Classificazione delle aree classificate per impianti di trattamento gas: delineazione delle zone dalla sorgente di emissione

I disegni delle aree classificate negli impianti gas solitamente presentano errori fin dall'inizio. Qualcuno classifica in base all'ingombro dell'apparecchiatura invece che all'emissione. Una sala compressori finisce per essere un unico blocco Zone 2 e una trappola di lancio pig riceve un cerchio generico. Chiedete in seguito perché il confine si trovi proprio lì e nessuno saprà rispondervi. Il costo si manifesta in due modi. Un impianto sovra-classificato comporta apparecchiature certificate Ex, scopi di ispezione e restrizioni sui permessi che non aumentano la sicurezza. Un impianto sotto-classificato colloca fonti di innesco dove può plausibilmente formarsi un'atmosfera infiammabile, e le modifiche di manutenzione erodono silenziosamente le ipotesi di base. Il metodo della sorgente di emissione risolve questo problema. Ogni zona diventa tracciabile a uno specifico punto di emissione, al suo grado e alla ventilazione che la disperde.

Contesto normativo e requisiti

Il riferimento principale per le atmosfere gassose è IEC 60079-10-1 (Atmosfere esplosive – Parte 10-1: Classificazione dei luoghi – Atmosfere esplosive per la presenza di gas). L'edizione 3.0 è stata pubblicata a dicembre 2020. Il metodo è semplice da enunciare: identificare le sorgenti di emissione, classificarle, valutare la ventilazione, quindi assegnare il tipo e l'estensione della zona.

Per gli impianti a gas naturale nel Regno Unito e altrove, IGEM/SR/25 (Classificazione delle aree classificate degli impianti a gas naturale, Edizione 2 con emendamenti, 2013) si affianca al recepimento BS EN della IEC 60079-10-1 ed entra maggiormente nel dettaglio. IGEM e DNV pubblicano anche un calcolatore IGEM/SR/25 (2023) per i calcoli delle emissioni e dell'estensione per il gas naturale.

Altre norme si collocano a valle della classificazione:

• IEC 60079-14 (Atmosferas esplosive – Parte 14: Progettazione, scelta e installazione degli impianti elettrici) utilizza la zona, il gruppo del gas e la classe di temperatura per guidare la selezione delle apparecchiature.
• IEC 60079-17 (Atmosferas esplosive – Parte 17: Verifica e manutenzione degli impianti elettrici) definisce il regime di ispezione per le apparecchiature Ex installate.

La guida alle misure tecniche COMAH dell'HSE tratta la classificazione delle aree e il controllo delle fonti di innesco come un'unica misura correlata. Una classificazione vale solo quanto il controllo dell'innesco che essa determina.

Le zone monitorano la probabilità di presenza di un'atmosfera esplosiva di gas:

• Zone 0: presente continuamente, per lunghi periodi o frequentemente.
• Zone 1: probabile che si verifichi occasionalmente durante il normale funzionamento.
• Zone 2: non probabile durante il normale funzionamento e, se si verifica, solo per breve tempo.

Il metodo della sorgente di emissione

Passaggio 1: Identificare le sorgenti

Esaminare i P&ID, quindi ispezionare l'impianto. Elencare ogni punto in cui il fluido infiammabile potrebbe finire in atmosfera. Prime Process Safety descrive la stessa sequenza: revisione dei materiali, identificazione della sorgente di emissione, valutazione della ventilazione, quindi analisi del rischio di accensione. Verificare:

• Punti di scarico di sfiati e collettori di torcia
• Tubi di scarico delle valvole di sicurezza che sfiatano in atmosfera
• Sfiati delle tenute dei compressori e sfiati dei baderni
• Chiusure delle trappole dei pig e connessioni di drenaggio
• Punti di campionamento e sfiati degli analizzatori
• Sfiati strumentali e pneumatici dove il gas di processo è il fluido vettore
• Flange, steli delle valvole, giunti filettati e altri potenziali punti di perdita

Registrare il fluido per ognuno. La sua composizione determina il gruppo del gas, la classe di temperatura e se il vapore è più leggero o più pesante dell'aria. I vapori densi provenienti da condensati o flussi ricchi di LPG ristagnano in pozzi, trincee e bacini di contenimento. Il gas naturale povero generalmente sale e si disperde.

Passaggio 2: Classificare ogni emissione

La norma IEC 60079-10-1 utilizza tre gradi:

• Continuo: continuo, o previsto per lunghi periodi. Un esempio è uno sfiato di processo che fluisce costantemente.
• Primo: probabile che emetta periodicamente o occasionalmente durante il normale funzionamento. Esempi sono un punto di campionamento aperto regolarmente o una trappola per pig aperta per le operazioni di pigging.
• Secondo: non previsto durante il normale funzionamento e, se avviene, solo raramente e per brevi periodi. Esempi sono le guarnizioni delle flange, i premistoppa delle valvole e i drenaggi normalmente chiusi.

La classificazione è un giudizio sul normale funzionamento, pertanto è necessario riportare il ragionamento nel verbale di classificazione. L'errore comune è classificare uno sfiato di tenuta sempre attivo come grado secondo perché "è solo una piccola perdita". Se fluisce durante il normale funzionamento, non è di grado secondo.

Passaggio 3: Valutare la ventilazione

Secondo lo standard, la ventilazione ha due componenti: il grado di diluizione (alto, medio o basso) e la sua disponibilità (buona, discreta o scarsa). La diluizione dipende dalla portata di emissione, dal movimento dell'aria intorno alla sorgente e dalla geometria dello spazio. La disponibilità valuta quanto sia affidabile l'effettiva presenza di tale ventilazione.

La ventilazione naturale in impianti all'aperto è spesso sufficiente per la diluizione, ma non è mai garantita. Moduli densamente compattati, zone d'ombra aerodinamica dietro grandi recipienti, pareti piene e pozzi interrati la indeboliscono. In edifici chiusi come le sale compressori, le domande diventano più specifiche. La ventilazione meccanica è affidabile? Il suo guasto è allarmato? L'emissione può essere diluita prima che l'atmosfera raggiunga il campo di infiammabilità?

Passaggio 4: Assegnare tipo ed estensione della zona

Il grado stabilisce il punto di partenza e la ventilazione lo modifica:

L'estensione è la distanza dalla sorgente al punto in cui la concentrazione di gas si è dispersa al di sotto di una frazione del limite inferiore di infiammabilità. Deriva dalla portata di emissione, dalle proprietà del fluido e dalla ventilazione. Non si ricava da un raggio generico. Per il gas naturale, esistono la norma IGEM/SR/25 e il relativo calcolatore per rendere questo processo ripetibile. Come osserva anche la sintesi di Made Supply (USA) di un pacchetto di classificazione, un disegno di area classificata dovrebbe mostrare viste in pianta e in alzato, la classe o zona e il gruppo del gas per ogni area, e la sorgente di emissione alla base di ciascuna. L'elevazione è importante. Un'emissione può propagarsi verso il basso in pozzi e verso l'alto in vuoti del tetto o prese di ventilazione.

Dove le classificazioni tipicamente falliscono

• Zone a tappeto (Blanket zones). Un intero edificio viene dichiarato Zone 2 senza chiedersi quali sorgenti lo giustifichino o se la ventilazione lo supporti.
• Ignorare la modalità operativa. Campionamento, pigging, cambio filtri e sfiati per manutenzione sono operazioni normali. Creano gradi primi anche quando avvengono in modo programmato.
• Trattare le valvole di sicurezza come pericoli continui. Una valvola di sicurezza che scarica in un luogo sicuro non crea una zona nell'impianto. Una che scarica in atmosfera in un punto basso necessita di valutazione, ma come emissione infrequente, non come sorgente continua.
• Ipotesi di ventilazione obsolete. Un nuovo involucro, una feritoia chiusa o apparecchiature riposizionate modificano la dispersione e nessuno aggiorna il disegno.
• Utilizzare una linea guida generale al posto del calcolo. Linee guida come la guida alla classificazione delle aree classificate EGPC-PSM-GL-014 descrivono il processo. Non sostituiscono la base di calcolo della norma IEC 60079-10-1 o, per il gas naturale, della IGEM/SR/25.

Esempio illustrativo: lanciatore di pig e ricovero compressore adiacente

Questo scenario è costruito a scopo illustrativo. Non è tratto da un impianto reale e non utilizza dimensioni numeriche, poiché le estensioni devono derivare da un calcolo specifico del sito.

Un impianto gas ha un lanciatore di pig su terreno aperto accanto a un ricovero compressore aperto su due lati. Il fluido è gas naturale povero, che è più leggero dell'aria.

1. Sorgenti identificate. La chiusura del lanciatore, un drenaggio, una valvola di sfiato utilizzata per la depressurizzazione prima dell'apertura, la tubazione di coda dello sfiato, lo stelo della valvola e i punti di perdita delle flange sulla trappola, e lo sfiato della tenuta del compressore e i giunti flangiati all'interno del ricovero.
2. Gradi assegnati.
   • Apertura della chiusura e sfiato pre-apertura: primario, perché avvengono in funzionamento normale ogni volta che viene utilizzata la trappola.
   • Flange della trappola e premistoppa delle valvole: secondario.
   • Sfiato della tenuta del compressore convogliato in un luogo sicuro: nessuna emissione in atmosfera in funzionamento normale. I giunti di collegamento dello sfiato della tenuta sono secondari.
   • Una valvola di sfiato che scarica direttamente in atmosfera durante la depressurizzazione è trattata come primaria.
3. Ventilazione valutata. Il lanciatore si trova su terreno aperto, quindi la diluizione è generalmente buona e la ventilazione naturale è disponibile ogni volta che soffia il vento. Il valutatore dovrebbe verificare la presenza di zone d'ombra sottovento vicino alla parete del ricovero. Il ricovero è aperto su due lati, ma se l'apparecchiatura all'interno limita il movimento dell'aria vicino alle tenute, la diluizione potrebbe essere solo media e la disponibilità solo discreta.
4. Zone assegnate.
   • Le emissioni primarie alla chiusura del lanciatore e allo sfiato danno un volume Zone 1 attorno a ciascuna sorgente, circondato da Zone 2 dove il calcolo mostra una persistenza di atmosfera infiammabile oltre quel volume.
   • Le flange e le valvole della trappola generano piccoli volumi Zone 2 che possono fondersi nell'inviluppo Zone 1.
   • All'interno del ricovero, le emissioni secondarie danno Zone 2, con l'estensione verificata rispetto all'angolo meno ventilato piuttosto che alla media.
5. Documentazione. Il disegno mostra ogni sorgente, il suo grado, il ragionamento sulla ventilazione e la zona risultante, il gruppo del gas e la classe di temperatura. Collega le estensioni al calcolo.

La conseguenza ispettiva segue direttamente. L'apparecchiatura all'interno dell'inviluppo Zone 1 attorno al lanciatore necessita di una protezione adeguata secondo le regole di selezione di IEC 60079-14, e il piano di ispezione secondo IEC 60079-17 dovrebbe riflettere la posizione di installazione di tale apparecchiatura.

Ispezione e sicurezza operativa

La classificazione alimenta il registro delle ispezioni Ex, pertanto gli ispettori dovrebbero contestarla quando le condizioni del sito non corrispondono ad essa. Uno sfiato che ora scarica in un nuovo punto, un nuovo involucro o un'apparecchiatura installata in un'area in cui il suo tipo di protezione non corrisponde alla zona: ognuno di questi è un motivo per riaprire la classificazione.

Qualsiasi lavoro che apra, depressurizzi o ispezioni apparecchiature contenenti idrocarburi in queste aree necessita del sistema completo di lavoro sicuro:

• Isolare l'apparecchiatura in modo positivo, con doppio blocco e spurgo dove il design del sistema lo prevede.
• Depressurizzare attraverso il percorso progettato verso uno sfiato sicuro o una torcia, mai verso l'area di lavoro.
• Verificare l'assenza di energia nell'apparecchiatura, inclusa la pressione intrappolata tra le valvole, prima di rompere il contenimento.
• Applicare lockout/tagout ai punti di isolamento e alle fonti di energia.
• Osservare le precauzioni per le aree classificate. Utilizzare solo apparecchiature e strumenti adatti alla zona e non aprire involucri Ex sotto tensione in un'area classificata senza un permesso specifico.
• Effettuare test del gas prima e durante il lavoro, e utilizzare rilevatori fissi o portatili adatti al gas.
• Ventilare in sicurezza e assicurarsi che il gas ventilato non possa raggiungere sorgenti di accensione o aree occupate.

Checklist per la revisione di una classificazione

• Ogni zona sul disegno è riconducibile a una sorgente di emissione nominata.
• Ogni sorgente ha un grado dichiarato, con il ragionamento fornito per il funzionamento normale.
• Le proprietà del fluido sono registrate: gruppo del gas, classe di temperatura e se più leggero o pesante dell'aria.
• La ventilazione è valutata per diluizione e disponibilità, non presunta in base all'essere "all'aperto".
• Le estensioni derivano da una base di calcolo, come IEC 60079-10-1 o IGEM/SR/25 per il gas naturale.
• Le viste in elevazione mostrano pozzi, tetti e prese di ventilazione.
• Campionamento, pigging, sostituzione filtri e sfiati sono trattati come emissioni in funzionamento normale.
• La gestione del cambiamento innesca la riclassificazione quando cambiano apparecchiature, involucri o percorsi di sfiato.
• Il registro delle apparecchiature Ex corrisponde alle zone, ai gruppi di gas e alle classi di temperatura sul disegno.
• I gradi e gli intervalli di ispezione considerano la zona di installazione.

Conclusione

Una classificazione difendibile è un registro di ragionamenti, non una mappa di cerchi. Inizia con l'emissione, assegna il grado onestamente, verifica le ipotesi di ventilazione rispetto al layout reale e calcola le estensioni con il metodo in IEC 60079-10-1, supportato da IGEM/SR/25 per il gas naturale. Per i passi successivi, scegli la più grande area classificata nel tuo impianto, scegli tre sorgenti a caso e traccia ognuna dal disegno fino al suo grado, alla base della ventilazione e al calcolo. Dove la traccia si interrompe, riclassifica quell'area e aggiorna il registro delle apparecchiature Ex.