Impiego dell'ossigeno nell'Industria e in altri settori

L'ossigeno è un gas incolore, inodore e insapore in condizioni atmosferiche (T = 18 °C, p = 760 mm Hg). Rappresenta il 21% del volume nell'atmosfera.

In certe condizioni, l'ossigeno reagisce facilmente con la maggior parte degli elementi e forma gli ossidi corrispondenti. È inoltre necessario per la combustione. Nel caso di olio e grasso o di tessuti contaminati, per esempio dispositivi utilizzati per la pulizia, l'ossigeno può portare all’innesco spontaneo.

L'ossigeno è un aiuto indispensabile in una grande varietà di industrie e processi.

Per citare solo alcuni esempi, il fluido è usato:

• nella metallurgia, nelle fonderie e nell'industria alimentare
• nella tecnologia dell'acqua nel trattamento dell'acqua e come ossidante
• nella medicina nella respirazione
• nelle spedizioni subacquee
• nei viaggi spaziali come ossidante per i combustibili dei razzi
• nell'industria chimica, per esempio nella produzione di acido solforico o acido nitrico
• nella produzione di gas di sintesi dal carbone e di idrogeno dagli oli pesanti
• nella fusione di metalli ad alto punto di fusione per mezzo di una fiamma ossidrica
• nelle celle a combustibile
• nella tecnologia ossicombustibile con acetilene nella saldatura e nel taglio ossicombustibile
• nel taglio laser come gas da taglio
• come gas di processo nel taglio al plasma
• nell'industria della carta per lo sbiancamento
• nell'industria tessile, per esempio lavanderie
• negli ospedali

Le sostanze che bruciano in aria si comportano molto più intensamente in ossigeno puro a pressione normale. In un'atmosfera di ossigeno puro, la combustione esplosiva è possibile sotto una pressione maggiore, poiché in queste condizioni è richiesta meno energia per l'accensione.

Ci sono numerosi materiali che non bruciano in aria ma che reagiscono nelle stesse condizioni in ossigeno puro. Il rischio di incendio è anche favorito in questi casi da una pressione più alta, perché il numero di sostanze infiammabili aumenta all'aumentare della pressione.

Tre fattori sono cruciali per innescare un incendio: un ossidante, un combustibile e una fonte di accensione. L'assenza di uno di questi tre componenti impedisce normalmente l'innesco di un incendio.

Supponiamo che l'ossigeno puro scorra in un impianto industriale sotto pressione aumentata. I componenti all'interno della valvola, i regolatori di pressione, le tubazioni e i raccordi diventano un combustibile. L'ossigeno è l'ossidante e la compressione dell'ossigeno fornisce anche l'energia di accensione.

Se l'ossigeno viene espanso da una pressione elevata a una pressione inferiore, può raggiungere la velocità del suono. Se incontra una resistenza a questa alta velocità, la sua temperatura aumenta a causa della compressione adiabatica. Nessuna energia termica può essere rilasciata nell'ambiente nel breve tempo durante la compressione. Se aumenta la pressione iniziale, aumenta la temperatura.

A causa dell'aumento della temperatura, viene raggiunto il punto di autoinnesco della plastica, dei composti organici e delle piccole particelle di metallo in un'applicazione e la loro combustione genera calore sufficiente per l'accensione.

Le impurità, le particelle metalliche sporgenti e le particelle di sporco, che di solito non bruciano, possono diventare così calde da causare un incendio o addirittura un'esplosione in aggiunta all'energia d'impatto e al calore di attrito.

In sintesi, stiamo parlando di meccanismi di accensione che possono essere suddivisi nelle categorie di impatto di particelle, impatto meccanico e riscaldamento per attrito e pressione.

Una buona gestione del rischio è particolarmente importante. Include la realizzazione dell’impianto, così come il suo funzionamento e la sua manutenzione:

• evitare alte velocità del gas
• evitare ostacoli improvvisi
• utilizzare guarnizioni di plastica solo se è garantita un'adeguata dissipazione del calore attraverso una superficie metallica collegata
• selezionare i materiali metallici in base alla massima pressione possibile, in alcuni casi sono necessarie leghe speciali
• escludere l'uso dell'alluminio a causa della sua bassa energia di accensione e del suo basso punto di fusione nelle applicazioni con ossigeno puro
• l'uso di materiali non metallici dovrebbe essere controllato, utilizzare possibilmente materiali non metallici, che siano stati anche testati normativamente per l'idoneità all'ossigeno
• in funzione, evitare l'apertura e la chiusura rapida delle valvole per quanto riguarda i picchi di pressione. Evitare sbalzi di pressione

La pulizia è la massima priorità durante l'installazione, in modo che nessun composto organico o particella possa trovarsi nell'area dell'ossigeno puro. A causa del rischio di accensione, tutte le parti dell'impianto che entrano in contatto con l'ossigeno devono essere pulite e mantenute pulite per il funzionamento con ossigeno, per quanto ciò sia tecnicamente possibile. Devono essere privi di scorie, ruggine, residui di saldatura, materiale di sabbiatura, olio, grasso, solventi, così come altre sostanze e particelle estranee (imballaggi, agenti antiruggine, trucioli di lavorazione). L'ingrassaggio abituale, ad esempio quando si installano le tubazioni nel sistema, deve essere rigorosamente evitato in questo contesto. Evitare inoltre anche il contatto con panni di pulizia oleosi o mani unte. Gli indumenti sporchi di olio o grasso non devono essere indossati quando si maneggia l'ossigeno.

Bisogna quindi prestare particolare attenzione alla scelta corretta dei componenti durante la fabbricazione e la manutenzione. Da un lato, questi devono essere prodotti con la massima pulizia per evitare la contaminazione, e dall'altro devono essere compatibili con il fluido e i materiali ausiliari utilizzati.

L’Istituto federale per la ricerca e la prova dei materiali (BAM) fornisce informazioni su quali componenti possono essere utilizzati nei processi con flusso di ossigeno. Per "approvazione BAM" si intende in gergo un test dei materiali non metallici a contatto con i fluidi (ad esempio i materiali di tenuta) per la reattività con l'ossigeno gassoso o liquido a varie temperature e pressioni.

Inoltre, deve essere osservata la scheda tecnica M 034 della BG RCI (Associazione per l'assicurazione della responsabilità civile del datore di lavoro per le materie prime e l'industria chimica). La scheda tecnica si riferisce alle caratteristiche e le proprietà dell'ossigeno, i pericoli e le misure di protezione quando si maneggia l'ossigeno e le miscele di ossigeno, così come le raccomandazioni per l'approvvigionamento e il funzionamento dei sistemi di ossigeno.