L’INERTIZZAZIONE

(SEGUENDO LA TRACCIA DI APPUNTI SCRITTI DAL PROF. MILVIO MARCEDDU)

DEFINIZIONI

COSA SIGNIFICA

Inertizzare significa rendere inerti le cisterne delle navi petroliere o chimichiere o i serbatoi o i depositi di combustibili derivati dal petrolio a terra. Rendere inerti significa far sì che cisterne e serbatoi siano sicuri rispetto all’incendio e all’esplosione.

COME SI ESEGUE

Si esegue immettendo gas inerte (azoto oppure una miscela di azoto e anidride carbonica ottenuta con la combustione di gasolio in appositi impianti) in pressione nelle cisterne e nei serbatoi, di modo che esso impedisca lo svilupparsi dei gas combustibili e ne alteri la composizione sino a rendere la miscela finale incombustibile.

QUANDO SI ESEGUE

Si esegue sempre sia nelle cisterne che nei serbatoi, sia in fase di carico che di discarica. Rappresenta il modo più sicuro per prevenire incendi ed esplosioni ed è quindi obbligatorio, sia in mare che a terra.

TECNICA

NAVI GASIERE

Sono le navi che trasportano GPL (gas di petrolio liquefatto) o LNG (gas naturale liquefatto) o NH₃ (ammoniaca). Si usano generatori autonomi di gas inerte (GA) con potenzialità⁽¹⁾ comprese fra 50 e 1.200 m³ / h di gas inerte (GI) con le seguenti caratteristiche:

N₂   84 – 85%           CO₂  14%         GAS NOBILI 1%       

O₂ MAX 0,5%          PUNTO DI RUGIADA⁽²⁾ –55 °C

Il GI permette di allontanare i gas e i vapori combustibili dalle cisterne e dalle condotte di trasporto dopo la discarica⁽³⁾. Oppure di allontanare l’aria prima del carico o cambiando carico. Per i rabbocchi delle perdite il GI viene prelevato da appositi serbatoi (polmoni⁽⁴⁾) riempiti in precedenza ad alta pressione⁽⁵⁾.

NAVI CHIMICHIERE

Sono le navi che trasportano prodotti chimici liquidi i quali, a contatto con l’aria, possono ossidarsi con produzione di calore e quindi incendiarsi o addirittura esplodere. Per evitare tale rischio hanno a bordo un GA di GI con potenzialità di 1.000 – 1.800 m³ / h se sono a bassa pressione (p = 0,3 bar), oppure di 250 m³ / h se sono ad alta pressione (sino a 30 bar). Le caratteristiche del GI sono quelle dette prima, ma il punto di rugiada sale a –20 °C.

NAVI DA CARICO ALLA RINFUSA

Sono le navi (in inglese bulk carrier) che trasportano carbone, granaglie, farine, ecc. Queste materie vegetali o animali sono trasportate in sacchi di juta accatastati e tendono ad ossidarsi generando calore. Per evitare gli incendi e il deperimento del carico, fra le cataste devono essere lasciati spazi liberi per la circolazione dell’aria che asporta il calore (la temperatura non deve superare i 37 °C). in questo modo rimane inutilizzato il 35% del volume delle stive. Usando il GI che impedisce le ossidazioni si utilizza completamente il volume delle stive con notevole guadagno per il trasporto. La potenzialità può scendere a 120  m³ / h.

PETROLIERE

Valgono le regole viste per le chimichiere, però: a) non è necessario essiccare completamente; b) il GI può essere meno puro; c) la percentuale di ossigeno libero può salire al 2,5%; d) la potenzialità del GA è in rapporto alla portata delle pompe di discarica.

L’INFIAMMABILITA’

L’infiammabilità è la capacità di un combustibile a “prendere fuoco” che dipende dalla sua natura, dalla temperatura e dalla miscela con il comburente⁽⁶⁾, in presenza di un opportuno innesco⁽⁷⁾. Ciò significa che per non avere combustioni o esplosioni basta che manchi uno dei parametri elencati.

NATURA DEI GAS

Durante la discarica dal petrolio e dopo dai depositi più densi che rimangono sul fondo e sulle pareti delle cisterne (sino a 23 con capacità ciascuna da 10.000 sino a 30.000 m³), si sviluppano gas di composizione in percentuale:

metano (CH₄) 10%                     etano (C₂H₆) 18%                   propano (C₃H₈) 35%     

butano (C₄H₁₀) 22%                      pentano (C₅H₁₂) 10%             esano (C₆H₁₄) 5%

che formano con l’aria miscele altamente esplosive.          

LIMITI DI INFIAMMABILITA’

Si definiscono due limiti di infiammabilità: quello inferiore (LFL Low Fammable Limit) è la minima percentuale di quel gas che produce la combustione e quello superiore (UFL Ultra Fammable Limit) è la massima percentuale di quel gas che produce la combustione. Se si resta fuori di tali limiti la combustione non avviene. Per i gas suddetti i limiti sono:

Poiché le percentuali maggiori di gas sono per il propano (35%) e per il butano (22%), i limiti di infiammabilità più pericolosi vanno da 1,9 a 9,5 % di aria.

TEMPERATURA DI INFIAMMABILITA’

La temperatura di infiammabilità è quella che permette l’incendio. Confrontando con la temperatura raggiunta da un fiammifero acceso si ha:

fiammifero 1.000 °C       metano 600 °C       etano 500 °C       propano 450 °C    

butano 350 °C      pentano 300 °C      esano 200 °C

Questi valori indicano quanto sia facile innescare la combustione.  

NOTE

(1)   La potenzialità è il volume di GI in metri cubi che può essere prodotto ed utilizzato in un’ora. La potenzialità è funzione della portata delle pompe di discarica e deve essere maggiore del 25% maggiore di tale portata. Infatti il GI deve rimpiazzare il volume di liquido asportato mantenendo una pressione superiore a quella atmosferica.

(2)   Il punto di rugiada è la temperatura alla quale la percentuale di vapore raggiunge il 100 % e quindi inizia a condensare in funzione della pressione esistente. Tipico è il caso delle finestre che in inverno “piangono” nelle case riscaldate, quando l’umidità interna diventa eccessiva. Infatti la temperatura dell’aria vicina alle finestre è più bassa di quella interna per cui una parte del vapore deve condensare passando allo stato liquido, riemettendo il calore latente di vaporizzazione. Nelle cisterne si deve evitare tale emissione di calore, e perciò il punto di rugiada deve essere basso.

(3)   Durante la discarica: a) diminuisce la pressione del GI perché aumenta il volume a disposizione; b) si sviluppano più facilmente gas e vapori combustibili, anche per effetto della depressione creata dalle pompe in aspirazione; c) occorre quindi avere già pronto il GI in pressione e volume proporzionale alla portata delle pompe.

(4)  Il sistema con polmone è utile soprattutto per operare reintegri di GI in caso di cisterne con perdite, ad esempio dalle guarnizioni di tenuta dei coperchi. Il reintegro è indispensabile perché nelle cisterne la pressione del GI deve essere > di quella atmosferica, altrimenti in caso di buchi entrerebbe l’aria. Le casse contenenti il GI in pressione (polmoni) sono necessarie sulle navi che non hanno un GA per immetterlo nei serbatoi del combustibile man mano che esso viene consumato.

(5)  L’alta pressione (ottenuta con compressori rotativi) permette: 1) di usare condotte di minore diametro in quanto il GI si può spingere a maggiori velocità; 2) di avere minore quantità di vapore nelle cisterne perché si ha maggiore condensazione a valle del compressore; inoltre al momento dell’immissione nelle cisterne la pressione scende a 1,1 – 1,2 bar e l’espansione conseguente, che produce un abbassamento di temperatura, permette una ulteriore condensazione del vapore.

(6)   Nei problemi che stiamo trattando il comburente è sempre l’ossigeno, contenuto al 21% nella atmosfera.

(7)  L’innesco è la causa che inizia la combustione o l’esplosione. A seconda dei casi può essere una scintilla o un aumento di temperatura o uno sfregamento di superfici metalliche che, per attrito, determina un aumento localizzato di temperatura.