Serbatoi atmosferici secondo API 650: il rogo di DEER PARK

l rovinoso incidente verificatosi pochi mesi fa presso l'impianto di Deer Park (Texas), non lontano da Houston, ha calamitato l'attenzione della comunità tecnica internazionale − e dei progettisti industriali, in particolare − rinfocolando il dibattito sulla corretta scelta e applicazione degli standard normativi per la costruzione, il collaudo e l'esercizio in sicurezza dei serbatoi destinati allo stoccaggio di prodotti petrolchimici.

In quest'ottica, la conoscenza delle API 650, pubblicate dall'American Petroleum Institute e giunte ormai alla loro dodicesima edizione, costituisce un primo, fondamentale passo per garantire quei requisiti di durabilità e di affidabilità che si pongono alla base dell'attività di stoccaggio massivo e di gestione di sostanze sovente volatili ed infiammabili, molto spesso ecotossiche.


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L'incendio divampa il 17 marzo 2019 nel cuore dello stabilimento della ITC (Intercontinental Terminals Company) situato a La Porte, propagandosi in un arco di tre giorni verso Deer Park fino a coinvolgere svariati serbatoi contenenti toluene, xilene, nafta e gasolio. Il 22 marzo, cede il muro di una delle vasche di contenimento, rilasciando sostanze che raggiungono lo Houston Ship Channel e costringendo la Guardia Costiera a fermare il traffico navale nella zona: una trentina di navi in transito restano bloccate. Le emissioni nocive e lo sversamento nelle acque della Baia hanno prodotto un'imponente emergenza sanitaria ed ambientale di cui, ad oggi, è ancora difficile quantificare l'entità.


COSA SONO LE API 650?

Le API 650 sono uno standard industriale primario nato in ambito statunitense sulla base dall'esperienza tecnico-scientifica dei produttori e dei costruttori di serbatoi metallici destinati allo stoccaggio di prodotti petrolchimici.

serbatoi-atmosferici-sicurezza-api-650.jpgLa loro prima edizione risale al 1961, ma si fonda a sua volta sulla precedente API 12C in uso a partire dal 1936, quando i giunti saldati iniziarono gradualmente a soppiantare l'uso dei giunti rivettati come principale metodo costruttivo.

Come molti altri standard di questo tipo, anche le API nascono quale sintesi normativa in continuo aggiornamento ad opera di specialisti che, di comune accordo, definiscono dei requisiti minimi tali da offrire un terreno condiviso alla progettazione esecutiva, anche alla luce dello sviluppo di nuove tecnologie costruttive e di controllo non distruttivo (Non-Destructive Testing).

Trattandosi di un ambito molto specifico, le API 650 si applicano unicamente ad una gamma ben precisa di manufatti con caratteristiche comuni, ossia a serbatoi atmosferici non interrati, con una configurazione verticale cilindrica, aperti oppure sormontati da un tetto (fisso o flottante). 

Il fondo deve essere interamente ed uniformemente supportato: per lo più, quindi, si tratta di serbatoi collocati su fondazioni in calcestruzzo dotate di spallette di contenimento.

Altri vincoli sono legati alla pressione interna − generalmente non superiore a quella imposta dalle lamiere di copertura e, comunque, inferiore ai 18 kPa (API 650, Annex F.) − e alla temperatura di progetto, indicativamente inferiore ai 93 °C (200 °F), per poi estendersi alla scelta dei materiali, alla tipologia e alla qualità dei giunti nonché a numerosi, ulteriori aspetti operativi, sino ad interessare le fasi cruciali di sviluppo, assemblaggio e messa in opera, nonché di ispezione e collaudo (gli aspetti pertinenti la riparazione, l'integrazione manutentiva e l'eventuale ripristino di serbatoi esistenti sono, invece, trattati in dettaglio dalle API 653.).

SCELTA DEI MATERIALI

Le lamiere destinate alla costruzione del mantello (fasciame), del tetto e/o del fondo del serbatoio possono essere selezionate a peso, oppure in funzione dello spessore del bordo - edge thickness (API 650, Par. 4.2.1.2.): in ogni caso, la tolleranza inferiore di spessore non eccede i 0.3 mm - 0.01 in (API 650, 4.2.1.2.3.).

Le lamiere per il mantello non superano solitamente i 45 mm (1.75 in) di spessore, ma questo limite non si applica agli inserti di rinforzo (thickened inserts) né alle flange ricavate da lamiera. Ulteriori e più restrittivi vincoli allo spessore del fasciame, tuttavia, possono derivare dalle specifiche del materiale adottato

Nella fase di verifica dei materiali, è importante appurare:

  • i requisiti dei contenuti di lega (es. azoto, cromo, carbonio ecc.), se rilevanti;
  • le caratteristiche dell'eventuale trattamento termico (heath treatment) adottato;
  • la resilienza successiva all'eventuale trattamento termico, acclarata mediante test d'impatto (impact test);
  • le minime proprietà meccaniche attese in termini di resistenza a trazione (tensile strenght) e snervamento (yield strenght).

Una specifica attenzione è dedicata all'esame del processo di laminazione dei semi-lavorati metallici, indicativamente ristretta a poche alternative preferibili, ossia:

  • forno Martin-Siemens (open-hearth);
  • forno elettrico ad arco (electric arc furnace);
  • processo Linz-Donawitz (basic oxygen).
  • processi termomeccanici (TMCP), ma solo su base espressamente concordata e alla luce di controlli focalizzati sulle temperature di raffreddamento.

L'attenzione alla composizione chimica e al grado di disossidazione del prodotto finale, motivata dai necessari requisiti di saldabilità, porta le API 650 ad escludere sia gli acciai effervescenti che quelli ad effervescenza bloccata, così come a vietare l'impiego della ghisa per qualsiasi componente in pressione e/o altro componente saldato al corpo del serbatoio.

Analogamente, si preferisce non adottare componenti rivestiti in cadmio (parte del problema, in questo caso, è legata al fatto che un'esposizione prolungata ai fumi di saldatura contenenti cadmio può provocare gravi problemi polmonari e renali, come evidenziato dalle ricerche di Michael Koller.).

Fatte salve le esigenze operative e le eventuali specifiche supplementari date dal committente, ci si orienta, quindi, verso:

  • acciai normalizzati e calmati a grana fine (fine-grain practice fully killed normalized steel);
  • acciai inossidabili austenitici (a tal riguardo, si veda anche API 650, Annex S.);
  • acciai austenitici / duplex misti ad acciaio al carbonio - stainless and carbon steel mixed (API 650, Annex SC).

In generale, l'adozione di materiali già previsti da standard, specifiche e/o da norme armonizzate con le API, garantisce che i necessari requisiti di affidabilità e saldabilità siano dati per assodati in linea teorica, risparmiando (o riducendo, a seconda dei casi) l'obbligo di attuare ulteriori controlli documentati. In molti casi, i materiali normati sono raggruppati in gruppi classificati cui sono associati altri parametri di riferimento (es. la minima temperatura di progetto ecc.).

SUPERVISIONE COSTANTE

Il sopralluogo tecnico rappresenta una fase cruciale durante l'intero processo di controllo interno (in officina) ed esterno (in campo) delle attività di progettazione, di costruzione e di messa in opera del nuovo serbatoio.

La responsabilità (API 650, Par. 6.2 e segg., "Shop Inspection"; Par. 7.3 e segg., "Examination, Inspection, and Repairs") di questa attività è condivisa in termini di diritto-dovere sia dall'acquirente (purchaser) e dal fabbricante (manifacturer), con l'obiettivo di:

  • verificare i dati acquisiti in fase preliminare, documentando lo stato di avanzamento dei lavori;
  • verificare lo stato di conformità dei materiali e dei componenti, rigettando ed accantonando tutto ciò che non si adegua agli standard concordati;
  • evidenziare prassi non conformi, nonché procedure e/o lavorazioni inappropriate (defective workmanship), validando al contempo le competenze degli operatori in relazione a lavorazioni giudicate critiche (è il caso delle attività di saldatura);
  • programmare i successivi interventi costruttivi e/o di riparazione, allineandosi alle tempistiche pianificate.

Le API 650 sottolineano a più riprese come la fase di sopralluogo e di ispezione presupponga il libero accesso alle informazioni e ai luoghi dove sono svolte le attività di costruzione a beneficio delle parti coinvolte (il committente e il fabbricante, in particolare); ciò risulta sovente complicato soprattutto nel caso di realtà delocalizzate, in cui la progettazione, l'effettiva costruzione e il collaudo del manufatto possono avvenire non soltanto in tempi differenti, ma anche a grande distanza fra loro.

SALDATURA, PUNTO CRUCIALE

L'attività di saldatura (welding) è demandata ad operatori qualificati, muniti di un patentino che ne documenta la preparazione in funzione dei materiali, degli spessori e delle altre caratteristiche finali dell'attrezzatura adottata.

Anche in questa fase, lo standard illustra la gamma di processi giudicati accettabili (o comunque preferibili) in mancanza di alternative concordate preventivamente: è il caso dei processi per ossicombustione, ad esempio, esclusi a priori ove sia già previsto un test d'impatto per i materiali adottati (API 650 Sect.7, "Erection", Par. 7.2.1.1.).

La richiesta di talloni di saldatura su cui eseguire opportune prove consente di verificare la competenza degli operatori e il livello qualitativo della procedura applicata (WPS, Welding Procedure Specification).

All'esame visivo (VT, Visual Test), le saldature si devono presentare uniformi e prive di imperfezioni (es. cricche, porosità, inclusioni, vuoti ecc.), rammentando che − in officina come in campo − la molatura viene talvolta effettuata per nascondere gli indicatori visivi che potrebbero tradire difetti sostanziali: ciò suggerisce una certa cautela nella fase di accettazione che dovrà essere motivata dal buon esito dei controlli non distruttivi (NDT).

Superato il controllo visivo, i talloni sono soli-amente radiografati (X-Ray Test, RT) e, successivamente, soggetti a prove meccaniche distruttive (DT) di trazione e rottura (nick break test) e/o di piegatura (root and face bend tests) per verificare che giunto e metallo di base collaborino deformandosi plasticamente anziché fratturarsi in maniera fragile (a tal riguardo, può essere utile un raffronto con le API STD 1104, "Welding of Pipelines and Related Facilities".).

Ulteriori controlli possono essere applicati a parti specifiche del serbatoio, come − per esempio − il fondo e le piastre di rinforzo, servendosi di metodi specifici idonei alla ricerca di perdite (es. vacuum-box, gas traccianti, liquidi penetranti ecc.).

API 650 E SICUREZZA

L'approccio delle API 650 alla sicurezza sul lavoro è incentrato sul concetto di garanzia di conformità progettuale quale prerequisito per minimizzare i rischi che potrebbero manifestarsi durante la costruzione, l'esercizio e/o la manutenzione del manufatto, ma va sottolineato che non si entra mai nel merito di eventuali indicazioni o buone prassi da adottare.

Più in generale (e fin dalle premesse), le API rimandano a loro volta agli standard OSHA (Occupational Safety and Health Administration) sia per quel che compete la progettazione e l'idoneità delle strutture di servizio destinate all'accesso del manufatto - es. camminamenti, passerelle con corrimano, scale, gabbie ecc. (OSHA 29 CFR 1910, Subpart D; PIP STF05501, PIP STF05520, PIP STF05521) - sia per ciò che compete la sicurezza occupazionale primaria (health and safety).

Rammentando le problematiche già accennate in merito al fatto che le attività di progettazione e di realizzazione si svolgono, talvolta, in contesti molto differenti fra loro, se non addirittura in nazioni con una diversa legislazione in materia di salute e sicurezza sul lavoro, ecco che si pone il problema di scindere la valutazione dei rischi in distinti ambiti di pertinenza, ossia:

  • la fase di costruzione (fabrication);
  • la fase di trasporto e assemblaggio (erection);
  • la fase di collaudo e messa in opera (testing);
  • la fase di esercizio e manutenzione;
  • la fase di demolizione e smaltimento.

Il criterio di responsabilità condivisa tra committente e fabbricante/costruttore, più volte ribadito dalle API, si va così a sovrapporre alla legislazione nazionale in materia di tutela dei lavoratori, suggerendo di adottare in ogni fase i criteri di prevenzione e protezione più conservativi tra le differenti opzioni disponibili di pari passo con quelle procedure tecniche di eccellenza - "first class workmanship and finish" (API 650, Sect.6, Par. 6.1.1.1, "The workmanship and finish shall be first class in every respect and subject to the closest inspection [...]") - espressamente menzionate dallo standard.

Nel caso specifico della legislazione italiana, un simile approccio cautelativo è ulteriormente motivato dalle recenti sentenze penali (estendono, di fatto, le responsabilità già ampiamente descritte nel D.Lgs. 231/01) incentrate sui diritti dei lavoratori all'estero, anche in itinere e includendo proprio quei rischi atipici che sovente ricadono in una zona d'ombra di complessa interpretazione.

Tra gli strumenti normativi giudicati utili in questo frangente, ricordiamo quindi:

  • la MIL-STD-882E come strumento qualitativo per attuare una prima valutazione dei rischi;
  • la ISO 45001 per ciò che concerne lo sviluppo di sistemi di gestione integrati.

PROGETTAZIONE INTEGRATA

Benché molto approfondito e scaturito da decenni di esperienza tecnica operativa, il contenuto delle API 650 è comunque pensato per offrire soluzioni a problemi di natura generale (API STD 650, Special Notes and Forewords): ciò significa che l'insieme delle criticità particolari legate a contesti differenti, richiederanno comunque un approccio integrato che sia basato sull'esperienza e sul rispetto del corpus di Leggi, specifiche e normative locali.

Come sempre accade nel campo della progettazione, dunque, la scelta e l'applicazione degli standard si deve contemperare con la cultura tecnica e i criteri di buona ingegneria che contraddistinguono il professionista esperto, in grado di accettare ed applicare le regole, ma comunque capace di conservare una visione d'insieme tale da superarne le occasionali incongruenze.

BIBLIOGRAFIA

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