Un impianto chimico tratta solventi infiammabili. Qualsiasi attrezzatura presente nell'area deve essere classificata per aree pericolose. Gli scambiatori di calore in PTFE sono ideali per la chimica corrosiva, ma possono essere resi sicuri per l'uso in cui possono essere presenti vapori esplosivi? Quali certificazioni e pratiche di installazione sono necessarie?
Nelle atmosfere esplosive-sia Zona 1 o 2 per i gas o Zona 21 o 22 per polveri combustibili-il margine di errore è zero. Una singola superficie calda, una scintilla vagante o una scarica statica possono accendere una miscela infiammabile con conseguenze catastrofiche. Gli scambiatori di calore in politetrafluoroetilene (PTFE) eccellono nella gestione di acidi, solventi e cloruri aggressivi che distruggerebbero rapidamente l'acciaio inossidabile o le leghe esotiche. I tubi e i gusci antiaderenti-chimicamente inerti li rendono la prima scelta per il raffreddamento o il riscaldamento dei processi in impianti farmaceutici,-chimici fini e impianti di semiconduttori. Tuttavia, proprio l'ambiente che ne richiede la resistenza alla corrosione richiede anche una rigorosa valutazione del rischio di accensione-ai sensi della Direttiva ATEX 2014/34/UE e degli schemi di certificazione IECEx.
Il nucleo stesso dello scambiatore di calore raramente è la fonte di accensione. Il PTFE non è-conduttivo e non produce scintille durante il normale funzionamento. I veri pericoli provengono dai servizi e dai servizi ausiliari che lo servono: circuiti di vapore o-olio caldo che possono surriscaldare la superficie, sensori di temperatura che richiedono energia elettrica, valvole di controllo che possono incorporare solenoidi e persino il semplice atto di strumenti metallici che colpiscono il telaio durante la manutenzione. In un'atmosfera gassosa della Zona 1, ad esempio, un sensore classificato solo per uso generico- potrebbe produrre una scintilla interna sufficiente ad accendere una nuvola di vapore. Lo scambiatore deve quindi essere integrato in un concetto di protezione che elimini ogni possibile percorso di accensione.
La limitazione della temperatura-superficiale costituisce la pietra angolare di una progettazione sicura. Ogni miscela di gas o polvere ha una temperatura di auto-accensione (AIT) documentata e, per le polveri, una temperatura di accensione dello strato o della nuvola. La temperatura superficiale massima sia del lato processo che del lato utenza-misurata nel caso peggiore-di incrostazioni, flusso bloccato o fornitura di vapore a piena pressione-deve rimanere al di sotto della classe di temperatura (T1–T6) o dell'AIT specifica dell'atmosfera. Per un tipico vapore di solvente della Zona 1 con AIT di 220 gradi, la superficie dello scambiatore non deve mai superare i 200 gradi (classe T3). I produttori ottengono questo risultato grazie ad un'area di trasferimento del calore-sovradimensionata, a precisi interblocchi del flusso e a sonde di temperatura ridondanti. In pratica, ciò significa spesso che il fluido di servizio (vapore o olio termico) è esso stesso limitato da un circuito di controllo certificato separato.
I componenti elettrici collegati o che monitorano lo scambiatore richiedono una protezione adeguata a tutta la zona-. Trasmettitori di temperatura a sicurezza intrinseca (Ex i), scatole di giunzione ignifughe (Ex d) o custodie a sicurezza aumentata (Ex e) sono obbligatori nella Zona 1. Anche un semplice RTD deve portare un'etichetta ATEX/IECEx che indichi l'esatto gruppo di gas (IIA, IIB, IIC) e la classe di temperatura. Le-parti elettriche-gli scambiatori puramente meccanici senza accessori elettrici-rientrano nella categoria "apparecchiature meccaniche semplici" in molte giurisdizioni. Non richiedono il proprio certificato ATEX a condizione che non generino scintille, superfici calde sopra l'AIT e cariche statiche in grado di accendersi. Tuttavia, l'installatore rimane responsabile di dimostrare che l'intero sistema soddisfa i requisiti di zona.
Lo spurgo e la pressurizzazione offrono un ulteriore livello di protezione per installazioni chiuse o semi-chiuse. Lo spurgo di tipo X o Y con azoto inerte può ridurre la classificazione interna di un armadio che ospita strumenti da Zona 1 a non-pericolosa, consentendo l'uso di componenti standard all'interno. Per gli scambiatori in PTFE a fascio tubiero-e-di grandi dimensioni installati nella Zona 2, una leggera sovrapressione continua con aria pulita o azoto impedisce l'ingresso di vapori infiammabili, a condizione che il sistema di spurgo stesso sia certificato e monitorato con interblocchi di sicurezza-safe.
Selezione e installazione seguono quindi una sequenza disciplinata. Innanzitutto, una persona competente o un organismo notificato deve completare lo studio di classificazione dell'area, identificando la zona esatta, il gruppo di gas e la classe di temperatura. Solo allora l'ingegnere di processo potrà specificare uno scambiatore in PTFE la cui temperatura superficiale-corrisponda o superi tale classificazione. Produttori rispettabili ora forniscono unità pre-certificate per la Zona 1/21 o Zona 2/22, complete di rapporti di test di terze parti-che mostrano le temperature superficiali in scenari di flusso-bloccato e di sovra-pressione. Se lo scambiatore viene fornito senza parti elettriche, l'onere della certificazione si sposta sul pacchetto accessorio-valvole, strumenti e cablaggio-ognuno dei quali deve riportare la propria marcatura ATEX/IECEx. La documentazione deve essere esaustiva: certificati dei materiali che confermano la purezza del PTFE, registri di saldatura (ove applicabile), dati sui test-della temperatura superficiale e manuali di installazione che fanno esplicito riferimento alle pratiche-delle aree pericolose.
Confronta questo approccio disciplinato con la tentazione di installare uno scambiatore in PTFE standard,-non classificato "perché è solo plastica". Tali apparecchiature non contengono 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 Zona 1 non è semplicemente non-conforme; è illegale e, cosa ancora più importante, pericolosa. Una fornitura di vapore non monitorata potrebbe spingere la parete del tubo sopra l'AIT entro pochi minuti da un'interruzione del flusso. Un interruttore di prossimità non certificato potrebbe generare scintille durante la calibrazione di routine. Il costo di un'unità certificata è più alto, ma il costo di un'esplosione-vite perse, impianti distrutti, multe normative-rende il confronto privo di significato.
L'ispezione e la manutenzione continue chiudono il circuito di sicurezza. Perdite di fluido di processo infiammabile all'esterno dello scambiatore possono creare pericoli secondari. I giunti con guarnizioni devono essere controllati per verificarne l'integrità ad ogni intervento. Le cinghie di collegamento elettrico, ove necessario per dissipare l'elettricità statica, devono rimanere intatte. Qualsiasi sensore o valvola sostitutiva deve corrispondere esattamente alla certificazione originale; una sostituzione "like-per-like" che ignora la marcatura Ex invalida l'intero certificato di sistema.
In sintesi, gli scambiatori di calore in PTFE possono effettivamente essere utilizzati in sicurezza in atmosfere esplosive, ma solo quando ogni elemento dell'installazione-temperatura superficiale, accessori elettrici, spurgo, documentazione e manutenzione-è progettato per soddisfare esattamente i requisiti della zona. La certificazione non è un documento cartaceo; è la garanzia ingegneristica che l'apparecchiatura non diventerà la fonte di accensione che non avrebbe mai dovuto essere. Nella sicurezza dei processi vale una sola regola: l’attrezzatura deve essere adattata all’ambiente, mai il contrario. Quando si segue questo principio, l'impareggiabile resistenza alla corrosione del PTFE diventa un vantaggio piuttosto che un rischio, consentendo agli impianti chimici di operare in modo efficiente e, soprattutto, sicuro nelle aree pericolose più impegnative.
