manichetta di vapore per accelerare le operazioni di
dispersione del combustibile (il GPL comunque tende alla temperatura ambiente ad
evaporare) con attacchi metallici senza messa a terra, vi è il rischio della produzione
di scintille che possono causare un incendio.
Anche l’acqua nebulizzata, indirizzata verso liquidi o nubi di vapore infiammabili nel
tentativo di disperderli, può portare alla concentrazione di cariche elettrostatiche e ad
un possibile innesco della miscela. I getti di vapore stessi diretti sul GPL possono dar
luogo a situazioni di pericolo.
Per prevenire un incendio in occasione di versamenti di liquidi infiammabili,
normalmente si usa una coltre di schiuma che contrasta l’emissione dei vapori. Nel
caso del GPL, l’applicazione di un simile metodo ritarda solo l’evaporazione. Inoltre
pozze di GPL incendiate solo in linea teorica potrebbero essere spente da schiume
ad alta espansione.
Consideriamo una situazione più grave: una tubazione fessurata da dove fuoriesce
un getto liquido compatto di GPL. All’esterno del getto, vi è un’immediata
evaporazione che forma con l’aria la miscela infiammabile. Nell’ipotesi di innesco, la
generazione dell’incendio della miscela riscalda il liquido producendo grandi
quantitativi di vapore che in breve tempo, possono estendersi a grandi distanze dal
punto di fuoriuscita del liquido.
89
GPL
Gli operatori della squadra dei vigili del fuoco, protetti dalla tenuta completa di
intervento1 (giaccone, pantaloni, elmetto con visiera, guanti, fig. 134), devono innanzi
tutto capire come sia possibile intercettare il flusso del liquido che alimenta il fuoco.
Figura 134
L’intercettazione comporta l’individuazione di valvole o saracinesche che potrebbero
essere a loro volta molto prossime a getti di fiamma.
L’avvicinamento va effettuato con molta cautela e ripetiamolo, l’obiettivo iniziale non
è l’aggressione delle fiamme con sistemi antincendio, ma intercettare la fuga di
combustibile dalle tubazioni, ossia l’operazione di spegnimento deve essere
effettuata dopo aver eliminato ogni possibilità di ulteriore rilascio di gas e vapori
infiammabili, regola di comportamento fondamentale che vale per tutti gli incendi di
classe c coinvolgenti gas2.
1
Si vedranno tra breve immagini relative ad alcuni interventi specifici (raffreddamento, spegnimento
bombola, auto in fiamme,…) Le immagini sono tratte principalmente dalle fototeche dei Comandi
provinciali dei vigili dl fuoco di Bologna e Novara.
2
Ricordiamo schematicamente la classificazione degli incendi. Negli incendi della classe a) rientrano
tutti i materiali solidi a base cellulosica; l’agente estinguente è l’acqua. Classe b), resine, solventi,
benzina, catrami, oli vernici, alcoli,…; agenti estinguenti schiume. Classe c), gas; agenti estinguenti,
polveri, CO2, alogeni. Classe d), sostanze reattive con l’aria e l’acqua quali i metalli (sodio,
potassio,…); si impiegano polveri speciali e tecniche operative particolari. Classe e, apparecchiature
elettriche sotto tensione, pericolo elettrocuzione.
90
I getti delle lance (fig. 135) nebulizzatrici, dovranno schermare l’operatore che tenterà
di chiudere le valvole a monte della perdita dall’irradiazione termica.
Figura 135
7.2. Interventi su grandi fiamme di GPL
L’operazione di avvicinamento della squadra di intervento dei vigili del fuoco a grandi
fiamme provocate da una miscela aria-GPL va effettuata ricorrendo ad adeguata
attrezzatura di supporto.
La protezione deve essere realizzata creando uno schermo d’acqua impenetrabile
alla fiamma, composto da due lance (45 ÷ 70 mm) che diano origine a due getti
d’acqua nebulizzata proveniente da automezzi (APS) (fig. 136-137) o risorse idriche
diverse.
Figura 136
Figura 137
Alle due sorgenti dovrebbe essere aggiunta una terza fonte avente la funzione di
protezione supplementare e di sostituzione di una delle due principali, nel
malaugurato caso di malfunzionamento.
91
GPL
I getti di protezione di forma conica, devono sovrapporsi per creare uno schermo
impenetrabile alle fiamme e tale da non poter essere aggirato dalle stesse.
Le fasi dell’avvicinamento devono tenere conto della direzione del vento e della
pendenza del terreno.
Non si deve mai operare sotto vento, poiché una parte di miscela ancora nel campo
di infiammabilità (miscela che non è visibile) spostata lontana dall’incendio può
rapidamente iniziare la combustione anche a decine di metri dal luogo dove è
avvenuto l’incidente.
Ovviamente, nella zona di pericolo non vanno utilizzate apparecchiature elettriche
capaci di produrre scintille ed innescare quindi l’incendio.
Si tenga presente inoltre, per rimanere all’esempio del paragrafo precedente, che la
distanza di danno per un individuo non protetto da appositi indumenti valutata per il
solo incendio di getti di vapore (jet fire) emessi dalla linea di trasferimento del GPL,
può estendersi a 19 metri nel caso di rilascio del diametro di 3’’.
Il valore che si assume per definire questa distanza è legato all’energia su unità di
tempo (potenza) che si sviluppa a causa dell’incendio su una superficie di un metro
quadrato. Una potenza di 3000 watt (3 kW) su un metro quadrato, viene considerata
il limite della distanza in cui si possono subire possibili danni. Se tale valore
raddoppia si hanno danni gravi, mentre per una radiazione stazionaria che produce
un’intensità di 12,5 kW/m2 si ha un’elevata probabilità di letalità. Le considerazioni
precedenti sono riassunte nella tabella che segue.
Effetti incendi radiazione Elevata probabilità
Danni gravi
stazionaria
morte
Tipo di zona
ZONA 1
ZONA 2
Distanza corrispondente
ad una radiazione di
5 kW/m2
potenza su unita di
12,5 kW/m2
superficie pari a:
Possibili danni
ZONA 3
2,5 kW/m2
Il tessuto speciale del giaccone dei vigili è testato per resistere a temperature
dell’ordine di 150°C - 200°C; mentre tute speciali sono impiegate in situazioni
eccezionali.
92
Nella figura 138 sono rappresentati due vigili durante l’intervento in un incendio in
una raffineria. Nella figura 139 è riportata la foto di una tuta in fibra di vetro
alluminizzata, con fodera di cotone trattato ignifugo, capace di sopportare
temperature prossime a 600°C.
Figura 138
Figura 139
93
GPL
7.3. Serbatoio esposto a incendio
I più grandi tra i serbatoi fissi per piccole utenze (serbatoi di volume minore di 5m3)
riempiti all’80% possono contenere fino ad un valore prossimo a 2.000 kg di GPL
liquido, un serbatoio di un’auto alimentata con lo stesso combustibile può contenere
invece una quantità spesso inferiore ai 30 kilogrammi mentre un bidone per impianti
domestici (una bombola) fino a 50 kg.
La combustione, in condizioni normali, di un solo kilogrammo di GPL produce 45,6
MJ (megajoule, milioni di joule1) di energia. Il pericolo nei diversi casi, è legato
direttamente alla quantità di combustibile accumulata nei diversi tipi di serbatoi e al
rischio dell’esplosione degli stessi con conseguente formazione di una sfera di fuoco
e proiezione di frammenti metallici.
A dispetto delle relativamente piccole quantità di energia in gioco, l’incendio di una
bombola o di un serbatoio di un’auto è più frequente di un piccolo serbatoio fisso per
riscaldamento e non va sottovalutato. Le modalità operative degli interventi di una
squadra di vigili nei diversi casi, saranno trattate nei paragrafi che seguono.
7.3.1. Serbatoi fissi
L’evento incidentale iniziale che può dar luogo al fenomeno del bleve, è l’innesco di
una perdita di GPL in fase liquida o gassosa in prossimità del serbatoio stesso.
L’aumento di temperatura delle pareti metalliche (mantello), se non contrastato
efficacemente, può portare a sovrappressioni della tensione di vapore del GPL
contenuto all’interno del recipiente.
Al di sopra del valore di taratura (in genere compreso tra 16 e 18 bar), la valvola di
sicurezza inizia ad aprirsi per ridurre la pressione interna. Il gas che fuoriesce può a
sua volta incendiarsi dando origine ad una fiamma sulla sommità del serbatoio.
L’accelerazione del processo di evaporazione, crea all’interno del liquido un forte
gradiente di temperatura. Con termine meno tecnico, si viene a formare un liquido a
strati con temperature decrescenti che può terminare addirittura con una parte del
liquido al di sotto di 0°C, in corrispondenza del fondo del serbatoio.
L’abbassamento di temperatura è dovuto alla rapida sottrazione di calore necessaria
per il passaggio di stato fisico2.
1
Per trasformare questo valore in kilocalorie, basta tener presente che 1 kcal = 4,186 J.
Esistono molti prodotti in commercio che sfruttano questo principio. Ad esempio spray che spruzzati
sulla pelle provocano una rapida diminuzione della temperatura locale a causa del calore che fornisce
la parte interessata del corpo all’evaporazione del liquido nebulizzato. Anche del semplice alcol,
produce sulla pelle un effetto simile.
2
94
Esternamente, la condensazione del vapor acqueo a contatto con la parte fredda del
serbatoio, crea uno strato di brina o di ghiaccio, mentre altre particelle di acqua
formate durante la combustione (e in piccola parte GPL liquido condensato), sono
visibili come vapore bianco nelle vicinanze dell’incendio (fig. 140).
Figura 140
La miscela combustibile, è invece invisibile all’occhio umano e può essere individuata
solo grazie a particolari strumenti (gli esplosimetri). Se l’esposizione alla fiamma del
serbatoio è particolarmente concentrata, la sua resistenza meccanica si riduce e il
pericolo del bleve aumenta.
Gli operatori intervenuti per intercettare eventuali perdite di gas che alimentano
l’incendio iniziale, agendo sotto vento, debbono avvicinandosi in direzione ortogonale
al deposito, poiché un eventuale esplosione del recipiente cilindrico lancerebbe i
fondi lungo la linea dell’asse del serbatoio.
95
GPL
Se la perdita non è intercettabile, l’unica azione possibile è raffreddare con getti di
acqua il serbatoio (nella figura 141 è rappresentata l’azione di raffreddamento di un
impianto industriale), fino alla completa combustione del GPL, per far si che non
avvenga l’esplosione, monitorando l’evoluzione della situazione servendosi ad
esempio del manometro e dell’indicatore di livello del recipiente.
Figura 141
Nel caso di aumento di pressione, con l’avvicinarsi alla situazione critica, va
predisposto l’allontanamento e l’evacuazione rapida della zona in base al raggio del
fireball previsto.
Le fiamme (o il dardo di fuoco) devono essere spente solo all’approssimarsi
dell’esaurimento del GPL.
Infine va controllata l’area a rischio per individuare eventuali residui di miscele
infiammabili e va bonificato il contenitore danneggiato con acqua o gas inerti.
7.3.2. Serbatoi di autovetture alimentate a GPL
Si sono già discussi i pericoli di un’esplosione di serbatoi di GPL di auto. L’innesco di
un incendio nel vano motore o nell’abitacolo dell’auto nelle ore diurne difficilmente
può portare al verificarsi dell’evento critico.
96
Una reazione immediata con estintore o il pronto intervento dei vigili porteranno la
situazione rapidamente sotto controllo, come riportato nella sequenza di immagini
(figure 142, 143 e 144).
Figura 142
Figura 143
Figura 144
Molto più pericoloso è invece il caso di un eventuale incendio doloso che si sviluppa
nelle ore notturne con materiale infiammabile coinvolgente l’auto alimentata a gas ed
altre autovetture.
L’intervento dei vigili sarà effettuato sia con polveri indirizzate al focolaio dell’incendio
che espone alle fiamme il contenitore di GPL, sia con l’acqua sul serbatoio per
abbassarne la temperatura e ridurre i rischi del bleve. Giaccone, pantaloni, stivali,
guanti, casco con visiera, sottocasco, costituiscono la protezione individuale adottata
dal vigile nell’intervento. L’automezzo impiegato dovrà avere una capacità di almeno
quattromila litri di acqua. Il mezzo di soccorso si deve fermare ad una distanza di
circa 20 metri dall’auto in fiamme (tenendo conto che il deposito di GPL si trova nel
vano bagagliaio dell’autovettura).
La squadra d’intervento è composta da due gruppi operativi nei quali due operatori si
occupano del naspo con acqua frazionata e altri due della manichetta con lancia da
45 millimetri. L’avvicinamento avviene cercando di tenersi più bassi della sagoma
dell’auto. A spegnimento avvenuto si opera una sorta di bonifica aprendo il
portabagagli ed agendo con acqua frazionata facendo disperdere eventuali accumuli
di gas e chiudendo la valvola del serbatoio di GPL.
L’autovettura viene infine portata in un luogo sicuro tenendo presente il pericolo
potenziale rappresentato dal GPL liquido ancora contenuto all’interno del veicolo.
97
GPL
7.3.3. Bidoni
L’evento incidentale per antonomasia con il GPL è la fuga di gas o liquido da una
bombola e l’incendio della miscela formatasi. Una non corretta posizione (orizzontale
o addirittura verticale con valvola in basso) è la causa più comune della perdita.
In presenza di fiamme il contenitore può pericolosamente riscaldarsi facendo
prospettare nuovamente il rischio del fenomeno del bleve.
L’intervento principale di vigili in queste situazioni viene affidato normalmente ad un
operatore diretto oltre ad uno di appoggio (si veda fig. 145).
Figura 145
A questi si può aggiungere un operatore di collegamento tra i due.
L’operatore diretto ha il compito di ripristinare la posizione corretta della bombola e
dopo aver raddrizzato il recipiente, di chiudere il dispositivo di intercettazione del gas.
Nella manovra va posta molta attenzione alla direzione delle fiamme. Ad esempio
l’operatore deve cercare di evitare di dirigere il dardo infuocato verso l’operatore di
appoggio.
L’uso dell’estintore o della lancia antincendio va subordinato all’intercettazione e può
essere impiegato per raffreddare altri eventuali bidoni nelle vicinanze. A spegnimento
avvenuto si provvede alla bonifica di luoghi chiusi quali scantinati coinvolti
nell’incendio, utilizzando schiume ad alta espansione su eventuali residui di GPL e
estrattori di fumo1 per eliminare residui tossici.
1
L’estrattore non va impiegato nella fase di aspirazione ma solo in quella di compressione (a spingere)
per evitare che eventuali miscele infiammabili trovino una causa di innesco.
98
7.4. Travasi di GPL in emergenza
Sulle strade italiane è un evento relativamente frequente il ribaltamento di
un’autocisterna contenente liquidi infiammabili (al proposito si veda fig. 146).
Figura 146
Nel caso si tratti di GPL i pericoli sono notevoli. L’intervento in tal caso, non può
essere preliminarmente rivolto al riposizionamento con gru dell’automezzo, ma deve
essere mirato al trasferimento del GPL liquido dal mezzo a rischio ad una o più
autobotti.
Solo dopo il travaso di emergenza l’operazione di sgombro della strada potrà essere
realizzata (nella figura 147 è rappresentata un’autocisterna di GPL ribaltata nel 1999
sull’autostrada Bologna-Firenze).
Figura 147
Altri possibili situazioni che determinano travasi di emergenza, riguardano serbatoi
fissi a rischio o autobotti che seppur non rovesciate, sono incidentate in posizione di
marcia. I diversi tipi di intervento saranno l’argomento dei prossimi paragrafi, ma
questi saranno preceduti dalla descrizione di un gruppo collettore per il travaso, detto
clarinetto che viene impiegato in alcune di queste operazioni.
99
GPL
7.4.1. Il “clarinetto”
La funzione del clarinetto è quella di permettere di pompare gradualmente gas inerte
e o acqua all’interno del serbatoio da svuotare ad una pressione superiore (all’incirca
2 bar) della tensione di vapore del GPL. L’operazione va svolta lentamente altrimenti
le valvole di accesso di flusso, per prevenire una situazione di pericolo, si possono
bloccare.
Le componenti del gruppo speciale per travaso di GPL, sono rappresentate
schematicamente nella figura 148.
Figura 148
Il gruppo ha due attacchi d’ingresso: uno, per l’acqua proveniente da una
motopompa, ad esempio quella dell’APS d’intervento (fig. 149); l’altro, per le bombole
di gas inerte (azoto).
Figura 149
Il flusso dell’acqua è monitorato da un contatore. Una valvola di non ritorno
garantisce l’unidirezionalità del flusso verso la cisterna. Due manometri con scala
graduata a 40 bar, garantiscono il controllo della pressione nei diversi tratti della
tubazione. Valvole di intercettazione prevengono eventuali malfunzionamenti. Un
attacco flangiato finale permette il collegamento con l’autobotte.
100
7.4.2. Travasi di emergenza tra serbatoi mobili
Per trasferire il GPL tra le due autobotti, nel caso in cui l’autobotte incidentata non è
ribaltata, si utilizza l’azoto. La situazione è come quella prospettata in figura 150.
Figura 150
L’attacco della fase gassosa della cisterna incidentata viene collegato tramite il
gruppo collettore alle bombole di gas inerte munite di un riduttore e all’acqua
dell’autopompa. Gli attacchi della fase liquida delle due cisterne sono uniti tra di loro.
Per controllare il flusso di GPL, viene inserito un ulteriore tronchetto flangiato con una
derivazione di spurgo (una valvolina). Essa termina sufficientemente lontano dalle
operazioni e permette di esaminare il tipo di fluido che si sta travasando in quel
momento. L’attacco della fase gassosa della cisterna inizialmente vuota va infine
collegato con l’esterno mediante il passaggio in un recipiente pieno d’acqua a pelo
libero che ha la funzione di impedire qualsiasi ritorno d’aria nei serbatoi. La spinta del
gas inerte al di sopra della fase liquida del GPL produce lo spostamento del
combustibile liquido verso la cisterna vuota.
Nel caso di cisterna ribaltata il metodo precedente non può essere impiegato perché
una parte del GPL nella fase liquida tenderebbe, a causa della diversa posizione del
serbatoio, a rimanere all’interno della cisterna del mezzo incidentato. Viene quindi
impiegata acqua per comprimere il GPL liquido. Un grande quantitativo di acqua,
valutabile nell’ordine di almeno mezzo metro cubo (cinquecento litri) per ogni metro
cubo del volume del serbatoio di GPL da trasferire1. Per tale motivo più APS devono
raggiungere rapidamente il luogo dell’intervento. Va previsto un collegamento
principale e uno di riserva, con l’ausilio, se possibile, di una sorgente idrica reperibile
nelle vicinanze dell’incidente.
1
Per un’autocisterna avente capacità di 50 metri cubi sono necessari 25-28 metri cubi di acqua.
101
GPL
Lo schema dei collegamenti da realizzare è riportato nella figura 151.
Figura 151
Il fluido in pressione che agisce dall’esterno (ora l’acqua) viene immesso nel
serbatoio da svuotare sempre dall’attacco della fase gassosa del GPL. Sotto l’azione
dell’acqua, il combustibile liquido fuoriesce attraverso l’attacco della fase liquida
collegato alla seconda cisterna. Nel serbatoio da svuotare l’acqua prende
gradualmente il posto del GPL liquido. Quando il livello raggiunto dal nuovo liquido è
confrontabile con la bocchetta dell’attacco della fase liquida del GPL la prima fase
dell’operazione viene interrotta.
Per completare il travaso si utilizza ora l’azoto che gorgogliando raggiunge la parte
superiore del serbatoio, comprime i due liquidi e fa proseguire il travaso del GPL.
Infine per bonificare completamente il serbatoio da residui di GPL nella fase gassosa,
vengono immessi sia acqua che gas inerte in pressione, controllando tramite lo
spurgo a distanza, il tipo di fluido che attraversa la manichetta di collegamento della
fase liquida delle due autobotti. Acqua e azoto in trascinamento saranno il segno
inequivocabile dell’avvenuto completamento del travaso.
Probabilmente, se le dimensioni della cisterna da svuotare sono notevoli, una singola
autobotte non sarà sufficiente per terminare il trasferimento. Si rende così necessario
lo scollegamento della manichetta e il successivo aggancio ad un secondo mezzo.
Lo svuotamento e la bonifica del serbatoio incidentato completano le operazioni di
travaso.
102
7.4.3. Travaso di emergenza di un serbatoio fisso
E’ stato già detto che in grandi impianti deve essere previsto per le emergenze un
collegamento per trasferire il contenuto di GPL liquido da un serbatoio ad un altro,
utilizzando i mezzi dell’impianto. Anche per piccoli serbatoi in situazione di rischio è
possibile portare a termine una simile operazione impiegando un compressore
portatile, collegato in aspirazione nel serbatoio da riempire e in mandata nel
serbatoio da svuotare.
E’ comunque più comune tra gli interventi dei vigili del fuoco dover travasare il GPL
liquido del serbatoio fisso incidentato nel serbatoio mobile di un’autobotte. In questa
eventualità il compressore è collocato nel mezzo stesso e lo schema di collegamento
è rappresentato nella figura 152.
Figura 152
Ancora la compressione subita dal GPL liquido lo spinge, attraverso l’attacco della
fase liquida, nell’autocisterna da riempire.
103
ANALISI DEI RISCHI E PIANI DI EMERGENZA ESTERNI AI GRANDI IMPIANTI DI GPL
8. ANALISI DEI RISCHI E PIANI DI EMERGENZA
ESTERNI AI GRANDI IMPIANTI DI GPL
8.1. Cenni sulla vulnerabilità dell’uomo alla radiazione
termica
Negli ultimi quindici anni in Italia, la normativa ha introdotto vari metodi per la
valutazione del rischio nel caso di incidenti rilevanti. Tra questi, spicca il metodo
speditivo, per la determinazione delle aree esterne agli impianti soggette a
pericolo1in caso di incidente. In esso si distinguono tre zone: quella di sicuro impatto,
la zona di danno e, infine, quella di attenzione, legata alle singole realtà territoriali.
Nel caso di avvenimenti legati all’utilizzo di GPL si possono verificare una serie di
fenomeni (bleve, fireball, UVCE, …) che permettono di definire le diverse zone a
seconda della tipologia del fenomeno stesso e di alcuni parametri caratteristici della
radiazione, come indicato nella tabella seguente.
Fenomeno fisico
Esplosioni UVCE
Valori di sovrapressione di
picco
Esplosioni UVCE in
presenza di strutture o
edifici vulnerabili
Valori di sovrapressione di
picco
Bleve/sfera di fuoco
(radiazione termica
variabile)
Raggio sfera
Dose termica
Zona 1
Elevata probabilità di
letalità
Zona 2
DANNI GRAVI A
POPOLAZIONE SANA
0,6 bar
0,07 bar
0,3 bar
0,03 bar (rottura di vetri e
proiezione di frammenti)
Raggio fireball
Incendi (radiazione termica
stazionaria)
Irraggiamento
12,5 kW/m2 (kilowatt su
metro quadrato)
Nubi vapori infiammabili
(flash fire)
Parametro fisico
Limite inferiore di
infiammabilità (LFL)
1
200 kJ/m2 (unità kilojoule su
metro quadrato)
5 kW/m2 (kilowatt su metro
quadrato)
Metà del limite inferiore di
infiammabilità (0,5 LFL)
Linee guida per la pianificazione di emergenza esterna per impianti industriali a rischio di incidente
rilevante, Protezione civile, gennaio 1994.
105
GPL
I valori di soglia indicati tengono conto, a seconda dei casi, degli effetti dell’onda di
pressione sull’organismo umano oppure dell’energia termica assorbita da persone
non dotate di specifica protezione individuale.
Ovviamente la dose1 termica assorbita dipende sia dalla potenza incidente della
radiazione (unità watt su metro quadrato) sia dalla durata dell’esposizione (unità
secondo).
Nel caso di incidenti stazionari (flusso termico costante nel tempo), i valori riportati
prevedono la possibilità che l’individuo possa sottrarsi in un tempo ragionevolmente
breve (dell’ordine dei dieci secondi) all’irraggiamento.
Mentre nell’evenienza dell’incendio di nubi infiammabili, data l’estrema brevità del
fenomeno, si assume che effetti letali possano presentarsi solo nell’area in cui si
sviluppa fisicamente la fiamma.
I fenomeni variabili nel tempo sono più difficili da trattare e il valore riportato per
indicare la seconda zona è solo indicativo.
Per concludere, nella tabella che segue sono riportati alcuni valori dell’intensità della
radiazione incidente (energia su unità di superficie e tempo) e il tipo di danno che si
produce nell’organismo in caso di esposizione stazionaria.
Radiazione termica incidente (kW/m2)
0,7
4
9,5
12,5
1
Tipo di danno
Equivalente all’esposizione solare
Possibili ustioni di primo grado per
un’esposizione di dieci secondi
Soglia del dolore 8 secondi, ustioni di
secondo grado in 20 secondi
Ustioni di terzo grado in un tempo
confrontabile coi precedenti
Il termine dose è universalmente impiegato oggi soprattutto in radioprotezione, ossia per le radiazioni
ionizzanti. Anche per la radiazione termica diversi autori, in analogia, parlano di dose e, talvolta,
dosaggio.
106
8.2. Effetti della radiazione sui materiali
Valori di irraggiamento termico a 12,5 kW/m2 sono sufficienti per fondere la plastica e
per innescare la combustione del legno. E’ possibile studiare il comportamento di
piccoli campioni di sostanze irradiandole con una sorgente termica di potenza nota
(figura 153).
Figura 153
Un’altra prova a cui sono sottoposti i materiali da costruzione è quella di un
riscaldamento in condizioni controllate in un forno (fig. 154) al fine di verificarne la
stabilità, la tenuta e l’isolamento termico del materiale1.
Figura 154
1
Secondo le definizione che compaiono nella normativa, la stabilità è l’attitudine di un elemento da
costruzione a conservare la resistenza meccanica sotto l’azione del fuoco; la tenuta è l’attitudine a
non lasciare passare né a produrre fiamme, vapori o gas caldi nel lato non esposto; l’isolamento,
l’attitudine a ridurre la trasmissione del calore.
107
GPL
Alcuni valori soglia di resistenza all’irraggiamento degli elementi di una costruzione
sono riportati nella tabella seguente.
Radiazione termica incidente (kW/m2)
10
12,5
40
40
60
200
300
400
Materiale
Legno
Plastica
Acciaio
Cemento armato precompresso
Calcestruzzo
Cemento armato
Vetro
Mattoni argilla
L’azione sui materiali di un incendio è molteplice. Diamone solo alcuni esempi. Il
legno brucia ad una temperatura superiore a 300°C. I laterizi formati da mattoni pieni
invece costituiscono una buona barriera infatti la loro superficie fonde e vetrifica a
1100°C resistendo alla radiazione almeno quattro ore. I mattoni forati irradiati si
fratturano a causa degli sforzi di taglio indotti dai gradienti termici. Le malte di
cemento e il gesso liberano acqua e si degradano. La calce produce anidride
carbonica e si degrada. Il calcestruzzo diminuisce la sua elasticità e la sua capacità a
resistere a compressione; quello non rinforzato cede a circa 575°C. Le strutture in
acciaio perdono la loro stabilità tra 250 e 300°C. Le costruzioni in vetro decadono se
sottoposte a temperature prossime a 1000°C. La ghisa resiste per un’ora a 1000°C. Il
cemento armato precompresso cede se sottoposto, sempre per un’ora, ad un
riscaldamento di 900°C.
Passare poi da questi valori alla reale capacità di un edificio o di un impianto a
resistere ad un incendio è estremamente complesso, qui non discuteremo
l’argomento.
8.3. Metodologie per l’analisi del rischio
In qualsiasi campo relativo alla sicurezza (dalla radioattività al GPL, dall’uso di
sostanze potenzialmente nocive ai possibili disastri naturali) le valutazioni si affidano
al concetto di rischio accettabile. In radioprotezione ad esempio, si fissano per la
popolazione e per il personale, dosi massime di radiazioni ionizzanti annuali che non
garantiscono l’innocuità degli effetti, ma prevedono un numero esiguo di casi anche
gravi di tumore (considerando l’insieme degli individui interessati all’esposizione).
108
La valutazione della sicurezza dei grandi impianti di GPL, è dal punto di vista
normativo, come detto, affidata principalmente alle “Linee guida per la pianificazione
d’emergenza esterna per impianti industriali a rischio di incidente rilevante”1 del
gennaio 1994 e ai ”Criteri di analisi e valutazione dei rapporti di sicurezza relativi ai
depositi di gas e petrolio liquefatto”, decreto del 1996 che presenta un metodo a
indici2. L’obiettivo di questa seconda norma è riuscire a definire con semplici
strumenti il grado di sicurezza del deposito. Lo scopo delle linee guida è invece
quello di permettere di calcolare rapidamente (per mezzo di esempi, tabelle e grafici)
le distanze, da indicare nei piani di emergenza esterni agli impianti, relative alla zona
di sicuro impatto e alla zona di danno in caso di incidente rilevante. Così per un
grave incidente coinvolgente un deposito di 300.000 Kg. di GPL si considera come
area di impatto un cerchio con centro nel punto origine del pericolo (il serbatoio) ed
una superficie di ottanta ettari. La figura 155 evidenzia lo scenario incidentale per
una zona a rischio.
Figura 155
Anche il programma di simulazione Sigem-Simma, in dotazione al Corpo nazionale
dei vigili del fuoco, ha come obiettivo la rapida previsione di scenari di emergenza a
partire da un numero minimo di dati sulle sostanze pericolose coinvolte nell’incidente,
le condizioni atmosferiche, ecc. In genere i modelli di simulazione possono prevedere
avvenimenti complessi a scapito di una loro rapidità d’uso. Infine lo studio della
dinamica di un incidente, a partire da casi realmente accaduti o da prove di bleve di
serbatoi, affianca i programmi di simulazione.
8.3.1. Lo studio sul campo
Negli ultimi anni alcuni ingegneri hanno realizzato ricerche sul fenomeno del bleve di
serbatoi contenenti propano (o altre miscele di GPL) esposti ad incendio. Le
esperienze controllate hanno permesso di classificare le diverse tipologie del
fenomeno, di esaminare la velocità del processo di cedimento della struttura, di
studiare il fireball risultante e il lancio di frammenti metallici.
1
Decreto legge n.13 del 10 gennaio 1994 (modifiche al decreto del Presidente della Repubblica 17
maggio 1988 n.175).
2
Decreto del Ministero dell’Ambiente 15 maggio 1996. Supplemento ordinario n.113 alla Gazzetta
Ufficiale n.159 del 9 luglio 1996.
109
GPL
La sequenza delle figure 156, 157 e 158, tratte appunto da una di queste ricerche1,
mostra un esempio di immagini di un bleve lento che avviene in due fasi.
Figura 156
Figura 157
Figura 158
Telecamere e termometri a termocoppia, adatti per le alte temperature raggiunte,
sono gli strumenti classici per tali esperienze. E’ possibile, usando sensori
all’infrarosso o modelli di trasporto di calore, visualizzare gli stress termici ai quali è
sottoposto il serbatoio. Nella figura 159 è riportato un esempio di immagine di una
superficie del mantello ricavata al computer in prossimità del suo cedimento con
indicate le diverse temperature raggiunte.
Figura 159
1
A. M. Birk, Queen’s University Kingston, Ontario Canada.
110
Altri studi sono quelli relativi all’isolamento termico dei serbatoi (si veda al proposito
la figura 160).
Figura 160
In tutti i test citati, il fenomeno è riprodotto cercando di ridurre il numero di variabili da
esaminare. Viceversa un incidente reale, specie se coinvolgente grandi quantitativi di
GPL, presenta una complessità notevole. Da qui la necessità di utilizzare programmi
che permettono di simulare l’avvenimento.
8.3.2. La simulazione
L’applicazione di modelli, relativi ad una fuoriuscita (in fase liquida o gassosa) di GPL
da un serbatoio o da una conduttura, prevede la determinazione di un numero
elevato di parametri. La temperatura e la pressione del fluido, le dimensioni del
contenitore, il diametro del foro, la sua posizione e la rugosità della conduttura, le
condizioni atmosferiche: umidità, velocità del vento, pressione e temperatura
dell’aria; la durata del rilascio prima dell’eventuale intervento di sistemi di blocco
comandati da rilevatori di gas.
Alla stima della quantità del rilascio, si affianca la valutazione degli effetti fisici del
flusso di GPL all’esterno del contenitore: formazione di pozza, dispersione di gas,
spargimento di liquido. Nel caso di innesco i modelli dovranno prevedere la
formazione di fiamme o di esplosioni. Le caratteristiche dell’incendio (estensione
della fiamma, diametro della pozza, temperatura) permetteranno quindi di stimare
l’impatto sulle risorse vulnerabili: persone, strutture fisiche, ecosistemi.
Schematicamente le categorie da analizzare sono suddivise nei seguenti blocchi:
• modelli di rilascio
• effetti fisici
• impatto.
111
GPL
Nella figura 161 è rappresentata l’ipotesi di sequenza di un incidente realmente
accaduto durante lo scarico di un’autocisterna da 52 m3 di GPL che ha provocato il
bleve di una seconda autocisterna dopo quasi un’ora di rilascio.
Figura 161
Analizzando un simile caso con diversi modelli di simulazione si può predire, tra
l’altro, l’intensità dell’irraggiamento dell’incendio e il raggio della sfera di fuoco. I
risultati che si hanno con diversi programmi non sempre sono omogenei.
La tabella seguente riporta i valori ottenuti da alcuni ricercatori italiani1 per il bleve
dell’autocisterna con il programma Sigem-Simma e con altri software di simulazione
(Archie e Star).
ARCHIE
SIGEM -SIMMA
STAR
Raggio fireball
29 m
21 m
25,5 m
Dose (350 kJ/m2)
29 m
<10 m
10 m
Dose (125 kJ/m2)
67 m
40 m
70 m
Senza entrare nei dettagli, diversi autori ritengono le previsioni delle simulazioni
assai cautelativi per piccoli rilasci e poco confrontabili tra loro; mentre per fenomeni
rilevanti i valori sono meno differenti e si avvicinano abbastanza all’effettivo
avvenimento.
1
F. Dattilo, E. Andriotto, C. Cusin del Comando dei vigili del fuoco di Rovigo; L. Rosa, A. Tiberio
dell’Università di Padova; F. Antonello ARTES Mirano (VE).
112
8.4. Sostanze pericolose ed effetto domino
Per evitare piccole o grandi emergenze la Comunità Europea aggiorna con cadenza
pressoché annuale1 l’elenco delle sostanze pericolose, le classifica, disciplina il loro
imballaggio e la loro etichettatura.
D’altra parte si preoccupa di dare indicazioni per il controllo dei pericoli di gravissimi
incidenti legati a stabilimenti che producono prodotti chimici, fissandone i valori di
soglia.
La normativa italiana del settore segue, con una certa latenza, le direttive europee.
Così, da un lato, si assiste alla produzione di volumi sempre più estesi riguardanti
classificazione, imballaggio ed etichettatura di sostanze pericolose: dalla legge del
29 maggio 1974 al Decreto del Ministro della Sanità del 10 aprile 2000 “Recepimento
delle direttive 98/73/CE e 99/98/CE”2. Dall’altro, con il Decreto legislativo del 17
agosto 19993, si danno disposizioni finalizzate a prevenire incidenti rilevanti.
I volumi relativi alle sostanze pericolose assomigliano sempre più a tomi
enciclopedici, basti pensare alle oltre mille e cento pagine di un Decreto del 19934 o
alle tremila e cinquecento, raccolte in quattro libri, di un Decreto del 19975. Ciò può
dare un’idea della diffusione delle sostanze pericolose. Del resto le etichette dei
prodotti chimici di uso comune testimoniano i loro pericoli potenziali.
Sul territorio è allora possibile trovare in una stessa area o in aree vicine stabilimenti
per la produzione, la trasformazione o il trattamento di sostanze chimiche e, ad
esempio, impianti di GPL; mezzi che trasportano sostanze tossiche e serbatoi di
sostanze infiammabili; ecc.
Da qui la necessità di chiarire tramite etichettature convenzionali i pericoli del
trasporto.
1
La prima direttiva CEE è del 1967 (67/548/CEE). L’ultima, del 1999 (99/98/CE), rappresenta il
venticinquesimo adeguamento della norma del 1967.
2
Supplemento ordinario n. 164 della Gazzetta Ufficiale 205 del 2/9/2000.
3
Decreto legislativo n. 334, Supplemento Ordinario n. 177L alla Gazzetta Ufficiale 228 del 28/9/1999.
4
Decreto ministeriale 16 febbraio 1993, “Modificazione ed integrazione ai decreti ministeriali 3
dicembre 1985 e 20 dicembre 1989 sulla classificazione e la disciplina dell’imballaggio e
dell’etichettatura delle sostanze pericolose in attuazione delle direttive emanate dal Consiglio e dalla
Commissione delle Comunità europee” Supplemento ordinario n. 50 G. U. 116 del 20/5/1993.
5
Supplemento ordinario n. 164 G. U. 209 del 19/8/1997.
113
GPL
Ciò avviene sia con ideogrammi e colori convenzionali (fig. 162) che con una
classificazione numerica (nella figura 163 è riportato un esempio di numero kemler1).
Figura 162
Figura 163
D’altra parte, per scongiurare lo svilupparsi di incidenti catastrofici susseguenti l’uno
all’altro a causa di più sostanze pericolose presenti in un’area (effetto domino), la
normativa prevede nelle zone ad elevata concentrazione di stabilimenti che fra i
gestori degli stessi vi sia uno scambio di informazioni per consentire di valutare
l’entità globale del pericolo che non può essere semplicemente ridotta alla somma
dei singoli rischi. Nell’ipotesi di possibilità di effetto domino i rispettivi sistemi di
gestione della sicurezza ed i piani di emergenza interni (nonché le informazioni alla
popolazione) vanno riesaminati ed eventualmente modificati.
1
Secondo un accordo europeo relativo al trasporto internazionale di merci pericolose su strada, Il
pannello è suddiviso orizzontalmente in due spazi: su quello superiore viene riportato il "numero di
identificazione di pericolo" o numero kemler su quello inferiore viene riportato il numero di
identificazione della materia o numero ONU che serve a riconoscere esattamente la sostanza,
composto da 4 cifre (es. 1088).
La prima cifra del numero di identificazione del pericolo indica il pericolo principale : 2 Gas, 3 Liquido
infiammabile, 4 Solido infiammabile, 5 Materia comburente, 6 Materia tossica,7 Radioattività, 8
Corrosivo
La seconda e la terza cifra indicano i pericoli secondari (i rischi): 0 Nessun significato, 1 Esplosione,
2 Emissione di gas, 3 Infiammabilità 5 Proprietà comburenti, 6 Tossicità, 8 Corrosività, 9 Pericolo di
violenta reazione dovuta a decomposizione spontanea polimerizzante.
Se le prime due cifre sono uguali, indicano un rafforzamento del pericolo principale. Quando ad
essere uguali sono la seconda e la terza cifra, si ha un rafforzamento del pericolo secondario. Se il
pericolo di un materiale è unico esso viene indicato da una sola cifra accompagnata da uno zero: ad
esempio, 80 indica una sostanza corrosiva. Se le prime due cifre sono 22, si tratta di un gas
fortemente refrigerato. Con 44 invece, avremo un solido infiammabile, allo stato fuso ed a una
temperatura elevata. 42 designa un solido che può emettere gas se posto a contatto con l'acqua. A
sua volta, 333 indica un liquido spontaneamente infiammabile. La lettera X posta in precedenza del
numero di identificazione avvisa che è assolutamente vietato porre la sostanza a contatto con
l'acqua.
114
Il gestore degli stabilimenti industriali, in cui sono presenti sostanze pericolose in
quantità superiore ai valori soglia fissati per legge, deve presentare una relazione
alla regione competente, contenente le informazioni relative al processo produttivo,
alle sostanze pericolose presenti, alla valutazione e i rischi di incidente rilevante,
all’adozione di misure adeguate, all’informazione, formazione, addestramento ed
equipaggiamento di coloro che lavorano in situ1. Inoltre deve predisporre il piano di
emergenza interno.
Se è possibile il verificarsi di un effetto sinergico di incidenti, i gestori debbono
trasmettere al Prefetto e alla Provincia le informazioni necessarie.
Sulla scorta dei dati forniti, al fine di limitare gli effetti dannosi alla popolazione, il
Prefetto, d’intesa con le Regione e gli Enti locali interessati, predispone il piano di
emergenza esterno. Tema che sarà trattato nel prossimo paragrafo prendendo come
esempio un deposito di GPL.
8.5. Elementi di un piano di emergenza esterna ad un
deposito di GPL
Un piano d’emergenza esterna è finalizzato a ridurre l’impatto sulla popolazione dalle
conseguenze di un incidente rilevante verificatosi in un impianto industriale.
L’informazione alla popolazione a rischio presente nel piano, deve comprendere, tra
l’altro, la localizzazione ed identificazione del deposito, l’attività svolta nell’impianto
che può rappresentare la fonte dei pericoli e le caratteristiche delle sostanze
pericolose utilizzate.
Si devono altresì presentare nel documento, gli scenari relativi ai possibili incidenti
(nel caso di depositi di GPL, i fenomeni del bleve, fireball, UVCE, jet fire) con la
determinazione dettagliata nel caso degli incidenti più gravi, delle zone a rischio,
allegando una mappa nella quale sono riportate in evidenza le tre aree di cui
abbiamo parlato in precedenza:
1) zona di sicuro impatto con elevata probabilità di letalità;
2) zona di danno per persone sane che non eseguono correttamente le misure di
autoprotezione;
3) zona di attenzione caratterizzata dalla possibilità di danni non gravi e reversibili.
1
Come previsto dal D. M.Interno 16 marzo 1998
115
GPL
Un esempio legato all’esplosione di una nube di gas di GPL proveniente da un
deposito di capacità complessiva di 59 m3 è riportato schematicamente in figura 164
dove la prima zona è un cerchio di raggio di cento metri con centro nel deposito; la
seconda, una corona circolare compresa tra le circonferenze di raggi rispettivamente
di 100 e 240 metri; la terza, una corona con circonferenza finale di raggio 570 metri.
Figura 164
Per gestire l’emergenza e per contenere le conseguenze dell’incendio sulle risorse
vulnerabili (persone, strutture, ambiente) le autorità competenti debbono adottare un
insieme di misure. In particolare è previsto, in via prioritaria, per la popolazione il
rifugio in luoghi chiusi e solo in particolari circostanze, l’allontanamento dal deposito.
Nell’ipotesi di piccole perdite di GPL (trafilamento da flange o da valvole secondarie)
il personale del deposito, avvisato tramite allarme interno, allontana dalla zona i non
addetti ai lavori e seguendo il piano di emergenza interna, aziona le valvole
pneumatiche di blocco, attiva i sistemi di irrorazione a pioggia (impianti di
raffreddamento) nei punti critici, elimina qualunque fiamma libera, esclude l’energia
elettrica nelle unità critiche.
Nel caso invece di rilasci significativi di sostanze infiammabili o esplosive (per la
perdita di integrità o della capacità di contenimento delle linee, dei serbatoi o delle
apparecchiature) tali da creare una situazione di pericolo non più controllabile
all’interno del deposito, va assicurato l’allertamento della popolazione.
Si possono distinguere due situazioni di allarme esterno, un’ipotesi incidentale del
tipo bleve che prevede l’innesco repentino di una grande quantità di GPL contenuta
in una ferro cisterna o in un’autobotte seguita dal collasso di uno o più serbatoi; un
evento tipo UVCE con rischio di innesco di una nube non confinata di vapori
infiammabili a grandi distanze dal deposito stesso. Nel primo caso l’allarme può
essere segnalato con una sirena che emette un suono prolungato per una durata di
circa tre minuti. Nel secondo caso l’allarme può essere dato con un segnale acustico
emesso da apposite sirene (ad esempio suono interrotto ad intervalli di due secondi
per la durata di tre minuti) oppure diffuso dagli altoparlanti delle Forze di Polizia. In
questa situazione va predisposta l’evacuazione della popolazione residente nelle
prime due zone.
116
Mentre la popolazione della terza zona si deve mettere al riparo in luoghi chiusi
lontano da finestre, le autorità avranno cura di prestare attenzione a soggetti
particolarmente vulnerabili concentrati in edifici pubblici (scuole, ospizi, ospedali,..).
L’allontanamento delle due zone maggiormente a rischio deve essere effettuato
secondo percorsi prestabiliti e terminare in centri di raccolta temporanei
sufficientemente sicuri. Le misure di autoprotezione (riparo al chiuso) che la
popolazione può mettere in atto in caso di allarme sono molto elementari:
•
•
•
allontanarsi, se possibile, dal deposito;
ripararsi nella propria abitazione o in edifici vicini;
chiudere ogni uscita e gli avvolgibili, stare lontani da infissi in vetro per evitare
eventualmente gli effetti dell’onda d’urto;
• abbandonare gli scantinati nel caso di rischio di ristagno di gas GPL;
• disattivare i sistemi di ricambio d’aria con l’esterno;
• disattivare gli impianti elettrici e il riscaldamento;
• non usare il telefono;
• prestare attenzione a eventuali messaggi diramati tramite altoparlanti o radio.
Nel caso di allarme corrispondente all’evacuazione, con valutazione dei tempi per
l’abbandono delle case sufficientemente lunghi prima del raggiungimento dell’evento
critico, la popolazione delle prime due zone deve:
• abbandonare le abitazioni e dirigersi a piedi verso le zone di raccolta temporanee;
• evitare la formazione di fuoco o scintille;
• usare l’automobile esclusivamente per il trasporto dei bambini, anziani, disabili o
malati;
• sospendere l’evacuazione solo a seguito del segnale di cessato allarme.
Va inoltre pianificata l’istituzione di presidi di pronto soccorso nell’ipotesi di ferimento
di persone e di eventuali centri di raccolta definitivi (scuole, alberghi, campeggi, ecc.)
qualora lo sviluppo degli eventi porti al danneggiamento delle abitazioni che
impediscano il rientro degli abitanti al cessato allarme.
8.6. Il computer per l’emergenza e il C.N.VV.F. (Progetto
Sigem-Simma)
Negli anni ottanta si sviluppa all’interno del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco
l’utilizzo del sistema informativo Sigem per la gestione delle piccole e grandi
emergenze. In assenza di modelli semplificativi per il calcolo delle zone a rischio
corrispondenti ad incendi, esplosioni o rilascio di sostanze tossiche, messi a punto,
come detto, solo negli anni novanta1, il sistema Sigem rappresenta uno strumento
capace di dare una stima di prima approssimazione di incidenti rilevanti. Esso viene
così impiegato per la formulazione del rapporto di sicurezza2.
1
Si pensi al metodo speditivo.
Circolare Ministro dell’Interno n. 16 del 20 giugno 1986; Circolare Ministro dell’Interno n. 6 86(3) del
10 marzo 1986.
2
117
GPL
Sempre a metà degli anni ottanta si affianca al sistema informativo Sigem un
secondo progetto denominato Simma. Il progetto iniziale prevede l’installazione sugli
automezzi di soccorso di un sistema in grado di elaborare rapidamente informazioni
introdotte dall’operatore al fine di pianificare le strategie per fronteggiare le diverse
emergenze. Oggi il software per la gestione informatizzata della sala operativa del
Comando Provinciale dei Vigili del Fuoco comprende un modulo per la gestione del
territorio (si veda al proposito la figura 165) e un modulo per la gestione dei dati, al
cui interno è presente il software Sigem-Simma, per l’analisi di situazioni a rischio
coinvolgenti sostanze pericolose, sviluppato dalla società TEMA, programma di cui
abbiamo già accennato in precedenza nel paragrafo dedicato alla simulazione.
Figura 165
Nella figura 166 è rappresentato un grafico, relativo alle dosi termiche e alle distanze
corrispondenti, ottenuto con tale programma, in un’ipotesi di bleve di un serbatoio di
GPL e formazione di sfera di fuoco.
Figura 166
118
L’architettura informatica della sala operativa di un Comando Provinciale è
schematizzata nella figura 167.
Figura 167
Essa insieme al software in dotazione permette di fornire agli operatori nelle fasi di
allertamento e di gestione delle emergenze un valido supporto.
119
GPL
Tramite i programmi in dotazione le sale operative dei comandi provinciali VV.F.
hanno, tra l’altro, l’immediato controllo di tutti i mezzi in servizio (fig. 168), la tipologia
e la localizzazione dell’intervento (fig. 169), le richieste d’intervento, la verifica di
interventi vicini (raggio 200 metri), la ricerca del percorso ottimale cartografico,
l’assegnazione delle squadre, la loro localizzazione mediante segnali GPS, l’impiego
di procedure di supporto (come ad esempio quelle relative agli incidenti coinvolgenti
sostanze pericolose come il GPL).
Figura 168
Figura 169
120

gpl - vigili del fuoco

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