Collaboratori: Jim Grann, Craig Moller, Nate Sroka, Cavan Cardenas
Idrogeno, azoto, argon, acetilene e propano sono tra i gas industriali più frequentemente utilizzati nel trattamento termico. Ognuno di essi ha proprietà d'uso, istruzioni per la manipolazione e protocolli di sicurezza propri.
In questo articolo ci concentreremo su tre dei gas più comuni utilizzati dall'industria. Forni sottovuoto (idrogeno, argon e azoto), discutendone le proprietà e offrendo alcune raccomandazioni per il loro utilizzo sicuro durante il processo di trattamento termico. Questo non sarà un elenco esaustivo di suggerimenti e raccomandazioni, ma offrirà alcune linee guida per prepararvi a sviluppare i vostri protocolli di sicurezza interni per l'utilizzo del forno a vuoto Ipsen.
Prima di entrare nel dettaglio della sicurezza dei gas di processo industriali, è importante che stiate seguendo tutte le misure di sicurezza raccomandate dal vostro fornitore di gas, che manteniate e rivediate regolarmente le regole per l'ingresso in spazi confinati e che esaminiate come le tubazioni e i sistemi di erogazione dei gas di processo soddisfino i codici locali e statali con il vostro comandante dei vigili del fuoco locale.
I codici antincendio, le norme di sicurezza e le linee guida dei fornitori sono tutti progettati per proteggere gli utenti dagli effetti negativi di perdite di gas, gas infiammabili o esplosivi o dalla mancanza di ossigeno atmosferico all'interno di spazi confinati.
Al di fuori degli Stati Uniti, se la vostra giurisdizione non dispone di linee guida di sicurezza adeguate per le operazioni dei forni industriali, vi consigliamo di fare riferimento alle regole e alle linee guida, ai codici e agli standard della National Fire Protection Association (NFPA), disponibili in NFPA 86 nello sviluppo dei vostri standard di sicurezza interni.
Gas di processo: idrogeno (e altri gas di processo più leggeri dell'aria)
L'idrogeno è comunemente utilizzato sia come combustibile che come gas di processo industriale. Reattivo con l'ossigeno, l'idrogeno può essere infiammabile o esplosivo se esposto a una fonte di accensione in un'atmosfera con ossigeno libero.
All'interno di un forno a vuoto, l'idrogeno viene spesso utilizzato per produrre pezzi puliti e brillanti. Viene anche utilizzato come parte di un processo di pulizia durante una bruciatura, aiuta un processo di brasatura assicurando che la brasatura si leghi a una parte pulita senza ossidi e può far parte di diversi processi che coinvolgono magneti di terre rare. In rare occasioni, l'idrogeno può essere utilizzato come gas di spegnimento.
L'idrogeno viene introdotto in un forno solo dopo che il forno è stato portato in un vuoto profondo. I forni Ipsen sono dotati di una sequenza di sicurezza programmata che conferma un tasso di perdita del forno inferiore a 50 micron prima che l'idrogeno possa essere introdotto in modo sicuro nella camera. Quando l'idrogeno viene introdotto, è controllato da valvole che consentono solo una quantità di gas sufficiente a fornire i risultati necessari per i pezzi in lavorazione secondo le specifiche esatte. I livelli di idrogeno sono misurati dai controlli del sistema in micron, torr, mbar o pascal, mantenendo il contenuto a un livello pari o inferiore alla metà del limite inferiore di infiammabilità (meno di 15 torr). Questo design protegge la sicurezza dell'operatore durante tutto il processo.
Anche con questi sistemi di sicurezza, le linee e le valvole che trasportano l'idrogeno al forno devono essere regolarmente monitorate e sottoposte a manutenzione. Queste linee sono spesso tenute sotto pressione, quindi i test di tenuta e le ispezioni regolari dei giunti e delle valvole devono far parte del vostro programma di manutenzione.
Le perdite non solo sprecano i gas di processo, ma introducono anche aria atmosferica nel forno a vuoto e possono causare parti scolorite e un ambiente non sicuro per gli operatori. Anche la più piccola perdita da un test di pressione richiede attenzione e intervento. Il mastice per idraulici può essere una soluzione ragionevole a breve termine per una perdita molto piccola, ma deve continuare a essere monitorato e testato con una frequenza maggiore quando viene scoperto, fino a quando le linee non sono state evacuate e non è possibile implementare una soluzione più permanente.
Essendo il più leggero dei gas (circa 14 volte più leggero dell'aria), l'idrogeno sale rapidamente quando viene rilasciato nell'atmosfera. Si disperde rapidamente quando non è contenuto in uno spazio confinato. I sistemi di ventilazione negli edifici in cui viene utilizzato il gas di processo idrogeno devono essere progettati per disperdere qualsiasi gas che possa fuoriuscire o essere rilasciato nella parte superiore di qualsiasi camera o stanza in cui l'idrogeno potrebbe raccogliersi, come si consiglia anche per qualsiasi altro gas di processo più leggero dell'aria, come l'acetilene. I sensori di gas posizionati in corrispondenza o in prossimità dei vertici di ogni camera segnaleranno eventuali perdite di gas e avvertiranno gli utenti della necessità di sfiatare i gas raccolti all'esterno dell'edificio.
Gas di processo: Argon (e altri gas di processo più pesanti dell'aria)
L'argon è un gas inerte spesso utilizzato per la tempra nell'industria aeronautica. L'aviazione si affida all'argon per evitare anche la minima possibilità di infragilimento da azoto durante la tempra. L'argon può essere utilizzato anche per altri processi, tra cui il riscaldamento a pressione parziale e a convezione.
Poiché l'argon è un gas nobile, il fatto che non sia reattivo contribuisce a mantenere l'integrità chimica delle parti trattate nella camera, impedendo l'ossidazione e la contaminazione. L'argon, tuttavia, è un gas costoso, il che significa che viene utilizzato meno frequentemente in altri settori rispetto all'azoto, a meno che l'argon non sia esplicitamente specificato.
L'argon è più pesante dell'aria, il che è una fortuna quando viene utilizzato per il trattamento termico a pressione parziale: la sublimazione in un'atmosfera composta da questi atomi più pesanti è minore. L'argon può fornire una coltre protettiva intorno ai pezzi nella camera di tempra, evitando distorsioni e fornendo pezzi puliti privi di effetti indesiderati di nitrurazione.
Poiché l'argon è più pesante dell'aria, quando viene rilasciato da un forno senza essere pompato fuori, affonda nelle aree più basse che riesce a trovare. Le fabbriche che gestiscono forni che utilizzano l'argon dovranno monitorare la presenza di argon in tutti gli spazi confinati vicini e a bassa quota, come i pozzi per le macchine o i locali sotterranei come le cantine.
Sebbene l'argon di per sé non sia tossico, quando si lascia accumulare all'interno di una fossa o di un'area bassa, sostituisce la tipica atmosfera ossigenata che vi si trovava, rendendo questi spazi potenzialmente pericolosi per le squadre di manutenzione che devono scendere.
Si raccomanda vivamente a chiunque entri in queste aree di seguire i protocolli per gli spazi confinati, compreso l'uso di sensori di gas personali sul bavero, il più vicino possibile al viso. Inoltre, è necessario che nelle vicinanze ci sia sempre un osservatore che possa confermare la sicurezza della persona che entra nello spazio confinato.
Se si sospetta che in un'area bassa si sia accumulato argon, è necessario evacuare l'area e valutare le condizioni di pericolo. Se si sospetta anche la possibilità che in quell'area si siano accumulati altri gas più pesanti dell'aria (come il propano), rimuovere ogni possibile fonte di accensione e utilizzare rilevatori multigas per scoprire cos'altro può esserci nell'atmosfera di quello spazio.
La rimozione dell'argon richiede una ventilazione forzata, con ventilatori e condotti di scarico posizionati il più in basso possibile all'interno dell'area interessata, mantenendo i motori di soffiaggio a una distanza di sicurezza dall'apertura per eliminare la possibilità di combustione accidentale di altri gas accumulati. I tecnici della manutenzione devono sempre indossare i DPI appropriati quando lavorano in queste condizioni.
Gas di processo: Azoto (e altri gas di processo neutralmente galleggianti)
L'azoto, un elemento che costituisce più di tre quarti della nostra atmosfera, si trova più comunemente come gas nella sua versione molecolare, N2. Essendo per lo più inerte, non tossico, poco costoso e ampiamente disponibile, l'azoto è un gas di processo industriale frequentemente utilizzato.
Nel trattamento termico sottovuoto, l'azoto viene utilizzato soprattutto per lo spegnimento e il riempimento in un forno per mantenere un ambiente asciutto e controllato. Può anche essere utilizzato in pressione parziale come mezzo per prevenire l'ossidazione e fornire uniformità nel processo di riscaldamento quando viene utilizzato in un forno a convezione. Esistono alcune applicazioni in cui i metallurgisti evitano di utilizzare l'azoto per evitare la nitrurazione della superficie dei pezzi, ma al di fuori di queste situazioni specifiche, l'azoto può essere il gas più frequentemente utilizzato in volume nel trattamento termico sotto vuoto.
L'azoto puro, che pesa un po' meno dell'atmosfera prevalentemente azotata dell'aria, tende a rimanere nella sua posizione fino a quando non si cerca di disperderlo. All'interno di una camera che viene aperta dopo un processo, se l'azoto non è stato pompato fuori dal recipiente, rimarrà. Una semplice ventola da negozio potrebbe non essere in grado di soffiare abbastanza aria ossigenata in un forno verticale o orizzontale che contiene azoto puro.2.
Anche dopo che il serbatoio che utilizza l'azoto è stato svuotato e l'aria atmosferica (o aria secca) è stata riempita di nuovo, rimane importante seguire tutti i protocolli per gli spazi confinati con una persona di riferimento in un luogo sicuro che osservi l'operatore mentre entra nel serbatoio per la prima volta. Ancora una volta, i monitor di ossigeno indossabili devono essere portati sul bavero e gli allarmi devono essere affrontati con un'immediata e attenta ritirata.
Un altro gas di processo a galleggiamento neutro è l'ossigeno. Sebbene l'interazione con un ambiente ad alto contenuto di ossigeno non impedisca la respirazione in spazi ristretti, è sempre importante, quando si maneggia l'ossigeno puro, seguire tutte le procedure di sicurezza antincendio pertinenti.
Conclusione
Se sottoposti a una corretta manutenzione e all'utilizzo dei gas di processo appropriati, i forni a vuoto producono pezzi puliti e brillanti che vengono lavorati con precisione ogni volta.
Poiché questi gas sono parte integrante del funzionamento di un forno a vuoto, è necessario osservare protocolli di sicurezza adeguati durante ogni operazione di manutenzione e ogni volta che si interagisce con luoghi confinati in cui questi gas di processo possono accumularsi.
Ipsen raccomanda sempre che i team operativi e di manutenzione dei forni a vuoto si coordinino con i team di manutenzione degli edifici e delle strutture per stabilire protocolli di sicurezza per tutte le attività che coinvolgono spazi confinati, per ispezionare le linee del gas di processo per individuare eventuali perdite e per rispondere prontamente e in modo adeguato a qualsiasi perdita osservata.
Esaminate tutte le procedure di sicurezza in base alle leggi locali, statali e federali e sfruttate tutte le risorse online, nonché le autorità antincendio locali o altre risorse per la sicurezza industriale per assicurarvi che il vostro team lavori in sicurezza ogni giorno.
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