Questo articolo presenta informazioni sulle apparecchiature di processo di base, lo stoccaggio, il layout dell'impianto e le considerazioni sulle operazioni nelle industrie di processo chimico, compresi i principali elementi e concetti che sono ampiamente applicabili in tutta l'industria chimica. Tuttavia, gran parte dell'attrezzatura richiesta nella lavorazione chimica è altamente specializzata e non può essere ampiamente generalizzata. Informazioni più dettagliate sulla tossicità e sui materiali pericolosi e sulla sicurezza dei processi sono esaminate altrove in questo documento Enciclopedia.

Esistono due categorie fondamentali di layout nelle industrie di trasformazione chimica: layout dell'impianto, che copre tutte le unità di processo, servizi, aree di stoccaggio, aree di carico/scarico, edifici, negozi e magazzini, e layout di unità o processo, che copre solo il posizionamento delle apparecchiature per un processo specifico, definito anche blocco di processo.

Disposizione dell'impianto

siting

La localizzazione o l'ubicazione di un intero impianto si basa su una serie di fattori generali, come mostrato nella tabella 1 (CCPS 1993). Questi fattori variano notevolmente a seconda delle località, dei governi e delle politiche economiche. Di questi vari fattori, le considerazioni sulla sicurezza sono una preoccupazione estremamente importante e in alcuni luoghi possono essere il fattore principale che regola l'ubicazione dell'impianto.

Tabella 1. Alcuni fattori generali di selezione del sito

• Densità di popolazione intorno al sito
• Evento di calamità naturali (terremoto, alluvione, ecc.)
• Venti prevalenti e dati meteorologici
• Disponibilità di energia elettrica, vapore e acqua
• Considerazioni sulla sicurezza
• Normative su aria, acqua e rifiuti e loro complessità
• Accessibilità alle materie prime e ai mercati
• Trasporti in Damanhur
• Permessi di localizzazione e complessità del loro ottenimento
• Requisiti di interazione negli sviluppi industriali
• Disponibilità e costi della manodopera
• Incentivi agli investimenti

Un aspetto importante della sicurezza degli impianti nel sito è la definizione di una zona cuscinetto tra un impianto con processi pericolosi e impianti, abitazioni, scuole, ospedali, autostrade, corsi d'acqua e corridoi aerei nelle vicinanze. Alcune considerazioni generali sulla sicurezza sono presentate nella tabella 2. La zona cuscinetto è importante perché la distanza tende a ridurre o mitigare le potenziali esposizioni a vari incidenti. È possibile definire la distanza necessaria per ridurre le concentrazioni tossiche a livelli accettabili attraverso l'interazione atmosferica e la dispersione di materiali tossici da un rilascio accidentale. Inoltre, l'intervallo di tempo tra un rilascio tossico e l'esposizione pubblica creato da una zona cuscinetto può essere utilizzato per avvertire la popolazione attraverso programmi di risposta alle emergenze pre-pianificati. Poiché gli impianti dispongono di vari tipi di strutture contenenti materiali tossici, è necessario condurre analisi di dispersione sui sistemi potenzialmente pericolosi per garantire che la zona cuscinetto sia adeguata in ogni area circostante il perimetro dell'impianto.

Tabella 2. Considerazioni sulla sicurezza dell'ubicazione dell'impianto

• Zona buffer
• Posizione di altre installazioni pericolose nelle vicinanze
• Inventario dei materiali tossici e pericolosi
• Adeguatezza dell'approvvigionamento idrico antincendio
• Accesso alle apparecchiature di emergenza
• Disponibilità di supporto per la risposta alle emergenze da industrie adiacenti e dalla comunità
• Condizioni meteorologiche estreme e venti dominanti
• Localizzazione di autostrade, corsi d'acqua, corridoi ferroviari e aerei
• Restrizioni ambientali e di smaltimento dei rifiuti durante le emergenze
• Drenaggio e pendenza
• Manutenzione e ispezione

Il fuoco è un potenziale pericolo negli impianti e nelle strutture di processo. I grandi incendi possono essere una fonte di radiazione termica che può essere mitigata anche dalla distanza. I bagliori elevati possono anche essere una fonte di radiazione termica durante un'emergenza o un'operazione di avvio/arresto. Un bagliore è un dispositivo che brucia automaticamente gas di scarico o rilasci di vapori di emergenza in posizioni elevate o in posizioni speciali sul terreno. Questi dovrebbero essere situati lontano dal perimetro dell'impianto (per la protezione della comunità) e un'area alla base della torcia dovrebbe essere vietata ai lavoratori. Se non viene utilizzato correttamente, il trascinamento di liquido nella svasatura può provocare la combustione di goccioline di liquido. Oltre al fuoco, possono esserci esplosioni all'interno delle apparecchiature o una nuvola di vapore che produce onde d'urto. Anche se la distanza ridurrà un po' l'intensità dell'esplosione oltre la zona cuscinetto, l'esplosione avrà comunque un effetto sulla comunità vicina.

Dovrebbe essere considerato anche il potenziale di rilasci accidentali o incendi da strutture esistenti che potrebbero trovarsi vicino al sito proposto. I potenziali incidenti dovrebbero essere modellati e valutati per determinare il possibile effetto sul layout dell'impianto proposto. Le risposte di emergenza a un evento esterno dovrebbero essere valutate e le risposte coordinate con altre piante e comunità colpite.

Altre considerazioni

Dow Chemical Company ha sviluppato un altro approccio al layout dell'impianto basato su un livello accettabile di massimo danno probabile alla proprietà (MPPD) e rischio di interruzione dell'attività (B1) (Dow Chemical Company 1994a). Queste considerazioni sono importanti sia per gli impianti nuovi che per quelli esistenti. Il Dow Fire and Explosion Index è utile nei layout di nuovi impianti o nell'aggiunta di attrezzature agli impianti esistenti. Se i rischi calcolati dall'Indice risultano inaccettabili, le distanze di separazione dovrebbero essere aumentate. In alternativa, le modifiche al layout possono anche ridurre il potenziale di rischio.

Disposizione complessiva

In un layout generale dell'impianto, i venti prevalenti sono una considerazione importante. Le fonti di ignizione devono essere posizionate sopravento rispetto a potenziali fonti di perdite. Riscaldatori a fuoco, caldaie, inceneritori e torce rientrano in questa categoria (CCPS 1993). La posizione dei serbatoi di stoccaggio sottovento rispetto alle unità di processo e alle utenze è un'altra raccomandazione (CCPS 1993). Le normative ambientali hanno portato a una significativa riduzione delle perdite dai serbatoi (Lipton e Lynch 1994).

Le distanze minime di separazione sono state delineate in varie pubblicazioni per unità di processo, apparecchiature e diverse funzioni dell'impianto (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; IRI 1991). Le strutture generali che normalmente hanno distanze di separazione consigliate nei layout complessivi dell'impianto sono mostrate nella tabella 3. Le raccomandazioni sulla distanza effettiva dovrebbero essere definite con attenzione. Sebbene i riscaldatori a fuoco e i forni di processo non siano mostrati nella tabella 3, sono un elemento importante e le distanze di separazione consigliate devono essere incluse in un layout di processo dell'unità.

Tabella 3. Strutture generalmente separate in schemi generali di impianto

• Unità di processo
• Depositi di serbatoi
• Impianti di carico e scarico
• Razzi
• Potenza, caldaie e inceneritori
• Torri di raffreddamento
• Sottostazioni, grandi piazzali di commutazione elettrica
• Case di controllo centrali
• Magazzini
• Laboratori di analisi
• Sistemi di misurazione e blocco delle utenze in entrata
• Manichette antincendio, monitor fissi, serbatoi e pompe antincendio di emergenza
• Aree di trattamento dei rifiuti
• Manutenzione edifici e aree
• Edifici amministrativi

Inoltre, le strade sono necessarie per l'accesso di veicoli o apparecchiature di emergenza e manutenzione e richiedono un'attenta collocazione tra le unità di processo e nelle varie sezioni dell'impianto. Dovrebbero essere stabilite distanze accettabili per i rack per tubi sopraelevati e altre apparecchiature sopraelevate insieme alle distanze laterali agli incroci e agli ingressi di tutte le strutture.

I requisiti di layout possono essere basati su distanze di separazione minime raccomandate (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985) o determinati attraverso un'analisi dei pericoli (Dow Chemical Company 1994a).

Layout dell'unità di processo

La tabella 3 presenta un riepilogo generale del layout delle separazioni di impianto. Le unità di processo sono contenute all'interno del blocco specifico riportato nel layout generale. Il processo chimico è generalmente mostrato in dettaglio nei diagrammi di processo e implementazione (P&ID). Un layout di processo richiede considerazioni che vanno oltre le specifiche distanze di separazione delle apparecchiature, alcune delle quali sono mostrate nella tabella 4.

Tabella 4. Considerazioni generali nel layout di un'unità di processo

• Definizione dell'area per la futura espansione e l'accessibilità dell'unità
• Riparare l'accessibilità delle attrezzature per la manutenzione frequente
• Requisiti di spazio per la riparazione di singole apparecchiature (ad esempio, area necessaria per tirare il fascio di scambiatori di calore o accessibilità per la valvola di controllo)
• Barriere per apparecchiature ad alta pressione o reattori con potenziale di esplosione
• Requisiti meccanici e di spazio per il carico/scarico di reattori o torri pieni di solidi
• Spazio per lo sfiato delle esplosioni di polvere
• Separazione di apparecchiature frequentemente aperte o sottoposte a manutenzione da tubazioni, recipienti ad alta temperatura, ecc.
• Edifici o strutture speciali e spazio necessario (ad esempio, una sala compressori con carroponte interno o gru esterna)

L'assemblaggio delle apparecchiature in una particolare unità di processo varierà considerevolmente, a seconda del processo. Anche la tossicità e le caratteristiche pericolose dei flussi e dei materiali all'interno delle unità variano ampiamente. Nonostante queste differenze, sono stati sviluppati standard di distanza minima per molte apparecchiature (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985). Sono disponibili procedure per il calcolo delle perdite potenziali e delle esposizioni tossiche dalle apparecchiature di processo che possono anche influenzare la distanza di separazione (Dow Chemical Company 1994b). Inoltre, l'analisi della dispersione può essere applicata quando sono state calcolate le stime delle perdite.

Attrezzatura e distanza di separazione

Una tecnica matriciale può essere utilizzata per calcolare lo spazio necessario per separare le apparecchiature (CCPS 1993; IRI 1991). I calcoli basati su condizioni di lavorazione specifiche e una valutazione dei rischi dell'apparecchiatura possono comportare distanze di separazione diverse da una guida a matrice standard.

Elenchi estesi per una matrice possono essere sviluppati perfezionando le singole categorie e aggiungendo attrezzature. Ad esempio, i compressori possono essere suddivisi in diversi tipi, come quelli che gestiscono gas inerte, aria e gas pericolosi. Le distanze di separazione per i compressori a motore possono differire da quelle a motore o a vapore. Le distanze di separazione negli impianti di stoccaggio che ospitano gas liquefatti dovrebbero essere analizzate sulla base dell'inerzia del gas.

I limiti della batteria di processo devono essere definiti con attenzione. Sono le linee di confine o limiti di trama per un'unità di processo (il nome deriva dall'uso antico di una batteria di forni nella lavorazione). Altre unità, strade, servizi pubblici, tubazioni, canali di scolo e così via vengono tracciati in base ai limiti della batteria. Sebbene la posizione dell'apparecchiatura dell'unità non si estenda ai limiti della batteria, è necessario definire le distanze di separazione dell'apparecchiatura dai limiti della batteria.

Sale di controllo o case di controllo

In passato ogni unità di processo era progettata con una sala di controllo che forniva il controllo operativo del processo. Con l'avvento della strumentazione elettronica e dell'elaborazione controllata da computer, le singole sale di controllo sono state sostituite da una sala di controllo centrale che controlla un numero di unità di processo in molte operazioni. La sala di controllo centralizzata è economicamente vantaggiosa grazie all'ottimizzazione dei processi e all'aumento dell'efficienza del personale. Esistono ancora singole unità di processo e, in alcune unità specializzate, le sale di controllo più vecchie che sono state soppiantate da sale di controllo centralizzate possono ancora essere utilizzate per il monitoraggio locale dei processi e per il controllo di emergenza. Sebbene le funzioni e le ubicazioni della sala di controllo siano generalmente determinate dall'economia del processo, la progettazione della sala di controllo o della sala di controllo è molto importante per mantenere il controllo delle emergenze e per la protezione dei lavoratori. Alcune considerazioni per le case di controllo centrali e locali includono:

• pressurizzare la sala di controllo per impedire l'ingresso di vapori tossici e pericolosi
• progettazione della casa di controllo per la resistenza alle esplosioni e alle esplosioni
• stabilire una posizione a rischio minimo (in base alla distanza di separazione e alla probabilità di rilasci di gas)
• purificando tutta l'aria in ingresso e installando una posizione del camino di ingresso che riduca al minimo l'ingresso di vapori tossici o pericolosi
• sigillare tutti gli scarichi fognari dalla casa di controllo
• l'installazione di un sistema antincendio.

Riduzione delle scorte

Una considerazione importante nei layout di processo e impianto è la quantità di materiale tossico e pericoloso nell'inventario complessivo, comprese le attrezzature. Le conseguenze di una perdita sono più gravi all'aumentare del volume del materiale. Di conseguenza, l'inventario dovrebbe essere ridotto al minimo ove possibile. Una migliore elaborazione che riduce il numero e le dimensioni delle apparecchiature riduce l'inventario, abbassa il rischio e si traduce anche in minori investimenti e migliori efficienze operative.

Alcune potenziali considerazioni sulla riduzione delle scorte sono mostrate nella tabella 6. Laddove verrà installato un nuovo impianto di processo, il trattamento dovrebbe essere ottimizzato prendendo in considerazione alcuni degli obiettivi mostrati nella tabella 5.

Tabella 5. Passaggi per limitare l'inventario

• Riduzione della riduzione dell'inventario dei serbatoi di stoccaggio attraverso un migliore controllo del processo, funzionamento e controllo dell'inventario just-in-time
• Eliminazione o riduzione al minimo dell'inventario dei serbatoi in loco attraverso l'integrazione dei processi
• Utilizzo dell'analisi e dello sviluppo delle variabili di reazione per la riduzione del volume del reattore
• Sostituzione dei reattori batch con reattori continui, che riduce anche l'holdup a valle
• Riduzione dell'arresto della colonna di distillazione attraverso la riduzione del volume del fondo e l'arresto del vassoio con vassoi o imballaggi più avanzati
• Sostituzione dei ribollitori a bollitore con ribollitori a termosifone
• Riduzione al minimo dei volumi del tamburo sopraelevato e del tamburo di pompaggio inferiore
• Miglioramento della disposizione e del dimensionamento dei tubi per ridurre al minimo i ritardi
• Dove vengono prodotti materiali tossici, minimizzando la ritenzione della sezione tossica

Strutture di stoccaggio

Gli impianti di stoccaggio in un impianto di lavorazione chimica possono ospitare mangimi liquidi e solidi, sostanze chimiche intermedie, sottoprodotti e prodotti di processo. I prodotti immagazzinati in molte strutture fungono da intermedi o precursori per altri processi. Lo stoccaggio può essere richiesto anche per diluenti, solventi o altri materiali di processo. Tutti questi materiali sono generalmente immagazzinati in serbatoi di stoccaggio fuori terra (AST). I serbatoi sotterranei sono ancora utilizzati in alcune località, ma l'uso è generalmente limitato a causa di problemi di accesso e capacità limitata. Inoltre, la potenziale perdita di tali serbatoi di stoccaggio sotterranei (UST) presenta problemi ambientali quando le perdite contaminano le falde acquifere. La contaminazione generale del terreno può portare a potenziali esposizioni atmosferiche con perdite di materiali a pressione di vapore più elevata. I materiali fuoriusciti possono essere un potenziale problema di esposizione durante gli sforzi di bonifica del terreno. Le perdite UST hanno portato a severe normative ambientali in molti paesi, come i requisiti per i serbatoi a doppia parete e il monitoraggio sotterraneo.

I tipici serbatoi di stoccaggio fuori terra sono mostrati nella figura 1. Gli AST verticali sono serbatoi con tetto a cono o a cupola, serbatoi con tetto galleggiante coperti o non coperti o serbatoi con tetto galleggiante esterno (EFRT). I serbatoi a tetto convertito o chiuso sono EFRT con coperture installate sui serbatoi che sono spesso cupole di tipo geodetico. Poiché gli EFRT nel tempo non mantengono una forma perfettamente circolare, la sigillatura del tetto galleggiante è difficoltosa e sul serbatoio viene installata una copertura. Un design a cupola geodetica elimina le capriate del tetto necessarie per i serbatoi con tetto a cono (FRT). La cupola geodetica è più economica di un tetto a cono e, inoltre, la cupola riduce le perdite di materiali nell'ambiente.

Figura 1. Tipici serbatoi di stoccaggio fuori terra

Normalmente, i serbatoi sono limitati allo stoccaggio di liquidi in cui la pressione del vapore liquido non supera i 77 kPa. Laddove la pressione supera questo valore, vengono utilizzati sferoidi o sfere poiché entrambi sono progettati per il funzionamento a pressione. Gli sferoidi possono essere piuttosto grandi ma non vengono installati dove la pressione può superare determinati limiti definiti dal progetto meccanico. Per la maggior parte delle applicazioni di stoccaggio a pressione di vapore più elevata, le sfere sono normalmente il contenitore di stoccaggio e sono dotate di valvole limitatrici di pressione per evitare la sovrapressione. Un problema di sicurezza che si è sviluppato con le sfere è il ribaltamento, che genera un vapore eccessivo e si traduce in scariche della valvola di sicurezza o in situazioni più estreme come la rottura della parete della sfera (CCPS 1993). In generale, il contenuto liquido si stratifica e se il materiale caldo (meno denso) viene caricato sul fondo della sfera, il materiale caldo sale in superficie con il materiale superficiale più freddo e di maggiore densità rotolato sul fondo. Il materiale caldo della superficie vaporizza, aumentando la pressione, che può provocare lo scarico della valvola di sicurezza o la sovrapressione della sfera.

Disposizione del serbatoio

La disposizione dei serbatoi richiede un'attenta pianificazione. Esistono raccomandazioni per le distanze di separazione dei serbatoi e altre considerazioni (CCPS 1988; 1993). In molti luoghi, le distanze di separazione non sono specificate dal codice, ma le distanze minime (OSHA 1994) possono essere il risultato di varie decisioni applicabili alle distanze e alle posizioni di separazione. Alcune di queste considerazioni sono presentate nella tabella 6. Inoltre, il servizio di cisterna è un fattore di separazione tra cisterne pressurizzate, refrigerate e atmosferiche (CCPS 1993).

Tabella 6. Separazione dei serbatoi e considerazioni sull'ubicazione

• La separazione basata sulle distanze da guscio a guscio può essere basata su riferimenti e soggetta al calcolo della distanza di radiazione termica in caso di incendio in un serbatoio adiacente.
• I serbatoi devono essere separati dalle unità di processo.
• Una posizione del serbatoio, preferibilmente sottovento rispetto ad altre aree, riduce al minimo i problemi di accensione nel caso in cui un serbatoio rilasci una quantità significativa di vapore.
• I serbatoi di stoccaggio dovrebbero avere dighe, anch'esse richieste dalla legge nella maggior parte delle regioni.
• I serbatoi possono essere raggruppati per l'utilizzo di argini comuni e attrezzature antincendio.
• Le dighe dovrebbero avere capacità di isolamento in caso di emergenza.

Le dighe sono necessarie e sono nominalmente dimensionate volumetricamente per contenere il contenuto di un serbatoio. Dove ci sono più serbatoi all'interno di una diga, la capacità volumetrica minima della diga è equivalente alla capacità del serbatoio più grande (OSHA 1994). Le pareti della diga possono essere costruite in terra, acciaio, cemento o muratura piena. Tuttavia, gli argini di terra dovrebbero essere impenetrabili e avere una sommità piatta con una larghezza minima di 0.61 m. Inoltre, il terreno all'interno dell'area arginata dovrebbe anche avere uno strato impenetrabile per evitare qualsiasi perdita di sostanze chimiche o olio nel terreno.

Perdita dal serbatoio

Un problema che si è sviluppato nel corso degli anni è la perdita del serbatoio a causa della corrosione del fondo del serbatoio. Spesso, i serbatoi hanno strati d'acqua sul fondo del serbatoio che possono contribuire alla corrosione e può verificarsi corrosione elettrolitica a causa del contatto con la terra. Di conseguenza, in varie regioni sono stati istituiti requisiti normativi per controllare le perdite dal fondo dei serbatoi e la contaminazione del suolo e dell'acqua sotterranea da contaminanti nell'acqua. Sono state sviluppate diverse procedure di progettazione per controllare e monitorare le perdite (Hagen e Rials 1994). Inoltre, sono stati installati anche doppi fondi. In alcune installazioni è stata installata una protezione catodica per controllare ulteriormente il deterioramento del metallo (Barletta, Bayle e Kennelley 1995).

Prelievo d'acqua

Lo scarico manuale periodico dell'acqua dal fondo del serbatoio può causare esposizione. L'osservazione visiva per determinare l'interfaccia attraverso il drenaggio manuale aperto può comportare l'esposizione del lavoratore. È possibile installare uno scarico chiuso con un sensore di interfaccia e una valvola di controllo riducendo al minimo le potenziali esposizioni dei lavoratori (Lipton e Lynch 1994). Una varietà di sensori è disponibile in commercio per questo servizio.

Serbatoi di riempimento eccessivo

Spesso i serbatoi vengono riempiti eccessivamente, creando potenziali rischi per la sicurezza e l'esposizione dei lavoratori. Ciò può essere evitato con strumenti ridondanti oa doppio livello che controllano le valvole di blocco dell'ingresso o le pompe di alimentazione (Bahner 1996). Per molti anni, le linee di troppo pieno sono state installate su serbatoi chimici, ma terminavano a breve distanza sopra un'apertura di scarico per consentire l'osservazione visiva dello scarico di troppo pieno. Inoltre, lo scarico doveva essere dimensionato per un tasso di riempimento superiore a quello massimo per garantire un corretto drenaggio. Tuttavia, un tale sistema è una potenziale fonte di esposizione. Questo può essere eliminato collegando la linea di troppo pieno direttamente allo scarico con un indicatore di flusso nella linea per mostrare il troppo pieno. Sebbene ciò funzionerà in modo soddisfacente, ciò si traduce in un sovraccarico del sistema di scarico con un volume di contaminanti molto elevato e potenziali problemi di salute e sicurezza.

Ispezione e pulizia serbatoi

Periodicamente, i serbatoi vengono rimossi dal servizio per l'ispezione e/o la pulizia. Queste procedure devono essere attentamente controllate per prevenire l'esposizione dei lavoratori e ridurre al minimo i potenziali rischi per la sicurezza. Dopo lo svuotamento, i serbatoi vengono frequentemente lavati con acqua per rimuovere le tracce di liquido di processo. Storicamente, i serbatoi venivano poi puliti manualmente o meccanicamente ove necessario. Quando i serbatoi vengono svuotati, si riempiono di vapore che può essere tossico e può trovarsi in un intervallo di combustibili. Il lavaggio con acqua potrebbe non influire in modo significativo sulla tossicità del vapore, ma potrebbe ridurre i potenziali problemi di combustione. Con i tetti galleggianti, il materiale sotto il tetto galleggiante può essere lavato e drenato, ma alcuni serbatoi potrebbero ancora avere del materiale nel pozzetto. Questo materiale inferiore deve essere rimosso manualmente e può presentare potenziali problemi di esposizione. Al personale può essere richiesto di indossare dispositivi di protezione individuale (DPI).

Normalmente, i serbatoi chiusi e qualsiasi volume al di sotto dei tetti galleggianti vengono spurgati con aria fino al raggiungimento di un livello di concentrazione di ossigeno specificato prima che sia consentito l'ingresso. Tuttavia, le misurazioni della concentrazione dovrebbero essere ottenute continuamente per garantire che i livelli di concentrazione tossica siano soddisfacenti e non cambino.

Sfiato del vapore e controllo delle emissioni

Per i serbatoi a tetto fisso oa tetto galleggiante convertiti (CFRT), lo sfiato nell'atmosfera potrebbe non essere accettabile in molti luoghi. Lo sfiato pressione-vuoto (PV) (mostrato in figura 2) questi serbatoi vengono rimossi e i vapori fluiscono attraverso un condotto chiuso verso un dispositivo di controllo dove i contaminanti vengono distrutti o recuperati. Per entrambi i serbatoi, uno spurgo inerte (ad es. azoto) può essere iniettato per eliminare l'effetto vuoto diurno e mantenere una pressione positiva per il dispositivo di recupero.Nel serbatoio CFRT, l'azoto elimina l'effetto diurno e riduce eventuali vapori nell'atmosfera attraverso uno sfiato fotovoltaico.Tuttavia, le emissioni di vapore non vengono eliminate.A è disponibile un gran numero di dispositivi e tecniche di controllo tra cui combustione, assorbitori, condensatori e assorbimento (Moretti e Mukhopadhyay 1993; Carroll e Ruddy 1993; Basta 1994; Pennington 1996; Siegall 1996).La selezione di un sistema di controllo è una funzione degli obiettivi di emissione finali e costi operativi e di investimento.

Nei serbatoi a tetto flottante, sia esterni che interni, le guarnizioni e i controlli dei raccordi ausiliari riducono efficacemente al minimo le perdite di vapore.

Pericoli per la sicurezza

L'infiammabilità è una delle principali preoccupazioni nei serbatoi e i sistemi antincendio sono necessari per aiutare nel controllo e nella prevenzione delle zone di incendio estese. Sono disponibili sistemi antincendio e raccomandazioni per l'installazione (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; NFPA 1990). L'acqua può essere spruzzata direttamente sul fuoco in determinate condizioni ed è essenziale per raffreddare serbatoi o apparecchiature adiacenti per evitare il surriscaldamento. Inoltre, la schiuma è un efficace agente antincendio e sui serbatoi è possibile installare attrezzature permanenti per la schiuma. L'installazione di apparecchiature a schiuma su attrezzature antincendio mobili deve essere esaminata con un produttore. Sono ora disponibili schiume ecocompatibili e a bassa tossicità che sono efficaci e paragonabili ad altre schiume per lo spegnimento rapido degli incendi.

Attrezzatura per il trattamento

Nella lavorazione dei prodotti chimici è necessaria un'ampia varietà di apparecchiature di processo a causa dei numerosi processi, dei requisiti di processo specializzati e delle variazioni dei prodotti. Di conseguenza, tutte le apparecchiature chimiche oggi in uso non possono essere revisionate; questa sezione si concentrerà sulle attrezzature più ampiamente applicate che si trovano nelle sequenze di lavorazione.

Reattori

Ci sono un gran numero di tipi di reattori nell'industria chimica. La base per la selezione del reattore è una funzione di un numero di variabili, a partire dalla classificazione se la reazione è una reazione discontinua o continua. Spesso, le reazioni discontinue vengono convertite in operazioni continue man mano che l'esperienza con la reazione aumenta e diventano disponibili alcune modifiche, come catalizzatori migliorati. L'elaborazione continua della reazione è generalmente più efficiente e produce un prodotto più coerente, il che è auspicabile per soddisfare gli obiettivi di qualità del prodotto. Tuttavia, esiste ancora un gran numero di operazioni batch.

Reazione

In tutte le reazioni, la classificazione di una reazione come esotermica o endotermica (che produce calore o richiede calore) è necessaria per definire i requisiti di riscaldamento o raffreddamento necessari per controllare la reazione. Inoltre, è necessario stabilire criteri di reazione fuori controllo per installare sensori e controlli dello strumento che possano impedire che una reazione diventi fuori controllo. Prima del funzionamento su vasta scala di un reattore, è necessario studiare e sviluppare procedure di emergenza per garantire che la reazione fuori controllo sia contenuta in modo sicuro. Alcune delle varie soluzioni potenziali sono apparecchiature di controllo di emergenza che vengono attivate automaticamente, iniezione di una sostanza chimica che interrompe la reazione e impianti di sfiato che possono accogliere e contenere il contenuto del reattore. Il funzionamento della valvola di sicurezza e dello sfiato è estremamente importante e richiede attrezzature sempre ben tenute e funzionanti. Di conseguenza, vengono spesso installate più valvole di sicurezza interbloccate per garantire che la manutenzione su una valvola non riduca la capacità di scarico richiesta.

Se una valvola di sicurezza o uno sfiato si scarica a causa di un malfunzionamento, l'effluente di scarico deve essere contenuto praticamente in tutte le circostanze per ridurre al minimo i potenziali rischi per la sicurezza e la salute. Di conseguenza, il metodo di contenimento dello scarico di emergenza attraverso tubazioni insieme alla disposizione finale dello scarico del reattore dovrebbe essere attentamente analizzato. In generale, il liquido e il vapore devono essere separati con il vapore inviato a una torcia o recupero e il liquido riciclato ove possibile. La rimozione dei solidi può richiedere alcuni studi.

Partita

Nei reattori che comportano reazioni esotermiche, una considerazione importante è l'incrostazione delle pareti o dei tubi interni da parte dei mezzi di raffreddamento utilizzati per mantenere la temperatura. La rimozione del materiale sporco varia considerevolmente e il metodo di rimozione è una funzione delle caratteristiche del materiale sporco. Il materiale sporco può essere rimosso con un solvente, un getto d'acqua ad alta pressione o, in alcuni casi, manualmente. In tutte queste procedure, la sicurezza e l'esposizione devono essere attentamente controllate. Il movimento di materiale all'interno e all'esterno del reattore non deve consentire l'ingresso di aria, che potrebbe dar luogo a una miscela di vapore infiammabile. I vuoti devono essere interrotti con un gas inerte (ad es. azoto). L'ingresso della nave per ispezione o lavoro può essere classificato come ingresso in uno spazio confinato e le regole per questa procedura devono essere osservate. La tossicità del vapore e della pelle deve essere compresa e i tecnici devono essere informati sui rischi per la salute.

Educazione

I reattori a flusso continuo possono essere riempiti con liquido o vapore e liquido. Alcune reazioni producono fanghi nei reattori. Inoltre, ci sono reattori che contengono catalizzatori solidi. Il fluido di reazione può essere liquido, vapore o una combinazione di vapore e liquido. I catalizzatori solidi, che promuovono una reazione senza parteciparvi, sono normalmente contenuti all'interno di griglie e sono detti letti fissi. I reattori a letto fisso possono avere letti singoli o multipli e possono avere reazioni esoteriniche o endotermiche, con la maggior parte delle reazioni che richiedono una temperatura costante (isoterma) attraverso ciascun letto. Ciò richiede frequentemente l'iniezione di flussi di alimentazione o di un diluente in vari punti tra i letti per controllare la temperatura. Con questi sistemi di reazione, l'indicazione della temperatura e la posizione del sensore attraverso i letti sono estremamente importanti per prevenire una reazione fuori controllo e la resa del prodotto o cambiamenti di qualità.

I letti fissi generalmente perdono la loro attività e devono essere rigenerati o sostituiti. Per la rigenerazione, i depositi sul letto possono essere bruciati, sciolti in un solvente o, in alcuni casi, rigenerati attraverso l'iniezione di una sostanza chimica in un fluido inerte nel letto, ripristinando così l'attività del catalizzatore. A seconda del catalizzatore, può essere applicata una di queste tecniche. Dove i letti vengono bruciati, il reattore viene svuotato e spurgato da tutti i fluidi di processo, quindi riempito con un gas inerte (solitamente azoto), che viene riscaldato e rimesso in circolo, portando il letto a un livello di temperatura specificato. A questo punto, un volume molto piccolo di ossigeno viene aggiunto al flusso inerte per avviare un fronte di fiamma che si sposta gradualmente attraverso il letto e controlla l'aumento della temperatura. Quantità eccessive di ossigeno hanno un effetto deleterio sul catalizzatore.

Rimozione del catalizzatore a letto fisso

La rimozione dei catalizzatori a letto fisso deve essere attentamente controllata. I reattori vengono drenati dal fluido di processo e quindi il fluido rimanente viene spostato con un fluido di flussaggio o spurgato con un vapore finché tutto il fluido di processo non è stato rimosso. Lo spurgo finale può richiedere altre tecniche prima che il recipiente possa essere spurgato con un gas inerte o aria prima di aprire il recipiente o scaricare il catalizzatore dal recipiente sotto una coperta inerte. Se l'acqua viene utilizzata in questo processo, l'acqua viene scaricata attraverso tubazioni chiuse in una rete fognaria di processo. Alcuni catalizzatori sono sensibili all'aria o all'ossigeno, diventando piroforici o tossici. Questi richiedono procedure speciali per eliminare l'aria durante il riempimento o lo svuotamento dei recipienti. La protezione personale e le procedure di manipolazione devono essere attentamente definite per ridurre al minimo le potenziali esposizioni e proteggere il personale.

Lo smaltimento del catalizzatore esaurito può richiedere un ulteriore trattamento prima di essere inviato a un produttore di catalizzatore per il riciclaggio o per una procedura di smaltimento accettabile dal punto di vista ambientale.

Altri sistemi catalitici

Il gas che scorre attraverso un letto di catalizzatore solido sciolto espande il letto e forma una sospensione simile a un liquido e definita letto fluido. Questo tipo di reazione è utilizzato in vari processi. I catalizzatori esausti vengono rimossi come flusso laterale gas-solidi per la rigenerazione e quindi restituiti al processo attraverso un sistema chiuso. In altre reazioni, l'attività del catalizzatore può essere molto elevata e, sebbene il catalizzatore sia scaricato nel prodotto, la concentrazione è estremamente bassa e non pone problemi. Laddove un'elevata concentrazione di solidi del catalizzatore nel vapore del prodotto non è desiderabile, i residui di solidi devono essere rimossi prima della purificazione. Tuttavia, rimarranno tracce di solidi. Questi vengono rimossi per essere smaltiti in uno dei flussi di sottoprodotti, che a loro volta devono essere chiariti.

In situazioni in cui il catalizzatore esaurito viene rigenerato mediante combustione, sono necessari ampi impianti di recupero dei solidi nei sistemi a letto fluido per soddisfare le restrizioni ambientali. Il recupero può consistere in varie combinazioni di cicloni, precipitatori elettrici, filtri a maniche) e/o scrubber. Dove la combustione avviene in letti fissi, la preoccupazione fondamentale è il controllo della temperatura.

Poiché i catalizzatori a letto fluido sono spesso all'interno dell'intervallo respiratorio, è necessario prestare attenzione durante la manipolazione dei solidi per garantire la protezione dei lavoratori con catalizzatori freschi o recuperati.

In alcuni casi è possibile utilizzare un vuoto per rimuovere vari componenti da un letto fisso. In queste situazioni, un getto di vuoto azionato dal vapore è spesso il produttore del vuoto. Questo produce uno scarico di vapore che spesso contiene materiali tossici anche se in concentrazione molto bassa nella corrente a getto. Tuttavia, lo scarico di un getto di vapore deve essere attentamente rivisto per determinare le quantità di contaminanti, la tossicità e la potenziale dispersione se viene scaricato direttamente nell'atmosfera. Se questo non è soddisfacente, lo scarico a getto può richiedere la condensazione in un pozzetto dove tutti i vapori sono controllati e l'acqua viene inviata al sistema fognario chiuso. Una pompa per vuoto rotativa svolgerà questo servizio. Lo scarico da una pompa a vuoto alternativa potrebbe non essere consentito di scaricare direttamente nell'atmosfera, ma in alcuni casi può essere scaricato in una linea di torcia, inceneritore o riscaldatore di processo.

Sicurezza

In tutti i reattori, gli aumenti di pressione sono una preoccupazione importante poiché la pressione nominale del recipiente non deve essere superata. Questi aumenti di pressione possono essere il risultato di uno scarso controllo del processo, di un malfunzionamento o di una reazione incontrollata. Di conseguenza, i sistemi di rilascio della pressione sono necessari per mantenere l'integrità del recipiente prevenendo la sovrapressione del reattore. Gli scarichi delle valvole di sicurezza devono essere attentamente progettati per mantenere uno scarico adeguato in tutte le condizioni, inclusa la manutenzione delle valvole di sicurezza. Potrebbero essere necessarie più valvole. Nel caso in cui una valvola di sfioro sia progettata per scaricare nell'atmosfera, il punto di scarico dovrebbe essere sopraelevato rispetto a tutte le strutture vicine e dovrebbe essere condotta un'analisi della dispersione per garantire un'adeguata protezione per i lavoratori e le comunità vicine.

Se un disco di rottura è installato con una valvola di sicurezza, anche lo scarico deve essere chiuso e il punto di scarico finale designato come descritto sopra. Poiché una rottura del disco non si riposiziona, un disco senza valvola di sicurezza rilascerà probabilmente la maggior parte del contenuto del reattore e l'aria potrebbe entrare nel reattore alla fine del rilascio. Ciò richiede un'attenta analisi per garantire che non si crei una situazione infiammabile e che non si verifichino reazioni altamente indesiderate. Inoltre, lo scarico da un disco può rilasciare liquido e il sistema di sfiato deve essere progettato per contenere tutti i liquidi con vapore scaricato, come sopra descritto. I rilasci di emergenza in atmosfera devono essere approvati dalle autorità di regolamentazione prima dell'installazione.

Gli agitatori del miscelatore installati nei reattori sono sigillati. Le perdite possono essere pericolose e, se si verificano, il sigillo deve essere riparato, il che richiede l'arresto del reattore. Il contenuto del reattore può richiedere una manipolazione o precauzioni speciali e una procedura di arresto di emergenza dovrebbe includere l'interruzione della reazione e lo smaltimento del contenuto del reattore. L'infiammabilità e il controllo dell'esposizione devono essere attentamente esaminati per ogni fase, inclusa la disposizione finale della miscela del reattore. Poiché un arresto può essere costoso e comportare perdite di produzione, sono stati introdotti miscelatori ad azionamento magnetico e nuovi sistemi di tenuta per ridurre la manutenzione e gli arresti del reattore.

L'accesso a tutti i reattori richiede il rispetto delle procedure di ingresso in spazi confinati sicuri.

Torri di frazionamento o distillazione

La distillazione è un processo mediante il quale le sostanze chimiche vengono separate mediante metodi che sfruttano le differenze dei punti di ebollizione. Le torri familiari negli impianti chimici e nelle raffinerie sono torri di distillazione.

La distillazione in varie forme è una fase di lavorazione presente nella grande maggioranza dei processi chimici. Il frazionamento o la distillazione possono essere trovati nelle fasi di processo di purificazione, separazione, strippaggio, azeotropico ed estrattivo. Queste applicazioni ora includono la distillazione reattiva, in cui si verifica una reazione in una sezione separata della torre di distillazione.

La distillazione viene condotta con una serie di vassoi in una torre, oppure può essere condotta in una torre piena di imballaggio. Le baderne hanno configurazioni speciali che consentono facilmente il passaggio di vapore e liquido, ma forniscono un'area superficiale sufficiente per il contatto vapore-liquido e un efficiente frazionamento.

Funzionamento

Il calore viene normalmente fornito a una torre con un ribollitore, sebbene il contenuto di calore di flussi specifici possa essere sufficiente per eliminare il ribollitore. Con il calore del ribollitore, si verifica una separazione vapore-liquido in più fasi sui vassoi e i materiali più leggeri risalgono attraverso la torre. I vapori dal vassoio superiore sono completamente o parzialmente condensati nel condensatore sopraelevato. Il liquido condensato viene raccolto nel fusto di recupero del distillato, dove una parte del liquido viene riciclata alla torre e l'altra parte viene prelevata e inviata in un luogo specifico. I vapori non condensati possono essere recuperati altrove o inviati ad un dispositivo di controllo che può essere un combustore o un sistema di recupero.

Pressione

Le torri funzionano tipicamente a pressioni superiori alla pressione atmosferica. Tuttavia, le torri vengono spesso utilizzate sottovuoto per ridurre al minimo le temperature del liquido che possono influire sulla qualità del prodotto o in situazioni in cui i materiali delle torri diventano un problema meccanico ed economico a causa del livello di temperatura che può essere difficile da raggiungere. Inoltre, le alte temperature possono influenzare il fluido. Nelle frazioni petrolifere pesanti, le temperature molto alte del fondo della torre provocano spesso problemi di cokefazione.

I vuoti sono tipicamente ottenuti con eiettori o pompe per vuoto. Nelle unità di processo, i carichi di vuoto sono costituiti da alcuni materiali a vapore leggero, inerti che potrebbero essere stati nel flusso di alimentazione della torre e aria dalle perdite. Normalmente il sistema del vuoto è installato dopo un condensatore per ridurre il carico organico al sistema del vuoto. Il sistema del vuoto viene dimensionato in base al carico di vapore stimato, con gli eiettori che gestiscono carichi di vapore maggiori. In alcuni sistemi una macchina sottovuoto può essere collegata direttamente a un'uscita del condensatore. Un funzionamento tipico del sistema di eiettori è una combinazione di eiettori e condensatori barometrici diretti in cui i vapori dell'eiettore hanno un contatto diretto con l'acqua di raffreddamento. I condensatori barometrici consumano molto acqua e la miscela acqua-vapore determina elevate temperature di uscita dell'acqua che tendono a vaporizzare eventuali tracce di composti organici nel pozzetto barometrico atmosferico, aumentando potenzialmente l'esposizione sul posto di lavoro. Inoltre, un grande carico di effluenti viene aggiunto al sistema delle acque reflue.

Si ottiene una notevole riduzione dell'acqua insieme a una sostanziale riduzione del consumo di vapore nei sistemi a vuoto modificati. Poiché la pompa per vuoto non è in grado di gestire un elevato carico di vapore, nel primo stadio viene utilizzato un eiettore di vapore in combinazione con un condensatore di superficie per ridurre il carico della pompa per vuoto. Inoltre, è installato un tamburo di raccolta per il funzionamento fuori terra. Il sistema più semplice riduce il carico di acque reflue e mantiene un sistema chiuso che elimina potenziali esposizioni al vapore.

Sicurezza

Tutte le torri ei tamburi devono essere protetti dalla sovrapressione che potrebbe derivare da malfunzionamento, incendio (Mowrer 1995) o guasto dell'impianto. Una revisione dei pericoli è necessaria ed è richiesta dalla legge in alcuni paesi. Un approccio generale alla gestione della sicurezza del processo applicabile al funzionamento del processo e dell'impianto migliora la sicurezza, riduce al minimo le perdite e protegge la salute dei lavoratori (Auger 1995; Murphy 1994; Sutton 1995). La protezione è fornita da valvole limitatrici di pressione (PRV) che scaricano nell'atmosfera o in un sistema chiuso. Il PRV è generalmente montato in cima alla torre per alleviare il grande carico di vapore, sebbene alcune installazioni posizionino il PRV in altre posizioni della torre. La PRV può anche essere posizionata sul tamburo di recupero sopraelevato del distillato purché non siano posizionate valvole tra la PRV e la sommità della torre. Se le valvole di blocco sono installate nelle linee di processo verso il condensatore, la PRV deve essere installata sulla torre.

Quando la sovrapressione della torre di distillazione viene scaricata, in alcuni scenari di emergenza, lo scarico della PRV può essere eccessivamente grande. Un carico molto elevato in una linea di sfiato di scarico del sistema chiuso può essere il carico maggiore nel sistema. Poiché una scarica di PRV può essere improvvisa e il tempo complessivo di sollievo può essere piuttosto breve (meno di 15 minuti), questo carico di vapore estremamente elevato deve essere analizzato attentamente (Bewanger e Krecter 1995; Boicourt 1995). Poiché questo breve, grande picco di carico è difficile da elaborare in dispositivi di controllo come assorbitori, adsorbitori, forni e così via, il dispositivo di controllo preferibile nella maggior parte delle situazioni è una torcia per la distruzione del vapore. Normalmente, un numero di PRV è collegato a un'intestazione della linea di svasatura che a sua volta è collegata a una singola svasatura. Tuttavia, il flare e il sistema complessivo devono essere attentamente progettati per coprire un ampio gruppo di potenziali contingenze (Boicourt 1995).

Rischi per la salute

Per lo scarico diretto nell'atmosfera, dovrebbe essere condotta un'analisi dettagliata della dispersione dei vapori di scarico della valvola di sfogo per garantire che i lavoratori non siano esposti e che le concentrazioni comunitarie rientrino ampiamente nelle linee guida di concentrazione consentite. Nel controllo della dispersione, potrebbe essere necessario sollevare le linee di scarico della valvola di sfiato atmosferica per evitare concentrazioni eccessive sulle strutture vicine. Potrebbe essere necessario uno stack molto alto simile a un bagliore per controllare la dispersione.

Un'altra area di preoccupazione è l'accesso a una torre per manutenzione o modifiche meccaniche durante un arresto. Ciò comporta l'ingresso in uno spazio ristretto ed espone i lavoratori ai rischi associati. Il metodo di lavaggio e spurgo prima dell'apertura deve essere condotto con attenzione per garantire esposizioni minime riducendo eventuali concentrazioni tossiche al di sotto dei livelli raccomandati. Prima di iniziare le operazioni di flussaggio e spurgo, la pressione della torre deve essere ridotta e tutti i collegamenti delle tubazioni alla torre devono essere ciechi (ovvero, i dischi metallici piatti devono essere posizionati tra le flange della torre e le flange del tubo di collegamento). Questo passaggio dovrebbe essere gestito con attenzione per garantire esposizioni minime. In diversi processi, i metodi per ripulire la torre dai fluidi tossici variano. Frequentemente, il fluido della torre viene spostato con un fluido che ha caratteristiche di tossicità molto basse. Questo fluido di spostamento viene quindi drenato e pompato in una posizione selezionata. La pellicola liquida rimanente e le goccioline possono essere vaporizzate nell'atmosfera attraverso una flangia superiore dotata di uno speciale cieco separatore con un'apertura tra il cieco e la flangia della torre. Dopo la cottura a vapore, l'aria entra nella torre attraverso la speciale apertura cieca mentre la torre si raffredda. Un tombino alla base della torre e uno alla sommità della torre sono aperti permettendo il soffio d'aria attraverso la torre. Quando la concentrazione interna della torre raggiunge un livello predeterminato, è possibile entrare nella torre.

Scambiatori di calore

Esiste un'ampia varietà di scambiatori di calore nell'industria dei processi chimici. Gli scambiatori di calore sono dispositivi meccanici per il trasferimento di calore da o verso un flusso di processo. Sono selezionati in base alle condizioni di processo e al design dello scambiatore. Alcuni dei tipi comuni di scambiatore sono mostrati nella figura 2. La selezione dello scambiatore ottimale per un servizio di processo è alquanto complicata e richiede un'indagine dettagliata (Woods 1995). In molte situazioni, alcuni tipi non sono adatti a causa di pressione, temperatura, concentrazione di solidi, viscosità, quantità di flusso e altri fattori. Inoltre, il design di uno scambiatore di calore individuale può variare considerevolmente; sono disponibili diversi tipi di tubi sterzo flottanti e scambiatori a lamiera (Green, Maloney e Perry 1984). La testa flottante viene normalmente selezionata dove le temperature possono causare un'eccessiva espansione del tubo che altrimenti non potrebbe mantenere l'integrità in uno scambiatore a piastra tubiera fissa. Nello scambiatore a battente semplificato di figura 2, il battente è contenuto completamente all'interno dello scambiatore e non ha alcun collegamento con il mantello. In altri modelli a testa flottante, potrebbe esserci un impacchettamento attorno alla piastra tubiera flottante (Green, Maloney e Perry 1984).

Figura 2. Tipici scambiatori di calore

Trafilamento

La baderna sulle piastre tubiere galleggianti è a contatto con l'atmosfera e può essere fonte di perdite e potenziale esposizione. Anche altri scambiatori possono avere potenziali fonti di perdite e devono essere esaminati attentamente. Per le loro caratteristiche di trasmissione del calore, gli scambiatori a piastre ea telaio sono spesso installati nell'industria chimica. Le piastre hanno varie ondulazioni e configurazioni. Le piastre sono separate da guarnizioni che impediscono la miscelazione dei flussi e forniscono una tenuta esterna. Tuttavia, le guarnizioni limitano le applicazioni di temperatura a circa 180 ºC, sebbene i miglioramenti delle guarnizioni possano superare questa limitazione. Poiché ci sono un certo numero di piastre, le piastre devono essere adeguatamente compresse per garantire una corretta tenuta tra di loro. Di conseguenza, è necessaria un'attenta installazione meccanica per evitare perdite e potenziali pericoli. Poiché esiste un gran numero di foche, è importante un attento monitoraggio delle foche per ridurre al minimo le potenziali esposizioni.

Gli scambiatori raffreddati ad aria sono interessanti dal punto di vista economico e sono stati installati in un gran numero di applicazioni di processo e in varie posizioni all'interno delle unità di processo. Per risparmiare spazio, questi scambiatori sono spesso installati su tubazioni e spesso sovrapposti. Poiché la selezione del materiale del tubo è importante, nell'industria chimica viene utilizzata una varietà di materiali. Questi tubi sono collegati alla piastra tubiera. Ciò richiede l'uso di materiali compatibili. La perdita attraverso una fessura del tubo o in corrispondenza della piastra tubiera è un problema poiché il ventilatore farà circolare i vapori dalla perdita e la dispersione può causare potenziali esposizioni. La diluizione dell'aria può ridurre significativamente il potenziale rischio di esposizione. Tuttavia, i ventilatori vengono spesso spenti in determinate condizioni meteorologiche e in queste circostanze le concentrazioni di perdite possono aumentare aumentando così le potenziali esposizioni. Inoltre, se i tubi che perdono non vengono riparati, la fessura può peggiorare. Con liquidi tossici che non vaporizzano facilmente, possono verificarsi gocciolamenti e provocare una potenziale esposizione cutanea.

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero possono sviluppare perdite attraverso una qualsiasi delle varie flange (Green, Maloney e Perry 1984). Poiché le dimensioni degli scambiatori di calore a fascio tubiero variano da superfici piccole a molto grandi, il diametro delle flange esterne è generalmente molto più grande delle tipiche flange dei tubi. Con queste flange di grandi dimensioni, le guarnizioni non solo devono resistere alle condizioni di processo, ma devono anche fornire una tenuta in caso di variazioni del carico dei bulloni. Vengono utilizzati vari design di guarnizioni. Mantenere costanti le sollecitazioni di carico dei bulloni su tutti i bulloni della flangia è difficile, con conseguenti perdite in molti scambiatori. La perdita della flangia può essere controllata con anelli di tenuta della flangia (Lipton e Lynch 1994).

Le perdite dal tubo possono verificarsi in qualsiasi tipo di scambiatore disponibile, ad eccezione degli scambiatori a piastre e di alcuni altri scambiatori speciali. Tuttavia, questi ultimi scambiatori presentano altri potenziali problemi. Dove i tubi perdono in un sistema di acqua di raffreddamento, l'acqua di raffreddamento scarica il contaminante in una torre di raffreddamento che può essere una fonte di esposizione sia per i lavoratori che per una comunità vicina. Di conseguenza, l'acqua di raffreddamento deve essere monitorata.

La dispersione dei vapori delle torri di raffreddamento può essere diffusa a causa dei ventilatori nelle torri di raffreddamento a tiraggio forzato e indotto. Inoltre, le torri a convezione naturale scaricano i vapori nell'atmosfera che poi si disperdono. Tuttavia, la dispersione varia considerevolmente in base sia alle condizioni meteorologiche che all'altezza della portata. Materiali tossici meno volatili rimangono nell'acqua di raffreddamento e nel flusso di spurgo della torre di raffreddamento, che dovrebbe avere una capacità di trattamento sufficiente per distruggere i contaminanti. La torre di raffreddamento e il bacino della torre devono essere puliti periodicamente e i contaminanti si aggiungono ai potenziali pericoli nel bacino e nel riempimento della torre. La protezione personale è necessaria per gran parte di questo lavoro.

Pulizia scambiatore

Un problema con i tubi nel servizio dell'acqua di raffreddamento è l'accumulo di materiale nei tubi derivante da corrosione, organismi biologici e deposizione di solidi. Come descritto sopra, i tubi possono anche perdere attraverso fessure, oppure possono verificarsi perdite dove i tubi vengono arrotolati in striature nella piastra tubiera. Quando si verifica una di queste condizioni, è necessaria la riparazione dello scambiatore e i fluidi di processo devono essere rimossi dallo scambiatore. Ciò richiede un'operazione completamente contenuta, necessaria per soddisfare gli obiettivi di esposizione ambientale, di sicurezza e salute.

Generalmente, il fluido di processo viene scaricato in un ricevitore e il materiale rimanente viene lavato fuori dallo scambiatore con un solvente o materiale inerte. Quest'ultimo materiale viene anch'esso inviato ad un ricevitore del materiale contaminato mediante drenaggio o pressatura con azoto. Se nello scambiatore era presente materiale tossico, lo scambiatore deve essere monitorato per rilevare eventuali tracce di materiale tossico. Se i risultati del test non sono soddisfacenti, lo scambiatore può essere vaporizzato per vaporizzare e rimuovere ogni traccia di materiale. Tuttavia, lo sfiato del vapore deve essere collegato a un sistema chiuso per impedire la fuoriuscita di vapore nell'atmosfera. Mentre lo sfiato chiuso potrebbe non essere assolutamente necessario, a volte potrebbe esserci più materiale contaminante nello scambiatore, richiedendo lo sfiato del vapore chiuso in ogni momento per controllare i potenziali pericoli. Dopo la cottura a vapore, uno sfiato nell'atmosfera immette aria. Questa procedura generale è applicabile al lato o ai lati dello scambiatore contenenti materiale tossico.

Le sostanze chimiche poi utilizzate per la pulizia dei tubi o del lato mantello devono essere fatte circolare in un sistema chiuso. Normalmente, la soluzione detergente viene fatta ricircolare da un sistema di camion cisterna e la soluzione contaminata nel sistema viene scaricata in un camion per lo smaltimento.

Pompe

Una delle funzioni di processo più importanti è il movimento dei liquidi e nell'industria chimica tutti i tipi di materiali liquidi vengono spostati con un'ampia varietà di pompe. Le pompe in scatola e magnetiche sono pompe centrifughe senza tenuta. I driver della pompa magnetica sono disponibili per l'installazione su altri tipi di pompa per evitare perdite. I tipi di pompe utilizzate nell'industria chimica di processo sono elencati nella tabella 7.

Tabella 7. Pompe nell'industria di processo chimica

• centrifugo
• Alternativo (stantuffo)
• In scatola
• Magnetica
• Turbina
• ingranaggio
• Diaframma
• Flusso assiale
• Vite
• Cavità mobile
• lobo
• Paletta

Sigillatura

Dal punto di vista della salute e della sicurezza, la tenuta e la riparazione delle pompe centrifughe sono le principali preoccupazioni. Le tenute meccaniche, che costituiscono il sistema di tenuta dell'albero prevalente, possono perdere e talvolta sono esplose. Tuttavia, dagli anni '1970 sono stati compiuti importanti progressi nella tecnologia delle tenute, che hanno portato a significative riduzioni delle perdite ea una maggiore durata della pompa. Alcuni di questi miglioramenti sono le tenute a soffietto, le tenute a cartuccia, i design delle facce migliorati, i migliori materiali delle facce e miglioramenti nel monitoraggio delle variabili della pompa. Inoltre, la continua ricerca nella tecnologia delle tenute dovrebbe tradursi in ulteriori miglioramenti tecnologici.

Laddove i fluidi di processo sono altamente tossici, vengono spesso installate pompe magnetiche o in scatola senza perdite o senza tenuta. I periodi di servizio operativo o il tempo medio tra le manutenzioni (MTBM) sono notevolmente migliorati e generalmente variano tra tre e cinque anni. In queste pompe, il fluido di processo è il fluido lubrificante per i cuscinetti del rotore. La vaporizzazione del fluido interno influisce negativamente sui cuscinetti e spesso rende necessaria la sostituzione dei cuscinetti. Le condizioni del liquido nelle pompe possono essere mantenute assicurandosi che la pressione interna nel sistema di cuscinetti sia sempre maggiore della pressione del vapore liquido alla temperatura di esercizio. Quando si ripara una pompa senza tenuta, è importante drenare completamente un materiale a volatilità relativamente bassa e deve essere attentamente esaminato con il fornitore.

Nelle tipiche pompe di processo centrifughe, la baderna è stata essenzialmente sostituita con tenute meccaniche. Queste tenute sono generalmente classificate come tenute meccaniche singole o doppie, con quest'ultimo termine che copre le tenute meccaniche tandem o doppie. Esistono altre combinazioni a doppia tenuta, ma non sono così ampiamente utilizzate. In generale, vengono installate tenute meccaniche tandem o doppie con fluidi tampone liquidi tra le tenute per ridurre le perdite di tenuta. Gli standard di tenuta meccanica delle pompe per pompe centrifughe e rotative che coprono le specifiche e l'installazione della tenuta meccanica singola e doppia sono stati emessi dall'American Petroleum Institute (API 1994). È ora disponibile una guida all'applicazione della tenuta meccanica per aiutare nella valutazione dei tipi di tenuta (STLE 1994).

Per evitare perdite o fuoriuscite eccessive da una tenuta guasta, viene installata una piastra passacavi dopo la tenuta. Può avere un fluido di lavaggio della ghiandola per spostare la perdita in un sistema di drenaggio chiuso (API 1994). Poiché il sistema a premistoppa non è una tenuta completa, sono disponibili sistemi di tenuta ausiliari, come le boccole dell'acceleratore. Sono installati nel premistoppa che controlla perdite eccessive nell'atmosfera o perdite di tenuta (Lipton e Lynch 1994). Queste tenute non sono progettate per il funzionamento continuo; dopo l'attivazione funzioneranno per un massimo di due settimane prima del guasto, fornendo così il tempo necessario alle operazioni per cambiare pompa o apportare modifiche al processo.

È disponibile un nuovo sistema di tenuta meccanica che riduce sostanzialmente le emissioni a zero. Si tratta di un sistema a doppia tenuta meccanica con un sistema tampone a gas che sostituisce il tampone liquido nel sistema a doppia tenuta meccanica standard (Fone 1995; Netzel 1996; Adams, Dingman e Parker 1995). Nei sistemi tampone a liquido, le facce di tenuta sono separate da un film lubrificante estremamente sottile di fluido tampone che raffredda anche le facce di tenuta. Anche se leggermente separati, esiste una certa quantità di contatto della faccia che provoca l'usura della tenuta e il riscaldamento della faccia della tenuta. Le tenute a gas sono chiamate tenute senza contatto poiché una faccia della tenuta con dentellature curve pompa il gas attraverso le facce della tenuta e crea uno strato di gas o barriera che separa completamente le facce della tenuta. Questa mancanza di contatto si traduce in una durata molto lunga della guarnizione e riduce anche la perdita per attrito della guarnizione, riducendo così notevolmente il consumo di energia. Poiché la tenuta pompa il gas, il flusso nel processo e nell'atmosfera è molto ridotto.

Rischi per la salute

Una delle principali preoccupazioni con le pompe è lo scarico e il lavaggio per preparare la pompa per la manutenzione o la riparazione. Lo scarico e la rimozione riguardano sia il fluido di processo che i fluidi tampone. Le procedure dovrebbero richiedere lo scarico di tutti i fluidi in un sistema di drenaggio a connessione chiusa. Nel premistoppa della pompa, dove una boccola della gola separa la girante dal premistoppa, la boccola funge da sbarramento trattenendo del liquido nel premistoppa. I fori di scarico nella boccola o uno scarico nel premistoppa consentiranno la completa rimozione del liquido di processo attraverso lo scarico e il lavaggio. Per i fluidi tampone, dovrebbe esserci un metodo per drenare tutto il fluido dall'area della doppia tenuta. La manutenzione richiede la rimozione della tenuta e se il volume della tenuta non è completamente drenato e lavato, le tenute sono una potenziale fonte di esposizione durante la riparazione.

Polvere e polveri

La manipolazione di polveri e polveri nelle apparecchiature per il trattamento dei solidi è motivo di preoccupazione a causa del rischio di incendio o esplosione. Un'esplosione all'interno di un'apparecchiatura può sfondare una parete o un involucro a causa della pressione generata dall'esplosione che invia un'ondata combinata di pressione e fuoco nell'area di lavoro. I lavoratori possono essere a rischio e le apparecchiature adiacenti possono essere gravemente colpite con effetti drastici. Polveri o polveri sospese in aria o in un gas con presenza di ossigeno e in uno spazio ristretto sono suscettibili di esplosione quando è presente una fonte di ignizione con energia sufficiente. Alcuni tipici ambienti di apparecchiature esplosive sono mostrati nella tabella 8.

Tabella 8. Potenziali fonti di esplosione nelle apparecchiature

Un'esplosione produce calore e una rapida espansione del gas (aumento della pressione) e generalmente si traduce in una deflagrazione, che è un fronte di fiamma che si muove rapidamente ma a una velocità inferiore alla velocità del suono per queste condizioni. Quando la velocità del fronte di fiamma è maggiore della velocità del suono o è a velocità supersonica si parla di detonazione, che è più distruttiva della deflagrazione. L'esplosione e l'espansione del fronte di fiamma si verificano in millisecondi e non forniscono tempo sufficiente per le risposte di processo standard. Di conseguenza, le potenziali caratteristiche di incendio ed esplosione della polvere devono essere definite per determinare i potenziali pericoli che possono esistere nelle varie fasi di lavorazione (CCPS 1993; Ebadat 1994; Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995). Queste informazioni possono quindi fornire una base per l'installazione di controlli e la prevenzione delle esplosioni.

Quantificazione del pericolo di esplosione

Poiché le esplosioni generalmente si verificano in apparecchiature chiuse, vengono condotti vari test in apparecchiature di laboratorio appositamente progettate. Sebbene le polveri possano sembrare simili, i risultati pubblicati non dovrebbero essere utilizzati poiché piccole differenze nelle polveri possono avere caratteristiche di esplosione molto diverse.

Una varietà di test condotti sulla polvere può definire il pericolo di esplosione e la serie di test dovrebbe comprendere quanto segue.

Il test di classificazione determina se una nuvola di polvere può innescare e propagare le fiamme (Ebadat 1994). Le polveri che hanno queste caratteristiche sono considerate polveri di classe A. Quelle polveri che non si accendono sono denominate Classe B. Le polveri di Classe A richiedono quindi un'ulteriore serie di test per valutarne il potenziale di esplosione e pericolo.

Il test dell'energia minima di accensione definisce l'energia minima della scintilla necessaria per l'accensione di una nuvola di polvere (Bartknecht 1989).

Nella gravità e analisi dell'esplosione, le polveri del gruppo A vengono quindi testate come una nuvola di polvere in una sfera in cui la pressione viene misurata durante un'esplosione di prova basata sull'energia minima di accensione. La pressione massima di esplosione è definita insieme al tasso di variazione della pressione per unità di tempo. Da queste informazioni si determina il valore caratteristico specifico dell'esplosione (Kst) in bar metri al secondo e si definisce la classe di esplosione (Bartknecht 1989; Garzia e Senecal 1996):

Kst(bar·m/s) Classe di esplosione della polvere Resistenza relativa

1-200 St 1 Un po' più debole

201-300 St 2 Forte

300+ St 3 Molto forte

Un gran numero di polveri è stato testato e la maggior parte era nella classe St 1 (Bartknecht 1989; Garzia e Senecal 1996).

Nella valutazione delle polveri non torbide, le polveri vengono testate per determinare procedure e condizioni operative sicure.

Prove di prevenzione delle esplosioni

I test di prevenzione delle esplosioni possono essere utili laddove non è possibile installare sistemi di soppressione delle esplosioni. Forniscono alcune informazioni sulle condizioni operative desiderabili (Ebadat 1994).

Il test minimo di ossigeno definisce il livello di ossigeno al di sotto del quale la polvere non si accende (Fone 1995). Il gas inerte nel processo impedirà l'accensione se il gas è accettabile.

La concentrazione minima di polvere viene determinata per stabilire il livello operativo al di sotto del quale non si verificherà l'accensione.

Prove di rischio elettrostatico

Molte esplosioni sono il risultato di accensioni elettrostatiche e vari test indicano i potenziali pericoli. Alcuni dei test riguardano l'energia minima di accensione, le caratteristiche di carica elettrica della polvere e la resistività di volume. Dai risultati del test, è possibile adottare alcune misure per prevenire le esplosioni. I passaggi includono l'aumento dell'umidità, la modifica dei materiali da costruzione, una corretta messa a terra, il controllo di alcuni aspetti della progettazione delle apparecchiature e la prevenzione delle scintille (Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995).

Controllo dell'esplosione

Esistono fondamentalmente due metodi per impedire che esplosioni o fronti si propaghino da un luogo all'altro o che contengano un'esplosione all'interno di un'apparecchiatura. Questi due metodi sono soppressori chimici e valvole di isolamento (Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995; Garzia e Senecal 1996). Sulla base dei dati sulla pressione di esplosione dei test di gravità dell'esplosione, sono disponibili sensori a risposta rapida che attivano un soppressore chimico e/o chiudono rapidamente le valvole barriera di isolamento. I soppressori sono disponibili in commercio, ma il design dell'iniettore soppressore è molto importante.

Sfiati di esplosione

Nelle apparecchiature in cui può verificarsi una potenziale esplosione, vengono spesso installati sfoghi di esplosione che si rompono a pressioni specifiche. Questi devono essere accuratamente progettati e deve essere definito il percorso di scarico dall'apparecchiatura per impedire la presenza di lavoratori in questa zona del percorso. Inoltre, per garantire la sicurezza delle apparecchiature, è necessario analizzare l'urto con le apparecchiature nel percorso dell'esplosione. Potrebbe essere necessaria una barriera.

Caricamento e scaricamento

Prodotti, prodotti intermedi e sottoprodotti vengono caricati su autocisterne e vagoni ferroviari. (In alcuni casi, a seconda dell'ubicazione delle strutture e dei requisiti di attracco, vengono utilizzate cisterne e chiatte.) L'ubicazione delle strutture di carico e scarico è importante. Mentre i materiali caricati e scaricati di solito sono liquidi e gas, anche i solidi vengono caricati e scaricati in posizioni preferite in base al tipo di solidi movimentati, al potenziale rischio di esplosione e al grado di difficoltà di trasferimento.

Portelli aperti

Quando si caricano autocisterne o vagoni ferroviari attraverso i portelli con apertura dall'alto, una considerazione molto importante è ridurre al minimo gli schizzi durante il riempimento del container. Se il tubo di riempimento si trova ben al di sopra del fondo del contenitore, il riempimento provoca schizzi e generazione di vapore o sviluppo misto di vapore liquido. Gli spruzzi e la generazione di vapore possono essere ridotti al minimo posizionando l'uscita del tubo di riempimento ben al di sotto del livello del liquido. Il tubo di riempimento è normalmente esteso attraverso il contenitore per una distanza minima al di sopra del fondo del contenitore. Poiché il riempimento con liquido sposta anche il vapore, i vapori tossici possono rappresentare un potenziale pericolo per la salute e presentare anche problemi di sicurezza. Di conseguenza, i vapori dovrebbero essere raccolti. Sono disponibili in commercio bracci di riempimento dotati di tubi di riempimento profondi e che si estendono attraverso uno speciale coperchio che chiude l'apertura del portello (Lipton e Lynch 1994). Inoltre, un tubo di raccolta dei vapori si estende per un breve tratto al di sotto dello speciale coperchio del portello. All'estremità a monte del braccio, l'uscita del vapore è collegata a un dispositivo di recupero (ad es. un assorbitore o un condensatore), oppure il vapore può essere restituito al serbatoio di stoccaggio come trasferimento di equilibrio del vapore (Lipton e Lynch 1994).

Nel sistema a portello aperto dell'autocisterna, il braccio viene sollevato per consentire lo scarico nell'autocisterna e parte del liquido nel braccio può essere pressurizzato con azoto mentre il braccio viene ritirato, ma i tubi di riempimento durante questa operazione devono rimanere all'interno del portello apertura. Quando il braccio di riempimento libera il portello, è necessario posizionare un secchio sopra l'uscita per raccogliere i gocciolamenti del braccio.

Automotrici

Molti vagoni ferroviari hanno portelli chiusi con gambe di riempimento profonde molto vicine al fondo del contenitore e un'uscita di raccolta del vapore separata. Attraverso un braccio che si estende fino al portello chiuso, il liquido viene caricato e il vapore raccolto in modo simile al metodo del braccio del portello aperto. Nei sistemi di caricamento dei vagoni ferroviari, dopo la chiusura della valvola all'ingresso del braccio, l'azoto viene iniettato nel lato contenitore dei bracci per soffiare il liquido rimanente nel braccio nel vagone prima che la valvola di riempimento sul vagone venga chiusa (Lipton e Lynch 1994) .

Autocisterne

Molti camion cisterna sono riempiti dal fondo per ridurre al minimo la generazione di vapore (Lipton e Lynch 1994). Le linee di riempimento possono essere tubi speciali o bracci manovrabili. Gli accoppiatori a secco sono posizionati sulle estremità del tubo o del braccio e sulle connessioni inferiori dell'autocisterna. Quando l'autocisterna è piena e la linea viene automaticamente bloccata, il braccio o il tubo flessibile viene scollegato in corrispondenza dell'attacco drybreak, che si chiude automaticamente non appena gli attacchi vengono separati. I giunti più recenti sono stati progettati per disconnettersi con perdite quasi nulle.

Nel caricamento dal basso, il vapore viene raccolto attraverso uno sfiato del vapore superiore e il vapore viene condotto attraverso una linea esterna che termina vicino al fondo del contenitore (Lipton e Lynch 1994). Ciò consente l'accesso del lavoratore alle connessioni di accoppiamento del vapore. Il vapore raccolto, che si trova ad una pressione leggermente superiore a quella atmosferica, deve essere raccolto ed inviato ad un dispositivo di recupero (Lipton e Lynch 1994). Questi dispositivi sono selezionati in base al costo iniziale, all'efficacia, alla manutenzione e all'operabilità. Generalmente il sistema di recupero è preferibile alla torcia, che distrugge i vapori recuperati.

Controllo caricamentol

Nei camion cisterna, i sensori di livello sono installati in modo permanente all'interno del cassone del camion per indicare quando è stato raggiunto il livello di riempimento e segnalare una valvola di blocco del telecomando che interrompe il flusso al camion. (Lipton e Lynch 1994). Potrebbe esserci più di un sensore nel camion cisterna come backup per garantire che il camion non sia troppo pieno. Il riempimento eccessivo può comportare seri problemi di sicurezza e di esposizione alla salute.

I vagoni ferroviari in servizio chimico dedicato possono avere sensori di livello montati internamente nel vagone. Per i vagoni non dedicati, un totalizzatore di flusso controlla la quantità di liquido inviato al vagone e chiude automaticamente la valvola di blocco del telecomando a un'impostazione predeterminata (Lipton e Lynch 1994). Entrambi i tipi di contenitore devono essere esaminati per determinare se il liquido rimane nel contenitore prima del riempimento. Molti vagoni ferroviari hanno indicatori di livello manuali che possono essere utilizzati per questo servizio. Tuttavia, quando il livello viene mostrato aprendo uno sfiato a bastoncino di piccolo livello nell'atmosfera, questa procedura deve essere eseguita solo in condizioni adeguatamente controllate e approvate a causa della tossicità di alcune delle sostanze chimiche caricate.

Scarico

Laddove le sostanze chimiche hanno una tensione di vapore molto elevata e il vagone o l'autocisterna ha una pressione relativamente elevata, la sostanza chimica viene scaricata sotto la propria tensione di vapore. Se la tensione di vapore scende a un livello tale da interferire con la procedura di scarico, è possibile iniettare azoto gassoso per mantenere una pressione soddisfacente. Anche il vapore proveniente da un serbatoio della stessa sostanza chimica può essere compresso e iniettato per aumentare la pressione.

Per sostanze chimiche tossiche che hanno una tensione di vapore relativamente bassa, come il benzene, il liquido viene scaricato sotto pressione di azoto, il che elimina il pompaggio e semplifica il sistema (Lipton e Lynch 1994). Le autocisterne e i vagoni ferroviari per questo servizio hanno pressioni di progetto in grado di gestire le pressioni e le variazioni incontrate. Tuttavia, pressioni inferiori dopo lo scarico di un container vengono mantenute fino a quando l'autocisterna o il vagone ferroviario non vengono riempiti; la pressione si ricostruisce durante il caricamento. L'azoto può essere aggiunto se non è stata raggiunta una pressione sufficiente durante il caricamento.

Uno dei problemi nelle operazioni di carico e scarico è il drenaggio e lo spurgo delle linee e delle attrezzature nelle strutture di carico/scarico. Sono necessari scarichi chiusi e scarichi a punto particolarmente basso con spurghi di azoto per rimuovere tutte le tracce delle sostanze chimiche tossiche. Questi materiali possono essere raccolti in un fusto e restituiti a una struttura di ricezione o recupero (Lipton e Lynch 1994).

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