La rilevazione tempestiva di gas potenzialmente pericolosi è essenziale per preservare l’incolumità di uomini e mezzi. Vediamo quali sensori sono disponibili, e con quale tecnologie e quali le normative a cui devono attenersi
I principi che stanno alla base del funzionamento sono diversi; in particolare i sensori catalitici basano il loro principio di funzionamento sull’ossidazione del gas infiammabile che raggiunge la superficie di un elemento catalitico riscaldato elettricamente. Il sensore è realizzato mediante due spirali di platino ricoperte da uno strato di allumina il cui sbilanciamento resistivo è misurato mediante una configurazione a ponte. Le due spirali si sbilanciano in quanto una è impregnata con un catalizzatore al palladio che promuove l’ossidazione (spirale di rivelazione) mentre la seconda non lo è così inibendo l’ossidazione (spirale di riferimento). Maggiore è la concentrazione del gas in prova, maggiore è lo sbilanciamento conseguente all’ossidazione.
I sensori
I sensori all’infrarosso basano il loro principio di funzionamento sul fatto che gas infiammabili e tossici presentano bande d’assorbimento all’infrarosso. Una sorgente luminosa emette una radiazione luminosa nel campo dell’infrarosso che, attraverso un percorso ottico che include il gas da rilevare, raggiunge un ricevitore. La misura dello scattering e dei tempi di attraversamento fornisce informazioni relative alla concentrazione del gas da rilevare. I sensori elettrolitici includono, al di sotto di una membrana permeabile al gas, un elettrolita nel quale il gas può penetrare per diffusione dopo aver attraversato la membrana. L’elettrolita è soggetto ad una tensione di polarizzazione che genera una reazione di ossidoriduzione: la corrente elettrica che ne deriva è linearmente proporzionale alla concentrazione di gas e fornisce quindi un’informazione misurabile. I sensori ad assorbimento termico basano il proprio principio di funzionamento su un filamento conduttore immerso nel gas; quando la composizione del gas cambia, la conducibilità varia e la quantità di calore scambiato col gas nell’unità di tempo si modifica alterando la temperatura del filamento stesso che si riproduce in una variazione del rapporto voltamperometrico. Indipendentemente dalla tecnologia che ne regola il principio di funzionamento questi sensori possono essere chiamati a rispondere a ben definite caratteristiche funzionali e prestazionali in particolar modo quando allocati in un sistema di rilevazione fisso.
La normativa
In particolare è oggetto di attenzione, nel presente articolo, la seguente Norma Europea:
EN 50402:2005/A1:2008 Electrical apparatus for the detection and measurement of combustible or toxic gases or vapours or of oxygen – Requirements on the functional safety of fixed gas detection systems ovvero quanto concerne la garanzia che le prestazioni del sistema di misurazione di misura siano assicurate durante la misura delle concentrazioni di emissioni o concentrazioni pericolose oppure durante il monitoraggio dell’esplodibilità. L’intendimento della Norma si conforma in modo particolare a quanto previsto per i cosiddetti “Safety Devices” così come definiti nella Direttiva ATEX Europea 94/9/CE (concernente il ravvicinamento delle legislazioni degli Stati membri relative agli apparecchi e sistemi di protezione destinati a essere utilizzati in atmosfera potenzialmente esplosiva) e in particolar modo ponendo in rilievo la questione delle performance. In altre parole, in tema di rivelazione gas e vapori infiammabili nonché di ossigeno, per poter dimostrare la piena conformità alla Direttiva ATEX non è sufficiente verificare la sola capacità propria dell’apparecchiatura di non innescare l’atmosfera potenzialmente esplosiva, qualunque sia la classificazione della zona di installazione, ma è obbligatorio verificare anche le prestazioni e la piena affidabilità delle misure qualora il dispositivo di rivelazione non sia utilizzato unicamente per misure indicative ma come dispositivo di sicurezza. Vediamo nel seguito come è possibile implementare tutto ciò.
La norma EN50402:2005
Questa Norma Europea è applicabile a sistemi fissi destinati alla rilevazione e misura di gas e vapori infiammabili, tossici, oppure ossigeno.
La norma va adottata in concomitanza alle seguenti norme relative alla rilevazione e alla misura dei gas e vapori infiammabili:
• EN 60079-29-1:2007 Explosive atmospheres – Part 29-1: Gas detectors – Performance requirements of detectors for flammable gases (che ha superato le seguenti EN 61779-1:2000 + A11:2004 + EN 61779-2:2000 + EN 61779-3:2000 + EN 61779-4:2000 + EN 61779-5:2000 a partire al 1 novembre 2010.
• EN 60079-29-4:2010 Explosive atmospheres – Part 29-4: Gas detectors – Performance requirements of open path detectors for flammable gases (che ha supererà la EN 50241-1:1999 e revisioni associate e la EN 50241-2:1999 a partire dal 1 aprile 2013)
La stessa norma va adottata in concomitanza alla seguenti norme nel caso di misura e rilevazione di gas tossici:
• prEN 45544-1 Workplace atmospheres – Electrical apparatus used for the direct detection and direct concentration measurement of toxic gases and vapours – Part 1: General requirements and test methods
• prEN 45544-2 Workplace atmospheres – Electrical apparatus used for the direct detection and direct concentration measurement of toxic gases and vapours – Part 2: Performance requirements for apparatus used for measuring concentrations in the region of limit values
• prEN 45544-3 Workplace atmospheres – Electrical apparatus used for the direct detection and direct concentration measurement of toxic gases and vapours – Part 3: Performance requirements for apparatus used for measuring concentrations well above limit values
La norma deve infine essere adottata in concomitanza alla seguente qualora intesa per la misura e rilevazione della concentrazione di ossigeno:
• EN 50104:2010 Electrical apparatus for the detection and measurement of oxygen – Performance requirements and test methods che supererà la EN 50104:2002 e le sue revisioni a partire dal 1 giugno 2013
La norma EN50402 assicura che l’adeguatezza delle prestazioni di misura alle condizioni di funzionamento nominali contemplando la valutazione di parametri affidabilistici quali reliability, tolleranza al guasto e reiezione ai guasti sistematici. La caratterizzazione della sicurezza funzionale del sistema di rivelazione e misura avviene attraverso l’applicazione del SIL Capability (Livello di integrità funzionale – capability) così permettendo l’agevole integrazione dei dispositivi conformi alla norma EN50402 in sistemi di sicurezza completi e inclusivi di apparati di sicurezza la cui conformità è già dimostrata essere allineata ai requisiti descritti nel set normativo EN61508 (figura di merito in uso SIL: Safety Integrity Level) oppure alla norma EN ISO 13849-1 (figura di merito PL: performance level). Il livello SIL di un modulo o elemento di rivelazione è determinato basandosi sull’applicazione di tecniche e misure per la riduzione e il controllo dei guasti software e hardware. La figura di merito SIL scaturisce dalla combinazione delle proprietà affidabilistiche e prestazionali della connessione di moduli, elementi e funzioni di sicurezza e anche qui il range previsto per tale figura di merito va da un livello SIL 1, con il minore fattore di riduzione di rischio, a SIL 4, legato ad esigenze di riduzione del rischio più accentuate. L’allegato B della norma, avente carattere normativo, permette la trasformazione puntuale della SIL Capability espressa ai sensi della EN50402 verso i livelli SIL espressi nel set EN/IEC61508 attraverso l’applicazione della tabella B.1. Attraverso l’applicazione della tabella B.2 dello stesso allegato è invece possibile trasformare il livelli SIL Capability in Category Levels espressi ai sensi della EN13849-1.
La norma EN50402 non specifica oltre a quanto sopra esposto i requisiti di installazione e di manutenzione dei sistemi di rivelazione; non fornisce alcuna nozione relativa all’adeguata collocazione dei sensori gas (sebbene rilevante ai fini del controllo efficace). La stessa norma non finisce infine alcuna nozione relativa al requisito minimo di riduzione del rischio necessario. Per provvedimenti che riguardino il solo rischio di esplosione è previsto fare riferimento ai codici descritti ai paragrafi seguenti del presente articolo.
La norma EN50402, infine, può essere sostituita dalla seguente Norma Europea:
• EN 50271:2010 Electrical apparatus for the detection and measurement of combustible gases, toxic gases or oxygen – Requirements and tests for apparatus using software and/or digital technologies
qualora si intenda verificare l’adeguatezza delle prestazioni funzionali e della sicurezza in condizioni di funzionamento normali di apparati fissi di rivelazione di gas, vapori combustibili, tossici e ossigeno fino ad un livello SIL pari a 1 e per apparati di rivelazione portatili.
Attuazione della prevenzione del rischio dell’esplosione
La direttiva 1999/92/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 16 dicembre 1999 relativa alle prescrizioni minime per il miglioramento della tutela della sicurezza e della salute dei lavoratori che possono essere esposti al rischio di atmosfere esplosive prevede, all’articolo 3, quale primo principio di “Prevenzione e protezione contro le esplosioni”, la prevenzione della formazione di atmosfere esplosive. Tale criterio è adottato nella guida CEI 31-35 “Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive per la presenza di gas Guida all’applicazione della Norma CEI EN 60079-10-1 – Classificazione dei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas, vapori o nebbie infiammabili” e nella fattispecie al capitolo 7 – “Ambienti con controllo dell’atmosfera potenzialmente esplosiva”.
Questo capitolo considera volumi chiusi o container dotati di installazioni strumentate di sicurezza fisse per il controllo del rilascio involontario di materiali infiammabili in forma di gas e vapori e fornisce i criteri necessari per l’implementazione di tali sistemi attraverso la definizione dei seguenti criteri:
• Modalità di installazione, criteri e verifiche delle performance
• Criterio di intervento sulle sorgenti di rilascio oppure sulla ventilazione oppure sulle sorgenti di accensione
Questo capitolo, usato in congiunzione con i restanti capitoli applicabili della guida, nonché della seguente norma:
• EN 60079-10-1:2009 Explosive atmospheres – Part 10-1: Classification of areas – Explosive gas atmospheres
permette il posizionamento corretto dei dispositivi fissi di rilevazione e il concetto da applicare alla funzione di sicurezza (definizione della funzione di sicurezza). In particolare i rilevatori devono essere posizionati considerando le modalità di rilascio delle sostanze infiammabili, le direzioni prevalenti di dispersione e diluzione in atmosfera, privilegiando quelle posizioni che garantiscano un monitoraggio continuo. I movimenti spontanei e forzati dell’aria, le densità relative e le loro variazioni con la temperatura, devono essere tenuti in considerazione al fine del corretto posizionamento dei rivelatori. Si vuole porre in rilievo che, in base alla Guida CEI 31-35, è ammesso anche il controllo dell’esplodibilità mediante rilevazione e misura del livello di ossigeno in atmosfera: a tale fine occorre riferirsi al capitolo 8 “Inertizzazione dell’atmosfera in ambiente chiuso o container”. Con tale approccio piuttosto che contenere il livello dei materiali infiammabili in atmosfera, si procede mediante contenimento del quantitativo di comburente presente in forma libera in atmosfera: risulta evidente che per realizzare tale applicazione è necessaria la caratterizzazione delle SIL capability di adeguati rivelatori gas. Nella pratica l’agente ossidante ovvero l’ossigeno (normalmente presente in aria a pressione e temperatura ambiente in percentuale volumetrica pari a 21% circa) viene sostituito in parte o totalmente da gas inerti come azoto o diossido di carbonio (vedi Figura 3). La tecnica di controllo dell’esplodibilità consiste nel garantire che il livello di ossigeno residuo sia contenuto entro un livello adeguato quando confrontato con le concentrazioni pericolose (LEL, lower explosion limit, e UEL, upper explosion limit) di una data sostanza. Sottraendo ossigeno ( o meglio sostituendolo) si produce un fenomeno di incremento del LEL e contestuale decrescita del UEL sino al raggiungimento della curva limite, valore al di sotto del quale l’esplosione non può più avere luogo.
Il metodo di controllo dell’esplodibilità si basa complessivamente su un sistema di sicurezza affidabile ove sia assicurato: monitoraggio, verifiche e manutenzione continua. Devono inoltre essere ben definite le azioni che il sistema in automatico deve intraprendere in caso di assenza dell’inertizzazione o dell’agente inertizzante.
Si parla inoltre di disponibilità del sistema di sicurezza tenendo in considerazione il rateo di guasto e l’indisponibilità dello stesso: la disponibilità del sistema condiziona il grado di classificazione attribuibile al volume controllato.
Fonte: ClickTheGear