La protezione degli impianti dai rischi della sovrapressione.
Uno degli elementi chiave dopo l'analisi dei rischi PED e' la scelta della posizione e del tipo degli organi di sicurezza. Una visione di insieme
05 ottobre 2022
Ogni processo e' progettato per lavorare a certe condizioni di pressione e temperatura, definite PS e TS. E' nell'interesse dell'utente far si' che i processi industriali funzionino alle condizioni economicamente piu' interessanti, vale a dire - tipicamente - anche in prossimita' delle condizioni limite per ottimizzare l'output, ovvero sino ai limiti massimi consentiti dal progetto. Ad esempio, un impianto di refrigerazione o climatizzazione devono poter funzionare anche a temperature ambiente particolarmente alte (come, ahime', sta capitando sempre piu' frequentemente) o in accordo ad escursioni dei carichi determinate da procedure fuori controllo.
Per gli impianti e le apparecchiature di nostro interesse, ogni aspetto legato alla sicurezza fa riferimento, con grande prevalenze, alla pressione, e le caratteristiche che questi debbono rispettare sono indicate nella Direttiva PED 2014/68/UE.
Ognuno dei nostri sistemi e' caratterizzato da "volumi" racchiusi in contenitori (vessel) o in tubazioni (piping), che, a causa del fatto che trattengono al loro interno fluidi comprimibili ed espandibili, possono causare, in caso di condizioni meccaniche o termiche possibili eventi catastrofici legati alla sovrapressione.
Oggi giorno tutte le pressioni e i flussi di fluidi operativi sono controllati dall'elettronica, che viene alimentata da sorgenti di potenza esterne.
La Legge richiede che, indipendentemente dalla ridondanza dei controlli, esista sempre un sistema (dispositivo) indipendente dall'alimentazione che sia capace di proteggere le persone e l'ambiente.
Questo dispositivo (e questa funzione) e' la Valvola di Sicurezza. Se tutto funziona, non deve far nulla, ma solo deve esser controllata con regolarita'; mentre, se qualcosa va storto ed in caso di incidente, permettera' al sistem di depressurizzarsi senza superare la pressione di progetto.
Si tratta di un dispositivo che ha molto a che fare con l'economia di gestione degli impianti: se dimensionato in maniera non corretta puo' portare a "downtime" significativi, e quindi ad un aumento dei costi di processo.
Vediamo ora quali possono essere le cause di sovrappressione.
In primo luogo vi sono i blocchi allo scarico del flusso di refrigerante dal recipiente. Questo puo' capitare quando una valvola all'uscita di un recipiente rimane bloccata nella posizione di parzialmente o totalmente chiuso ed il sistema continua ad alimentare il processo (banalmente, il compressore non si ferma). In questo caso sara' stato comunque opportuno calcolare la VdS in relazione ad un blocco totale della valvola, e prendere in considerazione il massimo valore per la portata in massa del compressore che alimenta il sistema (per un principio di massima precauzione).
In secondo luogo occorre considerare gli eventi legati ad un incendio, dove i recipienti possono esser soggetti ad una sovratemperatura per esposizione al fuoco che causa un subitaneo riscaldamento del sistema con l'espansione del refrigerante ivi contenuto. Questo comporta un incremento della pressione che puo' eccedere i limiti di progetto. Questo e' un altro dei motivi per i quali si adottano le VdS. Le procedure per il dimensionamento delle valvole di sicurezza dipendono dai codici e dagli standard che vengono adottati, e su cui ci soffermeremo a breve.
Vi e' poi il caso dell'espansione termica di un liquido intrappolato, ad esempio, tra due valvole in una sezione di tubazione o in un recipiente. In caso di insolazione o esposizione a calore in modo incontrollato, puo' esser necessario rilassare la pressione in eccesso.
In ultimo, vale la pena di segnalare le possibili rotture degli scambiatori di calore, dove un fluido ad alta pressione penetra sul lato di bassa (magari in un fluido secondario) generando una istantanea evaporazione su quella parte. Anche in questo caso la Legge richiede l'installazione di un dispositivo di sicurezza.
La prima regola per la sicurezza delle apparecchiature a pressione (PED) richiede quindi che vengano localizzati tutti i punti di rilascio di:
- tutti i recipienti (come identificati dalla direttiva)
- tutte le sezioni dell'impianto che si possono bloccare intrappolando del liquido
- tutte le sezioni di scarico dei compressori
- gli scambiatori
In questo senso occorre far riferimento, dicevamo, alla Legge (Dir PED 2014/68/UE recepita con il D.Lgs 26/2016) e alle norme tecniche, in particolare la EN 4126 "Safety devices for protection against excessive pressure" e la EN 13136 "Impianti di refrigerazione e pompe di calore - Dispositivi di limitazione della pressione e relative tubazioni - Metodi di calcolo".
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La Redazione