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Il gas inerte Evoluzione, impianti, gestione

Nascosto 1
Incidenti
Tra la fine degli anni '60 e l'inizio degli anni '70 accaddero tre disastrosi incidenti. Mactra, Marpessa e Kong Haakon 7 esplosero in navigazione. Queste navi erano delle superpetroliere nuovissime gestite da Compagnie di alto livello. Una di esse esplose durante il viaggio inaugurale.
L'evento inaspettato portò stupore e lo sgomento fra gli addetti ai lavori. In un mese gli investigatori riuscirono a determinare le cause dei sinistri.
Di seguito, le conseguenze dell'espolosione di nave petroòiera da 60.000TDW e product tanker da 10.000TDW.
Scoppio
Esplosione di nave cisterna
Il ponte di coperta si è letteralmante rovesciato

Le immagini in bianco e nero di segguito riportate si riferiscono ad esplosioni avvenute negli anni'70, mentre quelle a colori sono del primo lustro degli anni 2000.
Dettaglio ponte
Il ponte di questa nave petroliera era parzialmente chiodato
Ponte di coperta
Il ponte si è deformato per l'esplosione, trovando una via di sfogo.
Petroliera
L'esplosione della cisterna ha provocato l'apertura del fasciame laterale.
La prora e la poppa della nave reasyavano unite dalla sola coperta e dal solo fondo della nave.
Ponte coperta
Il ponte di coperta della product carrier è stato proiettato via.
Incendio
Incendio a seguito di esplosione. L'incidente avvenuto su nave ancora in garanzia (2002):
La nave era sprovvista di Impianto del gas inerte
L'inchiesta
 Quando: Durante le operazioni di cambio della zavorra, durante il lavaggiodelle cisterne,
  • Primo elemento: l' aria  è aspirata durante la discarica tramite le press-vac,
  • Secondo elemento: i gas di idrocarburi sono esalati dai residui e fondami impompabili,
  • Conseguenze: I vapori di idrocarburi mescolati all'aria, in atmosfera non controllata, generano la miscela infiammabile,
  • Terzo elemento: il getto di acqua calda erogata a 60°C, con una pressione superiore a 10 bar produce goccioline e nebbie che si caricano di energia elettrostatica,
  • Conseguenza finale: l’energia  delle cariche accumulate nelle fprmazioni nebbiose chiude il “triangolo del fuoco”, si scarica con la potenza di un fulmine, ne consegue l'esplosione e l'incendio dei vapori combustibili.
Nubi
Ipotesi dell'esplosione
Formazione di caricjìhe elettrostatiche dovute ad attrito.
Lo scorrimento di un fluido in un collettore genera cariche elettrostatiche. I drenaggi elettrici soddisfsno in generale allo scopo. L'acqua calda crea formazioni nebbiose che si caricano elettrostaticamente come fossero nubi. Come le nubi scatenano scariche elettriche di altissima intensità, che possono far esplodere una miscela infiammabile.
Continuità elettrica
Azioni da intraprendere
Come noto, l'esplosioneprima e l'ncendio dopo sono la conseguenza di tre fattori che si combinano.
Vapori emessi dal combustibile, comburente ed energia: i tre elementi del triangolo del fuoco. P4er interrompere la catena di reazione, è sufficiente eliminare uno dei componenti il triangolo.
  • Combustibile: Non è possibile eliminarlo, in quanto è propriamente l'oggetto della pulizia delle cisterne;
  • energia; per quanto si faccia per controllarla, non è sicuro il risultato:
  • comburente: non è possibile eliminarlo completamente, ma si può ridurre la sua presenza al di sotto del limite inferiore di esplosività.

L'unico elemento deln triangolo del fuoco su cui si poteva interagire, era il comburente. Impossibile eliminarlo, ma si sarebbe potuto abbatterlo come si faceva per gli incendi con la CO2.
Non disponendo di impianti fissidi CO2 adeguati, si riscoperse un sistema inventato negli anni trenta.
All'epoca si era pensato di ridurre l'ossidazione delle cisterne del carico abbattendo l'ossigeno dell'aria in esse contenuto.
Si pensò di utilizzare i gas combusti delle caldaie,che in teoria avrebbero dovuto contenere solo CO2.
La tecnologia dell'epoca,per certi versi alquanto non portò al  risultato atteso. Le corrosioni aumentarono per       la presenza  di trascinamti di acido solforico nei fumi.
Si ridisegnò l'impianto con sccesso.
ISGOTT ed OCIMF
disegnarono per primi il diagramma con il campo di esplosività degli odrocarburi (vedi in fondo)  per i vapori di idrocarburi delle petroliere.
Quali provvedimenti si sarebbero potuti adottare?
L'atmosfera delle cisterne delle navi esplose, avevano un contenutodi vapori da petrolio ed ossigeno, che si allocava nel campo di esplosività.  Nelle more, verificati per bene i drenaggi elettrici, per limitare la generazione di vapori d’acqua e nebbie, si decise di non riscaldare l’acqua di lavaggio. L’espediente non offriva, però, le necessarie garanzie di sicurezza.
Per impedire che si formasse il triangolo del fuoco sarebbe stato necessario rimuovere almeno uno dei tre elementi. Non potendo rimuovere ne il combustibile, ne controllare l’energia, l’attenzione si spostò sul comburente.
Le cisterne delle petroliere degli anni ’30, si corrodevano profondamente, in conseguenza dell’alternanza carico o acqua di mare durante il viaggio in zavorra. Si pensò di eliminare l’ossidante, per mezzo di un impianto di sostituzione dell’aria, utilizzando i gas di scarico delle caldaie. Si sarebbe così introdotta nelle cisterne anidride carbonica durante la fase di discarica, in luogo all’aria  entrante dalle valvole del vuoto. Il risultato non fu conforme alle attese. I sistemi dell'epoca non erano poi così avanzati da dare i risultati attesi. Il lavaggio dei fumi non era in grado di rimuovere adeguatamente i contenuti di zolfo che si condensavano in combinazione all’umidità. L’acido solforico prodotto, corrodeva le strutture ancor più gravemente dell’ossidazione da ossigeno. La brillante idea fu accantonata, ma rimase latente. Qualcuno ,quarant’anni dopo, pensò di riesumare quell’idea per ridurre la presenza di ossigeno in cisterna ed eliminare la casualità delle esplosioni. La migliorata tecnologia consentì di produrre gli impianti con le caratteristiche desiderate.
Le tankers  di dimensione ugnale o maggiore di 20.000 TDW devono essere munite di impianto di gas inerte fisso, realizzato conformemnte al "F.S.S. Code. Tutte le navi che effettuano il COW, lavaggio  con "crudo" delle  cisterne del carico, devono essere dotate di impianto di G.I. fisso.
NOTA: Le tankers con tonnellaggio ³ 8.000 TDW costruite a partire dal primo gennaio 2016 devono essere munite di impianto di gas inerte fisso.
5.5.3.1 Il sistema a gas inerte deve essere in grado di inertizzare, spurgare e liberare le cisterne vuote e mantenere l'atmosfera nelle cisterne di carico con il contenuto di ossigeno richiesto.
Maneggio del carico e gas inerte
Discarica di idrocarburi liquidi
Durante le operazioni di discarica, si crea uno spazio vuoto soprastante il prodotto in via di discarica. In passato, si aspirava l'atmosfera ambiente, generando di conseguenza miscele aria-idrocarburi che, come visto, hanno causato innumerevoli incidenti. Il gas inerte ha eliminato il pericolo, infatti, durante la discarica degli idrocarburi sarà soffiato il gas inerte che impedirà la formazione dimiscele aria-gas combustibili.
La norma prevede ch la capacità di produrre e soffiare in cisterna il gas, sia pari al 128% della portata massima di tutte le pompe del carico in uso congiunto. in tal modo si potrà mantenere un apressione positiva in cisterna, che impedirà l'ingresso dell'aria comburebte. La pressione è regolata dalle valvole press-vac, che la mantengono non superiore a 350mm. di colonna d'acqua per le navi cisterna adibite al trasporto di petrolio greggio.
Viaggio in zavorra
Durante il viaggio in zavorra, le variazioni termiche potrebbero ridurre il battente di pressione oltre i 250mm. c.a. negativi, con intervento di aspirazione d'aria dall'esterno. Per tale ragione, l0ufficiale monitora la pressione e quando la tendenza a scendere è in allarme, si provvederà ad effettuare un rabbocco con nuovo gas, sino a riavere la pressione positiva desiderata.
Caricazione
Durante la caricazione il gas inerte verrù espulso tramite il "mast riser" che lo scaricherà all'atmosfera. Su ogni cisterna potrebbe essere disposto un secondo sistema P-V. Questo sistema, oltre rappresentare una doppia sicurezza, non utilizzerà il "main" quando i vapori di carichi eventualmente diversi non ne ammettano la miscelazione.
Il gas inerte
Il gas inerte ha lo scopo di mantenere il fluido comburente a valori tali per cui una miscela di idrocarburi ed il comburente siano sempre in regime "poor". Tale condizione non consentirà l'accensione della miscela vapori di idrocarburi-ossigeno.
Il diagramma, elaborato da ISGOTT e da OCIMF al principio degli anni '70, "ossigeno-vapori di idrocarburi" indica chiaramente i limiti di esplosività teorici di una miscela omogenea. Il diagramma indica che la cisterna sicura dovrebbe avere un contenuto di ossigeno anche di poco inferiore all'11%.
Gas inerte esplosività
La norma (SOLAS e FSS code) impongono un contenuto massimo di ossigeno in cisterna pari al 5%; ove si superasse il limite, l'operatività della nave dovrebbe essere "controllata" speditamente mentre si riporta il valore entro i limiti. Ove non fosse possibile in breve tempo (la SOLAS non impone però la tempistica), l'operatività commerciale della nave dovrebbe arrestari,effettuando nel frattempo quanto necessario per tornare entro i limiti.
Solo per informazione: Normalmente le percentuali di ossigeno in cisterna sono inferiori al  4%.
Fornitura del gas inerte
La produzione del gas inerte, sia da caldaie a vapore che da generatori autonomi, si attesta con un contenuto di ossigeno pari al 3/3,5%.
I sistemi di controllo-combustione, potrebbero produrre un gas di scarico con contenuto di O2 inferiore, ma è fortemente sconsigliato monché pericoloso. Ridurre l'aria comburente renderebbe la combustione imperfetta: invece di generare solo CO2, si produrrebbe molto CO. A prescindere dalla sua tossicità, il CO è un gas ancora combustibile: sarebbe un nonsenso introdurlo in cisterna.
Cisterne sicure
Per mantenere in sicurezza le cisterne, è necessario impedire qualsiasi rientrata d'aria. Sarà necessario tenere sempre l'atmosfera delle cisterne, in lieve sovra pressione. Normalmente la pressione di apertura della valvola pression-vuoto ( a destra) di ciascuna cisterna, si attestaa a 350 mm. di colonna d'acqua. Le singole valvole di ciascuna cisterna, conducono i vapori in eccesso, nel collettore del gas inerte collegato al "mast riser"; se si raggiungesse la pressione di scatto (1.400.. ca), scaricherebbe all'armosfera.
Saranno previsti sistemi  che consentano il "purging" ed il "topping" delle  cisterne del carico.
Valvola P-V

5.3.2.3 Se si intende caricare, zavorrare o scaricare una o un gruppo di cisterna del carico che siano isolate dal sistema di sfiato comune, la cisterna o gruppo di cisterne del carico saranno munite di un mezzo per proteggere le cisterne dalla sovrapressione o depressione, come previsto dal regolamento 11.6.3.2.
La valvola scaricherà i vapori petroliferi al raggiungimento di una determinata pressione. Lo scarico dei gas avrà la forma di "plume" ovvero dovrà essere verticale e la velocità di efflusso non sarà inferopre a 30 m/sec. La valvola del vuoto si aprirà al raggiungimento di un determinato valore di depressione. Apertura a non meno di 2m dal ponte e 10 m di raggio senza punti di ingnizione o prese d'aria.
Vista di insieme
Vista di insieme del sistema valvole PV. A sinistra la valvola PV in linea (+350 mm c.a./-350 mm. c.a.) che interposta fra la cisterna ed il "main", bilancia le variazioni di pressione.
A destra la valvola PV "idipendente",(+1400 mm c.a./-350 mm. c.a.) che, posta su ogni cisterna,  come doppia sicurezza. Questa valvola potrebbe essere utilizzata come scarico del gas della cisterna durante la caricazione, se per qualche ragione non si utilizzasse il "mast riser". il disegno di questa valvola di "scarico rapido" è tale per cui i gas espulsi avranno una velocità di oltre 30m/se. con una conformazione a "plume". Futto ciò ì per allontanare in modo pulito i gas dal ponte di coperta.
Scarico veloce
Valvol PV
Le navi petroliere con doppio scafo debbono avere la possibilità di inertizzare l compartimenti del doppio scafo in emergenza.
In caso di avaria, una cisterna di zavorra possa essere invasa dal carico; per porla in sicurezza contro le esplosioni, sarà necessario inertizzarla. Ognuna di queste cisterne saràdotata di uno stacco (normalmente "blanked") che tramite una manichetta mobile, si potrà collegare ad uno stacco del collettore principale del gas inerte.
Gli spazi non destinati al carico, circostanti le cisterne del carico saranno muniti di sensori di rilevamento dei gas, compreso il locale pompe del  carico. Esso  sarà dotato anche di sensori di livello  delle sentine, di sensori di temperatura sui passaggi stagno a paratia dell'asse delle pompe del carico/zavorra con motore in locale macchine.
Integrità strutturale
La ventilazione  delle cisterne del carico deve essere ben distinta da tutte le altre; i o vapori emessi devono essere ben dispersi in atmosfera, mentre non devono essere prossimi ne agli alloggi ne a possibili fonti di innesco.
La ventilazione delle cisterne del carico  se non collegate da un collettore comune, dovrà essere composta da disposotivi di sovrapessione (con sistemi parafiamma, con soffio verticale ad una velocità non minore di 30 m/se.) e di deprevenzione.
Sono previsti due sistemi meccanici distinti per impedire eccessi di pressione o vuoto nelle cisterne; uno di essi potrà essere sostituito da un sensore di pressione con sistema di controllo nella centrale del carico.
Stesse considerazioni per le cisterne di zavorra, che avranno ventilazione indipendente dal sistema del carico.
Procedure per la bonifica delle cisterne del carico
Quando le cisterne diel carico devono essere preparate per l’accesso, le si spurgherà fino a quando la concentrazione di vapori di idrocarburi nelle cisterne del carico non sia ridotta a meno del 2% del volume ( tratto F-H). Quindi inizierà lo scarico dei gas a livello del ponte di coperta (tratto H-A).


Zona carico e 'apparato moto
Separazione della zona carico dall'apparato motore
Ventilazione locale pompe
La ventilazione deve essere effettuata con ventilatori/estrattori dedicati e tale da effettuare 20 ricambi per ora (rispetto al volume lordo del locale pompe).
Impianto generazione gas inerte con generatore di vapore.
Impianto GI con caldaia a vapore
L'impianto è diviso in due diverse zone: "Non hazardous zone" e "Hazardous zone". La prima è la zona a poppavia del frontale del cassero poppiero, la seconda, a proravia.
La zona a poppavia può avere due diverse configurazioni, a seconda che il generatore di CO2 sia anche generatore di vapore (figura sopra) o sia solo generatore di gas.  La zona a proravia è generalmente la stessa per  i due sistemi.

Impianto nella "safe zone"
Generatori di gas con calderine o caldaie per la produzione di vapore
L'impianto deriva il gas di scarico da due generatori di vapore a combustione interna.
Due valvole (metallo su metallo) isoleranno le caldaie dall'impianto  a valle di esse.
Le valvole sono munite di soffiatori di fuliggine.
Le valvole hanno un sistema di interlock durante la soffiatura.
Scrubber
Il gas sarà spinto allo acrubber. Per primo gorgoglerà in una sorta di sifone, il cui lvello viene mantenuto costante. Uno  sfioro manterrà il livello che una pompa di acqua mare provvederà in continuo. Il corp della torre di lavaggio sarà costituito dal sistema di raffreddamento,  pulizia dei gas e deumidificazione. I sistemi di pulizia e deumidificazione differiscono in funzione del fornitore, mentre il raffreddamento del gas è effettuato con acqua di mare che fluisce da appositi ugelli polverizzatori. La pulizia del gas (rimozione di "S" e particolato, sarà effettuato facendo fluire il gas in intimo contatto con acqua corrente, attraverso labirinti o attraverso piattelli a rigurgito analoghi a  quelli delle torri di cracking. La deumidificazione del gas pulito sarà effettuata con pacchi filtranti (demister) o con sistema a ciclone.
Derivazione gas
Torre di lavaggio per gas prodotto da generatore di vapore
Tipologie diverse di scrubber

Ciascuno con metodo diverso di depurazione dei fumi.
A piattelli, a labirinti, a diluvio.
Scrubber
Torre lavaggio
Soffiatori
Una coppia di macchine, di cui almeno una dovrà avere la capacità di pompaggio del 125% della capacità totale volumetrica delle pompe del carico. Il secondo soffiatore avrà la capacità dell'80%, avendo la funzione di purging o di topping.

I soffiatori centrifughi stanno andando in disuso, in quanto modesti sporcamenti, li sbilanciano provocando notevoli vibrazioni. Sono poco flessibili.
soffiatori
Soffiatore
o2 analzer
Soffiatore a lobi rotanti
Il soffiatore a lobi è una macchina volumetrica. Variando la velocità di rotazione si controlla la portata di fluido in conformità alla richiesta.
Analizzatore di ossigeno, sarà posto a valle dei soffiatori. Monitorerà in continuo il titolo del  gas, sarà provvisto di registratore ed allarmi. Quando il flusso di gas avesse un contenuto minore od eguale al 5% di ossigeno, Il sistema di "monitoring and control" farà aprire la valvola di mandata del gas alle cisterne. Ove il valore fosse superiore, la valvola di mandata si chiuderebbe per aprire la valvola di sacrico che condurrà il gas alla ciminiera.
Generatori di gas con sistema di bruciatore autonomo
Il complesso caldaie-scrubber sarà di tipo integrato, ovvero il bruciatore sarà contenuto entro lo scrubber, che sarà compatto e di minore complessità ripetto al precedente, in quanto bruciando prodotti più leggeri e con minor contenuto di "S",  non necessiterà di complessi sistemi di pulizia. Unìulteriore differenza la si può riscontrare nello scarico del cas, che invece di essere condotto in ciminiera, potrebbe essere reinviato in camera di combustione.
Impianto autonomo generazione gas inerte
Impianto in "hazardous zone"
E' lo stesso  indipendentemente dall'impianto di produzione del gas.  
Una valvola di non ritorno meccanica, sarà la  prima barriera fisica che impedrà il ritorno del gas a monte delle cisterne.
la "isolation valve" è la valvola che sarà aperta solo quando si immettrà gas nelle cisterne. In tutte le altro operazioni, sarà sempre mantenuta chiusa, isolando in sicurezza l'hazardous area da quella "non Hazardous". Va da se che la valvola NR sarà chiusa ed il DWS sarà in riposo. La pompa di acqua mare sarà sempre in servizio; il  livello di guardia, sarà regolato da uno sfioro.
A valle della  isolation valve sarà sistemata la mandata del gas alle cisterne ed uno stacco con doppia valvola e rubinetto spia per inviare GI ai collettori del carico  quando si effettueranno le operazioni di spiazzamento.
Valvola non ritorno
Deck Water Seal
Deck water seal (DWS) sarà la seconda barriera di sicurezza che impedeirà possibili ritorni di gas dalle cisterne  verso la zona sicura. Il DWS  è costituito da un serbatoio in cui fluisce il gas inerte.  L'estremità del tubo di mandata è posta sotto battente d'acqua, in maniera tale che nella  malaugurata eventualità di un ritorno di gas, l'acqua sia spinta dal gas stesso entro iòl tubo di mandata sino ad un livello insuperabile. L'operatività del sifone impedirà danni catastrofici.  Il livello insuperabile è indicato nello schema con il termine "max" ed è controllato dal PVB. Il DWS è munito a sua volta di un sistema di pacchi deumidificatori. Alcune navi che potrbbero trasportare carichi reattivi anche a modesti contenuti di acqua nel gas, saranno dotati di un impianto di essiccamento, che potrebbe essere con "silicagel" o con sistena di condizionamento.
Marcatura DWS
Anche il deck seal è soggetto a visita dei Registri di classifica. E' opportuno evidenziaew la data dell'ultima visita interna, mediante una marcatura sull'esterno dell'involucro.
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Mandata/ritorno alle cisterne
in corrispondenza di ogni accesso alle cisterne (10), uno stacco dal "main" (5) collettore del gas inerte, alimenterò le cisterne.
Sulla derivazione è momtata la valvola P/V (press-vac (6)) automatiche (a peso) che consentirà il bilanciamento della pressione dovuta alle variazioni termiche notte-giorno. La valvola ha anche la funzione di scaricare all'atmosfera un'eventuale sovrapressione.Un by-pass (7) consentirà l'eventuale gestione manuale. Una valvola di intercettazione chiudibile con lucchetto (8) ed una flangia ad otto (9), spectacle flange, consentiranno il passaggio o l'intercettazione sicura del fluido.
IG branch
PVB
Pressure vacuum breaker (PVB)
è una sorta di valvola di sicurezza, a sifone, che protegge il DWS da eventuali contropressioni, qualora la valvola NR non garantisse la tenuta. In caso di eccessiva contropressione, si alzerà il livello del  PVB e del DWS (ove la valvola NR sia guasta). Quando il gas spingerà il fluido in alto, traboccherà al livello MAX ed il livello dell'acqua nel DWS si attesterà anchesso sul livello MAX senza possibilità di ulteriori risalite e disinnesco del sifone. Si garantisce così la sicurezza in caso di una improbabile, ma possibile eccezionale contropressione.

Pressure vacuum breaker
Anche il PVBseal è soggetto a visita dei Registri di classifica. E' opportuno evidenziaew la data dell'ultima visita mediante una marcatura sull'esterno dell'involucro.
PVB
Dettaglio della specola di controllo del livello del liquido all'interno del PVB
PVB
Esalatore munito di rete parascintille.
Mast riser  (vedasi galleria)
è l'ultimo elemento in linea dell'impianto di gas inerte. Si tratta di un esalatore che scaricherà il gas inerte in atmosfera durante la caricazione. deve essere posto il più lontano possibile dalla zona sicura e scarica i gas in free flow. E' munito  di valvola   press-va (1400.-350) con by pass. L'elemeto dispersore deve essere posto ad un altezza non inferiore a 6 m. e per un raggio di 5m. non dovrà essere posto alcun alemento che possa provocare scariche elettriche.  Il valore di scatto della valvola per una petroliera, sarà di 1400 mm di colonna d'acqua. Il sistema, provvisto di schermi parafiamma,sarà dotato di un sistema di estinzione incendio, normalmente ad azoto.
Il mast riser consente di scaricare in free flow i vapori colletivizzati  delle petroliere, lontano dagli alloggi ed ad un altezza dal ponte non minore di 6 m., dakko scalandrone 4  m. e con un raggio libero alla base, da inneschi di 5m,
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