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Nel nostro articolo del 9 giugno 2020 sull’utilizzo della tecnologia di misura esistente nelle reti del gas con componenti di idrogeno, abbiamo trattato le proprietà dell’idrogeno, l’idoneità di diverse tecnologie di sensori e la protezione contro le esplosioni dei dispositivi quando vengono utilizzati in miscele di gas naturale e idrogeno. In questo articolo, vogliamo collegarci alla protezione antideflagrante dei dispositivi e approfondire questo argomento per via della sua attualità.
Ogni dispositivo di misurazione o segnalazione di gas destinato all’uso in atmosfere potenzialmente esplosive in conformità alla direttiva ATEX e certificato di conseguenza ha una propria marcatura visibile sul dispositivo. Contiene diverse informazioni relative alla protezione dalle esplosioni. Prendendo come esempio la marcatura del nostro dispositivo di misurazione e segnalazione del gas OLLI, vorremmo chiarire cosa c’è dietro.
Gruppo di esplosione
Un componente della marcatura è il gruppo di esplosione. I gas e le miscele di gas sono suddivisi in tre gruppi per la protezione pratica dalle esplosioni.
- IIA: questo include tipicamente gas come metano, etano, propano, ecc.
- IIB: comprende etilene, idrocarburi e miscele di gas come il gas di città, che può contenere fino al 60% di idrogeno in volume.
- IIC: comprende, ad esempio, l’idrogeno puro.
Il gruppo di esplosione superiore include il gruppo di esplosione inferiore, cioè IIB include IIA.
Massima distanza di sicurezza e minima energia di accensione
In vista degli obiettivi di protezione del clima concordati, l’idrogeno viene aggiunto a un numero sempre maggiore di reti di gas naturale in Germania. All’inizio l’additivazione era < 10%, con l’attuale versione del foglio di lavoro DVGW G 260 (proprietà del gas) è possibile arrivare fino al 20% dopo una valutazione individuale e nel frattempo ci sono già le prime reti (di prova) o progetti di ricerca con additivazione al 30%. Ci si chiede quindi in quale gruppo di esplosione debbano essere classificate queste miscele di gas naturale/idrogeno e quali siano i criteri utilizzati a tal fine.
Nel campo della protezione contro le esplosioni elettriche (si può parlare anche di protezione contro l’accensione), la determinazione avviene tramite la cosiddetta larghezza standard dello spazio e l’energia minima di accensione.
- La massima distanza di sicurezza sperimentale (MESG) viene utilizzata per determinare la capacità di accensione di una miscela di gas che fuoriesce attraverso una distanza fissa. La MESG è l’ampiezza dello spazio alla quale non è più possibile l’accensione della miscela dopo che questa ha lasciato tale spazio. Viene determinata con una procedura standardizzata per diverse miscele di gas.
- L’energia minima di accensione è il valore minimo di energia elettrica che accende una miscela di gas nella composizione più infiammabile. A tal fine, la capacità di accensione dei gas viene determinata con una procedura standardizzata con un circuito di corrente standard. La corrente di accensione minima determinata in relazione alla corrente di accensione minima del metano determina il rapporto di corrente di accensione minima (MIC – Minimum Ignition Current).
Distanza massima di sicurezza e corrente minima di accensione
Quando si classificano le miscele di gas nei gruppi di esplosione sopra menzionati, la massima distanza di sicurezza e la minima corrente di accensione possono essere considerate equivalenti. Esiste una relazione funzionale tra le due grandezze, in modo che possano essere convertite l’una nell’altra. A tale scopo, il Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ha pubblicato un rapporto in cui è stato presentato il seguente grafico.
Ciò significa che sia la massima distanza di sicurezza che la minima energia di accensione o la minima corrente di accensione possono essere utilizzate per classificare le miscele di gas in gruppi di esplosione.
Per completezza, mostreremo anche la relazione tra le tre quantità.
Progetto di ricerca sull'idrogeno nella rete del gas naturale esistente dal 2015
Torniamo alla crescente percentuale di idrogeno nella rete di gas naturale esistente. Nel 2015, l’Istituto federale per la ricerca sui materiali (Bundesanstalt für Materialforschung – BAM) ha svolto un progetto di ricerca su questo tema in collaborazione con DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH e con il sostegno finanziario di BG ETEM, pubblicando nel 2016 una relazione finale in merito. Il rapporto Sicherheitstechnische Eigenschaften von Erdgas-Wasserstoff-Gemischen (Proprietà di sicurezza delle miscele di gas naturale e idrogeno) è disponibile per il download sulla homepage del BG ETEM.
Una delle questioni indagate in questo progetto è stata la misura in cui l’aggiunta di 10 vol.% di idrogeno al gas naturale influisce già sul MESG e quindi sul gruppo di esplosione della miscela gas naturale-idrogeno. Non sono state riscontrate differenze significative, per cui la classificazione nel gruppo di esplosione più basso IIA è ancora valida. Nel PTB, il MESG delle miscele idrogeno-metano è stato studiato con un’apparecchiatura identica, messa a disposizione della BAM per il progetto di ricerca. In entrambi i casi (gas naturale e metano), il gruppo di esplosione IIB è stato raggiunto solo con un’aggiunta di circa il 30% di idrogeno. I test sono stati eseguiti con diverse proporzioni di idrogeno, fino al 100%, sia con il gas naturale che con il metano. I risultati possono essere ottenuti dai due grafici.
Sulla base di questi risultati, si può affermare che il gruppo di esplosione IIC viene raggiunto solo quando al gas naturale viene aggiunta una quantità di idrogeno circa doppia rispetto a quella prevista con un’aggiunta del 30% (cioè a partire da circa il 60% in volume).
Tipo di protezione antiaccensione
Oltre al gruppo di esplosione, il tipo di protezione contro l’accensione è un’altra componente della marcatura dei dispositivi di misurazione e segnalazione dei gas. Esistono diversi tipi di protezione contro l’accensione, come ad es.
- Protezione del dispositivo tramite involucro ignifugo “d
- Protezione del dispositivo attraverso l’involucro pressurizzato “p
- Protezione del dispositivo grazie alla maggiore sicurezza “e
- Protezione del dispositivo tramite sicurezza intrinseca “i
- e molti altri
I requisiti dei dispositivi con il rispettivo tipo di protezione sono tutti descritti nella serie di norme DIN EN 60079. Utilizzando l’esempio del nostro OLLI citato all’inizio, vogliamo spiegare i due tipi di protezione contro l’accensione, custodia ignifuga “d” e sicurezza intrinseca “i”.
Involucro ignifugo
Per l’involucro ignifugo “d”, si applica la distanza massima di sicurezza descritta sopra. I sensori installati nei dispositivi di rilevamento e segnalazione dei gas hanno tutti un proprio tipo di protezione contro l’accensione e quindi di marcatura, che è o può essere indipendente dal tipo di protezione contro l’accensione e di marcatura dello strumento di misura. I sensori utilizzati nell’OLLI sono incapsulati a prova di fiamma o sono cablati a sicurezza intrinseca.
Sicurezza intrinseca
Un criterio principale per valutare la sicurezza intrinseca “i” di un dispositivo di rivelazione e segnalazione di gas è l’energia minima di accensione, che è stata a sua volta trattata. Ciò significa che le unità di accumulo dell’energia nel dispositivo (ad es. capacità, induttanze) non devono superare determinati valori limite. Poiché l’energia minima di accensione si riduce quando l’idrogeno viene aggiunto al gas naturale rispetto al gas naturale normale, i requisiti per le apparecchiature con una classe di protezione contro l’accensione o un gruppo di esplosione più elevato (IIA, IIB o IIC) aumentano allo stesso tempo. Allo stesso modo, aumentano i requisiti relativi alle proprietà elettrostatiche della superficie dell’alloggiamento dello strumento di misura.
Data la comparabilità tra la massima distanza di sicurezza e l’energia minima di accensione o la corrente minima di accensione per quanto riguarda la classificazione delle miscele di gas naturale e idrogeno nei gruppi di esplosione menzionati all’inizio, si può anche affermare che gli strumenti di misura con certificazione IIB possono essere utilizzati con un’aggiunta programmata del 30% di idrogeno al gas naturale.
Si prega di notare che con queste informazioni vorremmo fornire un supporto per la valutazione di un dispositivo di segnalazione del gas adatto. In definitiva, l’operatore deve valutare, nell’ambito della sua valutazione dei rischi, quali sono i pericoli per la vita e l’incolumità delle persone e scegliere di conseguenza i dispositivi adatti.
Non esitate a contattarci per ulteriori informazioni.