Prove di utilizzo dei sistemi CAFS in ambito industriale

Prove di utilizzo dei sistemi di spegnimento CAFS in ambito industriale presso il petrolchimico di Ferrara

Una collaborazione tra il Comando Provinciale Vigili del Fuoco di Trento e IFM Ferrara S.C.p.A.

Scopo della sperimentazione

Scopo dei test è verificare se i sistemi CAFS sono idonei ad essere utilizzati in ambito industriale per mitigare gli effetti di spandimenti e/o incendi di alcuni prodotti che sono presenti presso il petrolchimico. Queste sostanze dal momento che circolano anche sulle strade potrebbero rappresentare un problema anche fuori dal sedime industriale se coinvolte in un sinistro stradale:

  • Sostanze piroforiche;
  • Prodotti che a contatto con l’aria e l’acqua reagiscono violentemente sviluppando gas tossici e/o infiammabili;
  • Solventi infiammabili.

Da una ricerca in rete e dopo aver contattato personalmente alcuni utilizzatori di sistemi CAFS, incontrati in occasione del simposio iCAFS (https://icafs.com/) si può ipotizzare che alcune di queste sostanze non sono mai state testate utilizzando dei CAFS.

Caratteristiche delle sostanze utilizzate

Diethylaluminum Chloride (DEAC)

Il DEAC è un liquido piroforico. È un composto organico altamente pericoloso (C4H10AlC) che sviluppa vapori che sono più pesanti dell’aria (4,2). Quando è disciolto in esano è un liquido incolore.

Essendo  estremamente infiammabile deve essere tenuto lontano da scintille, fiamme o qualsiasi fonte di ignizione conservandolo in un contenitore di acciaio chiuso ermeticamente stoccato in un locale fresco ed asciutto dove le temperature e le pressioni non subiscono oscillazioni. In caso di fuoriuscita si devono eliminare le fonti di ignizione ed impedire che l’acqua possa entrarvi in contatto, ricoprendo la perdita con terra asciutta, sabbia o vermiculite. La sostanza è così reattiva con l’acqua che potrebbe incendiarsi a contatto con l’umidità presente nell’aria. I vapori possono diffondersi  e incendiarsi se in presenza d’innesco. L’incendio conseguente genera gas tossici se inalati.

In caso d’incendio per lo spegnimento utilizzare schiuma, polvere chimica o CO2, tenendo in considerazione che il composto può riaccendersi dopo l’estinzione a causa della sua elevata reattività. L’acqua non deve mai essere usata per spegnere le fiamme, poiché favorisce una reazione violenta.

 

Informazioni sulle proprietà fisiche e chimiche fondamentali:

  • Forma fisica: Soluzione liquida;
  • Solubilità in acqua: reagisce violentemente;
  • Colore: incolore;
  • Punto d’infiammabilità: −22°C
  • Densità: 0.7110g/mL

Video 1: Reazione del DEAC quando entra in contatto con l’acqua (fonte Youtube).

Titanium tetrachloride TiCl4

Il tetracloruro di titanio è un composto inorganico con formula TiCl4. Il TiCl4 è un acido di Lewis forte, esplosivo con acqua  con rilascio di HCl. Viene utilizzato come catalizzatore di polimerizzazione.

Il TiCl4 è un liquido volatile. A contatto con l’aria umida forma grandi nubi di biossido di titanio (TiO2) e cloruro di idrogeno. I pericoli derivanti dal tetracloruro di titanio derivano generalmente dal rilascio di cloruro di idrogeno (HCl).  Il tetracloruro di titanio è altamente irritante per la pelle, gli occhi, le mucose e il tratto respiratorio nell’uomo. L’HCL presenta un TLV-C  pari a 2 ppm. A titolo di esempio il Monossido di carbonio ha un TLV-C di 200 ppm.

Informazioni sulle proprietà fisiche e chimiche fondamentali:

  • Stato fisico: liquido;
  • Colore: giallo chiaro;
  • Odore: pungente;
  • Soglia olfattiva: nessuna informazione disponibile;
  • Densità di vapore relativa: 6,55.

    Video 2: fuoriuscita di vapori all’apertura di un barattolo di TiCL4 (fonte: Youtube)

Isoesano C6H14

L’isoesano è un alcano costituito da 6 atomi di carbonio a cui sono legati 14 atomi di idrogeno. È un solvente molto importante. È utilizzato nelle reazioni che coinvolgono basi molto forti. A temperatura e pressione ambiente si presenta come un liquido incolore dall’odore di benzina, di cui è un costituente importante, ed è quasi immiscibile con l’acqua. È un composto estremamente infiammabile, irritante, nocivo, pericoloso per l’ambiente e tossico per il sistema riproduttivo.

Informazioni sulle proprietà fisiche e chimiche fondamentali:

  • Stato fisico: liquido;
  • Colore: incolore;
  • Odore di: Benzina;
  • Soglia olfattiva; Non ci sono dati disponibili;
  • Densità 0,66 g/cm³ a 20 °C;
  • Densità di vapore 2,79 (aria = 1);
  • Temperatura di infiammabilità:  −22 °C (251 K);
  • Temperatura di autoignizione:  240 °C (513 K);
  • Campo di infiammabilità:  1,0 – 8.1 vol %.

 

Elenco delle prove

Da un confronto tra le parti è stata stabilita una sequenza di test che sono stati realizzati in data 27 settembre 2018 presso il campo prove del petrolchimico di Ferrara. Le prove sono state realizzate con le seguenti sostanze nelle quantità indicate nell’elenco sottostante:

  1. DEAC:

a) 1 prova con 5 kg di DEAC (prova nr 1).

2. Titanium tetrachloride TiCl4:

a) 2 prove con ciascuna due litri di TiCL4 (prova nr 2 e 3).

3. Isoesano C6H14:

a) 2 prove con ciascuna 200 litri di esano (prova nr 4 e 5).

4. Protezione di un serbatoio con schiuma secca:

a) 1 prova a secco (prova nr 6).

 

Prova Tipologia sostanza Quantità Rapporto Espansione Schiumogeno Oneseven B-AR Quantità acqua in litri Quantità schiuma litri Sistema CAFS e mandata d’attacco
1 DEAC 5 kg supersecca 1 % 242 3 Oneseven

Ø 70 mm

2 TiCl4 2 l supersecca 1 % 87 1

Oneseven

Ø 70 mm

3 TiCl4 2 l supersecca 1 % 306 3

Rosenbauer

Ø 45 mm

4 Isoesano 500 bagnata 0,6 % 434 3

Rosenbauer

Ø 45 mm

5 Isoesano 500 bagnata 0,6 % n.a. n.a.

Rosenbauer

Ø 45 mm

6 Copertura cisterna n.a. secca 0,6 % n.a. n.a.

Rosenbauer

Ø 45 mm

Tabella 1: Elenco dettagliato delle prove eseguite

 

Caratteristiche dei sistemi CAFS e dello schiumogeno utilizzati

Sono stati utilizzati due mezzi dotati di sistema CAFS entrambi in dotazione al Corpo Permanente di Trento.

  1. APS Scania Rosenbauer (2003);

Figura 1: APS Scania Rosenbauer VF Trento (Fonte VF Trento)

 

Tabella 2: Portate ed autonomia d’intervento APS Scania Rosenbauer (Luca Parisi)

2. ABP Man Gimaex (2013).

Figura 2 : ABP Man Gimaex VF Trento (fonte Gimaex)

 

Tabella 3: Portate ed autonomia d’intervento ABP Man Gimaex (Luca Parisi)

Caratteristiche dello schiumogeno

Oneseven AFFF B-AR

  • Synthetic Newtonian Aqueous Film Forming Foam;
  • Concentrazione d’uso 0,6 %;
  • tempo di drenaggio >3´;
  • Scadenza, dopo  20-25 anni.

 

Esecuzione delle prove

Modalità di erogazione e parametri della schiuma CAFS

Per le prove da 1 a 3 (DEAC e TiCl4) la schiuma ha un rapporto di espansione (RE) supersecca con concentrazione dello schiumogeno 1 %. Per le prove 4 e 5 rapporto di espansione schiuma bagnata e 0,6% schiumogeno mentre per la prova nr 6 rapporto di espansione schiuma secca e 0,6% schiumogeno;

La modalità di applicazione delle schiuma supersecca prevede di puntare con la lancia immediatamente all’esterno del contenitore. In questo modo la coltre che si va formando viene sospinta in avanti dalla schiuma stessa. Applicare la schiuma con questa tecnica fa si che la schiuma scivoli al di sopra del liquido con la massima delicatezza.

L’applicazione della schiuma bagnata avviene in modalità diretta.  L’unica accortezza è quella di evitare getti che entrino nel liquido causando degli spandimenti.

L’applicazione della schiuma secca per la protezione dal calore radiante avviene con applicazione dolce. L’operatore si posiziona ad una distanza tale che la schiuma arrivi già in fase discendente avendo già perso gran parte dell’energia prima di colpire la superficie del serbatoio.

Risultati prove

Avvertenza sulle difficoltà incontrate.

Vi sono delle criticità nella raccolta dei dati e nei parametri iniziali:

  • Le prove ed i test effettuati non sono stati realizzati con un metodo scientifico;
  • I test non sono stati riprodotti più volte al fine di verificare la ripetitiva dei dati;
  • Le misurazioni dei contenitori, delle quantità di estinguente e di alcuni dei prodotti coinvolti hanno un margine di approssimazione variabile;
  • I team che hanno effettuato le prove sono stati due. Uno dei quali non aveva esperienze precedenti con i sistemi CAFS;

Si può per contro affermare che:

Le prove effettuate, l’elaborazione  e l’interpretazione dei dati sono state realizzati con la massima onesta intellettuale.

 

Diethylaluminum Chloride (DEAC)

La prova nr 1 è effettuata facendo fuoriuscire del DEAC in una vasca in cemento aperta su di un lato, contenente un recipiente metallico delle dimensioni approssimative di 1×1 mt. Il DEAC (5 kg) è stoccato all’interno di un recipiente in pressione (bombola metallica). La sostanza è spinta all’esterno per effetto dell’azoto che mettendo in pressione il recipiente lo spinge all’esterno. Una volta aperto il contenitore, il liquido fluisce all’esterno attraverso una sottile tubazione metallica.

Figura 3: recipiente contenente il DEAC utilizzato per la prova nr 1 (Foto VF Trento)

Solitamente le perdite di DEAC vengono affrontate ricoprendo lo sversamento con sabbia e/o vermiculite. In questo modo si evita che la reazione esotermica generata dal contatto con l’umidità dell’aria possa innescare altri materiali combustibili presenti. Così facendo però il prodotto resta ancora attivo rappresentando ancora un potenziale pericolo. Questo perché non è in atto la reazione esotermica che lo consuma;

Scopo della prova con CAFS secco è di verificare se il basso tenore d’acqua della schiuma unito alla consistenza della schiuma è in grado di contenere la reazione evitando la propagazione.

Video 3: prova nr 1. Copertura di uno spandimento di DEAC con CAFS (Foto: VF Trento)

Prova numero 1

Nello svolgimento della prova la bombola contenente la sostanza è stata chiusa e riaperta due volte. Più precisamente aperta al minuto 00.0,1 chiusa al 00.58, riaperta al 01.26 e richiusa al 02.10 e aperta definitivamente al 03.07 fino ad esaurimento.

Questo spiega perché apparentemente in certi momenti vi sia la sparizione delle fiammate

Il test ha evidenziato che il DEAC reagisce con la schiuma CAFS con scoppi e fiammate.

Il contenuto d’acqua della schiuma CAFS, anche se in modalità supersecca, reagisce con il metallo organico favorendo una reazione esotermica.

La proiezione di fiamme e fumo durante la reazione rimane contenuta  e non si è riscontrato un fireball come avviene in presenza della sola acqua. I 5 kg di sostanza utilizzati si sono esauriti consumandosi completamente.

 

Titanium tetrachloride TiCl4

Le prove nr 2 e 3 sono realizzate in una vasca di cemento circolare del diametro di circa 2,5 mt con  all’interno un contenitore metallico delle dimensioni di 0,4 x 0,25 mt profondo 0,12 mt. Nella prova nr 2 il recipiente metallico è completamente asciutto per ridurre al minimo l’evaporazione del prodotto mentre nella prova nr 3 lo stesso presentava dell’acqua sul fondo prima della rottura della bocc.

La sostanza è contenuta in una boccia in vetro del volume di 2 litri che viene rotta permettendo di esporre il prodotto all’aria. Non appena il recipiente viene rotto il liquido incomincia ad emettere una grande quantità di vapori in atmosfera. L’obbiettivo delle prove è di verificare se in caso di spandimento di Titanium tetrachloride l’applicazione di schiuma CAFS permette di coprire lo spandimento evitando la dispersione dei vapori prodotti.

Nelle procedure di alcuni utilizzatori è previsto di realizzare un tappeto di schiuma a ME (Media Espansione) utilizzando uno schiumogeno denominato «Neutral Plus» prodotto dalla Bioex (http://www.bio-ex.com/images/Fiches_gamme/BioEx.Neutral_Anglais_Web.pdf). Il produttore indica una portata critica minima di 20 l/min∙mq.

Video 4: prova nr 2. Copertura di una pozza di TiCL4 con CAFS (Foto: VF Trento)

Prova numero 2

La prova numero 2 sul TCl4 ha consentito di coprire la vasca con uno strato di circa 10/15 cm di schiuma CAFS supersecca.

Dopo alcuni istanti che l’applicazione della schiuma è stata interrotta si è notato che in un punto localizzato i vapori bucavano la schiuma fuoriuscendo all’esterno. La successiva applicazione di schiuma interrompeva la fuoriuscita dei vapori.

 

Video 5: Vasca circolare contenente recipiente metallico per TiCL4 (Foto VF Trento)

 

Video 6: Prova nr 3, rottura ampolla contenente TiCL4 (Foto VF Trento)

Prova numero 3

La prova numero 3 sul TCl4 ha consentito di coprire la vasca con uno strato di circa 20/25 cm di schiuma CAFS supersecca. Dopo che l’applicazione della schiuma è stata interrotta non si notano vapori che buchino la schiuma fuoriuscendo all’esterno.

Lo strato di schiuma oltre che essere più spesso  del precedente risulta anche più omogeneo. La coltre di schiuma permane compatta impedendo l’evaporazione per un tempo significativo senza dover ripristinare il manto di schiuma.

 

Esano

La prova che ha coinvolto l’incendio dell’esano avviene all’interno di una vasca rettangolare delle misure approssimative di 10 mt x 3 mt.

L’esano viene versato all’interno della vasca manualmente prelevandolo da un tank. L’accensione avviene tramite un accenditore. Vi è un tempo di preaccensione di circa 30 secondi.

Video 7: Prova nr 4, poolfire di esano (Foto VF Trento)

Prova numero 4

La prova numero 4 consiste in un poolfire di esano. L’incendio è stato affrontato con una mandata CAFS  bagnato  Ø 45 mm, da una distanza di circa 10 mt;

Lo spegnimento del 90% delle fiamme è avvenuto in 40 sec;

Lo spegnimento totale vi è stato in 120 sec;

Acqua utilizzata: 434 litri;

Schiumogeno utilizzato: 3 litri.

 

Prova numero 5

Figura 4: prova nr 5, secondo tentativo poolfire di esano (Foto VF Trento)

La prova numero 5 consiste nella ripetizione della nr 4 (poolfire esano). Il test non si è potuto realizzare in quanto la copertura precedente con la schiuma ha impedito la riaccensione nonostante si sia provato a rimuovere lo strato di schiuma e si sia aggiunto nuovo combustibile.

Le caratteristiche dello schiumogeno utilizzato indicano una buona resistenza alla riaccensione secondo la norma EN 1568-3:

I: capacità di estinzione a getto diretto su idrocarburi;

B: resistenza alla riaccensione classificazione B tra A e D. Dove A è il migliore e D il peggiore.

 

Copertura di un serbatoio con schiuma CAFS

La prova numero 6 consiste nella copertura di un serbatoio metallico fuori terra a forma cilindrica. L’utilizzo della schiuma per la protezione di strutture dal calore radiante è uno delle azioni che più contraddistinguono il CAFS.

Il rapporto di espansione più indicato è la schiuma secca. Se la superficie presenta delle rugosità o è scabrosa la schiuma secca aderisce bene anche se in verticale (intonaco e legno). La schiuma CAFS secca è stata applicata con una mandata Ø 45 mm.

Video 8: prova nr 6, copertura di un serbatoio con CAFS secco (Fonte VF Trento)

Prova numero 6

La schiuma sulla verticale del serbatoio è ridiscesa dopo pochi istanti. Mentre la schiuma nella parte sommitale (meno verticale) è rimasta in posizione per alcuni minuti.

Il team alla lancia era al primo utilizzo assoluto di una mandata CAFS.

 

Riflessioni finali sulle evidenze emerse

A seguire alcune considerazioni sui test realizzati.

Diethylaluminum Chloride (DEAC)

L’utilizzo della schiuma CAFS in caso di perdita di DEAC attiva una reazione esotermica causata dal contenuto (seppur minimo) di acqua del CAFS. La reazione ha un intensità che è decisamente inferiore che  con applicazione della sola acqua o di schiumogeni NAFS (Normal Air Foam System). La coltre di schiuma CAFS che ricopre lo spandimento sembra in grado di contenere parzialmente e ridurre il rilascio d’energia della reazione.

Gli operatori vedono aumentata la propria sicurezza  in quanto l’applicazione avviene da una distanza maggiore che con altri sistemi di inertizzazione.

Al termine della prova il DEAC risulta completamente consumato.

 

Titanium tetrachloride TiCl4

La copertura di una pozza di TiCL4 con schiuma CAFS è in grado di impedire il rilascio di vapori. Affinché ciò venga assicurato lo strato a copertura deve avere uno spessore di almeno 20/25 cm. Anche in caso di evaporazione rapida a causa di un contenitore bagnato, la schiuma CAFS è in grado di contenere il rilascio di vapori.

La sicurezza del personale in intervento è maggiore che con altri sistemi di abbattimento e contenimento dei vapori (schiuma Media espansione) in quanto può avvenire ad una distanza maggiore (10/15 metri contro i 2/4 della schiuma in media espansione).

 

Esano

Il breve tempo di spegnimento del 90% delle fiamme riduce la possibilità di un effetto domino su altri impianti/strutture. L’impossibilità di riaccensione, nonostante il ripristino di nuovo combustibile, rende estremamente più sicura l’area per i soccorritori e riduce la quantità di scorte di schiumogeno necessarie per mantenere intatto il mantello di schiuma.

Un mantello di schiuma che si richiude velocemente anche se disturbato, limita il rilascio di vapori infiammabili dovuti alla temperatura del liquido molto al di sopra del proprio Flashpoint. Minor tempo di spegnimento implica avere strutture meno calde con minor probabilità di riaccensione.

 

Copertura di un serbatoio con schiuma CAFS

La schiuma secca del CAFS non rimane a sufficienza sulle pareti verticali di serbatoio in metallo cilindrico. L’applicazione dolce di schiuma secca rimane sulla parte sommitale del cilindro ma appena si raggiunge la verticalità ricade a terra a breve.

L’uso della schiuma al posto della sola acqua consente di ridurre la portata di flusso e di individuare più facilmente punti caldi e copertura. Se la superficie della struttura da proteggere fosse ruvida, il rivestimento ad intonaco di un edificio ad esempio, la schiuma rimarrebbe sulla superficie verticale per un tempo significativamente maggiore.

 

Proposte per il futuro

Alla luce dei risultati emersi e delle potenzialità che si sono riscontrate, sarebbe auspicabile ripetere i test. Al fine di raccogliere dati che possano rispondere alle esigenze delle squadre d’emergenza, le prove dovrebbero:

  • utilizzare un metodo scientifico nella raccolta dei dati;
  • prendere in esame quantità maggiori di sostanze da testare;
  • diversificare le tipologie di schiumogeno utilizzate;

Ringraziamenti

Si desidera ringraziare per l’ottima collaborazione e le sinergie che si sono evidenziate:

  • IFM Ferrara S.C.p.A;
  • Comando Provinciale Vigili del Fuoco di Trento;
  • Comando Provinciale Vigili del Fuoco di Ferrara;
  • Eni Versalis;
  • Basell Poliolefine Italia Spa.

Schiume antincendio e sistemi CAFS caratteristiche e modalità d’uso.

L’11 ed il 12 di ottobre si è tenuto presso il Comando provinciale dei Vigili del Fuoco di Brescia un seminario dal titolo: Utilizzo delle schiume antincendio.

Il tutto organizzato dal Comando di Brescia con il placet del Capo del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco che ha altresì delegato il personale del Centro di Documentazione del Piemonte di redigere i documenti filmati che potranno essere utilizzati dalla Direzione Centrale della Formazione.

Il comando di Trento ha risposto positivamente alla richiesta di inviare due rappresentanti per fare da relatori e portare la propra esperienza.

Il seminario ha visto il ripetersi nei due giorni dello stesso programma al fine di favorire la partecipazione del maggior numero  possibile di personale operativo con l’aggiunta, nella sola giornata di giovedì 12 ottobre, di un momento di confronto dedicato ai  Funzionari..

Da sottolineare la presenza di rappresentanti dei Comandi della Lombardia che hanno favorevolmente risposto all’invito.

Qui sotto la presentazione utilizzata durante il seminario. e un piccolo estratto video (grazie al cs Mauro Lai per la ripresa video) ed un foglio di calcolo con impostate le formule per il calcolo del concentrato schiumogeno in funzione delle portate critiche e delle dimensioni dell’incendio.

 

 

 

https://luparisi.files.wordpress.com/2017/10/calcolo-consumi-schiumogeni.xlsx

 

Programma di ricerca Promesis (prima parte)

Premessa

Durante gli incendi al chiuso gli edifici limitano gli scambi tra i compartimenti dove si sta sviluppando l’incendio e l’ambiente circostante. A causa di questo si vengono a creare, tra le altre cose, due fenomeni:

  1. Produzione di grandi quantità di fumi dovuti alla combustione ma anche dalla degradazione termica dei combustibili;
  2. Scarso scambio termico con l’esterno.

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1. Il fumo è un insieme complesso composto da una quantità variabile di gas, vapori e composti solidi incombusti del combustibile. Esso tende a muoversi all’interno delle strutture seguendo le leggi della fisica (1: causa la minore densità un fluido caldo va verso l’alto, 2: causa della pressione che tende ad equilibrarsi). All’interno di un compartimento  vi rimane intrappolato creando quindi una situazione instabile. Il fumo è un pericoloso propagatore dell’incendio e deve essere trattato come un elemento estremamente pericoloso.

2. A causa dello scarso scambio termico con l’esterno vi è un innalzamento dell’energia “potenziale” all’interno del compartimento.

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Programma di ricerca

Sulla base delle considerazioni in premessa e in una  prospettiva di progresso e di miglioramento della lotta all’incendio, l’Agenzia nazionale Francese per l’energia atomica CEA, e la ditta Gimaex hanno sviluppato in partnership un programma di ricerca per la studio dei metodi di spegnimento in compartimenti chiusi il cui nome è PROMESIS.  PROMESIS è un acronimo che sta per: Programme de Recherche sur l’Optimisation des Moyens Extincteurs pour la Suppression des Incendies en Structures  (programma di ricerca per lo studio dei mezzi estinguenti più idonei per gli incendi al chiuso).

Il programma di ricerca è stato sviluppato per avere ricadute positive per quanto riguarda la sicurezza degli operatori sia all’interno di impianti industriali che per quanto riguarda l’incendio civile, che con il passare del tempo, causa il miglioramento delle tecniche costruttive,  si avvicina sempre più ad un incendio di compartimento chiuso. Su queste basi, nel settembre del 2007,  nasceva il progetto di ricerca PROMESIS. La sede venne stabilita a Rouanne.

I partners

Nel corso dei primi incontri informativi ci si rese conto che un progetto di questa portata non era mai stato sviluppato nel passato. Grazie alle molteplici possibilità possedute dalla struttura sviluppata per le ricerche, venne stabilito di monitorare anche le condizioni di lavoro degli operatori durante le operazioni di spegnimento. I partners principali vennero ricercati tra i produttori leader del settore, centri di ricerca universitari,  e vigili del fuoco professionisti.

La definizione dei test

La struttura del campo prove e la definizione dei parametri ritenuti interessanti sono stati definiti di comune accordo dagli attori principali. Il layout del sistema è stato pensato in maniera tale da poter essere implementato e modificato in base all’esperienza che si andava maturando.

Il simulatore S.E.R.A.F.IN 

Campo prove SERAFIN. Al fine di rendere riproducibili gli esperimenti è stata posta molta attenzione nello sviluppo dello strato isolante delle pareti dei container.

Campo prove SERAFIN. Al fine di rendere riproducibili gli esperimenti è stata posta molta attenzione nello sviluppo dello strato isolante delle pareti dei container.

SERAFIN è un acronimo che sta per: Structure d’Etude, de Recherche et d’Attaque sur Feux Instrumentés  (simulatore per lo studio e la ricerca sulle operazioni di attacco all’incendio).

Il simulatore è una combinazione di container di tipo marino di varie dimensioni collegati uno all’altro per formare una struttura complessa. Il tetto di un container da 40′ (12 m) è stato rimosso per una lunghezza di 6 m. Un container  da 20′, a cui precedentemente era stato tolto il pavimento, è stato posizionato al di sopra dell’apertura creatasi in precedenza. È stato così predisposto uno spazio alto 5 m, all’interno del quale  durante i test si ottiene l’accumulo di grandi quantità di gas di combustione. Questi gas spostandosi verso il soffitto e successivamente  muovendosi in direzione della porta posteriore del container inferiore, creano delle condizioni limite per gli operatori. La camera di combustione è posta in un ulteriore container posizionato trasversalmente rispetto ai primi due. Per ragioni di sicurezza il terzo container è posizionato su dei supporti che lo tengono sollevato di circa mezzo metro rispetto al container inferiore.

I gas di combustione si muovono attraverso un’apertura che mette in comunicazione la camera di combustione con il container superiore. Grazie a questo è possibile avere un incendio protetto che non sarà raggiunto direttamente dai getti e potrà essere utilizzato durante l’intero sviluppo della prova. Gli operatori saranno così a contatto con i soli gas sviluppati dall’incendio e non con il combustibile che lo ha originato.

serafin 2Una grande apertura nel tetto controllata da remoto permette una ventilazione immediata in caso di emergenza all’interno del container dove operano gli addetti. Alcuni flaps montati lateralmente permettono la regolazione dell’altezza dei livelli dei gas garantendo l’esatta riproducibilità dei test. Uno speciale strato isolante, appositamente studiato, garantisce un minimo dispendio di calore verso l’esterno attraverso le pareti dei container.

Grazie al layout del sistema è possibile riprodurre fino a 30 scenari incidentali possibili.

Grazie al layout del sistema è possibile riprodurre fino a 30 scenari incidentali possibili.

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Strumenti di misurazione e punti di osservazione

SERAFIN è stato dotato di 225 termocoppie in grado di documentare la temperatura esatta. In prossimità del pavimento sono stati posizionati tre flussimetri. Grazie a questi è possibile registrare i movimenti dei gas all’interno dei container. Sono stati inoltre installati strumenti in grado di registrare umidità e pressione nonché  immagini video e termografiche.

Disposizione sensori.La particolare e capillare disposizione permette di rilevare i dati in 3D.

Disposizione dei sensori.La particolare e capillare disposizione permette di rilevare i dati in 3D.

Svolgimento dei test.

Il fuoco

Per ogni test è stato utilizzato un focolare standard generante un energia di 4 MW. Il combustibile è composto da pallets di legno. La scelta è ricaduta sui pallets in quanto vi sono molte prove documentate con questo combustibile. Il peso e l’umidità del combustibile è il medesimo per ogni prova.

carico d'incendio

I gas di combustione

La dinamica dei gas di combustione è mantenuta simile per tutte le prove grazie al fatto che i parametri sono costanti (potere calorifico del combustibile, scambio di calore con l’esterno e flussi governabili all’interno del container). Il gas accumulato nella parte superiore del container più alto sarà utilizzato come riserva e permetterà di verificare gli effetti estinguenti dei getti effettuati anche da distanze maggiori. Grazie ai parametri misurati istantaneamente sarà possibile determinare quale l’agente estinguente più efficace.

Gli agenti estinguenti

Saranno testati i seguenti agenti estinguenti:

  • Acqua, portata 500 l/min, media pressione;
  • Acqua, portata 150 l/min, media pressione;
  • Acqua, portata 50 l/min, media pressione;
  • polveri speciali;
  • acqua e schiumogeno classe A;
  • sistemi CAFS;
  • sistemi acqua alta pressione;
  • sistemi definiti come “cutting extinguisher”.

Le tattiche d’attacco all’incendio

I team d’attacco (in seguito definiti Oscar) utilizzano le metodologie d’attacco conosciute dagli operatori e comunque in accordo con le direttive dei produttori del sistema estinguente in uso.

Parametri monitorati concernenti il processo d’estinzione

Sono esaminati e documentati i seguenti parametri:

  • capacità di raffreddamento dei vari agenti estinguenti;
  • quantità utilizzata dell’agente estinguente in uso;
  • quantità degli eventuali additivi;
  • quantità dell’eventuale acqua residua sul pavimento;
  • sequenza delle temperature all’interno della struttura durante lo spegnimento;
  • variazioni di pressione all’interno del Serafin;
  • condizioni  metereologiche;
  • tempistica delle prove, inizio durata e fine;
  • efficacia delle tecniche d’attacco;
  • maneggevolezza ed ergonomia dei vari sistemi estinguenti utilizzati.

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Team per l’attacco all’incendio (Oscar)

Biometria

Diverse sonde di misura sono posizionate sugli operatori in intervento. Esse sono in grado di misurare lo stress fisico durante le operazioni di spegnimento. Gli operatori saranno sotto stretta sorveglianza medica. I risultati saranno parte integrante della pubblicazione scientifica che verrà prodotta a fine delle campagne di ricerca.

L’obbiettivo dei test è di raggiungere dei risultati che siano conseguibili non solo da membri di squadre super specializzate, ma anche da vigili del fuoco operativi con idonea formazione. Per soddisfare tale scopo i team d’attacco sono composti da vigili del fuoco e da ricercatori operanti nel campo dell’antincendio. Tutti gli operatori sono stati formati in Lussemburgo in maniera da raggiungere tutti il medesimo livello di preparazione. Il Lussemburgo è stato scelto grazie alla sua posizione geografica e per la diffusione dei sistemi di spegnimento CAFS e ad alta pressione. L’istruttore nelle tecniche di attacco con alta pressione è  Paul Grimwood (istruttore di fama mondiale e autore di alcuni best seller nell’ambito dell’antincendio). La formazione per i sistemi CAFS è stata tenuta dagli istruttori dell’East Sussex Fire & Rescue Service.  Un’importante caratteristica che contraddistingue i membri delle squadre d’attacco è che devono essere in grado di scoprire, osservare e interpretare i fatti che emergono durante le prove.

Finalità e scopi del programma PROMESIS

Lo scopo è quello di documentare il comportamento degli agenti estinguenti utilizzati e delle tattiche messe in atto, durante il raffreddamento dei gas caldi nelle fasi precedenti un flashover. Le ricadute pratiche delle ricerche possono essere sommariamente elencate:

  • determinare quale agente estinguente è più efficace in questa tipologia di incendi;
  • determinare quale metodo d’attacco all’incendio è più conservativo per quanto riguarda la sicurezza degli operatori;
  • affinare  le tecniche d’attacco e le metodologie di spegnimento;
  • definizione di nuove linee guida.

Finanziamento.

I costi notevoli del programma di sviluppo sono sostenuti dai singoli partner e dall’OSEO. OSEO è un ente pubblico francese che sostiene e assicura i finanziamenti alle aziende che sono disposte ad investire in ricerca.

Pubblicazione dei risultati.

I risultati saranno resi pubblici tramite l’ENSOSP.  ENSOSP è un istituzione neutrale riconosciuta per la sua grande esperienza e capacità pedagogica. Questo permette di garantire la massima diffusione dei dati, in maniera tale che il maggior numero possibile di addetti ai lavori possa trarre vantaggio dai risultati conseguiti.

Genesi del progetto

Le centrali nucleari sono degli ambienti che devono, per quanto possibile, essere isolati dall’esterno. Questa compartimentazione estrema è garanzia di protezione dell’ambiente circostante in caso di problemi (fuga di materiale contaminato) che si dovessero verificare all’interno dell’impianto. La protezione è affidata a spessori di muratura notevoli per quanto riguarda la possibile emissione di raggi gamma del combustibile nucleare e da filtri posti sugli impianti di trattamento dell’aria, per la protezione da possibili dispersioni di aeriformi contaminati.

In caso d’incendio in questa tipologia di strutture si presentano delle problematiche di difficile soluzione:

  • la sicurezza degli operatori. Se fosse possibile intervenire con impianti fissi o dall’esterno del compartimento essa aumenterebbe in maniera esponenziale;
  • l’acqua usata per lo spegnimento deve essere raccolta e non dispersa nell’ambiente per evitare possibili contaminazioni;
  • l’incendio è quasi sicuramente regolato dal comburente dal momento che siamo in compartimenti chiusi;
  • le pressioni, positive o negative, legate all’incendio e allo spegnimento mettono in crisi l’impianto di trattamento dell’aria.

In virtù di queste considerazione, l’ente per l’energia atomica francese ha deciso di sviluppare un progetto di ricerca volto ad individuare il miglior agente estinguente, per interventi in caso di incendi regolati dal comburente nei propri impianti nucleari. Il progetto iniziale si è prefisso due obbiettivi iniziali:

  1. la salvaguardia degli operatori in questa tipologia di interventi;
  2. impianti stazionari d’estinzione.

In seguito all’individuazione dei partner e al via della fase operativa si decise di concentrarsi inizialmente sul punto 1 (la salvaguardia degli operatori in questa tipologia di interventi).

Problematiche riscontrate negli incendi in impianti nucleari

loss of pressure

Variazione di pressione:

  • i locali sono isolati e chiusi;
  • le pareti sono resistenti al fuoco;
  • la ventilazione è assente;
  • un aumento della temperatura si traduce in un aumento di pressione.

Una completa chiusura del locale porta ad un aumento della pressione sulle pareti e alla perdita del confinamento.

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rischio riaccensione1Rischio elevato di riaccensione. Dal momento che l’ossigeno disponibile è limitato dalla scarsa ventilazione vi è una combustione incompleta con conseguente produzione di gas caldi infiammabili. La riaccensione può avvenire come conseguenza dell’apertura di una porta nel punto dove vi è una corretta diluizione dei gas.

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equipment function limitLimiti di funzionamento dell’equipaggiamento.
In un compartimento non è sempre possibile separare il materiale combustibile dai presidi di sicurezza. Anche se non sono direttamente coinvolti dalle fiamme essi soffrono a causa degli effetti indiretti di:
•    temperatura;
•    calore radiante;
•    prodotti incombusti.

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radioactive materials

Materiale contaminato radioattivo che potrebbe essere spinto all’esterno.

I moti convettivi del fumo possono disperdere nell’ambiente del materiale contaminato. Una parte di esso ricadrà al suolo la restante entrerà nell’impianto di condizionamento e filtraggio dell’aria. Un’azione di spegnimento errata può  creare delle falle nel sistema di filtraggio dell’aria.

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risk of water

Rischio di incidenti rilevanti in caso di uso dell’acqua . L’introduzione di acqua in determinati compartimenti potrebbe modificarne le condizioni di equilibrio, il combustibile nucleare potrebbe avere reazioni incontrollate dando inizio ad una reazione a catena.

L’esigenza: identificare dei sistemi estinguenti che limitino l’uso dell’acqua.

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loss of confinement

L’intervento diretto nei compartimenti comporta la perdita del confinamento. La necessità di aprire delle porte per poter intervenire all’interno è causa della perdita dell’isolamento dall’esterno del compartimento.

L’esigenza: identificare dei sistemi estinguenti in grado di permettere l’intervento dall’esterno.

Problematiche riscontrate nell’incendio civile

Alcune problematiche riscontrate negli impianti nucleari  si possono trovare anche negli incendi civili:

  • l’isolamento realizzato per il risparmio energetico che permette un bassissimo scambio termico verso l’esterno in caso d’incendio;
  • i materiali che sono all’interno delle abitazioni e che si decompongono molto facilmente sotto l’effetto delle temperature;
  • le aperture, porte e finestre, hanno una resistenza maggiore alla temperatura rispetto al passato;
  • con incendi sottoventilati vi è un ingente produzione di gas infiammabili;
  • vi è l’obbligo di limitare l’uso dell’acqua al fine di non aumentare i danni collaterali.

Quali dati si possono ricavare dalle prove strumentali?

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In questo grafico è riportata la temp media di tutti i sensori. La procedura ha inizio quando la temperatura ha raggiunto circa 300 °C.

In questo grafico è riportata la temperatura media di tutti i sensori. La procedura ha inizio quando la temperatura ha raggiunto circa 300 °C.

Durante i test molti colpi di lancia vengono effettuati in direzione degli strati di gas combustibili. Dopo ogni impulso vengono registrate le variazioni di temperatura.

Durante i tests molti colpi di lancia vengono effettuati all’interno dei gas combustibili. Dopo ogni impulso vengono registrate le variazioni di temperatura.

Pressione. Per ogni impulso vengono rilevate le variazioni di pressione all’interno del compartimento.

Pressione. Per ogni impulso vengono rilevate le variazioni di pressione all’interno del compartimento.

Angolo di apertura delle porte.  Per ogni prova l’angolo di apertura della porta è monitorato. Inoltre viene registrata anche la posizione nel locale e il tempo di permanenza dei team d’attacco.

Angolo di apertura delle porte. Per ogni prova l’angolo di apertura della porta è monitorato. Inoltre viene registrata anche la posizione al’interno del locale e il tempo di permanenza dei team d’attacco.

Flussi di calore.  Due sensori misuranti il flusso di energia, posizionati nella parte bassa della struttura, mostrano l’evoluzione del flusso nel corso dei test. Sono posizionati in maniera tale da non poter essere colpiti direttamente dagli agenti estinguenti.

Flussi di calore. Due sensori misuranti il flusso di energia, posizionati nella parte bassa della struttura, mostrano l’evoluzione del flusso nel corso dei test. Sono posizionati in maniera tale da non poter essere colpiti direttamente dagli agenti estinguenti.

Analisi degli effetti per ogni impulso.  Per ogni colpo di lancia viene fatta un analisi completa delle temperature. Il tempo 0 corrisponde all’impulso, vengono analizzate le variazioni di temperatura corrispondenti ai 5 sec precedenti e ai 40 sec seguenti. Le temperature registrate sono la media di tutti i sensori presenti nel compartimento.

Analisi degli effetti per ogni impulso. Per ogni colpo di lancia viene fatta un analisi completa delle temperature. Il tempo 0 (zero) corrisponde all’impulso. Vengono analizzate le variazioni di temperatura corrispondenti ai 5 sec precedenti e ai 40 sec seguenti. Le temperature registrate sono la media di tutti i sensori presenti nel compartimento.

Distribuzione temperature.  La termografia mostra la temperatura assoluta all’interno del compartimento. Questo mostra la distribuzione del calore che porta alla temperatura media mostrata nel grafico precedente.

Distribuzione temperature. La termografia mostra la temperatura all’interno del compartimento.

Variazioni di temperatura a seguito dei colpi di lancia.  La termografia mostra la variazione della temperatura nella stanza. Questo visualizza l'effetto di raffreddamento di ogni singolo impulso.

Variazioni di temperatura a seguito dei colpi di lancia. La termografia mostra la variazione della temperatura nella stanza. Questo visualizza l’effetto di raffreddamento di ogni singolo impulso.

Un grafico 3D illustra l'evoluzione degli effetti di raffreddamento per un periodo di 45 sec. Risultano evidenti le zone interessate maggiormente dagli effetti del raffreddamento.

Un grafico 3D illustra l’evoluzione degli effetti di raffreddamento per un periodo di 45 sec. Risultano evidenti le zone interessate maggiormente dagli effetti del raffreddamento.

Quantità in volume interessata dalle variazioni di temperatura.  Il grafico 3D mostra la variazione della temperatura del volume del compartimento durante gli impulsi. L’asse delle X mostra il tempo, l’asse delle Y mostra le variazioni di temperatura e i numeri nel grafico mostrano i volumi interessati dalle variazioni in quell’istante.

Quantità in volume interessata dalle variazioni di temperatura. Il grafico 3D mostra la variazione della temperatura del volume del compartimento durante gli impulsi. L’asse delle X mostra il tempo, l’asse delle Y mostra le variazioni di temperatura e i numeri nel grafico mostrano i volumi interessati dalle variazioni in quell’istante.

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Nel prossimo post si esamineranno i risultati ottenuti.

nda.  È doveroso ricordare che i dati, le foto, i grafici e le tabelle relative al programma di ricerca PROMESIS sono state gentilmente fornite  dal Dr Dirk Schmitz.

Luca