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Sistema watermist in un’industria di converting: un’applicazione di successo

10 Luglio 2017 | Categorie: Sicurezza    Casi Studio    Water Mist    Casi Studio   

Spesso è difficile raggiungere la sicurezza antincendio, soprattutto quando si lavora per ripristinare, nel più breve tempo possibile, il ciclo dell’attività produttiva interrotta a seguito di un incendio. ECCO PERCHÈ un investimento sulla sicurezza BISOGNA VEDERLO COME un investimento economico BEN riuscito.

La sicurezza antincendio in ambito industriale, per quanto riguarda applicazioni particolari tra cui impianti per la trasformazione della cellulosa (materiale facilmente infiammabile), può risultare difficilmente praticabile, specialmente se ci si pone, tra gli altri, un obiettivo di natura pre-valentemente economica: il ripristino, in tempi relativamente brevi, dell’attività produttiva in seguito al verificarsi di un incendio.



Con riferimento alle caratteristiche note degli impianti watermist, in questo articolo si vuole illustrare la progettazione e l’ingegnerizzazione di un impianto ad acqua nebulizzata a protezione delle cabine di lavorazione di un’azienda di converting, ovvero di trasformazione delle bobine di cellulosa in prodotti finiti come tovaglioli, fazzoletti e carta assorbente.

Gli impianti antincendio vengono spesso definiti “apparecchi di norma in stato di riposo”: normalmente, essi si attivano pochissime volte durante il loro ciclo di vita o ad- dirittura non entrano mai in funzione.

Nel nostro caso specifico, è invece statisticamente noto come la particolare tipologia di lavorazione svolta in una industria di converting, generi frequenti inneschi di incendi i quali, se non prontamente contrastati, possono propagarsi causando seri rischi per il personale presente sul luogo di lavoro, compromettendo la funzionalità dei macchinari ed interrompendo il ciclo produttivo, con eventuale pericolo per l’intero stabilimento.

L’installazione di un impianto automatico di spegnimento, sebbene non esplicitamente prescritta nelle norme di prevenzione incendi per la protezione interna delle cabine di lavorazione, è stata ritenuta dall’azienda in questione un fondamentale investimento in termini di sicurezza e di garanzia della continuità produttiva.

Si anticipa che, a conferma di questo, nei mesi immediata- mente successivi all’istallazione dell’impianto watermist si sono verificati due incendi, entrambi estinti con successo e senza l’intervento delle squadre di soccorso, garantendo così una elevata sicurezza al personale e riducendo l’inattività (causa pulizia e riparazione dei componenti) a solo 48 ore, dopo le quali la produzione è ripartita a pieno regime.

Ne consegue che la peculiarità di questo caso consiste proprio nella velocità di ripristino dell’attività produttiva; ciò ha permesso all’azienda colpita dai due incendi di non riscontrare danni associati al ciclo produttivo e di dovere fare fronte solamente alle per- dite di materiale intaccato dal fuoco.

La business interruption, è dunque stata minima, evitando così effetti potenzialmente devastanti sul valore d’impresa, tra cui:

• il fermo della produzione;
• il blocco delle vendite;
• l’impatto negativo sulla clientela con perdita di parte della stessa;
• l’interruzione della supplychain;
• la perdita di quote di mercato.

La corretta analisi del rischio di incendio, così come l’energica voglia di innovazione e di sperimentazione da parte delle aziende che hanno progettato e industrializzato l’impianto, sono stati gli ingredienti che hanno re- so possibile il successo di questa applicazione, permettendo così all’azienda colpita dagli incendi di ripristinare in pochissimo tempo la produzione e di ridurre al minimo le perdite.

L’accadimento reale di un incendio, spento con successo, ha permesso di testare l’efficacia dell’impianto più di qualsiasi altro strumento a disposizione del progettista.??In questo articolo si descrivono le fasi salienti che hanno portato alla realizzazione del sistema di spegnimento: in primo luogo, vengono analizzati il processo produttivo ed il rischio d’incendio.

In seguito, vengono illustrate la progettazione del sistema e la sua ingegnerizzazione; nella parte finale si evidenziano gli effetti positivi dell’installazione, primi fra tutti l’efficacia nello spegnimento e la minimizzazione delle business interruption.

Analisi del processo produttivo e del rischio di incendio


La presente ricerca fa seguito ad un grosso incendio che ha coinvolto uno stabilimento produttivo estero dell’azienda in questione. L’assenza di un impianto di protezione attiva antincendio ha comportato ingenti danni materiali all’azienda (una cabina di lavorazione è stata seriamente danneggiata) ed una lunga business interruption, quantificabile in un mese lavorativo circa.

Per una azienda di converting di questo tipo, il rischio di incendio è elevato a causa della particolare lavorazione realizzata con macchinari funzionanti a ciclo continuo, comprendenti elementi rotativi, elementi taglienti, zone di stampa e generanti eleva- te quantità di polvere di cellulosa che si posano sulle superfici.

Sulla base di un’analisi del processo produttivo e dei documenti di valutazione del rischio disponili presso l’azienda in questione, sono state definite le seguenti cause principali di incendio:

• l’autoaccensione della polvere di cellulosa presente all’interno della cabina, se a contatto con una superficie calda;
• guasti meccanici di componenti della macchina rotativa (ad esempio cuscinetti, frizioni, motori, trasmissioni,ecc.);
• guasti elettrici di centraline o altre apparecchiature elettriche (es. motori);
• attivazione di liquidi infiammabili come l’olio dei macchinari o le vernici.

L’azienda colpita dagli incendi ha ritenuto opportuno dotare le cabine di lavorazione di un sistema di protezione antincendio attivo; il sistema watermist è stato ritenuto il più appropriato in termini di efficacia nello spegnimento, riduzione del tempo di interruzione della produzione e sicurezza del personale.

Un sistema di spegnimento ad estinguente gassoso non sarebbe stato adatto a causa della presenza di aperture fisse nelle cabine di trasformazione; i sistemi sprinkler invece, erogando un’elevata quantità di acqua, non sono stati ritenuti in grado di minimizzare la buisiness interruption.

Progettazione del sistema


Il sistema watermist proposto è del tipo total compartment application, ovvero è costituito da ugelli aperti opportunamente distribuiti all’interno della cabina di lavorazione ed è attivato da un sistema di rivelazione.?I sistemi di questo tipo agiscono sull’incendio beneficiano attraverso i seguenti meccanismi:

• raffreddamento della fiamma e dei gas caldi della combustione, dovuto alla rapida evaporazione dell’acqua nebulizzata;
• diluizione dell’ossigeno e dei vapori infiammabili ad opera del vapore acqueo;
• diminuzione del calore trasmesso per irraggiamento dalla fiamma, dovuta al- l’azione di schermatura dei flussi termici radianti da parte del mist.

I test svolti presso la sede dell’azienda Bettati Anticendio hanno rappresentato uno strumento di utilità oggettiva per la progettazione dell’impianto. Infatti, oltre a testare l’effettiva efficacia di un impianto water mist per un rischio d’incendio così alto, le prove condotte hanno dato indicazioni circa alcune scelte progettuali, come sulla tipologia di ugelli da utilizzare, le portate e le densità di scarica.

Le procedure di test sono state determinate sulla base della normativa di riferimento per i sistemi water mist (CEN/TS 14972 Appendice B: Guidelines for developing rapresentative fire test procedures for watermist systems), delle richieste del committente e del documento di analisi del rischio di incendio nelle cabine di lavorazione.??Verranno illustrati di seguito i vari passi per la definizione e l’esecuzione dei test ed i relativi output.

Considerando la classe di rischio e le condizioni dell’ambiente da proteggere, si è deciso di installare un impianto a diluvio con sistema di rilevazione automatico.
Questa scelta influenzerà perciò tutte le decisioni successive.

Valutazione del rischio d’incendio
Il primo passaggio è dunque l’analisi e la valutazione del rischio d’incendio. La norma elenca i punti fondamentali che devono essere descritti per un’analisi completa [B.2 Evaluation of fire hazard].

Nel caso in esame sono stati rilevati i seguenti elementi di criticità:
materiali combustibili: sono costituiti da polvere di cellulosa e liquidi infiammabili, come oli per macchine e vernici;
disposizione: la polvere si può distribuire su qualsiasi superficie ed è esposta sia direttamente che indi- rettamente all’erogazione degli ugelli;
dimensioni: alta quantità di materiale combustibile distribuita uniformemente su tutto l’ambiente da proteggere;
ostruzioni allo spray d’acqua: il materiale combustibile può trovarsi in punti difficilmente raggiungibili dallo spray d’acqua;
fonte d’innesco: superfici calde delle macchine con eventuale surriscaldamento delle stesse, dovuto a guasti o malfunzionamenti.

Valutazione delle condizioni ambientali
L’ambiente di prova è visualizzato in Figura 1,  riportando la pianta, la vista frontale e la sezione dell’ambiente di prova completo del sistema di spegnimento watermist Bettati Antincendio e della strumentazione composta da 7 termocoppie.

Il volume dell’ambiente di prova è paragonabile alle cabine dell’impianto da proteggere e si può pertanto considerare questa prova come una prova in scala reale.?Per fuochi in ambienti chiusi, la normativa richiede di valutare il tipo di ventilazione presente.

Bisogna quindi specificare il volume racchiuso dalla camera, la portata d’aria uscente ed entrante, le dimensioni e l’orientamento della presa d’aria [B.3 Evaluation of the compartment conditions].

Per simulare le condizioni del caso reale, caratterizzato da una non perfetta tenuta della cabina e dalla presenza di un condotto di aspirazione, sono stati eseguiti vari test modificando il grado di apertura del portellone.

Definizione degli obiettivi del test
I principali obiettivi prefissati per quanto riguarda lo svolgi- mento dei test sono i seguenti:

• la soppressione dell’incendio;
• la prevenzione del flashover;
• la limitazione dei danni alle attrezzature ed ai macchinari;
• la diminuzione dei danni relativi al rilascio di acqua su ?apparecchiature elettriche;
• il mantenimento dell’integrità strutturare delle cabine.

Allestimento delle procedure di prova


I test condotti sono stati pensati e definiti per simulare le condizioni più critiche che si possono verificare nel caso reale. I test condotti sono riconducibili in particolare a due tipologie di incendi:

[caption id="attachment_107" align="aligncenter" width="525"] Fig. 1 - Disegno in in pianta della camera di prova[/caption]



[caption id="attachment_109" align="aligncenter" width="525"] Allestimento della cabina di prova[/caption]

• un hidden fire. In questo caso, il materiale combustibile (polvere di cellulosa) è stato distribuito al di sotto di un tavolo provvisto di due paratie laterali; pertanto, il fuoco non veniva esposto direttamente al getto del water mist. Lo spegnimento, verificatosi con successo, è da attribuirsi principalmente al soffocamento della fiamma;
• uno scenario d’incendio caratterizzato dalla presenza del materiale combustibile su tutta la superficie protetta. In questo caso, la polvere di cellulosa veniva esposta direttamente al getto del water mist.

Inoltre, per simulare la presenza di oli e vernici, sono stati disposti 4 piccoli pool fire di eptano. ?Anche in questo caso lo spegnimento è stato ottenuto con successo. Le prove sono state eseguite con vari tipi di ugelli, variando in questo modo la portata totale del sistema. ?Si è inoltre prestabilito un tempo minimo dopo il quale attivare la scarica, in modo da simulare il tempo che intercorre tra l’innesco dell’incendio e l’attivazione dell’impianto di spegnimento.

Si è deciso di mantenere la scarica attiva per alcuni minuti e di verificare le condizioni dell’incendio dopo tale arco temporale.

Esecuzione dei test
Sono stati eseguiti i test definiti precedentemente.?I risultati ottenuti si sono dimostrati del tutto incoraggianti, poiché in tutti i casi sono stati raggiunti gli obiettivi prefissati.

Documentazione e interpretazione dei risultati
I dati sperimentali ricavati dai test e l’analisi iniziale del rischio d’incendio hanno gettato le fondamenta per la progettazione dell’impianto ad acqua nebulizzata.?I risultati sono stati poi riassunti e raccolti in un report che è stato presentato al cliente in modo da rendere conto delle prove effettuate e certificare dunque il sistema.

Ingegnerizzazione del sistema


Ai fini della progettazione dell’impianto, è stata data importanza ai risultati ottenuti dalle prove sperimentali e dall’analisi dello scenario di incendio relativo agli ambienti da proteggere.??La progettazione si è articolata in diverse fasi attraverso le quali sono stati analizzati e progettati i vari componenti del sistema, il layout dell’impianto e le logiche di controllo, di rilevazione di allarme e di rilascio dell’agente estinguente. ??Nel caso in esame sono stati installate due tipologie di rivelatori:

• rivelatori di fiamma;
• rivelatori termo-velocimetrici.

Il gruppo di pompaggio del sistema è stato dotato di pompe volumetriche, particolarmente adatte per le alte pressioni richieste dal sistema water mist Bettati.

Gli ugelli utilizzati per tale applicazione (vedi Figura 2) sono stati appositamente studiati per nebulizzare finemente l’acqua che li attraversa.

Il mist viene creato grazie a due principi: l’alta pressione a cui è soggetta l’acqua (80-120 bar) e la peculiare conformazione degli ugelli che, creando particolari profili di velocità, aumentano la turbolenza e la nebulizzazione dell’agente estinguente.

La logica utilizzata per l’attivazione del sistema water mist è denominata “a doppio consenso” in quanto, per mettere in funzione il sistema, occorre che almeno 2 rivelatori siano stati attivati; l’attivazione di un solo rilevatore mette in funzione unicamente l’allarme antincendio.

Il dimensionamento del layout è stato svolto ipotizzando che l’incendio si verifichi in una singola cabina di lavorazione. Gli ugelli installati all’interno di ogni cabina sono stati dimensionati in maniera tale da ottenere densità di scarica raddoppiate rispetto a quelle utilizzate durante i test di spegnimento.

Tutte le zone critiche, come i motori elettrici e le parti in movimento, sono state protette direttamente dagli ugelli in modo da intervenire il più velocemente possibile, raffreddando in primo luogo la fiamma e poi soffocandola attraverso la diminuzione del livello di ossigeno.

Il calcolo idraulico, implementato attraverso un software ad hoc sviluppato da un gruppo di ricerca della Facoltà di Ingegneria “Enzo Ferrari” dell’Università di Modena e Reggio Emilia, ha reso possibile il dimensiona- mento delle tubazioni, fornendo inoltre indicazioni sulle velocità medie della corrente fluida raggiungibili nei vari segmenti della linea.

Per incrementare ulteriormente la velocità di intervento, si è deciso di mantenere pieni d’acqua i tratti di tubazione a monte delle valvole di smistamento di ciascuna cabina.

L’intervento dell’impianto


[caption id="attachment_110" align="aligncenter" width="267"] Fig. 2 - Ugello water mist[/caption]

Qualche giorno dopo il termine dei lavori di installazione e di collaudo del sistema, all’interno di una delle cabine di lavorazione si è verificato un incendio.?Gli operatori presenti, dopo aver inutilmente cercato di spegnere l’incendio tramite l’utilizzo di estintori, hanno deciso di attivare manualmente il sistema water mist per circa 20 minuti, ottenendo una completa estinzione dell’incendio.

Grazie all’efficacia e alla velocità di intervento dei rivelatori, i danni riportati ai componenti coinvolti nell’incendio (vedi Figura 3) sono stati limitati ad una piccola, area senza compromettere ulteriori zone e componenti.?Oltre alla salvaguardia del personale presente e delle attrezzature, il sistema water mist ha contenuto l’incendio in una zona limitata, consentendo il ripristino dell’intera linea e della produzione a pieno regime in meno di 48 ore.

Questo risultato sarebbe stato impossibile da ottenere, ad esempio, attraverso un sistema tradizione di tipo sprinkler, in quanto l’elevata quantità di acqua scaricata da questo sistema avrebbe danneggiato irrimediabilmente le attrezzature ed i componenti elettrici; nemmeno un sistema a gas si sarebbe rivelato idoneo a questa applicazione, in quanto le aperture verso l’esterno presenti nella cabina non avrebbero consentito il soffocamento e la conseguente estinzione della fiamma.

Dopo tre settimane dal collaudo si è verificato un secondo incendio.?Gli operatori presenti hanno deciso di azionare l’impianto di spegnimento ancor prima che il sistema di rivelazione andasse in allarme.??La velocità di intervento degli operatori ha quindi consentito un’estinzione dell’incendio quasi immediata, senza causare danni a cose e persone e consentendo una rapidissima riattivazione della linea.

I fattori che hanno determinato la completa estinzione dell’incendio possono essere così riassunti:

• l’installazione di un sistema di rivelazione a doppio consenso che ha reso la rivelazione molto veloce e affidabile;
• il dimensionamento del sistema water mist, eseguito nel migliore dei modi;
• la compartimentazione in cabine dell’ambiente da proteggere.

[caption id="attachment_111" align="aligncenter" width="606"] Sketch rappresentativo del layout di una cabina[/caption]

[caption id="attachment_112" align="aligncenter" width="610"] Fig. 3 - Danni riportati all’interno della cabina colpita dall’incendio[/caption]

Un’applicazione di successo-conclusioni


La prevenzione incendi in ambito industriale, soprattutto per quanto riguarda stabilimenti con rischi e carichi di incendio molto elevati, oltre ad essere uno strumento di fondamentale importanza sul piano della sicurezza, lo è anche sul piano economico; storicamente, questi due aspetti si sono contrapposti l’uno all’altro, in quanto un investimento sulla sicurezza si traduceva comunque in un costo aggiuntivo.

Il caso presentato mostra invece come un investimento sulla sicurezza si sia trasformato (e continuerà a farlo) in un investimento economico azzeccato.

Infatti, il limitato danno materiale e il ripristino quasi immediato della linea (48 ore di inattività sono trascurabili rispetto ai mesi necessari per ripristinare un’intera linea colpita duramente da un incendio) hanno consentito di minimizzare le perdite e hanno determinato una business interruption molto limitata.

Soprattutto in applicazioni delicate come questa, dove gli incendi avvengono con estrema facilità, investire in un impianto antincendio automatizzato, coincide spesso con una scelta economica- mente vantaggiosa.

Un ulteriore vantaggio che un sistema automatizzato water mist può offrire è il controllo strumentale continuo che viene implementato dal sistema di rivelazione, in grado di percepire l’insorgere dell’incendio nelle primissime fasi; inoltre, viene comunque consentito all’operatore di intervenire attraverso un azionamento manuale, ancora prima che l’impianto entri in funzione in modalità automatica.

Un ultimo concetto che vale la pena di evidenziare, è l’estrema facilità di ripristino del sistema water mist in seguito ad una scarica.

Un applicazione di successo determinata dunque da soluzioni tecnologiche valide, progettate con un’attenzione particolare in modo da rendere il più veloce possibile la rivelazione e l’intervento dell’impianto.

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