Un serbatoio che non serve salvare: quattro strati di protezione al posto di riparazioni infinite

Un parco serbatoi è l’asset più costoso e più vulnerabile di un deposito petrolifero o di un terminale. È anche il più sottovalutato dal punto di vista della sicurezza industriale. Ai serbatoi si pensa due volte: quando si pianifica il budget della verniciatura e quando qualcosa ha preso fuoco nell’impianto vicino. Tra questi due momenti il parco vive di vita propria: arrugginisce all’interno, respira vapori verso l’esterno, accumula acqua sul tetto galleggiante e carica statica sui bocchelli.

In questo articolo voglio esaminare non «come si spegne un serbatoio», ma come fare in modo che smetta di essere una fonte di costi permanenti e di rischio permanente. Negli ultimi anni sul mercato sono comparse tecnologie che cambiano la logica stessa dell’esercizio: non combattere le conseguenze della costruzione, ma eliminare la causa. Alcune le abbiamo valutate per il nostro parco, altre le abbiamo viste da colleghi del settore. Qui espongo ciò che ritengo importante per il responsabile di un servizio di sicurezza industriale e salute sul lavoro, non per un progettista.

Tre avversari contro cui combattiamo ogni anno

Un serbatoio in acciaio con tetto galleggiante esterno ha tre avversari cronici, e tutti e tre sono insiti nella costruzione.

L’atmosfera. Neve, pioggia e raggi ultravioletti agiscono direttamente sul tetto galleggiante. Il tetto deve muoversi, e su di esso stanno acqua e ghiaccio. Le tenute e le guaine dei montanti di guida si degradano al sole nel giro di poche stagioni.

La corrosione interna e le perdite. Sopra il prodotto c’è sempre una miscela vapore-aria. Esce nell’atmosfera durante le «grandi e piccole respirazioni», condensa umidità sul metallo, crea un’atmosfera esplosiva e alimenta i depositi piroforici.

L’elettricità statica e il fulmine. Durante il carico il prodotto accumula carica. Un parco all’aperto è un bersaglio naturale per i fulmini. Nessuno dei due fattori è visibile a occhio e non si manifestano finché non è troppo tardi.

Contro ciascuno di essi abbiamo una risposta operativa: verniciatura, pulizia, riparazione delle tenute, misure di resistenza, ispezioni programmate. Tutto questo è OPEX che non finisce mai, perché la causa resta al suo posto.

Anatomia dei guasti del tetto galleggiante

Quando abbiamo esaminato le liste dei difetti di alcuni serbatoi con tetto galleggiante esterno, quattro punti si ripetevano ogni volta.

Fig. 1. Quattro punti tipici di guasto del tetto galleggiante esterno: la scala mobile, le tenute perimetrali, i tubi flessibili di drenaggio, le guaine dei montanti di guida

Il bloccaggio della scala mobile impedisce al tetto di muoversi. Poi arriva o un trabocco o un pontone fuori assetto. La deformazione delle tenute perimetrali è la principale zona di fuoriuscita dei vapori e quindi la principale zona di innesco in caso di fulmine. L’ostruzione dei tubi flessibili di drenaggio durante precipitazioni prolungate significa tetto allagato. La distruzione delle guaine dei montanti di guida sotto i raggi ultravioletti è un dettaglio che apre la strada ad acqua e vapori.

Nessuno di questi punti è un difetto di montaggio o di esercizio. È la conseguenza del fatto che una sola struttura cerca di svolgere due lavori incompatibili: proteggere dal clima e trattenere i vapori. Finché queste funzioni non saranno separate, la lista dei difetti continuerà a ripetersi.

Separare le funzioni: cupola sopra, pontone dentro

La soluzione che considero fondamentale suona semplice: il clima lo affidiamo a un elemento, i vapori a un altro.

Fig. 2. La cupola geodetica in alluminio assorbe precipitazioni, raggi ultravioletti e vento. Il pontone interno isola la superficie del prodotto

La cupola geodetica in alluminio è una struttura leggera e autoportante, si monta con bulloni senza saldature e senza gru pesanti. L’alluminio non si corrode nelle nostre condizioni e non richiede verniciatura. La cupola blocca precipitazioni, raggi ultravioletti e carico del vento. Il pontone interno sotto la cupola lavora all’asciutto: non gli servono drenaggi, guaine né protezione dalla neve. Fa esattamente una cosa: copre la superficie del prodotto e riduce radicalmente l’evaporazione.

Ciò che questo comporta in cifre e in termini organizzativi si riassume comodamente in una tabella.

Secondo le stime dei fornitori, la separazione delle funzioni elimina circa il 90 % delle cause di guasto elencate nella fig. 1. Io considererei questa cifra un riferimento e non una garanzia, ma il principio è corretto: ciò che non c’è nella costruzione non può rompersi.

Voglio sottolineare a parte la riga sui lavori a caldo. Per un parco in esercizio è spesso l’argomento decisivo. Il montaggio senza saldature significa che i serbatoi vicini non devono essere messi fuori servizio e bonificati. Per un terminale con flusso continuo di merci è la differenza tra un progetto di un mese e un progetto di una stagione.

Se il serbatoio è già vecchio: rivestimento invece della revisione generale

Non tutti i serbatoi arrivano all’ammodernamento del tetto. Situazione tipica: la perizia di sicurezza industriale ha emesso un giudizio negativo sul fondo o sulle virole inferiori, i lavori a caldo sull’impianto sono vietati e il serbatoio serve in esercizio entro pochi giorni. La risposta classica è la messa fuori servizio per mesi, saldature, verniciatura e una nuova perizia.

Fig. 3. Quale soluzione scegliere per un serbatoio specifico: tre rami a seconda dello stato del mantello e della finestra di lavoro disponibile

L’alternativa comparsa nel settore è il rivestimento polimerico. È un involucro a tenuta in PVC o poliuretano termoplastico, realizzato su misura secondo la forma del singolo serbatoio, da 1 a 5000 metri cubi. Viene inserito all’interno e si fa carico dell’intera funzione di tenuta. Il vecchio mantello in acciaio diventa una struttura portante e non più un recipiente. Il montaggio richiede da tre giorni, senza saldature. La durata dichiarata è di vent’anni e oltre.

Per noi contano due cose. La prima è giuridica. Secondo l’esperienza dei fornitori, un serbatoio con rivestimento supera la perizia di sicurezza industriale con giudizio positivo senza un nuovo pacchetto di documentazione autorizzativa. Questo va verificato per il proprio impianto con un ente di perizia in anticipo e non dopo il montaggio. La seconda è fisica e, a mio avviso, più interessante.

Fig. 4. A sinistra: la miscela vapore-aria sopra il prodotto, le perdite da «respirazione» e la condensa dell’umidità. A destra: il rivestimento flessibile aderisce al prodotto e non resta spazio di vapore

Il rivestimento flessibile aderisce alla superficie del prodotto e scende insieme al livello. Non c’è spazio di vapore. Il prodotto è di fatto confezionato sottovuoto. Da qui derivano subito tre conseguenze: non c’è fase vapore-aria, quindi non c’è atmosfera esplosiva all’interno; non c’è condensa, quindi non c’è acqua di fondo; non ci sono «respirazioni», quindi non ci sono perdite né emissioni. Per il servizio di sicurezza industriale ciò significa che un’intera classe di scenari del piano di emergenza semplicemente sparisce dal serbatoio.

Il tetto fisso: perché invecchia più in fretta del mantello

C’è ancora un protagonista a cui si pensa meno che al tetto e al fondo. È il tetto fisso e i suoi elementi portanti. Sopportano il carico massimo e d’estate si scaldano al sole fino a 60 °C.

Fig. 5. La velocità di ossidazione del metallo e di formazione dei depositi piroforici cresce esponenzialmente con la temperatura. Uno strato isolante mantiene il metallo del tetto vicino alla temperatura del prodotto

La chimica qui è semplice. La velocità di ossidazione e di formazione dei depositi piroforici dipende dalla temperatura in modo esponenziale: ogni dieci gradi la raddoppiano all’incirca. Il metallo del tetto a 60 °C invecchia un ordine di grandezza più in fretta del mantello a 20 °C. La vernice comune non ferma questo flusso di calore: protegge dall’umidità, ma non dalla temperatura.

La soluzione che mi sembra giusta è la protezione composita del tetto.

Fig. 6. Lo scudo composito del tetto: acciaio, strato di schiuma poliuretanica da 50 mm, membrana poliuretanica con ossido di ferro micaceo

Sull’acciaio si applica uno strato di schiuma poliuretanica rigida di 50 mm e, sopra, una membrana poliuretanica con aggiunta di ossido di ferro micaceo. Dal punto di vista dell’isolamento termico lo strato di schiuma sostituisce 100 mm di lana minerale e, grazie alla rigidezza, aumenta la capacità portante del tetto di circa la metà. La membrana forma una pellicola densa e resistente all’usura, insolubile nel petrolio, e si applica in un ampio intervallo di condizioni: da meno 5 a più 50 °C con umidità fino al 98 %. Ciò significa che i lavori non sono legati a una breve finestra estiva.

Un dettaglio tecnico a cui vale la pena prestare attenzione nella scelta dell’appaltatore è la densità della schiuma. Con una densità di base di 50-60 kg/m³ la schiuma poliuretanica assorbe i prodotti petroliferi. Per bloccare completamente la penetrazione serve o uno strato superiore con densità superiore a 80 kg/m³ o uno smalto protettivo sopra. Se questo punto manca nell’offerta commerciale, chiedetelo voi stessi. Un vantaggio per i siti nordici: al calare della temperatura il gas nelle celle chiuse si contrae e l’isolamento migliora ulteriormente.

La minaccia invisibile: statica e fulmini

Tutto quanto detto sopra riguarda i materiali. La messa a terra è una questione di procedure, e qui ci sono due punti che porterei al livello del responsabile del servizio.

Fig. 7. Due livelli di protezione: protezione del parco dai fulmini e dispersione dell’elettricità statica. I requisiti sono fissati dalla Guida di sicurezza per i depositi petroliferi

Il primo punto è uno spostamento normativo. Molte procedure di ispezione negli impianti rimandano ancora alla RD 153-39.4-078-01. I requisiti in vigore sono fissati dalla Guida di sicurezza per i depositi e i magazzini di prodotti petroliferi. Se la vostra procedura cita la RD, è superata e in sede di controllo sarà il primo rilievo. Dalla Guida discende un mandato ispettivo preciso: i dispersori vanno sostituiti quando la corrosione supera il 25 % dell’area della sezione, e l’esame delle calate e dei dispersori si effettua almeno una volta ogni cinque anni. La pratica mostra che un dispersore interrato vive di vita propria: in superficie va tutto bene, sottoterra la sezione non c’è più.

Il secondo punto sono livelli diversi per minacce diverse. La protezione dai fulmini è il macrolivello. Per parchi da 100 mila metri cubi in su servono parafulmini isolati e non captatori sul serbatoio stesso. La resistenza delle giunzioni saldate delle calate non deve superare 0,05 ohm. La statica è il microlivello. Un unico anello di terra dell’impianto con resistenza di dispersione della statica inferiore a 10 ohm, messa a terra di autocisterne e vagoni prima dell’inizio dell’operazione, limitazione della velocità di carico finché il bocchello non è sotto lo strato di prodotto.

Un dettaglio critico per chi lavora con il cherosene avio: durante il carico sono obbligatori bracci articolati in alluminio. Uno snodo in acciaio può produrre una scintilla nel giunto, uno in alluminio no. È un dettaglio che non costa quasi nulla e che chiude uno degli scenari più sgradevoli.

Come tutto questo diventa un sistema

Ognuna delle tecnologie elencate funziona da sola. Ma l’effetto vero nasce quando si coprono a vicenda.

Fig. 8. Il serbatoio integrato: cupola, tetto composito, pontone interno o rivestimento, messa a terra su due livelli

La logica della catena è questa. La cupola protegge il rivestimento del tetto da precipitazioni e raggi ultravioletti, e questo dura più a lungo. Il rivestimento mantiene la temperatura del metallo e ne rafforza la capacità portante. Il pontone o il rivestimento interno elimina lo spazio di vapore, e al fulmine non resta nulla da incendiare. La messa a terra assicura l’intero sistema nel caso in cui qualcosa di precedente non abbia funzionato. Nessun elemento sostituisce l’altro, ma ciascuno riduce il carico su quello successivo.

Per il servizio di sicurezza industriale e salute sul lavoro questo cambia il contenuto del lavoro. Al posto del ciclo annuale «verniciato, pulito, sostituita la tenuta, misurata la resistenza» compare il ciclo «ispezionato, registrato, pianificato». È un altro carico per il personale e un’altra struttura dei rischi nel piano di emergenza.

Economia: investimento una tantum contro spese senza fine

La prima domanda che vi faranno: quanto costa e perché, se il serbatoio funziona comunque. Rispondo attraverso la struttura dei costi e non con importi concreti, perché gli importi sono diversi per ogni parco.

Fig. 9. Un serbatoio tradizionale richiede spese operative crescenti per tutta la vita utile. Uno ammodernato richiede un investimento una tantum e ispezioni programmate

In un serbatoio tradizionale con tetto galleggiante le spese operative crescono con l’invecchiamento dell’acciaio: verniciatura più frequente, riparazioni delle tenute più frequenti, più fermi impianto, e per tutto questo tempo il prodotto evapora. In un serbatoio ammodernato le spese si concentrano all’inizio, dopo di che arrivano le ispezioni programmate. Il punto in cui i costi accumulati si equivalgono dipende dal clima, dal prodotto e dallo stato del parco, ma esiste sempre e da lì in poi ogni anno lavora a favore dell’ammodernamento.

Tre cifre da usare nella conversazione con i finanziari. La vita utile garantita di un serbatoio ammodernato con protezione composita è di 25 anni e oltre. La quantità di saldature nel montaggio di cupole e rivestimenti è zero, gli impianti vicini non si fermano. Le emissioni di miscela vapore-aria e le perdite da respirazione sono prossime allo zero. La prima cifra riguarda il CAPEX, la seconda i ricavi persi dal terminale, la terza gli oneri ambientali e il fatto che anche ogni metro cubo di prodotto evaporato è stato pagato da qualcuno.

Consiglio di non partire dal pacchetto completo. Prendete un serbatoio con la lista dei difetti più lunga, calcolate il suo OPEX annuo su tre anni e confrontatelo con un’offerta per cupola e pontone. Di solito basta perché il discorso sul budget passi dal «perché» al «in quale ordine».

Mettetevi alla prova

• A quale documento rimanda la vostra procedura di ispezione dei dispositivi di messa a terra: alla Guida di sicurezza per i depositi petroliferi, alle norme federali di sicurezza o alla RD 153-39.4-078-01?
• Quando è stata scavata l’ultima volta la messa a terra nel terreno, invece di misurare solo la resistenza dall’alto?
• Quante volte negli ultimi tre anni è rimasta acqua sul tetto galleggiante dopo le precipitazioni, e risulta nel registro?
• Qual è la temperatura del metallo del tetto a mezzogiorno di luglio? Se nessuno l’ha misurata, considerate circa 60 °C.
• Il piano di emergenza prevede lo scenario «allagamento del tetto galleggiante» e chi lo attua di notte?
• Se domani la perizia emette un giudizio negativo sul fondo, per quanti giorni il serbatoio resterà fuori servizio e c’è un piano B?
• Nel carico del cherosene avio si usano bracci articolati in alluminio o in acciaio?
• Quale quota del budget annuale del parco va in lavori ripetitivi che eliminano la conseguenza e non la causa?

Conclusione

Un parco serbatoi non è una condanna alla riparazione perpetua. Le tecnologie che ho elencato non sono esotiche: cupole e pontoni interni sono installati da molti anni, rivestimenti e protezioni composite si usano in terminali attivi, i requisiti di messa a terra sono scritti nella Guida, obbligatoria per tutti. Qui c’è una sola novità: guardare al serbatoio come a un sistema in cui ogni strato di protezione alleggerisce quello successivo.

Il compito di un servizio di sicurezza industriale non è solo reagire a un incidente, ma anche togliere dall’impianto le cause che rendono l’incidente possibile. Un serbatoio senza spazio di vapore, senza acqua sul tetto e con una messa a terra efficiente è un serbatoio che ha semplicemente meno modi di prendere fuoco. È proprio questo che io chiamo gestione del rischio.

Le caratteristiche tecniche delle soluzioni (cupola secondo API 650 Annex G / AWWA D108, rivestimenti polimerici, protezioni composite del tetto, requisiti di messa a terra) sono riportate secondo i dati dei produttori e la Guida di sicurezza vigente per i depositi e i magazzini di prodotti petroliferi. La scelta di una soluzione concreta per un impianto richiede una perizia di sicurezza industriale.