Il Gas liquefatto può esplodere in più modi

di Francesco Cappello

B.L.E.V.E. boiling liquid expanding vapor explosion [Esplosione del vapore sviluppato dal liquido bollente] – VCE Vapour Cloud Explosion [Esplosione di nube di vapore]

Un’esplosione è una trasformazione chimica o fisica che rilascia tantissima energia in breve tempo; il rilascio è associato a repentino aumento di volume. Allo stesso tempo un’esplosione non è una palla di fuoco. Si tratta piuttosto di un’improvvisa espansione di volume in cui l’energia viene trasmessa verso l’esterno come un’onda d’urto. Le palle di fuoco non creano onde d’urto.

Sono quattro le principali modalità esplosive che preoccupano gli operatori di vari tipologie di impianti industriali. Il primo è la detonazione (1) di un esplosivo. Si tratta in genere di composti che contengono un ossidante come parte della composizione molecolare, ed è la decomposizione improvvisa e catastrofica di questi composti in gas a creare l’esplosione. Si pensi, ad esempio al nitrato di ammonio e all’ossido di etilene. Il primo è un solido bianco che può essere altamente esplosivo, il secondo è un gas altamente infiammabile e reattivo che viene utilizzato come agente di sterilizzazione in ambiente industriale. È noto per la sua pericolosità quando è in contatto con materiali incompatibili. La reazione tra i due produce una reazione di tipo esotermico, in cui viene rilasciata energia sotto forma di calore.

Gli altri tre tipi di rischi di esplosione sono molto più generali. Si tratta di esplosioni di recipienti a pressione (PVE), esplosioni di vapori in espansione di liquidi bollenti (BLEVE) ed esplosioni di nubi di vapore (VCE) Vedi immagine seguente(2).

Gli impianti che trattano il Gas Naturale Liquefatto (GNL)(3), come gli impianti di liquefazione, gli impianti di rigassificazione, gli impianti di stoccaggio, il trasporto, sono associati a potenziali pericoli. Pertanto, navi, treni, autotreni, che trasportino GNL o che siano anche solo alimentati a GNL, affrontano rischi significativi.
Il GNL bolle già ad una temperatura compresa tra 157 e 166 gradi sotto lo zero. C’è un rischio legato ad un rilascio accidentale nell’ambiente circostante del GLN a temperatura criogenica da serbatoi e aree per lo stoccaggio, dai terminali di rigassificazione, nel corso di operazioni di trasbordo da navi gasiere a unità di rigassificazione, vettori autostradali e ferroviari adibiti al trasporto, navi, autotreni alimentati a GNL da rifornire.

Tra i tanti rischi connessi al GNL prendiamo qui in considerazione i rischi di BLEVE e VCE (4)

Mentre un BLEVE è un’esplosione derivante dall’improvvisa vaporizzazione di un liquido, un VCE è un’esplosione derivante dall’accensione di una nube di vapore infiammabile. La VCE, Vapour Cloud Explosion [Esplosione di nube di vapore], è, infatti, causata dal rilascio di gas o liquidi che formano una nube infiammabile in un’area congestionata o chiusa che si infiammano, provocando un’esplosione e un’onda di pressione. Vedi la nota (4) per una spiegazione più dettagliata delle due modalità esplosive.

In tanti potrebbero pensare che i rischi connessi al gas liquefatto riguardino solo alcune città portuali italiane e i gasdotti. Ebbene non è affatto così. Le grandi multinazionali, SPA dell’energia come ENI, SNAM, ecc. stanno mettendo a punto una vera e propria filiera del gas liquefatto che in parte mira al consumo di gas direttamente nella sua forma liquefatta. Al GPL (GPL significa Gas di Petrolio Liquefatto e i suoi componenti principali sono il propano e il butano) sta seguendo il GNL. La rigassificazione sarà, in questi casi, operata a valle non più a monte.

Small Scale LNG
Si definisce “Small Scale LNG” (o SSLNG) la modalità attraverso la quale il gas naturale viene gestito direttamente in forma liquida. Come vedremo il gas naturale resta in forma liquida e gestito da infrastrutture di stoccaggio che possono rifornire autocisterne, ISO-container, bettoline, shuttle, vagoni cisterna ferroviari, impianti di rifornimento di autoveicoli alimentati a GNL o a CNG (distributori carburante metano liquefatto compresso). Il GNL viene sempre più spesso utilizzato sia in ambito industriale sia in ambito civile anche in utenze off-grid, cioè non collegate al gasdotto nazionale, ma viene utilizzato anche per il trasporto marittimo e il trasporto stradale pesante (GNC). In ambito civile per mezzo di reti canalizzate, nei piccoli centri urbani e nelle aree residenziali.
Le conseguenze sono e saranno sempre più sotto i nostri occhi. A seguire l’esplosione di un Tir trasportante gas liquefatto sull’autostrada nei pressi di Bologna.

Nel precedente incidente (vedi video) coinvolgente presumibilmente un TIR usante come combustibile il gas liquefatto trasportante gas liquefatto (GPL), l’urto ha scatenato l’incendio che ha scaldato i serbatoi contenente gas liquefatto ed attivato il fenomeno del BLEVE ossia l’esplosione del serbatoio indebolito dal surriscaldamento della struttura sottoposto a pressurizzazione da parte del vapore da ebollizione del gas liquefatto. Malgrado si predispongano delle valvole di depressurizzazione l’esplosione in condizioni di surriscaldamento appare inevitabile. Vedi video seguenti.

Versamento di Gas naturale liquefatto lungo l’autostrada Pechino-Harbin

In quest’ultimo caso si sono verificate delle perdite di gas liquefatto (GNL) lungo l’autostrada Pechino-Harbin che hanno causato un grande incendio.
Il versamento è avvenuto in seguito al ribaltamento di un veicolo cisterna trasportante GNL.
Tre auto sono rimaste carbonizzate. due persone sono rimaste ferite.

Ed ecco infine una carrellata di incidenti esplosivi a cura di DiscoveryTV

Ascoltiamo ora la studentessa ed attivista, Kinjal Mody, contro i treni bomba trasportanti GNL negli USA che ci illustra “Come sarebbe un’esplosione di gas naturale liquefatto“.

A seguire la seconda parte di una conferenza sugli argomenti trattati in questa breve presentazione, visibile su youtube, all’indirizzo: https://youtu.be/PfUokw4XGcc?si=bS3bcRs1PhkLAQ3E

(1) La detonazione va distinta dalla deflagrazione. Nel primo caso il fronte di espansione della reazione viaggia a velocità supersonica. La detonazione si svolge in maniera generalmente incontrollabile. Nel secondo il fronte viaggia a velocità uguale o minore di quella del suono. In questo secondo caso la progressione “lenta” della reazione genera una spinta controllabile ed utilizzabile come nel caso delle armi da fuoco, nei razzi e in pirotecnica. Per approfondimenti vedi qui al paragrafo 2.

(2) L’immagine è tratta dalla presentazione della relazione “Rischi connessi al GNL per le diverse soluzioni di bunkering” a cura della dott.ssa Giorgia Morchio all’indirizzo seguente:
https://www.onthemosway.eu/wp-content/uploads/2020/12/MORCHIO.pdf

(3) Il GNL viene utilizzato sia in ambito industriale sia in ambito civile. In Italia le principali utenze sono quelle off-grid, cioè non collegate alla rete del metano, ma viene utilizzato anche per il trasporto marittimo e il trasporto stradale pesante. In ambito civile viene sfruttato attraverso le reti canalizzate, ideali per piccoli centri urbani e aree residenziali.

(4)  “I BLEVE sono forse le esplosioni di processo più fraintese. Ciò è esacerbato dall’errata caratterizzazione dei BLEVE da parte dell’EPA nella regola di pianificazione della gestione del rischio, 40 CFR 68. Un BLEVE è una forma specifica di PVE, in cui il contenuto del recipiente che esplode è un liquido ben al di sopra del suo normale punto di ebollizione.
Quando un liquido viene riscaldato, la sua pressione di vapore aumenta. Al normale punto di ebollizione del liquido, la sua pressione di vapore è uguale alla pressione atmosferica, quindi non c’è nulla che trattenga il vapore quando è esposto all’atmosfera. In un recipiente a pressione, tuttavia, l’aumento della temperatura aumenta la pressione del vapore, ma la pressione del recipiente mantiene il liquido materiale ben al di sopra del suo normale punto di ebollizione.
L’acqua ad una pressione di 60 psig (circa 4 atm), ad esempio, rimarrà liquida fino a 307°F (circa 153°C). Se un recipiente contenente acqua viene riscaldato a 307°F , la pressione aumenterà fino a 60 psig . Se questa è la pressione alla quale il recipiente si frantuma, esso rilascerà il liquido a 53°C sopra il suo normale punto di ebollizione di 212°F (100°C), il che significa che vorrà vaporizzare all’istante. Il volume dell’acqua liquida aumenta di un fattore pari a quasi 1700 quando vaporizza: ossi si verifica un’esplosione.
Perché si verifichi un BLEVE una sostanza deve essere mantenuta allo stato liquido in un recipiente a pressione ben al di sopra del suo normale punto di ebollizione. L’acqua in una caldaia può “blevvare” (sì, abbiamo trasformato quell’acronimo in un verbo!), così come qualsiasi gas liquefatto: ossigeno criogenico, azoto criogenico, gas naturale liquefatto (GNL), gas di petrolio liquefatto (GPL), propano, butano, eccetera.
Non c’è combustione o decomposizione in un BLEVE. Tuttavia, se il gas liquefatto è un liquido infiammabile, il BLEVE può portare a una VCE.
Mentre un BLEVE è un’esplosione derivante dall’improvvisa vaporizzazione di un liquido, un VCE è un’esplosione derivante dall’accensione di una nube di vapore infiammabile. Né l’acqua né l’azoto possono trovarsi in un VCE. Il GNL, il GPL, il propano, il butano e qualsiasi altro materiale infiammabile che può formare una miscela infiammabile con l’aria possono potenzialmente essere coinvolti in un VCE.
Questo è il motivo per cui OSHA e USEPA insistono affinché i VCE siano considerati il ​​caso peggiore di rilascio di materiali infiammabili nelle loro normative sulla gestione della sicurezza dei processi, anche se i VCE sono rari.
Affinché un materiale infiammabile possa essere coinvolto in un VCE, deve soddisfare i cinque requisiti del pentagono dell’esplosione: carburante, ossidante, fonte di accensione, dispersione e confinamento. Il carburante è abbastanza semplice: il materiale infiammabile è il carburante. Se il materiale viene rilasciato nell’atmosfera, l’aria funge da ossidante. L’accensione può provenire da molte fonti. È la mancanza di dispersione e confinamento che impedisce alla maggior parte dei rilasci di materiali infiammabili di esplodere nei VCE.
I materiali infiammabili non esplodono come liquidi. Devono essere dispersi come vapori o come aerosol finemente suddivisi. Altrimenti bruceranno solo. L’incendio non è banale, ma non è un’esplosione con un’onda d’urto. Anche se dispersi sotto forma di vapori e aerosol, i materiali infiammabili non daranno luogo a una VCE se non sono contenuti. Le apparecchiature di processo e le tubazioni congestionate sono sufficienti per creare il confinamento necessario per un VCE, ma una nube di vapore all’aperto si accenderà come un incendio di nube di vapore, una palla di fuoco, senza l’onda d’urto di un’esplosione“. Da Bluefield Process Safety PVEs, BLEVEs, VCEs, and Fireballs: How Do They Differ?