Gli scambiatori di calore in PTFE possono essere utilizzati in atmosfere esplosive?

La fabbrica lavora solventi infiammabili. Qualsiasi apparecchiatura nelle vicinanze deve essere classificata per aree pericolose. Gli scambiatori di calore in PTFE sono eccellenti per la chimica corrosiva, ma sono sicuri da usare in presenza di vapori esplosivi? Quali certificazioni e requisiti di installazione si applicano?

Nelle atmosfere esplosive, sia nella Zona 1 o 2 per i gas o nella Zona 21 o 22 per le polveri combustibili, non c'è spazio per errori. Una superficie riscaldata, una scintilla vagante, una scarica statica potrebbero innescare una disastrosa miscela incendiaria. Gli scambiatori di calore in PTFE sono perfetti per acidi aggressivi, solventi e cloruri che degraderebbero rapidamente l'acciaio inossidabile o le leghe esotiche. Grazie ai tubi e ai gusci antiaderenti-e chimicamente inerti, rappresentano l'opzione preferita per il raffreddamento o il riscaldamento dei processi nell'industria farmaceutica,-chimica fine e dei semiconduttori. Tuttavia, l'ambiente che richiede protezione dalla corrosione richiede anche una valutazione completa del rischio di accensione in conformità con la Direttiva ATEX 2014/34/UE e gli schemi di certificazione IECEx.

Il nucleo dello scambiatore di calore è raramente la fonte di ignizione. Il PTFE non è-conduttivo e non crea scintille durante il normale funzionamento. I veri pericoli derivano dai servizi e dai servizi ausiliari che lo servono, come i circuiti del vapore o dell'olio caldo- che possono surriscaldare la superficie, i sensori di temperatura che necessitano di energia elettrica, le valvole di controllo che possono avere solenoidi e persino il semplice atto di strumenti metallici che colpiscono il telaio durante la manutenzione. Ad esempio, un sensore classificato solo per l'uso- generico in un'atmosfera gassosa della Zona 1 potrebbe generare una scintilla interna sufficiente ad accendere una nuvola di vapore. Lo scambiatore dovrebbe quindi essere integrato in una strategia protettiva che elimini tutti i possibili percorsi di accensione.

La progettazione sicura si basa sulla limitazione della temperatura superficiale. Tutte le miscele di gas o polveri hanno una temperatura di auto-accensione (AIT) nota e una temperatura di accensione dello strato o della nuvola nel caso delle polveri. La temperatura massima della superficie sul lato del processo e sul lato dell'utenza - nel caso peggiore di incrostazioni, flusso ostruito o fornitura di vapore alla massima pressione - deve essere inferiore alla classe di temperatura (T1-T6) o alla particolare AIT dell'atmosfera. Per un tipico vapore di solvente della Zona 1 con AIT di 220 gradi, la superficie dello scambiatore deve essere sempre inferiore a 200 gradi (classe T3). A tale scopo i produttori utilizzano un'area di trasferimento del calore sovradimensionata, accurati interblocchi del flusso e sonde di temperatura ridondanti. In pratica ciò significa generalmente che il fluido di servizio (vapore o olio termico) è limitato da un circuito di controllo approvato separato.

I componenti elettrici collegati o che monitorano lo scambiatore devono essere dotati di una protezione completa-appropriata della zona. Zona 1: sono necessari trasmettitori di temperatura a sicurezza intrinseca (Ex i), scatole di giunzione ignifughe (Ex d) o custodie a sicurezza aumentata (Ex e). Anche un semplice RTD deve avere un'etichetta ATEX/IECEx con l'esatto gruppo di gas (IIA, IIB, IIC) e classe di temperatura. In molte giurisdizioni, le parti non-elettriche (semplici scambiatori meccanici senza accessori elettrici) sono classificate come semplici apparecchiature meccaniche. Non è necessario che siano certificati ATEX di per sé, a condizione che non creino scintille, superfici calde sull'AIT o cariche statiche che potrebbero incendiarsi. Tuttavia, l'installatore deve ancora dimostrare che l'intero sistema soddisfa i requisiti della zona.

Lo spurgo e la pressurizzazione offrono un ulteriore livello di protezione per le strutture chiuse o semi-chiuse. Se si dispone di uno spurgo di tipo X o Y con azoto inerte è possibile ridurre la classificazione interna di un armadio con strumenti al suo interno da Zona 1 a non-pericoloso. Quindi puoi utilizzare componenti standard all'interno. Per gli scambiatori in PTFE a fascio tubiero-e-di grandi dimensioni situati nella Zona 2, l'infiltrazione di vapori infiammabili è impedita da una leggera sovrapressione permanente con aria pulita o azoto, a condizione che il sistema di spurgo stesso sia certificato e monitorato con interblocchi di sicurezza-safe.

La selezione e l'installazione seguono una procedura regolamentata. Innanzitutto lo studio sulla classificazione dell'area deve essere effettuato da una persona qualificata o da un'autorità notificata che determinerà la zona specifica, il gruppo di gas e la classe di temperatura. Solo allora l'ingegnere di processo potrà selezionare uno scambiatore in PTFE con una temperatura superficiale-classificata pari o superiore a tale grado. Oggi i produttori rispettabili offrono dispositivi pre-certificati per la Zona 1/21 o Zona 2/22 con risultati di test di terze parti-che dimostrano le temperature superficiali in condizioni di flusso-bloccato e di sovra-pressione. Se lo scambiatore viene fornito senza parti elettriche, la responsabilità della certificazione si sposta sul pacchetto accessori-valvole, strumenti e cablaggi, ciascuno dei quali dovrà avere la propria marcatura ATEX/IECEx. La documentazione deve essere completa: certificati dei materiali che dimostrino che il PTFE è puro, registri di saldatura (se utilizzati), dati relativi ai test della temperatura superficiale e guide di installazione che richiamano specificamente le attività in aree pericolose.

Confronta questo approccio sistematico con la tentazione di utilizzare un normale scambiatore in PTFE non-classificato "perché è solo plastica". Tali apparecchiature non hanno dati di classificazione della temperatura, nessun limite certificato di temperatura superficiale e nessuna tracciabilità per la prevenzione dell'elettricità statica o delle scintille. In un ambiente della Zona 1 non solo non è-conforme ma è illegale e, soprattutto, pericoloso. Entro pochi minuti da un disturbo del flusso, una fornitura di vapore non monitorata potrebbe spingere la parete del tubo sopra l'AIT. Un interruttore di prossimità senza certificazione può generare scintille durante la normale calibrazione. Le unità certificate sono più costose, ma se le confrontiamo con il costo di un'esplosione, vite perse, impianti danneggiati e multe normative, non è un paragone.

Il circuito di sicurezza viene chiuso con ispezione e manutenzione continue. Versamenti di fluido di processo combustibile all'esterno dello scambiatore possono costituire ulteriori pericoli. Ad ogni svolta, i giunti con guarnizione devono essere testati sull'integrità. Laddove necessario per dissipare l'elettricità statica, le cinghie di collegamento elettrico devono essere mantenute intatte. Qualsiasi sostituzione di sensori o valvole deve essere una sostituzione diretta della certificazione originale. Se una sostituzione 'like for like' non tiene conto della marcatura Ex, il certificato dell'intero sistema non è valido.

Per riassumere, gli scambiatori di calore in PTFE possono essere utilizzati in sicurezza in atmosfere esplosive a condizione che ogni parte del sistema - temperatura superficiale, accessori elettrici, spurgo, documentazione e manutenzione - sia progettata secondo i criteri esatti della zona. La certificazione non è un documento. È la garanzia ingegneristica che l'apparecchiatura non diventerà la fonte di accensione che non avrebbe mai dovuto essere. Nella sicurezza dei processi esiste una sola regola: è necessario adattare l'ambiente all'attrezzatura e non viceversa. Se si segue questa idea, la singolare resistenza alla corrosione del PTFE si trasforma in un vantaggio, e non in un rischio, consentendo alle fabbriche chimiche di operare in modo efficace e soprattutto sicuro nei luoghi a rischio più difficili.