INFORMAZIONI SULLE VALVOLE DI SICUREZZA

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1 INFORMAZIONI SULLE VALVOLE DI SICUREZZA Guida al dimensionamento delle valvole di sicurezza e dischi di rottura /guida_al_dimensionamento_delle_valvole_di_sicurezza_e_dischi_di_rottura_.htm 1 - Caratteristiche costruttive Una valvola di sicurezza, che in seguito indichiamo con la sigla PSV, è in estrema sintesi un tubo terminante con un ugello, chiuso da un tappo (l'otturatore) sul quale agisce una molla; l'ugello poi, una volta aperto scarica il fluido in un tubo di scarico collegato all'atmosfera o a un collettore di blow down. La PSV, ovvero il suo tubo di ingresso è collegato all'apparecchio che si vuol proteggere. La molla è tarata in modo da consentire l'apertura dell'ugello, quando la pressione interna all'apparecchio raggiunge valori prossimi alla sua pressione di progetto. Una cosa importante da dire è che in realtà sul tappo dell'ugello agisce sia la pressione interna che la pressione esterna ( cioè la pressione del collettore di scarico) e quindi esso si apre sotto l'effetto di una pressione differenziale, alla quale è tarata la molla stessa. La pressione esterna è definita come contropressione e specialmente nel caso di lunghi condotti di scarico può raggiungere valori considerevoli, perché alla pressione terminale, cioè al punto di arrivo di solito costituito da un recipiente di blow down + torcia, vanno aggiunte le perdite di carico lungo il condotto. Se la contropressione è elevata, cioè superiore al 10% della pressione di scatto PSV in unità relative, si usano valvole con soffietto, il quale ha la funzione di non far sentire la contropressione all'otturatore e di mantenere quindi inalterata la capacità di scarico della valvola di sicurezza. Le Valvole di sicurezza dotate di soffietto, dette bilanciate, mantengono inalterata la loro capacità di scarico fino ad un valore della contropressione pari al 30% della pressione di scatto, sempre in unità relative. Occorre anche sottolineare che la contropressione sopra menzionata è detta generata, o build up in inglese, e ad essa si fa riferimento per la scelta del tipo di valvola di sicurezza, convenzionale o bilanciata; quando invece si ha una valvola di sicurezza che scarica con contropressione elevata ma fissa come nel caso di PSV che scarica da mandata ad aspirazione di un compressore allora si potrà sempre usare una PSV convenzionale (senza soffietto) con la molla tarata per la differenza tra le due pressioni. Per una descrizione più dettagliata e precisa si rimanda alla API RP La funzione delle PSV e le cause della sovrappressione La funzione delle PSV è quella di proteggere gli apparecchi dalle sovrappressioni, che si possono verificare per accumulo di materia e energia. Le cause di sovrappressione sono di varia natura, si va dall'incendio alla mancanza di utilities nell'impianto all'errore di manovra. Come utilities si intendono i servizi generali cioè l'acqua di raffreddamento, l'energia elettrica, l'aria strumenti ecc.. Tra le cause più comuni di sovrappressione negli impianti chimici annoveriamo: - la mancanza di fluido refrigerante - fermata dei ventilatori degli scambiatori ad aria - eccesso di riscaldamento nelle colonne - mancanza di riflusso - rottura dei tubi negli scambiatori - colpi d'ariete e naturalmente l'incendio, accadimento molto pericoloso e frequente negli impianti che trattano prodotti infiammabili.

2 3 - Pressione di scatto e pressione accumulata La pressione di scatto di una PSV è la pressione interna all'apparecchio protetto alla quale l'otturatore inizia ad aprirsi. Normalmente essa non può superare la pressione di progetto dell'apparecchio e nella sua determinazione si deve tener conto delle diverse parti di un apparecchio nelle quali le pressioni possono essere diverse, a esempio fondo e testa di una colonna. La pressione accumulata è la pressione interna che fa aprire completamente l'otturatore della valvola, cioè è quella che vince completamente la resistenza della molla, che quindi si schiaccia consentendo la massima apertura. Di solito l'accumulo, cioè la percentuale di cui può essere aumentata la pressione di scatto per raggiungere il valore della pressione accumulata è il 10% per tutte le situazioni incidentali, escluso l'incendio per il quale l'accumulo è il 20% sondo ASME. E 10% secondo ISPELS. 4 - Determinazione delle portate di scarico Vi sono criteri specifici per il calcolo delle portate di scarico riportati in vari testi di riferimento, quali le API, le ASME ecc.. Di seguito si riportano alcuni criteri più comunemente usati. a - Mancanza di fluido refrigerante ai condensatori di una colonna Se il sistema è a condensazione totale la portata la portata di scarico è data dalla quantità di vapori entranti nel condensatore ricalcolata tenendo conto della temperatura corrispondente alla nuova composizione alla massima pressione di scarico se il sistema è a condensazione parziale. Se il sistema è a condensazione parziale la portata da scaricare è data dalla differenza tra la quantità di vapori entranti e quella uscente nelle condizioni di scarico della PSV. b - Fermata dei ventilatori degli aircooler usati come condensatori In questo caso si tiene conto di una capacità condensante residua del 20-30% rispetto a quella normale, perché si considera l'effetto refrigerante dovuto alla convezione naturale. Si ritorna quindi al punto precedente per trovare la portata di scarico. c - Mancanza di riflusso in colonna In molti casi la mancanza di riflusso causa l'annegamento del condensatore e la perdita totale del refrigerante, perciò la portata di scarico è data dalla totale quantità di vapori che fluiscono dalla testa della colonna, cioè il riflusso più i prodotti di testa alle condizioni di scarico. d - Errori di manovra Se viene chiusa per errore una valvola sull'uscita di un apparecchio la portata di scarico deve essere almeno uguale alla portata entrante, diminuita eventualmente delle portate che si hanno nelle altre vie non bloccate. Se al contrario viene aperta erroneamente una valvola su una linea entrante la portata di scarico è quella che passa nella valvola completamente aperta, diminuita della quantità che si può assumere uscente dal sistema messo in pressione.

3 e - Guasti strumentali Ci sono guasti che riguardano un singolo loop o una singola valvola di controllo; in questi casi ritorniamo nella casistica degli errori di manovra e allora la situazione va analizzata caso per caso. Se invece vi è una mancanza di aria strumenti generalizzata, le valvole di controllo devono posizionarsi in modo da mettere in sicurezza l'impianto. Ci sono valvole che chiudono per mancanza aria e altre che aprono. A esempio una valvola posta su una linea di alimentazione dovrà chiudere per mancanza aria in modo da isolare l'impianto. Se le azioni delle valvole di controllo in emergenza sono ben definite, non si dovrebbero creare delle sovrappressioni. f - Mancanza di servizi generali A eccezione della mancanza aria strumenti, di cui abbiamo parlato al punto precedente, ci sono le mancanze di vari servizi generali. Gravi conseguenze può avere la mancanza di acqua di raffreddamento e il suo accadimento può causare l'apertura di più PSV e quindi sovraccaricare il condotto generale di scarico, che quindi deve essere dimensionato ad hoc. Discorso analogo va fatto per la mancanza di energia elettrica, le cui conseguenze sono gravissime e il cui accadimento è frequente, in quanto le reti esterne all'impianto subiscono sovente delle interruzioni. g - Rottura di tubo scambiatore La protezione sul lato a bassa pressione è richiesta quando vi è la possibilità di superare la pressione di prova idraulica sullo stesso lato. La PSV si installa quando la pressione di progetto del lato a bassa è meno di 2/3 di quella del lato ad alta pressione. h - Incendio In un impianto chimico, nel quale possono circolare fluidi infiammabili, l'incendio si può verificare con una certa frequenza. Un focolaio può sorgere ovunque su tutte le superfici sulle quali sono installate apparecchiature contenenti prodotti infiammabili. Il calore sviluppato per l'incendio si può trasmettere per irraggiamento sugli apparecchi circostanti, causando in essi delle sovrappressioni. Si considera possibile la trasmissione di calore per irraggiamento in raggio di venti metri. Per calcolare la portata di scarico delle PSV in tale eventualità, bisogna prima determinare la superficie bagnata negli apparecchi fino a una altezza di 8 metri dalla superficie dove si è originato l'incendio. Tale portata può poi essere ridotta se l'apparecchio è coibentato nella misura specificata nel paragrafo seguente dove sono fornite le formule per il calcolo della portata. 5 -Formule Negli allegati vengono fornite le formule necessarie in definitiva al calcolo dell'area di sfogo delle PSV. NB- Nelle formule P1 è la pressione accumulata cioè uguale alla pressione di scatto aumentata del fattore (1+a/100) dove a è la percentuale dell'accumulo.

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