Incendi dei regolatori in alluminio

Sono molti gli incidenti che si possono verificare a causa di un uso non corretto dei gas; un tipico esempio è l’esplosione di un riduttore, che avviene quando i gas si mischiano accidentalmente al suo interno, creando una pericolosa miscela, facilmente infiammabile. Si può generare così una violenta esplosione, creando danni sia a causa del fuoco che del metallo disintegrato. 

Compressione adiabatica  - In un regolatore di ossigeno, il meccanismo di trasferimento termico è definito "compressione adiabatica", nota anche come effetto pistone. Essa si verifica quando una valvola della bombola viene aperta rapidamente e il calore che si genera espande lo strato esterno di gas, agendo come un pistone, comprimendo e riscaldando la cavità ad alta pressione interna del regolatore. I gas hanno solitamente una risposta termica molto elevata alle variazioni di pressione. Il calore generato dal gas non può diffondersi rapidamente attraverso le pareti del corpo del regolatore, che dovrebbe essere in grado di sopportare questo picco di temperatura; tuttavia, se sono presenti corpi estranei come sporcizia, polvere, oli, insetti, ecc. potrebbe verificarsi una combustione. Le particelle estranee hanno quasi sempre una temperatura di combustione inferiore rispetto ai componenti del regolatore. Quando queste si infiammano, si verifica una reazione a catena degli altri componenti finché la temperatura diventa tanto elevata da infiammare i metalli. Con l'ossigeno puro e una ignizione, il regolatore stesso diventa un combustibile, bruciando violentemente e causando lesioni potenzialmente gravi per chiunque si trovi nelle immediate vicinanze.

Una buona percentuale di incendi di regolatori di ossigeno può essere attribuita alla contaminazione di particelle estranee all'interno della cavità ad alta pressione del regolatore. Questi incidenti possono essere evitati se l'utilizzatore finale adotta accorgimenti adeguati durante l'apertura delle valvole della bombola di ossigeno e la sua sostituzione, evitando così la contaminazione del regolatore.

Perché utilizzare regolatori di alluminio?
La maggior parte dei regolatori industriali hanno componenti prevalentemente in ottone. Il settore medico predilige tuttavia i regolatori in alluminio o alluminio/ottone, più piccoli e leggeri. Rispetto all'ottone, l'alluminio ha una temperatura di combustione molto bassa e un calore di combustione molto elevato. A causa della violenza esplosiva dell'alluminio infiammato, la probabilità di incidenti per i regolatori in alluminio è maggiore rispetto a quelli in ottone. Per questo motivo stiamo assistendo a un ritorno dei componenti in ottone anche per i regolatori per gas ad uso medicale.

Per migliorare la resistenza alla combustione nei regolatori per ossigeno in alluminio si deve innanzitutto evitare la contaminazione da parte di agenti esterni. La presenza di elementi contaminanti può essere controllata utilizzando dei filtri e adottando tecniche adeguate quando si sostituiscono le bombole, ad esempio aprendo LENTAMENTE la valvola della bombola dopo l'installazione del regolatore, consentendo un rilascio prolungato del calore associato alla compressione del gas, nonché la diminuzione dell'effetto pistone e della quantità di calore generato nel tempo

L’Attacco di Entrata
L’attacco di entrata di un regolatore è estremamente importante, in quanto costituisce il percorso compiuto dal gas dalla bombola alla valvola di riduzione pressione. I filtri di ingresso del regolatore devono avere una capacità di filtraggio di almeno 66 micron; ovviamente, minore è tale valore, meglio è.

I filtri da 10 micron sono solitamente poco costosi se acquistati in grandi quantità e migliorano la resistenza alla combustione dovuta agli elementi contaminanti. In aggiunta ai filtri, questo passaggio deve avere una superficie sufficientemente ampia da terminare nella valvola del regolatore. Una superficie ampia consente una maggiore diffusione del calore nelle pareti del corpo del regolatore (vedere fig.1). I passaggi piccoli o a foro cieco devono essere evitati, poiché possono aumentare drasticamente la temperatura durante la compressione adiabatica. Se la struttura non consente di avere un attacco di entrata di diametro maggiore, si dovrà perforare il passaggio nel corpo più del necessario, dopo l'area della valvola, per aumentare tale superficie. Inoltre, l'impiego di un tappo di rame potrebbe aumentare la resistenza alla combustione.

Il nichel ha un calore di combustione molto basso rispetto all'alluminio (Nichel 200 = 241 kJ/g•mole vs. Alluminio 6061 T6 = 1676 kJ/g•mole).  Solitamente, il nichel e le leghe di nichel sono molto più resistenti alla combustione rispetto all'alluminio e le leghe di alluminio. Una nichelatura di alta qualità può essere un modo efficiente ed economico di aumentare la resistenza alla combustione sui corpi di regolatori in alluminio e sui componenti delle valvole.

Valvole ad alta pressione
La valvola ad alta pressione del regolatore può essere una fonte di combustione. La selezione del materiale per questo tipo di valvole di rilascio è fondamentale. I tecnici progettisti devono utilizzare materiali non metallici compatibili con l'ossigeno, a basso calore di combustione ed elevata temperatura di ignizione.

David Gailey è il responsabile dei Prodotti speciali di The Harris Products Group, A Lincoln Electric Co.  Ha lavorato in Harris per 27 anni ed è stato presidente del CGA Industrial Gas Apparatus Committee.