DISPOSITIVI DI SICUREZZA

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1 DISPOSITIVI DI SICUREZZA SEZIONE I CODICE ISPESL INDICE PREMESSA TIPI DI DISPOSITIVI Valvola di sicurezza qualificata Disco di rottura omologato Valvola standard Valvola bilanciata Disco di rottura Valvola pilotata Guardie idrauliche PARAMETRI CARATTERISTICI Valvole di sicurezza Pressione di taratura Pressione di scatto valvole di sicurezza Sovrappressione delle valvole di sicurezza Pressione di massima apertura delle valvole di sicurezza Scarto di chiusura Dischi dì rottura Pressione di rottura nominale al banco Pressione nominale di rottura dei dischi Tolleranza dei dischi di rottura Pressione reale di rottura dischi PARAMETRI DI EFFLUSSO DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA Pressione corrispondente alla massima portata Temperatura massima di scarico dei dispositivi di sicurezza Coefficiente di efflusso "K" Valvole di sicurezza Dischi di rottura CONTROPRESSIONE ALLO SCARICO Contropressione dichiarata Contropressione imposta Contropressione generata Contropressione variabile SCELTA DEL TIPO DI DISPOSITIVO TARATURA Valvole di sicurezza standard e dischi di rottura Valvole di sicurezza bilanciate Valvole di sicurezza pilotate ILLUSTRAZIONE DEI DISPOSITIVI PIU USATI Valvole standard e bilanciate Dischi di rottura Valvola di sicurezza pilotata

2 0.0 - PREMESSA In generale vanno protette con dispositivo di sicurezza (valvole di sicurezza o di scodi rottura) le apparecchiature o le parti di circuito nelle quali è possibile che si crei una pressione superiore alla massima pressione per la quale è stata effettua tala progettazione meccanica. In ogni caso si dovrà fare riferimento alle regolamentazioni di leggi locali, indipendentemente da qualsiasi considerazione discrezionale del progettista. Bisogna evidenziare i casi in cui non è richiesta la protezione con dispositivo di sicurezza ( vedi punto A) ed è utile distinguere tra le protezioni solo contro il fuoco dalle altre atte a far fronte alle emergenze di processo (vedi punto B). A) Casi in cui non è richiesta la protezione con dispositivo di sicurezza secondo la normativa ISPESL. Nei casi che seguono elencati le apparecchiature non ricadono sotto il controllo ISPESL e quindi la legge italiana non richiede l istallazione di valvola di sicurezza. L analisi oculata del progettista dirà comunque la parola definitiva se istallarla o meno. 1. Tutti i recipienti nei quali la pressione massima effettiva di funzionamento non supera 0,5 kg/cm2. Rientrano in queste condizioni tutti i serbatoi di stoccaggio atmosferico o polmonati con azoto attraverso valvole di respirazione che si aprono a mm H 2 O rel. 2. Tutti i recipienti nei quali la pressione sia solo idrostatica (cioè recipienti pieni di liquido) purché il liquido contenuto abbia una tensione di vapore inferiore a 0,5 kg/cm2 eff. alla massima temperatura operativa (o alla massima temperatura ambiente se superiore a quella operativa). La regola suddetta scaturisce dal fatto che ISPESL controlla i recipienti con pressione di gas superiore a 0,5 kg/cm 2 eff. e quindi restano esclusi quelli pieni di liquido a meno che la tensione di vapore non possa superare il suddetto limite. Ricadono spesso in questa categoria le apparecchiature di trattamento acque come filtri, deionizzatori ecc.., che operano piene di liquido a pressioni superiori a 0,5 kg/cm 2, ma a temperatura sufficientemente bassa tale che la tensione di vapore non supera 0,5 kg/cm 2 e non posizionate in area di fuoco. 3. Tutti i recipienti a pressione in cui il prodotto del diametro interno (o dimensione trasversale massima) in mm, per la pressione massima di esercizio in kg/cm 2 non supera il valore di Tutti i recipienti a pressione di gas, escluso vapore d acqua, di capacità inferiore a 25 litri. B)-Apparecchiature da proteggere solo contro fuoco ed espansione termica Nel caso di apparecchi progettati meccanicamente per resistere a qualsiasi pressione generata da emergenze di processo, solo la sua posizione in un area di fuoco richiederà l adozione di una valvola di sicurezza, progettata solo per l incendio. Anche in area non di fuoco potrà essere necessaria una thermal relief per evitare una sovrappressione per riscaldamento solare. Una valvola di sicurezza applicata ad un recipiente privo di liquido (ad es. k.o. drum in aspirazione compressori, recipiente su circuito gas combustibile ecc.) non offre garanzie di protezione per il recipiente per la progressiva salita della temperatura di parete non raffreddata dall ebollizione di un liquido all interno, fino al cedimento e rottura della parete stessa. La normativa ISPESL richiede in questo caso la depressurizzazione del recipiente all inizio dell incendio. Apparecchiature piene di liquido possono essere riscaldate con il liquido intrappolato che non può espandersi e quindi richiedere una valvola di sicurezza thermal relief nei seguenti casi più comuni: Apparecchiature dotate di tracciatura Scambiatori con il lato freddo bloccato mentre continua il flusso sul lato caldo. Apparecchiature piene di liquido e intercettate riscaldate dai raggi solari.

3 TIPI DI DISPOSITIVI VALVOLA DI SICUREZZA QUALIFICATA Sono qualificate le valvole di sicurezza di tipo standard, bilanciate e pilotate appartenenti a serie assoggettate a collaudo ISPESL e per le quali viene certificato il coefficiente di efflusso K e il valore della sovrappressione di prova. Sono generalmente qualificate solo le valvole di sicurezza operanti su gas/vapori, vapor d'acqua. Le valvole di sicurezza operanti sui liquidi non vengono attualmente qualificate da ISPESL DISCO DI ROTTURA OMOLOGATO Sono omologati i dischi di rottura che appartengono a lotti assoggettati a collaudo ISPESL e per i quali vengono certificati i valori di tolleranza sulla pressione di rottura, sia alla temperatura di progetto, che alla temperatura ambiente VALVOLA STANDARD Queste valvole si aprono per la spinta del fluido in pressione sull otturatore; l azione è contro una forza antagonista (molla o contrappeso o altro). Sono generalmente disponibili presso i costruttori con pressioni minime di taratura di 0,5 kg/cm 2 relativi e con orificio minimo di 0,785 cm 2 (cosiddetto orificio D), che è anche il minimo prescritto per legge. Viene impiegata per gas, vapori e liquidi con scarico libero atmosferico o con scarico in contropressione costante.(1) L efficienza di questa valvola viene mantenuta anche se lo scarico è in contropressione variabile, purché la variazione di questa non ecceda il 10% della pressione di scatto per i gas ed il 15% per i liquidi. Nota (1) - Le contropressioni sono definite al punto VALVOLA BILANCIATA E un tipo di valvola simile al tipo standard ma è munita di un soffietto le cui funzioni sono di seguito descritte. E generalmente disponibile presso i costruttori con pressione minima di scatto di 1,2 kg/cm 2 relativi e con sezione minima interna di 2,54 cm 2 (orificio F) per gas e vapori e di 1,43 cm 2 (orificio E) per i liquidi. Questo tipo di valvola viene scelto quando, essendoci sullo scarico una contropressione variabile, la variazione di questa è compresa tra il 10 e il 50% (2) della pressione di scatto; oppure quando, a causa della contropressione variabile, si vuole assicurare la stabilità della pressione di scatto, oppure quando si voglia isolare il coperchio della valvola dal fluido di processo nel caso che questo sia tossico, corrosivo o viscoso, o possa lasciare depositi o incrostazioni o cristallizzare. Appunto in questo sta la funzione del soffietto, di cui parleremo nel paragrafo destinato alla descrizione delle parti della valvola. E una valvola in cui la contropressione non ha influenza sul valore della pressione di scatto. La capacità di scarico è negativamente influenzata per contropressioni superiori al 30% della pressione di scatto. La valvola bilanciata viene prevalentemente impiegata quando si adottano sistemi di scarichi convogliati. Nota: (2) - E consigliato comunque che la contropressione totale non superi il 50% della pressione di scatto.

4 DISCO DI ROTTURA Questo tipo di dispositivo viene generalmente impiegato in sostituzione di valvole di sicurezza per proteggere apparecchi nei quali si possono verificare aumenti improvvisi della pressione. Può anche essere installato a monte o a valle delle valvole di sicurezza quando si vuole isolare queste dal lato fluido di processo o dal lato scarico. Si tenga presente quanto raccomandato dai costruttori in merito alla massima pressione di esercizio da non superare nelle apparecchiature protette con disco di rottura. Detta pressione deve essere del~30% inferiore a quella di rottura del disco VALVOLA PILOTATA Questo tipo di valvola viene generalmente impiegato sugli stoccaggi criogenici a bassa pressione. Si può anche impiegare a pressioni superiori quando sullo scarico della valvola si hanno elevate contropressioni costanti o variabili: maggiori del 50% della pressione di scatto. Peculiare caratteristica di queste valvole è quella di minimizzare i colpi di ariete nei collettori di scarico. Questo tipo di valvola di sicurezza deve sempre avere la caratteristica di aprirsi automaticamente in caso di rottura del diaframma o altre parti essenziali al suo funzionamento GUARDIE IDRAULICHE Sono dispositivi di sicurezza a tenuta di liquido che si possono impiegare nei seguenti casi e con le seguenti limitazioni: sono ammessi per gli apparecchi aventi pressione di bollo non superiore ad 1 bar (1,02 kg/cm 2 ); il diametro minimo della linea di sfiato non deve essere inferiore a 25 mm; il liquido di tenuta deve essere compatibile con il fluido di processo, deve essere protetto contro il congelamento e deve mantenere alla minima temperatura raggiungibile una sufficiente fluidità PARAMETRI CARATTERISTICI VALVOLE DI SICUREZZA PRESSIONE DI TARATURA Pressione alla quale la valvola di sicurezza comincia ad aprirsi al banco di prova PRESSIONE Pressione alla quale la valvola di sicurezza comincia ad aprirsi allorché installata sull apparecchio. La pressione di scatto può differire dalla pressione di taratura per gli effetti della temperatura e della contropressione. La pressione di scatto non può superare la pressione di bollo dei recipienti a pressione. Quando le valvole di sicurezza poste a protezione di un recipiente a pressione sono più di una, per almeno una di esse deve essere rispettato il limite anzidetto; le altre possono scattare a pressioni maggiori, purché la massima pressione di scarico non superi la massima pressione consentita.

5 SOVRAPRESSIONE DELLE VALVOLE DI SICUREZZA E l aumento di pressione oltre la pressione di taratura, occorrente alla valvola per raggiungere l apertura completa alla piena portata. Secondo l ISPESL le valvole di sicurezza operanti su gas/vapori e vapor d acqua devono avere una sovrappressione compresa entro un massimo del 10% della pressione di taratura o 0,2 kg/cm 2 : il maggiore dei due valori. Le ASME definiscono una Maximum allowable working pressure (MAWP) che è la massima pressione che il recipiente può sopportare senza eccedere i valori ammissibili di tensioni interne dei materiali delle lamiere. Poiché tali lamiere hanno uno spessore standard commerciale, normalmente superiore a quello minimo calcolato in base alla pressione di progetto, la MAWP è in genere superiore alla pressione di bollo. La ISPESL invece fa riferimento solo alla pressione di bollo non tenendo conto degli standard suddetti. Le valvole di sicurezza operanti sui liquidi (dette anche di sfioro") hanno solitamente una sovrappressione del 25% o 0,3 kg/cm 2 : il maggiore tra i due. Sono reperibili sul mercato valvole di sfioro aventi sovrappressione minore del 25% PRESSIONE DI MASSIMA APERTURA DELLE VALVOLE DI SICUREZZA E il valore di pressione che si ottiene aumentando il valore di scatto di una quantità pari al valore di sovrappressione. La pressione di massima apertura delle valvole di sicurezza non può essere superiore alla pressione massima consentita nei sistemi a pressione che si intende proteggere e non può essere inferiore alla somma della pressione di taratura e della sovrappressione. Si definisce accumulazione l aumento di pressione sopra la pressione di scatto per la totale apertura della valvola di sicurezza; viene espressa in percento della pressione di scatto SCARTO DI CHIUSURA Abbassamento di pressione al disotto del valore di taratura, necessario per ottenere la richiusura della valvola di sicurezza. Lo scarto di chiusura non deve essere superiore al maggiore fra i seguenti valori 20% della pressione di taratura e 0,5 bar DISCHI DI ROTTURA PRESSIONE DI ROTTURA NOMINALE AL BANCO E la pressione di rottura al banco di prova PRESSIONE NOMINALE DI ROTTURA DEI DISCHI E il valore previsto di pressione di rottura dei dischi, allorché installati sugli apparecchi. Per il resto valgono le spiegazioni date al punto precedente TOLERANZA DEI DISCHI DI ROTTURA E lo scarto percentuale positivo e negativo della pressione di taratura. I dischi di rottura hanno solitamente una tolleranza compresa nel valore di +10%. Si avverte che i dischi di rottura hanno anche una tolleranza di costruzione, che può praticamente sommarsi a quella di rottura determinando cosi una pressione reale di rottura che eccede i limiti di pressione consentiti per gli apparecchi, se non se ne è tenuto conto preventivamente nel progetto degli stessi PRESSIONE REALE DI ROTTURA DISCHI E il valore di pressione che si ottiene dal valore nominale di rottura aumentato o diminuito della relativa tolleranza.

6 PARAMETRI DI EFFLUSSO DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA PRESSIONE CORRISPONDENTE ALLA MASSIMA PORTATA Pressione nell apparecchio protetto durante la fase di scarico, comunque non inferiore alla somma della pressione di taratura e della sovrappressione; tale è la definizione ISPESL in pratica questa coincide con la pressione massima consentita di scarico. Questa pressione non può superare la pressione di progetto dell apparecchio stesso. E consentito superare di non più del 10% (accumulo) la pressione di progetto a condizione che: gli apparecchi appartengano alla prima o seconda categoria di cui alla specificazione tecnica applicativa del D.M. 21/11/ Raccolta "S"; i dispositivi di sicurezza siano del tipo "qualificato" (valvole) o "omologato" (dischi) TEMPERATURA MASSIMA DI SCARICO DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA La temperatura di scarico dei dispositivi di sicurezza non deve superare la temperatura massima effettiva sopportabile dai materiali sottoposti alla pressione di scarico. Per i recipienti contenenti liquidi in equilibrio con la propria fase vapore la temperatura corrisponde alla pressione di scarico dei dispositivi di sicurezza. Per i recipienti contenenti solo gas o vapori è la temperatura del flusso coincidente con la pressione massima di scarico dei dispositivi di sicurezza COEFFICIENTE DI EFFLUSSO "K" E il valore che si ottiene dal rapporto tra la portata reale e quella teorica di scarico del dispositivo di sicurezza VALVOLE DI SICUREZZA Per le valvole di sicurezza qualificate operanti su gas/ vapori e vapor d'acqua, questo valore è certificato da ISPESL per ogni serie di valvole ed è mediamente 0,95. Nei calcoli di dimensionamento preliminari però conviene assumere un valore di 0,9. Quando su apparecchi ISPESL si impiegano valvole di tipo qualificato per lo scarico di liquidi, bisogna tener presente che: a)-il coefficiente di efflusso reale si discosta dal valore certificato da ISPESL b)-la sovrappressione della valvola non rientra più nel 10% di collaudo, pertanto le dette valvole praticamente perdono i requisiti di qualificazione e perciò: non si può assumere per esse valore di scatto = pressione di bollo; non è consentito ai recipienti l'accumulo del 10%. Le valvole di sicurezza non qualificate operanti su gas/vapori, vapor d'acqua ed installate su apparecchi ISPESL hanno un valore del coefficiente "K" prescritto pari a 0,95. Le valvole sopraddette installate su apparecchi non ISPESL hanno un valore del coefficiente K così come dato dal costruttore di valvole di sicurezza. Nei calcoli preliminari solitamente detto valore si assume pari a 0,9 per l'efflusso di gas/vapori e vapor d'acqua. Le valvole di sicurezza operanti su liquidi e quindi non qualificate hanno il valore del coefficiente di efflusso così come dato dal costruttore. Nei calcoli preliminari detto valore può essere ricavato dalla fig. D-4 modificata della norma API-RP520 in cui Ky è il coefficiente che interessa.

7 Coefficiente di Efflusso Note: The above curve shows that up to including 25 percent over pressure, capacity is affected by the change in the lift, the charge in orifice discharge coefficient, and the charge in overpressure. Above 25 percent, capacity is affected only by the charge in overpressure. Valve operating at low Overpressure tend to chatter ; therefore, overpressure of less than 10 percent should be avoided. Fig. D-4 Capacity Correction Factors Due to Overpressure for Relief Valves in Liquid services. TRATTA DA API RP DISCHI DI ROTTURA I dischi di rottura, in generale, hanno un valore del coefficiente di efflusso pari a 0,7. In particolare, per i dischi installati su apparecchi Ipsesl e operanti su gas/vapori, vapor d'acqua, il coefficiente "K" prescritto è pari a come si ricava dal la seguente equazione: 0,9 K = 0,62

8 CONTROPRESSIONE ALLO SCARICO La esatta definizione dei valori di contropressione è basilare ai fini di una corretta scelta del tipo di dispositivo, di una corretta taratura e di un adeguato dimensionamento degli stessi CONTROPRESSIONE DICHIARATA E la contropressione reale massima che un dispositivo di sicurezza può trovarsi sullo scarico. Questo valore di contropressione è determinato dalla somma di due fattori distinti in contropressione imposta e contropressione generata CONTROPRESSIONE IMPOSTA E quella esistente sullo scarico dei dispositivi quando questi sono chiusi. Detto valore di contropressione è solitamente ben identificato per i dispositivi che scaricano direttamente in atmosfera, essendo la contropressione effettiva in tal caso nulla. Questo tipo di contropressione viene definito anche "costante". In presenza di sistemi di scarichi multipli convogliati, poiché la contropressione imposta non è costante, si adotta il criterio di riportare il campo di variazione di detta contropressione. Il valore minimo di detto campo è dato dal valore di contropressione esistente nel collettore quando tutti i dispositivi di scarico sono non operanti. Il valore massimo è quello esistente al nodo (1) del collettore su cui si collega il dispositivo in esame quando è in atto lo scarico degli altri dispositivi. Tra i valori di pressione che si possono avere in detto nodo in concomitanza di più casi di scarico, si sceglie il valore massimo. Nota: (1) - Per nodo si intende il primo punto di confluenza di scarico del dispositivo in esame con altro od altri scarichi convogliati nel medesimo collettore CONTROPRESSIONE GENERATA Il valore di pressione esistente sullo scarico di un dispositivo di sicurezza è destinato comunque ad aumentare quando esso scarica, a causa delle contropressioni producentisi con l efflusso. Detto aumento di pressione, la differenza cioè tra i valori di pressione esistenti al bocchello di scarico del dispositivo durante l'efflusso e la contropressione preesistente (imposta), dicesi contropressione generata. Quando i dispositivi di sicurezza scaricano in collettori comuni, possono aversi valori differenti di contropressioni generate in funzione delle diverse situazioni di scarico. In questo caso si adotta il criterio di selezionare la situazione di scarico e la corrispondente contropressione generata che richiedono la massima sezione di efflusso del dispositivo di sicurezza. Le contropressioni generate si esaltano quando: sulla linea di scarico sono installati accessori quali silenziatori, rompifiamma o altre resistenze localizzate; quando si ha eccessiva lunghezza del tubo di scarico; quando le velocità di scarico sono elevate CONTROPRESSIONE VARIABILE E il valore di contropressione che si ottiene dalla somma dei seguenti due fattori: differenza dei valori minimo e massimo della contropressione imposta (1); valore di contropressione generata. N o t a: (1) Ci sono casi in cui l escursione dei valori di contropressione imposta è così lenta rispetto al tempo in cui può rimanere aperta una valvola di sicurezza che non si prende in considerazione per questo scopo. E questo il caso, per esempio, di variazioni di pressione che sono funzione della escursione termica dell ambiente esterno.

9 SCELTA DEL TIPO DI DISPOSITIVO I fattori che determinano la scelta del tipo di dispositivo (valvola di sicurezza, disco di rottura o valvola pilotata) sono non solo dipendenti dalle condizioni operative, cioè dal valore della pressione di scatto, dalle caratteristiche di lavorazione, dal tipo di fluido, ma anche dal valore di contropressione allo scarico. Sono già stati accennati in proposito i limiti di impiego delle valvole di sicurezza nel caso di scarichi in contropressione e in particolare della contropressione variabile. Al fine di garantirsi sul mantenimento delle prestazioni e della affidabilità di ciascun tipo di valvola di sicurezza, è opportuno determinare il più accuratamente possibile il valore di contropressione variabile, perché questa, rapportata al valore della pressione di scatto, conduce alla scelta più idonea del tipo di dispositivo, o per lo meno ne permette di valutare i limiti operativi. Noto questo si può procedere alla scelta del tipo di valvola di sicurezza con l aiuto delle tabelle 1 e 2. Quando la scelta cade su valvole bilanciate è opportuno verificare anche che la contropressione dichiarata non sia maggiore del 50% della pressione di scatto. Oltre questo limite, infatti, si richiederebbero eccessive maggiorazioni delle sezioni di efflusso, rispetto alla stessa sezione calcolata in assenza di contropressione. La scelta dimensionale di valvole di sicurezza e dischi di rottura in generale si effettua direttamente dai cataloghi dei costruttori, in quanto la produzione nostrana non è standardizzata. Tali cataloghi riportano in funzione dell area di sfogo calcolata i diametri delle linee d ingresso e di uscita della valvola col relativo rating delle tubazioni. TAB. 1 - SCELTA DEI DISPOSITIVI PER GAS E VAPORI ( IN BASE AL RAPPORTO TRA CONTROPRESSIONE E PRESSIONE DI SCATTO) 1 2 P 2δ /P * TIPO DI VALVOLA 0,10 Valvola standard > 0,10 0,50 > 0,50 0,86 ** Valvola con soffietto di isolamento e bilanciamento Valvole con dispositivo pilota TAB. 2 - SCELTA DELLE VALVOLE DI SICUREZZA PER LIQUIDI 1 2 P 2δ /P * TIPO DI VALVOLA 0,15 Valvola standard > 0,15 0,50 *** Valvola con soffietto di isolamento e bilanciamento Note: * Rapporto tra pressioni relative: P = pressione di scatto P 2δ = contropressione variabile (vedi testo). ** Tale limite non è uguale per tutti i costruttori e va sempre verificato. *** Non si dispone di dati per P 2δ /P>0,50, ma si ritiene valida la scelta di valvole pilotate.

10 6.0.0 TARATURA La taratura è l operazione che serve a predeterminare al banco di prova il valore della pressione di intervento del dispositivo di sicurezza VALVOLE DI SICUREZZA STANDARD E DISCHI DI ROTTURA Il valore di taratura di questi dispositivi è dato dalla differenza tra il valore di scatto o nominale di rottura e quello di contropressione imposta. Quando la contropressione imposta non è costante, il valore di taratura si ottiene dalla differenza tra la pressione di scatto o nominale di rottura e la contropressione massima imposta. Si deve poi verificare che, variando la contropressione imposta dal valore massimo a quello minimo, il nuovo valore di scatto o nominale di rottura non sia tale da interferire con la massima pressione di esercizio prevista. Se così fosse vuol dire che la scelta dì valvola standard non è idonea e, pertanto, bisogna adottare la valvola di sicurezza bilanciata VALVOLE DI SICUREZZA BILANCIATE Per le valvole di sicurezza bilanciate la pressione di taratura è uguale alla pressione di scatto VALVOLE DI SICUREZZA PILOTATE Questo tipo di valvole può seguire la metodologia di taratura delle valvole di sicurezza standard o quella delle valvole di sicurezza pilotate a seconda delle caratteristiche funzionali.

11 7.0.0 ILLUSTRAZIONE DEI DISPOSITIVI PIU USATI VALVOLE STANDARD E BILANCIATE Si riportano di seguito dei disegni schematici, dai quali è possibile capire la funzione dei vari elementi

12 7.2.0 DISCHI DI ROTTURA Scored Tension-Loaded Rupture Disk

13 VALVOLA DI SICUREZZA PILOTATA (Pilot Operated Valve) E una valvola che si apre per l intervento di un dispositivo sensibile alla pressione che può azionare la valvola stessa anche a mezzo di energia ausiliaria. (vedi API RP 520 parte 1, figure 6-10). La molla della valvola principale provvede a tenere parte del carico del disco, la restante parte è fornita dal fluido di processo stesso attraverso la valvola pilota. Quando la pressione nel recipiente protetto raggiunge il valore della pressione di scatto, la valvola pilota smaltisce la pressione del gas che contribuisce al carico del disco causando l apertura completa della valvola principale. Il vantaggio di questo tipo di valvola è l apertura totale della valvola stessa senza pericolo di sbattimenti per qualsiasi portata di scarico e per aumenti della contropressione allo scarico. Sono particolarmente indicate per sistemi a bassa pressione e quando la contropressione è elevata.

14 INDICE SEZIONE II - Codice ASME 0. PREMESSA GENERALE 1.TIPI DI DISPOSITIVI 1.1. Breaking pin device 1.2. Spring loaded non-reclosing pressure relief device 2. CERTIFICAZIONE DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA 3. VALORI CARATTERISTICI DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA 3.1. Tolleranza delle valvole di sicurezza 3.2. Tolleranza dei dischi di rottura 3.3. Tolleranza dei "breaking pin devices" 3.4. Tolleranza dei "spring loaded non-reclosing pressure relief devices" 4. VALORI DELL'ACCUMULO 4.1. Recipienti di stoccaggio per gas compressi liquefatti non refrigerati 5. DETERMINAZIONE DEL VALORE DI SCATTO E DEL VALORE NOMINALE DI ROTTURA DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA 5.1. Breaking pin device 5.2. Dispositivi multipli 5.3. Dispositivi calcolati per causa di incendio o altre fonti accidentali di calore esterne ai recipienti 6. COEFFICIENTE DI EFFLUSSO "K" 0 - PREMESSA GENERALE Gli argomenti riportati in questa Sezione devono essere considerati aggiuntivi e/o sostitutivi di analoghi argomenti già trattati nella Sez. I della presente parte. 1 - TIPI DI DISPOSITIVI Oltre a quelli già citati nella Sez. A di questa specifica, le norme ASME citano due tipi di dispositivi di cui attualmente non abbiamo monografie di costruttori: Breaking pin Device E un dispositivo di tipo Non-Reclosing similare al disco di rottura, ove la membratura cedente ad una determinata pressione e temperatura è uno spinotto o chiavetta. Questo dispositivo di rottura non può essere utilizzato come singolo dispositivo di sicurezza, bensì solo a monte di valvole di sicurezza caricate a molla Spring-loaded non-reclosing pressure relief device E un dispositivo di sicurezza caricato a molla avente la caratteristica di rimanere bloccato aperto dopo il primo intervento. La richiusura è consentita mediante intervento manuale di sblocco. Questo tipo di dispositivo non può essere usato in serie con altri.

15 2 - CERTIFICAZIONE DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA Nella normativa ASME si definiscono certificati i dispositivi di sicurezza sottoposti a prove di scarico alla presenza di ispettori del National Board of Boiler and Pressure Vessel. Detti ispettori certificano la capacità di scarico di alcuni esemplari e autorizzano i fabbricanti di dispositivi di sicurezza a bollare gli stessi con il marchio ufficiale ASME: UV. Le prescrizioni e gli obblighi al riguardo sono illustrati nella tabella 1 seguente, ove è evidenziato che per tutti i tipi di dispositivi è obbligatorio dichiararne la capacità di scarico, ad eccezione delle valvole di sicurezza aventi diametro nominale di ingresso minore di 1/2 pollice (12,7 mm). Le valvole di sicurezza adibite ad esclusivo servizio di sfioro di liquidi e le valvole rompivuoto non vengono certificate, tuttavia vige anche per queste l'obbligo della dichiarazione della capacità di scarico. TABELLA. 1 Obblighi di certificazione e di dichiarazione delle capacità di scarico dei dispositivi Tipo di dispositivo Capacità di scarico,obbligo di: Dichiarazione Certificazione Safety, Safety relief DN >1/2" si si Pilot operated valves DN < 1/2" Esentate si Pressure Relief Valves in combination with Rupture Disk (installato a monte) Pressure Relief Valves in combination with Breaking Pin Device (installato a monte) Liquid Relief Valves (3) (dimensione minima imposta DN = 1/2") si si si Facoltativa si no Rupture Disk si Facoltativa Spring Loaded Non-Reclosing Device si Facoltativa NOTE : (1) Safety Valve: valvola di sicurezza idonea solo per gas e vapori. (2) Safety Relief Valve: valvola di sicurezza idonea per gas e per liquidi. (3) Pressure Relief Valve: valvole di sicurezza in generale. (4) Liquid Relief Valve: valvola di sicurezza idonea solo per liquidi.

16 3 - VALORI CARATTERISTICI DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA Per quanto applicabili valgono le definizioni ed i valori caratteristici già dati nella Sez. I della presente trattazione. Quanto qui riportato deve essere considerato aggiuntivo e/o sostitutivo di analoghi argomenti già trattati Tolleranza delle valvole di sicurezza Le valvole di sicurezza devono rientrare nei sottoelencati limiti di tolleranza riferita alla pressione di taratura Pressione di TaraturaTolleranza 70 psi 2 psi > 70 psi 3% Tolleranza dei Dischi di Rottura Il valore di tolleranza massima alla rottura prescritta è 5% della pressione di taratura. Detto valore di tolleranza deve essere certificato per la temperatura di rottura dichiarata dal costruttore Tolleranza dei "Breaking Pin Devices" Il valore di tolleranza di questo tipo di dispositivo, espresso in psi, dipende dai campi di pressione di taratura entro cui si trova e si determina in base al seguente specchietto: Pressioni di Taratura psi psi psi Tolleranza 5 psi 10 psi 15 psi Tolleranza dei "Spring Loaded Non-Reclosing Pressure Relief Devices" Il valore di tolleranza sul valore di taratura di questi dispositivi non deve essere maggiore di 5%. 4 - VALORI DELL'ACCUMULO Per le ASME l accumulo si valuta sull aumento di pressione sopra la MAWP (Max Allowable Working Pressure) per la totale apertura della valvola di sicurezza; viene espressa in percento della MAWP. L accumulazione coincide con la sovrappressione quando la pressione di scatto coincide con la MAWP (caso API); in Italia (caso ISPESL) poiché la pressione di scatto è inferiore a MAWP accumulazione e sovrappressione divergono. Lo scarto di pressione consentito oltre la pressione di bollo degli apparecchi a pressione è distinto per tipi di installazione come sotto indicato: - Apparecchio protetto da dispositivo di sicurezza singolo: 10% - Apparecchio protetto da dispositivi di sicurezza multipli con taratura differenziata: 16% - Apparecchio protetto dal rischio di incendio o di altre fonti esterne accidentali di calore: 21%. Sono esclusi dalle sopraddette prescrizioni i recipienti di gas compressi liquefatti non refrigerati purché rispondenti alla descrizione data qui di seguito:

17 4.1 - Recipienti di stoccaggio per gas compressi liquefatti (1) non refrigerati: Per i recipienti a pressione non permanentemente collegati con linee di alimentazione, adibiti allo stoccaggio di gas compressi liquefatti non refrigerati e protetti da dispositivi di scarico di sicurezza, aventi l'incendio o altra fonte esterna accidentale di calore quale causa primaria di scarico, valgono le seguenti prescrizioni: - i dispositivi di scarico sono idonei a prevenire un accumulo maggiore del 20% sulla pressione di progetto; - la pressione di apertura dei dispositivi di sicurezza non supera la pressione di progetto; - il serbatoio ha un grado di riempimento sufficiente ad evitare il rischio di riempimento totale; - la pressione di progetto del serbatoio è maggiore della tensione di vapore del liquido contenuto corrispondente alla massima temperatura ambiente considerata; - la tolleranza di taratura delle valvole di sicurezza è compresa in: -0% +10%. NOTE: Sono considerati gas fluidi aventi tensione vapore maggiore di 2,8 Kg/cm 2 ass. 40 psia a 38 C 100 F. 5 - DETERMINAZIONE DEL VALORE DI SCATTO E DEL VALORE NOMINALE DI ROTTURA DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA Breaking Pin Device: Per questi dispositivi la pressione nominale di rottura aumentata del valore di tolleranza, non deve superare il 105% della pressione di bollo dei recipienti Dispositivi Multipli Quando la capacità di scarico è data da più di un dispositivo di scarico, almeno uno di essi deve scattare a un valore uguale od inferiore alla pressione di bollo dei recipienti. I restanti dispositivi possono aprirsi a pressioni maggiori della pressione di progetto dei recipienti non oltre però il valore massimo del 105%, fatta eccezione per il dispositivo di cui al punto seguente Dispositivi di scarico calcolati per causa di incendio o altre fonti accidentali di calore esterne ai recipienti Questi dispositivi possono aprirsi al 110% della pressione di progetto, purché non debbano soddisfare altre cause di scarico. In tal caso il valore di scatto non deve superare il valore della pressione di progetto. 6 - COEFFICIENTE DI EFFLUSSO K Il valore del coefficiente di efflusso viene calcolato dal costruttore e approvato dal National Board of Boiler and Pressure Vessel in base alle prove di certificazione delle capacità di scarico dei dispositivi di sicurezza. Il valore "K" viene calcolato riducendo del 10% il valore "K D " ricavato dal rapporto tra capacità certificata e capacità teorica dei dispositivi di sicurezza, cioè: K = 0,9 K D. I valori da adottare nei calcoli preliminari sono indicati nella tabella 2 che segue: TAB. 2: Valori dei coefficienti di efflusso dei dispositivi di sicurezza TIPI DI DISPOSITIVI VALORE K Rupture disks: valore imposto se non certificati (1) 0.62 Spring loaded non-reclosing pressure relief devices: valore imposto se non certificati (1) 0.62 Pressure relief valves in combination with rupture disk (installato a monte): valore imposto se non certificati (1) 0.68 Safety, safety relief, pilot operated valves: valore medio certificato ca Liquid relief valves: valore medio dei costruttori 0.75 NOTE: (1) - Quando i dispositivi sono certificati, si adotta il valore "K" certificato. (2) Attualmente non si dispone di valori medi certificati.

18 SEZIONE III Raccolta dei Criteri di Calcolo (nota : questa raccolta dev essere preceduta dall analisi di sicurezza impianti) INDICE 1. GENERALITÀ 1.1. NOMENCLATURA 1.2. PRESSIONE MASSIMA CONSENTITA 1.3. TRASCINAMENTO DI SOLIDI 2. FORMULE ISPESL 2.1. PORTATA DI SCARICO PER CAUSA DI INCENDIO 2.2. DIMENSIONAMENTO ORIFICI PER SCARICO DI GAS E VAPORI 2.3. DIMENSIONAMENTO ORIFICI PER SCARICO DI VAPORE D'ACQUA 3. FORMULE ASME 3.1. DIMENSIONAMENTO ORIFICI PER SCARICO DI GAS E VAPORI 3.2. DIMENSIONAMENTO ORIFICI PER SCARICO DI VAPORE D'ACQUA 4. FORMULE COMPEMENTARI DELLE PORTATE 4.1. PREMESSA 4.2. PORTATA DI SCARICO PER CAUSA DI INCENDIO 4.3. PORTATA DI SCARICO PER DILATAZIONE DI LIQUIDO DOVUTA A CALORE TECNICO 4.4. PORTATA DI SCARICO PER DILATAZIONE DI LIQUIDO DOVUTA A CALORE AMBIENTE 4.5. PORTATA DI SCARICO PER ROTTURA DI TUBO SCAMBIATORI A) Gas e Vapori B) Vapore d'acqua C) Liquidi D) Liquidi Vaporizzanti E) Fasi Miste Liquido-Gas 5. FORMULE COMPLEMENTARI DI DIMENSIONAMENTO 5.1. CONDIZIONE DI ESPANSIONE DI GAS PER INCENDIO 5.2. CONDIZIONE DI SCARICO LIQUIDI 5.3. CONDIZIONE DI SCARICO LIQUIDI VAPORIZZANTI 5.4. CONDIZIONE DI SCARICO IN FASE MISTA LIQUIDO/GAS 5.5. CONDIZIONE DI EFFLUSSO DI GAS E VAPORI SOTTO PICCOLI SALTI DI PRESSIONE

19 1.0 GENERALITÀ' 1.1 NOMENCLATURA α = accumulo percentuale del recipiente γ 1 = densità assoluta del fluido nelle condizioni P 1 e T 1 γ e = densità assoluta del fluido nelle condizioni P e e T e γ VC = densità assoluta del fluido nella vena contratta σ = sovrappressione o tolleranza percentuale A = sezione minima di passaggio di un dispositivo di sicurezza A t = sezione interna di un tubo B = coefficiente di espansione cubica C = coefficiente di efflusso adiabatico = C 1 = coefficiente di efflusso adiabatico = C/520 C p = calore specifico a pressione costante C v = calore specifico a volume costante F = fattore di isolamento termico delle formule 2 e 9 F = fattore della formula (17) per espansione gas nell incendio. G = densità relativa all'acqua a 15 C Gpm = portata di scarico in U.S. gallons per minute H = potenzialità termica k = Cp/Cv K = coefficiente di efflusso = portata reale/portata teorica Kb = coefficiente di contropressione Km = coefficiente di recupero Kp = coefficiente di sovrappressione Ksh = coefficiente del vapore surriscaldato Kw = coefficiente di contropressione Kv = coefficiente di viscosità L = calore latente di vaporizzazione M = peso molecolare P = pressione di inizio apertura o di scatto o di rottura P 1 = pressione massima consentita di scarico P 2 = contropressione dichiarata = P 2β + P 2γ P 2α = contropressione imposta minima P 2β = contropressione imposta massima P 2γ = contropressione generata P 2δ = contropressione variabile = P 2β - P 2α + P 2γ P α = accumulo in termini di pressione = αpb P τ = pressione di taratura Pa = pressione di massima apertura o reale di frattura = P+σPτ Pb = pressione di bollo o progetto Pc = pressione critica Pe = pressione di esercizio Pf = perdita di carico dinamica Pv = tensione di vapore Pvc = pressione nella vena contratta Pz = perdita di pressione dovuta alla differenza di quota. Rc = Pvc/Pv in questo rapporto le pressioni sono assolute. S = superficie laterale di recipienti T 1 = temperatura del fluido alla pressione P 1 Tb = temperatura di bollo o progetto coincidente con Pb Tc = temperatura critica Te = temperatura di esercizio Vi = volume specifico del fluido nelle condizioni P 1 e T 1 Ve = volume specifico del fluido nelle condizioni Pe e Te W = portata ponderale di scarico Wt = portata ponderale della perdita per rottura di tubo Zi = fattore di comprimibilità = P 1 V 1 /RT 1 Ze = fattore di comprimibilità = PeVe/RTe

20 1.2 PRESSIONE MASSIMA CONSENTITA DI SCARICO Riferendoci alle valvole di sicurezza in generale, i costruttori ne denunciano l imperfetto funzionamento in presenza di eccessive perdite di pressione dinamiche, che si stabiliscono tra le apparecchiature ed i bocchelli di ingresso delle valvole stesse. Tali perdite abbassano il valore della pressione di scarico dei dispositivi di sicurezza (valvole e dischi di rottura) e perciò ne riducono la capacità di scarico. a) Caso di valvole di sicurezza per le quali il costruttore suggerisce di contenere la perdita di carico tra il recipiente e la valvola stessa al 3% della pressione di scatto (vedi Parte V di questa specifica)(*) : Quando la valvola di sicurezza è installata in modo tale da soddisfare il suddetto suggerimento dato dai costruttori allo scopo di ottimizzare il funzionamento della valvola stessa, il valore della pressione massima consentita è ricavato come segue dall equazione (1) : Questa condizione può essere soddisfatta solo nei casi più semplici di installazione: quando si ha cioè un singolo recipiente protetto da V.S. installata direttamente sopra di esso o collegata ad esso con un corto tronco di linea. b) Altri casi : Sono qui compresi i casi in cui non è richiesta la limitazione della perdita di carico enunciata al punto a) precedente (ad es. per dischi di rottura, liquidi, etc.) oppure non è possibile che la stessa sia soddisfatta a causa di una situazione impiantistica contingente. Nella determinazione del valore P 1 sarà in questo caso trascurato il termine 0,03 P della formula (1), mentre dovrà essere considerata la reale perdita dì carico esistente tra il recipiente e il dispositivo di sicurezza, o tra questo e il punto più critico del sistema a pressione, allo scopo di salvaguardare la sicurezza delle apparecchiature Nota: (*) Per ISPESL- il detto limite è prescritto. Per far ciò si suggerisce di condurre un'accurata analisi su disegno quotato (ad es. un preliminare di montaggio) su cui siano riportati i valori delle pressioni di esercizio, di bollo o progetto, di accumulo consentito, le portate di scarico e la posizione prevista del dispositivo di sicurezza. Calcolate le perdite di pressione Pf e P z tra il punto di scarico e più punti del sistema a pressione, il valore P 1 sarà il minore tra quelli calcolati per ogni punto nel seguente modo: P 1 (i) = P b (i) + P α (i) - [P f (i) + P z (i)] ; Il disegno in esame, arricchito da questi nuovi dati consentirà di rilevare anche eventuali errori di posizionamento del dispositivo di sicurezza, trovatosi distante dal punto più debole del sistema, o una contraddizione tra la pressione di esercizio, la pressione di intervento del dispositivo di sicurezza e i valori P 1 (i) calcolati. In particolare, riferendoci alle sole valvole di sicurezza, il valore P 1 trovato non deve risultare inferiore alla pressione di massima apertura delle stesse. Ad esempio, si abbia l installazione indicata in figura: ove, dovendosi proteggere il recipiente D-1 bollato a 10 Kg/cm 2, si è previsto per SV-1/10 lo stesso valore come pressione dì scatto.

21 La SV-1/10, convogliata in fiaccola, ha una contropressione massima imposta P 2β = 0.8 Kg/cm 2 e per essa quindi si ha (vedi nomenclatura): P (1) P 2β (2) P τ (3) = (1) - (2) σ (4) Pa (5) = (1) + (4) (3) = 10 kg/cm 2 = 0,8 kg/cm 2 = 9,2 kg/cm 2 = 10% = 10,92 kg/cm 2 Si passi ora al calcolo del valore P 1. Si ammetta che il recipiente D-1 con il valore di 11 kg/cm 2 (bollo + accumulo) costituisca il punto più debole del sistema. La perdita di carico prevista tra il punto di scarico (SV-1) e il D-1 sia 1 kg/cm 2 e di 1,5 kg/cm 2 tra SV-1 e CV-1. Il valore P 1, calcolato con la (1 ): P 1 = = 10 kg/cm 2, risulta minore del valore P a di 0,92 kg/cm 2 : si devono rivedere perciò i parametri della SV-1. Noto P 1 è possibile determinare esattamente il valore della pressione di scatto con la seguente: (2) P = (P 1 + P 2β σ/100) / (1+ σ/100)<p b ; che, applicata al caso preso ad esempio, dà: P (1) P 2β (2) P τ (3) = (1) - (2) σ (4) Pa (5) = (1) + (4) (3) = 10 kg/cm 2 = 0,8 kg/cm 2 = 9,2 kg/cm 2 = 10 % = 10,92 kg/cm 2 Nel caso in questione, essendo risultato poco margine tra la pressione di esercizio (8 kg/cm 2 ) e la pressione di scatto (9,16 kg/cm 2 ), potrebbe essere necessario riposizionare la SV-1 o alzare la pressione di bollo del D-1. Per determinare la pressione di scatto, noto il valore P 1, delle valvole di sicurezza di tipo bilanciato si applica la seguente : (3) P = P 1 /(1+ σ/100); e per i dischi di rottura : (4) P = (P b + P α - P z + P 2β σ/100)/(1+ σ/100); si noti che, per i dischi di rottura, la pressione nominale di frattura non è influenzata dalla perdita di pressione dinamica P f. 1.3 TRASCINAMENTO DI SOLIDI Indipendentemente dal criterio di calcolo dimensionale seguito, quando si teme allo scarico la formazione o il trascinamento di parti solide: sali, polimeri, polveri etc. che possono ostruire il condotto, si raccomanda di scegliere una sezione di orifizio e la relativa linea di scarico di almeno un DN superiore al minimo richiesto.

22 2. FORMULE ISPESL 2.1 PORTATA DI SCARICO PER CAUSA DI INCENDIO Quando ricorra il caso di incendio per i recipienti contenenti liquidi in equilibrio con la loro fase gassosa, le prescrizioni ISPESL. fanno obbligo di applicare la seguente formula di calcolo: (5) W = (F S 0.82 )/L dove : W = kg/h; F = fattore che si ricava dalla Tab. A-3; S = m 2 ; superficie del recipiente o dei recipienti esposti all'incendio, internamente a contatto del liquido contenuto, compresa entro un'altezza di 8m (1) sul piano base dell incendio. Nota (1) : l assunzione di 8m non è resa obbligatoria dall API, ma essa lascia al progettista la facoltà di assumere anche valori superiori, come spesso è opportuno fare. (vedi anche la parte del manuale che descrive l analisi di sicurezza). Nel caso di sfere o sferoidi, la superficie bagnata è quella compresa fino alla quota del diametro orizzontale massimo o 8 m (la maggiore delle due). Se i recipienti sono installati a distanza inferiore di 7 m dalla sorgente dell'incendio, al valore S già calcolato si deve sommare la restante porzione di superficie che è esposta alla radiazione dell'incendio. La superficie bagnata dei serbatoi può essere calcolata con l'aiuto dei grafici di Fig. A-11 e A-12. L = KJ/kg, calore latente di vaporizzazione alla pressione P 1 (2) Il numeratore della formula rappresenta la quantità di calore assorbita dal recipiente: Q = F*S 0.82 KJ/h, e può essere stimata con il grafico di Fig. A 5. Il coefficiente numerico della formula (5) diventa se "L" è misurato in Kcal/kg, Nota (2) - Il calore latente per idrocarburi può essere anche ricavato dal grafico dell API RP DIMENSIONAMENTO ORIFICI PER SCARICO DI GAS E VAPORI Può essere usata una delle due formule seguenti: (6) (7) In cui: A = cm 2 W = Kg/h P 1 = bar ass. Pressione massima consentita di scarico (vedi punto 1.2) V1 = volume specifico m3/kg T 1 = K = C K = coefficiente di efflusso da assumere in accordo con quanto specificato nella Sezione I di questo documento. K b = coefficiente di contropressione. Per le valvole di sicurezza di tipo standard e per i dischi di rottura si ricava dalla TAB. A-1; per le valvole di sicurezza di tipo bilanciato si ricava dalla FIG. A-1. Se K b <1, il valore trovato nelle tabelle deve essere confermato dal costruttore del dispositivo di sicurezza. C 1 = coefficiente adiabatico, si può ricavare dalla FIG. A-2, dipende da k = C p /C v preso alle condizioni P 1 e T 1. Z 1 = fattore di comprimibilità, si può ricavare dalle FIG. A-3 e A-4. Se le pressioni sono misurate in kgf/cm 2 il coefficiente numerico 394,9 diventa 387,2 e il coefficiente 113,8 diventa 112,7.

23 2.3. DIMENSIONAMENTO ORIFICI PER SCARICO DI VAPOR D i ACQUA Si consiglia di usare la formula (7) del paragrafo precedente. 3. FORMULE ASME - SECTION VIII - DIV DIMENSIONAMENTO ORIFICI PER SCARICO DI GAS E VAPORI In unità di misura originali la formula è la seguente: (8) in cui : A = in 2 W = Ib/h P 1 = psia. Pressione massima consentita di scarico (vedi punto 1.2) T 1 = R = F K = coefficiente di efflusso da assumere in accordo con quanto specificato nella Sezione II del documento. K b = coefficiente di contropressione (vedi esplicazioni date per lo stesso K b del punto 2.2). C = coefficiente adiabatico, si può ricavare dalla FIG. A-2. Z 1 = fattore di comprimibilità, si può ricavare dalle FIG. A-3 e A-4. I parametri C, Z 1, si prendono nelle condizioni P 1 e T 1. In unità del sistema S.I. la (8) diventa : (8 ) in cui A = cm 2 W = Kg/h P 1 = bar ass. T 1 = K = C Se la pressione viene espressa in Kgf/cm 2 il coefficiente numerico diventa 1,34.

24 3.2 DIMENSIONAMENTO ORIFICIO DI SCARICO VAPOR D ACQUA In unità di misure originali la formula è la seguente: (9) (*) in cui: A = in 2 W = lb/h P 1 = psia. Pressione massima consentita di scarico (vedi punto 1.2) K = coefficiente di efflusso da assumere in accordo con quanto specificato nella Sezione II di questo documento. K b = coefficiente di contropressione. Per le valvole di sicurezza di tipo standard e per i dischi di rottura si ricava dalla TAB. A-1, per le valvole di sicurezza di tipo bilanciato si ricava dalla FIGURA A-1. K SH = coefficiente per vapore surriscaldato; si ricava dalla TAB. A-2 o A -2. Questo coefficiente si applica quando il vapore è surriscaldato a monte del dispositivo di sicurezza; se il vapore è saturo K SH = 1. Nel sistema di misura S.I. la (9) diventa: (9 ) (*) dove: A = cm 2 W = kg/h P 1 = bar ass. Se la pressione viene espressa in Kgf/cm 2 il coefficiente numerico diventa 51,5. Nota: (*) Le formule (9) e (9 ) sono valide sino alla pressione di 1500 psig (103 bar e). Per pressioni superiori si rimanda alle norme ASME.

25 4. FORMULE COMPLEMENTARI DELLE PORTATE 4.1 PREMESSA Le norme locali sui recipienti a pressione: ISPESL per l'italia, ASME per gli U.S.A, GOSGORTECHNADSOR per l'u.r.s.s., etc., si limitano a prescrivere quasi sempre la sola formula di calcolo o di verifica degli orifici di scarico dei dispositivi di sicurezza, presumendo che il progettista, tramite appropriata analisi, abbia individuato la condizione governante di scarico e la relativa portata. Fa eccezione ISPESL che prescrive anche la formula per il calcolo della portata per incendio esterno. Altre norme e pubblicazioni autorevoli hanno però proposto formule di calcolo che consentono di quantificare le portate per alcuni casi notevoli o anche di dimensionare gli orifici di scarico per i casi in cui non sono applicabili le formule delle norme locali sui recipienti a pressione, come ad esempio nel caso di efflusso di liquidi (vedi punto 5 successivo). Tali formule sono qui raccolte, il più possibile complete di tabelle e di informazioni utili sulla loro provenienza o sull'ente che l'ha proposte, accettate o addirittura prescritte. Sono stati anche predisposti fac-simili di fogli di calcolo utili per la riepilogazione di dati e di calcoli inerenti a ciascun dispositivo per gli usi opportuni: per archiviazione, per enti locali, per il Cliente, etc. 4.2 PORTATA DI SCARICO PER CAUSA DI INCENDIO (API RP 520) La seguente formula, adottata con qualche variante anche dall ISPESL, si applica per i progetti destinati agli U.S.A. o laddove si sceglie di adottare le norme ASME - Section VIII - DIV.1. E inoltre riconosciuta dalle norme O.S.H.A. - Occupational Safety and Health Administration e N.F.P.A. - National Fire Protection Association degli USA. La formula serve a calcolare la portata dei vapori che si generano dal liquido, contenuto nei recipienti fissi di processo, quando questi sono coinvolti in un incendio. Nelle unità dimensionali di origine la formula è la seguente: (10) in cui: W = Ib/h L = BTU/lb ( per la sua determinazione vedi grafico API) F = fattore che si ricava dalla TAB. A-3; nelle tabelle A-4 e A-5 vengono date le correlazioni tra F e la coibentazione. S = in ft 2 è la superficie totale bagnata dei recipienti. Questa, per i serbatoi può essere calcolata con l aiuto dei grafici di FIG. A-11 e A = è un fattore di esposizione, che riduce il valore calcolato di S, perciò il progettista non è autorizzato a escludere parti di superfici bagnate non esposte a meno che non sia proprio certo che quella parte non lo sarà mai. Si ricorda che questo fattore diventa 1 per gli scambiatori ad aria. La quantità F S 0.82 = Q in BTU/h rappresenta il calore assorbito dal recipiente. La quantità Q può essere stimata dal grafico dì FIG. A-5. Espressa in unità del sistema S.I. la (10) diventa: (10 ) in cui: W = Kg/h, L = KJ/kg, S = m 2 Se L è espressa in Kcal/kg il coefficiente numerico diventa La quantità di calore assorbita dal recipiente : Q = * F S 0.82 può essere stimata sul grafico di FIG. A -5.

26 4.3 PORTATA DI SCARICO PER DILATAZIONE LIQUIDO DOVUTA A CALORE TECNICO (API RP 520) La formula che segue calcola la portata di liquido da scaricare per i casi di recipienti funzionanti pieni di liquido, intercettati e accidentalmente riscaldati da fonte di calore di processo, tracciature, incamiciature, ecc. Espressa nelle unità dimensionali di origine la formula è la seguente: (11) oppure (11 ) in cui : gpm = U.S. gallons/minute W = lb/hr B = 1/ F C = BTU/lb F In particolare: H = BTU/hr, è la quantità di calore ceduto al liquido intrappolato, pari alla potenzialità di progetto dello scambiatore. Espressa nelle unità dimensionali del sistema S.I. oppure del sistema tecnico pratico decimale la (11 ) rimane tal quale se: (Sistema S.I.) W = Kg/h B = 1/ C H = KJ/h C = KJ/kg C (Sistema decimale) oppure (idem) oppure (idem) oppure Kcal/h oppure Kcal/kg C 4.4 PORTATA DI SCARICO PER DILATAZIONE DI LIQUIDO DOVUTA A CALORE AMBIENTE (API RP 521) Come già detto nella premessa della sezione I, punto B) di questo documento, per pipelines di trasferimento liquidi di grande diametro, esposte all irraggiamento solare, è necessario dimensionarne i dispositivi di sicurezza sulla base di un calcolo specifico. Viene proposto l'allegato criterio di calcolo, tratto da API RP 521 e lasciato tal quale data la sua complessità.

27 API RP 521 APPENDIX A RELIEVING REQUIREMENTS FOR THERMAL RELIEF (A-1) (Vedi Nomenclatura Annessa) (A-2) Where: For curved surfaces: For flat surfaces: (A-3) Q A and Q P are signed values; proper sign for use in equation (A- 3) will result from equations (A - 1) Q HR is always positive. (A-4) For negligible process fluid resistance (very large), the right side of equation (A-2) becomes:

28 For the case of no insulation, Tp = Ts and the right side of equation (A 2) becomes: Steps 1. Assume T s for the surface being considered. 2. Obtain K using assumed mean temperature. 3. Calculate Q A with equation (A -1). 4. Calculate Q p with equation (A-2). 5. Check to see if equation (A-3) balances. 6. Adjust T S and repeat steps N 2 through N 5 until it does balance. 7. Calculate Q P using at the balanced T S 8. Repeat steps N 1 through N 7 for each different surface type, as needed. 9. Use equation (A-4 ) with the area of the system and properties of the fluid to get GPM. Note: For exchangers, use (Q P )(S.F.) = design heat duty. NOMENCLATURE ratio of area exposed to solar radiation to outside insulation surface. A = For pipe, this may be assumed to be one-half. For flat surfaces, it can be up to a value of 1 if horizontal, e.g., a tank roof. B = cubical coefficient of expansion for fluids, in volume per volume, per degrees fahrenheit; for typical values, see API RP 520, Part I, Appendix D. C = specific heat of fluid at T P, in British thermal units per pound, per degrees fahrenheit. D P = outside diameter of pipe or equipment, in feet. G = specific gravity of fluid at relieving temperature (water = 1). GPM = volume relieving rate, in gallons per minute. h C+R = coefficient between insulation (or pipe or equipment) and atmosphere, in British thermal units per hour per square foot, per degrees fahrenheit. h P = coefficient between container and fluid, in British thermal units per hour per square foot, per degrees fahrenheit. K = thermal conductivity of insulation at mean temperature, in British thermal units per hour per square foot per inch, per degrees fahrenheit. L = insulation thickness, in inches. Q A = heat exchange between insulation (or pipe) surface under consideration and ambient, in British thermal units per hour per square foot. Q P = heat exchange between material in the pipe (or equipment) and surface of the containing wall under consideration, in British thermal units per hour per square foot. Q SR = heat due to solar radiation (most locations = 320), in British thermal units per hour per square S.F. = foot. square feet of surface under consideration outside of insulation, if insulated, or pipe or equipment, if bare. T A = ambient temperature, in degrees fahrenheit. T P = process fluid temperature, in degrees fahrenheit. T S = insulation (or pipe) surface temperature, in degrees fahrenheit. V = wind velocity, in feet per minute. fraction of solar direct radiation absorbed by insulation (or pipe) surface due to latitude and = orientation. = emissivity of insulation (or pipe) surface.

29 4.5. PORTATA DI SCARICO PER ROTTURA DI TUBO SCAMBIATORI I criteri di calcolo qui presentati servono a calcolare la perdita di fluido effluente dal lato ad alta pressione a quello a bassa di uno scambiatore in caso di rottura di tubo. Le formule sono proposte sulla base delle stesse formule di dimensionamento dei dispositivi di sicurezza presentate in questa Raccolta, data la similitudine dei due fenomeni di efflusso. A) Gas e vapori La formula seguente si applica quando il fluido del lato alta pressione è gas o vapore: (12) In cui: W t = Kg/h. Può al massimo essere uguale alla portata di processo del lato alta pressione. C = si ricava dalla FIG. A-2 e deve essere riferito al fluido del lato alta pressione (si legga il C-ASME). Kb = si ricava dalla TAB. A-1, ove il rapporto P2/P1 deve essere interpretato come: pressione massima consentita sul lato bassa pressione. A t = cm 2, sezione interna di un tubo. Pe = bar ass. pressione dì esercizio del lato alta pressione. Ze = si ricava dalla FIG. A-3 e A-4, riferendolo al fluido del lato alta pressione. Te = K, temperatura del fluido del lato alta pressione, corrispondente alla pressione Pe M = peso molecolare del fluido lato alta pressione. Se Pe viene espressa in Kgf/cm 2 il primo coefficiente diventa 0,58. Nella formula (12) e nella (12 ) che segue si è adottato un coefficiente di efflusso pari a 0,78. Nel sistema tecnico pratico inglese la (12) diventa : (12 ) in cui : W t = lb/h A t = in 2 P e = psia T e = R = F + 460

30 B) Vapor d'acqua La formula seguente si applica quando il fluido del lato alta pressione è vapor d'acqua: NOTA: Questa formula è valida sino a un valore di 103 bar e. (1500 psig). (13) in cui : W t = Kg/h. Può al massimo essere uguale alla portata di processo del lato alta pressione. Kb = si ricava dalla TAB. A-1 ove il rapporto P 2 /P1 deve essere interpretato come: pressione massima consentita sul lato bassa pressione. Ksh = si ricava dalla TAB. A-2 o A -2. Questo coefficiente si applica quando il vapore è surriscaldato a monte del dispositivo di sicurezza; se il vapore è saturo Ksh = 1. A t = cm 2 sezione interna del tubo. Pe = bar ass. pressione di esercizio sul lato alta pressione. Se Pe = viene espresso in Kgf/cm 2 il primo coefficiente numerico diventa 40. Nella formula (12) si è adottato un coefficiente di efflusso pari a 0,78. Nel sistema tecnico pratico inglese la (13) rimane con il primo coefficiente numerico 40 se: W t = lb/h. A t = in 2 Pe = psia. C) Liquidi La formula seguente si applica quando il fluido del lato alta pressione è in fase liquida e non subisce cambiamento di stato da liquido a vapore per effetto del salto di pressione (vedi caso D successivo). (14) in cui : Wt = Kg/h. Può al massimo essere uguale alla portata di processo del lato alta pressione. Kv = si applica solo ai liquidi viscosi e si ricava dalla FIG. A-6 in base alla procedura seguente. Si calcola la portata della perdita W t assumendo Kv = 0,9; poi il N di Reynolds e si legge sul grafico il valore Kv. Questo, nel caso fosse superiore a 0,9 si utilizza per rettificare il valore W t precedentemente calcolato. Se invece è inferiore si utilizza solo se è percentualmente molto diverso da 0,9 (ad esempio più del 10%). At = cm 2 sezione interna di un tubo. Pe = bar ; pressione di esercizio del lato alta pressione. P 1 = bar; pressione massima consentita sul lato a bassa pressione. Si ricava in base alle istruzioni del punto 1.2. I due valori Pe e P 1 devono essere presi entrambi omogenei: assoluti o effettivi. G = specific gravity del fluido del lato alta pressione. La formula (14) rimane invariata se le pressioni sono espresse in Kgf/cm 2. Nella formula (14) e nella (14 ) che segue si è adottato un coefficiente di efflusso pari a 0,4. Nel sistema tecnico pratico inglese la (14) diventa: (14 ) In cui: W t = lb/h; A t = in 2 P e e P 1 = psi

31 D) Liquidi vaporizzanti La formula seguente si applica quando il fluido del lato alta pressione è un liquido che subisce cambiamento di stato da liquido a vapore per effetto del salto di pressione (la vaporizzazione si ha se: come si evince da studi effettuati si ha : (15) in cui: G = è la Specific Gravity del fluido del lato alta pressione. Wt = Kg/h. Può al massimo essere uguale alla portata di processo del lato alta pressione. Kv = si applica solo ai liquidi viscosi e si ricava dalla FIG. A-6 in base alla procedura seguente. Si calcola la portata della perdita W t assumendo Kv = 0,9; poi il N di Reynolds e si legge sul grafico il valore Kv. Questo, nel caso fosse superiore a 0,9 si utilizza per rettificare il valore W t precedentemente calcolato. Se invece è inferiore si utilizza solo se è percentualmente molto diverso da 0,9 (ad esempio più del 10%). A t = cm 2 sezione interna di un tubo. r c = si ricava dalla FIG. A-7 in funzione del rapporto P v/pressione critica del liquido del lato alta pressione. Pe = bar ass.; pressione di esercizio del lato alta pressione. Pv = bar ass.; tensione di vapore del liquido alla temperatura di esercizio lato alta pressione. P 1 = bar ass.; pressione massima consentita sul lato a bassa pressione. Si ricava in base alle istruzioni del punto 1.2. In questa formula e nella susseguente (15 ) si è assunto come coefficiente di recupero 0,3 e come coefficiente di efflusso 0,4. La formula (15) non cambia se le pressioni sono espresse in Kgf/cm 2. Nel sistema tecnico pratico inglese la (15) diventa : (15') in cui: A t = in 2 P e e P V = psia

32 E) Fasi miste La formula seguente si applica quando il fluido del lato alta pressione è liquido, avente in miscela gas incondensabili, che non vaporizza per effetto del salto di pressione (vedi il caso D precedente). (16) in cui: Wt = Kg/h. Può al massimo essere uguale alla portata di processo del lato alta pressione. Kv = si applica solo ai liquidi viscosi e si ricava dalla FIG. A-6 in base alla procedura seguente. Si calcola la portata della perdita W t assumendo Kv = 0,9; poi il N di Reynolds e si legge sul grafico il valore Kv. Questo, nel caso fosse superiore a 0,9 si utilizza per rettificare il valore W t precedentemente calcolato. Se invece è inferiore si utilizza solo se è percentualmente molto diverso da 0,9 (ad esempio più del 10%). A t = cm 2 sezione interna di un tubo. Pe = bar ass.; pressione di esercizio del lato alta pressione. P 1 = bar ass.; pressione massima consentita sul lato a bassa pressione. Si ricava in base alle istruzioni del punto 1.2. γ e = Kg/m 3. Densità assoluta del fluido del lato alta pressione, si calcola tenendo conto della frazione di gas (Xg) e del volume specifico del gas e del liquido nelle condizioni di esercizio, rispettivamente V ge e V f : γ' vc = kg/m3. Densità assoluta della miscela nelle condizioni di vena contratta: E : V gc limite = 1,65. V ge Nel caso il valore V gc fosse minore di zero o maggiore di V gc limite, si assuma: Nella formula (16) e nella (16 ) che segue si è adottato un coefficiente di efflusso pari a 0,4. Se le pressioni sono espresse in kgf/cm 2 la formula (16) non cambia. Nel sistema tecnico pratico inglese la (16) diventa: (16 ) in cui: W t = lb/h A t = in 2 P = psi γ = lb/cu.ft

33 5. FORMULE COMPLEMENTARI DI DIMENSIONAMENTO 5.1. CONDIZIONE DI ESPANSIONE DI GAS PER INCENDIO (API RP 520) Il seguente criterio di calcolo, valido per i recipienti non rivestiti contenenti solo gas ed esposti all incendio, è generalmente applicato nei progetti ASME. Nelle unità dimensionali di origine è : (17) in cui : A = in 2 F = si ricava dalla FIG. A-8. Il valore minimo è comunque 0,01. S = ft 2. Superficie totale del recipiente. P 1 = psia. Pressione massima consentita di scarico (vedi punto 1.2). Le limitazioni di questa formula sono tal quali come riportate in calce alla FIG. A-8. Nel sistema S.I. la (17) diventa: (17 ) in cui : A = cm 2 S = m 2 P 1 = bar ass. (se la pressione viene espressa in Kgf/cm 2 il coefficiente numerico diventa 18.4) CONDIZIONI DI SCARICO LIQUIDI (API RP 520) Il seguente criterio di calcolo si applica quanto il liquido effluente non subisce cambiamento di stato da liquido a vapore per effetto del salto di pressione, quale indicato in formula (vedi caso del punto 5.3 successivo). Nelle unità dimensionali di origine è : (18) oppure : (18 ) in cui : A = in 2 gpm = U.S. gall/1 W = Ib/hr K = come definito nella sezione 1 di questa parte della specifica. K p = si ottiene dalla FIG. A-9. Per i dischi di rottura e le valvole pilotate Kp = 1. K w = per le valvole di sicurezza dì tipo bilanciato si ottiene dalla FIG. A-10. Come esplicato in calce a questa figura, il grafico ivi riprodotto si riferisce a valvole bilanciate aventi sovrappressione del 25%. Si ritiene che valvole con sovrappressione minore abbiano, a parità di contropressione, valori K w maggiori, pertanto in questo caso il valore letto sul grafico porta a risultati cautelativi.

34 Per le valvole di sicurezza di tipo standard e per i dischi di rottura K w = 1. K v = si applica solo ai liquidi viscosi e si ricava dalla FIG. A-6 applicando la procedura seguente : si calcola l orificio del dispositivo assumendo K v = 1; si sceglie l orificio superiore disponibile e in base a questo si calcola il n di Reynolds (vedi formula in calce alla figura) per ottenere dal grafico il valore K v. Con questo si corregge l orificio precedentemente calcolato. Se l'area corretta è maggiore dell area scelta, si ripete il procedimento passando a un orificio maggiore. P 1 = psi. Pressione massima consentita di scarico (vedi punto 1.2). P 2 = psi. Nel sistema S.I. la (18') diventa : (18 ) in cui: A = cm 2 W = Kg/h. P = bar. Se le pressioni sono espresse in Kgf/cm 2 il coefficiente numerico diventa CONDIZIONE DI SCARICO LIQUIDI VAPORIZZANTI Il criterio di calcolo che segue, tratto da uno Studio Montedison si applica quando il liquido effluente subisce cambiamento di stato da liquido a vapore per effetto del salto di pressione si ha vaporizzazione o cavitazione se: Essendo K m il coefficiente di recupero, definito sotto. Nel caso in cui dopo un primo scarico di liquido vaporizzante si abbia vaporizzazione all interno delle apparecchiature, il dispositivo di sicurezza deve essere dimensionato per la condizione di scarico di vapori. Lo stesso dicasi per i dispositivi di sicurezza installati su apparecchiature contenenti miscele di liquido con il suo vapore. Nel caso particolare di scarico di acqua satura si rimanda al grafico di FIG. A-13 tratta dalle norme ASME, (19) in cui : A = cm 2 W = Kg/h K, Kp, K w, K v = vedi indicazioni date per la formula (18). K m = coefficiente di recupero. Per le valvole di sicurezza si assume K m = 0.7; per i dischi di rottura K m = 0,3). P 1 = bar ass. Pressione massima consentita di scarico (vedi punto 1.2). r c = si ricava dalla FIG. A-7.

35 5.4 CONDIZIONE DI SCARICO IN FASE MISTA LIQUIDO-GAS Questo criterio di calcolo si applica quando il liquido di scarico è miscelato con gas incondensabili e non vaporizza per effetto del salto di pressione quale indicato nella formula del punto 5.3 precedente. (20) A = W/113 K. K p. K w. K v. (P1-P2) 0,5. ( γ 1 + γ VC ) In cui: A = cm 2 W = Kg/h K, Kp, K w, K v = vedi indicazioni date per la formula (18). P 1 = bar. Pressione massima consentita di scarico (vedi punto 1.2) P 2 = bar. Pressione a valle Da tener presente per i calcoli in seguito esposti che Co = radice di Km; coefficiente di recupero definito in precedenza

36 5.5 CONDIZIONE DI EFFLUSSO DI GAS E VAPORI SOTTO PICCOLI SALTI DI PRESSIONE La seguente formula di calcolo, valida in generale per ogni condizione di efflusso può essere applicata quando il rapporto delle pressioni assolute P 2 /P 1 é Nelle unità dimensionali del sistema S.I. è: (21) in cui: A = cm 2 W = kg/h V 1 = m 3 /kg P 1 = bar ass. (se in kg/cm 2 il coefficiente numerico diventa 159,5 e se in mm c.a. il coefficiente è: 15950). k = c p /c v preso alle condizioni P 1 e V 1 ; r = P 2 /P 1 = rapporto tra valori assoluti. Per comodità si può ricavare il valore messo tra parentesi quadra sotto radice dalla tabella A-6 allegata nell appendice A. K coeff. di efflusso = Nel caso di valvole di sicurezza o dischi di rottura il valore K è indicato nella Sezione I o II di questo documento a seconda del codice di progettazione da applicare (ISPESL o ASME). In particolare nel caso ASME il coefficiente 0.9 deve essere trascurato (0.9 K = K). Nel caso particolare di valvole a piattello non assoggettate ai controlli ISPESL non si usa il coefficiente 0,9; questo cautelativamente può essere preso = 0.5 oppure uguale al valore dato dal costruttore. Il valore K= 0.5 può ovviamente essere preso anche per i progetti ASME. Nelle unità dimensionali del sistema britannico la (21) diventa : (21 ) in cui: A = sq.in. W = lb/hr P 1 = psia. (se in inches W.C. a 60 F il coefficiente numerico diventa 38) V 1 = cu.ft./lb.

37 Nei casi in cui il salto di pressione è talmente piccolo che la variazione di volume specifico del gas o vapore è trascurabile ( 10%) si può applicare al posto della (21) la formula di calcolo per i fluidi incomprimibili che è più semplice, e cioè: (22) in cui : A cm 2 ; W = kg/h V 1 = m 3 /kg; P = bar (se in kg/cm 2 il coefficiente numerico diventa e se in mm c. a. il coefficiente è 15950). Valgono per (0.9 K) le stesse considerazioni fatte per la (21). Nelle unità dimensionali del sistema britannico la (22) diventa: (22 ) in cui: A = sq.in. W = lb/hr P = psi (se in inches c.a. a 60 F il coefficiente numerico diventa 38) V 1 = cu.ft/lb

38 SPECIFICA GENERALE DI PROGETTAZIONE DEI DISPOSITIVI DI SICUREZZA APPENDICE A (alla sezione III) INDICE DELLE TABELLE: TAB. A-1 Coefficiente di contropressione Kb per salti di pressione minori del salto critico TAB. A-2 - Superheat correction factors for safety valves in steam service in unità anglosassoni. TAB. A -2 - Superheat correction factors for safety valves in steam service in unità metriche. TAB. A-3 Fattore di riduzione F nelle formule per incendio esterno, dati ISPESL e API TAB. A-4 Conducibilità e spessore dei coibenti e fattori F TAB. A-5 Casi in cui F può assumere valori diversi da 0,3. TAB. A-6 Tabulazioni valori dell espressione adiabatica della formula (21) del par INDICE DELLE FIGURE (Grafici) Fig. A-1- Fattore di contropressione Kb per valvole di sicurezza bilanciate. Fig. A-2 Coefficienti C ASME e C1 ISPESL in funzione di k. Fig. A-3 - P-V-T data correlation for Hydrocarbons ( grafico per Z) Fig. A-4 - Fattore di comprimibilità per paraffine nello stato di vapore saturo. Fig. A-5 - Formula API per l assorbimento di calore dalle pareti bagnate di un recipiente sottoposto all incendio. Fig. A -5 Formula ISPESL per l assorbimento di calore in caso d incendio. Fig. A-6 - Fattore di correzione Kv della capacità a causa della viscosità. Fig. A-7 - Curva del rapporto fra tensione di vapore e pressione critica. Fig. A-8 - Fattore F per recipienti non coibentati in servizio gas. Fig. A-9 - Fattore di correzione della capacità dovuta alla sovrappressione. Fig. A-10 Fattore di correzione della capacità dovuta alla contropressione. Fig. A-11- Curva di riempimento di una sfera. Fig. A-12 - Curva di riempimento serbatoi cilindrici orizzontali. Fig. A-13 Curva della capacità di flusso per una valvola di sicurezza che scarica acqua satura. Nota: I Calori Latenti di Vaporizzazione per Idrocarburi si possono trovare sulla figura D3 del Manuale API RP 520.

39 TAB. A-1

40 TAB. A-2 SUPERHEAT CORRECTION FACTORS FOR SAFETY VALVES IN STEAM SERVICE TRATTA DA API RP520

41 TAB. A - 2 SUPERHEAT CORRECTION FACTORS FOR SAFETY VALVES IN STEAM SERVICE

42 TABELLA A-3

43 TABELLA A-4

44 TABELLA A-5 CASI IN CUI F PUO ASSUMERE VALORI DIVERSI DA 0.3 SUPPONIAMO DI AVERE UNA CONDUCIBILITA PARI A 0.2 SUPERIORE AL VALORE DEI COIBENTI NORMALMENTE USATI PER SPESSORI BASSI (ANCHE INFERIORI AI MINIMI COMMERCIALI) AVREMO LA SEGUENTE TABELLA: S CONSIDERATO [mm] U = λ 1000/S F

45 TABELLA A-6 TABULAZIONE VALORI [(k/k-1)*(r 2/k - r (k+1)/k )]

46 FIG. A-1 Fattore di Contropressione Kb per Valvole di Sicurezza Bilanciate Note: The above curves represent a compromise of the values recommended by a number of relief valve manufacturers and may be used when the make of valve or the actual critical-flow pressure point for the vapor or gas is unknown. When the make is known, the manufacturer should be consulted for the correction factor. These curves are for set pressures of 50 pounds per square inch gage and above. They are limited to back pressure below critical-flow pressure for a given set pressure. For subcritical-flow back pressures below 50 pounds per square inch gage, the manufacturer must be consulted for the values of K b. ( * ) - Il rapporto delle pressioni deve essere inteso come P 2 /P 1.

47 FIG. A-2 COEFFICIENTE ISOENTROPICO C e C1 TRATTA DA API RP520

48 Fig. A-3 Grafico per il Calcolo del valore di Z

49 Fig. A-4 Fattore Comprimibilità Paraffine nello stato di Vapore Saturo PRESSURE IN PSIA Fig. A Compressibility Factor for Paraffin Hydrocarbons at saturated Vapor Conditions

50 Fig. A-5 Formula API per Assorbimento di Calore dalle pareti bagnate di un Recipiente Sottoposto a Incendio TRATTA DA API RP520

51 Fig. A -5 Formula ISPESL per l Assorbimento di Calore in caso d Incendio QUANTITA DI CALORE

52 Fig. A-6 REYNOLD VISCOSITY CORRECTION FACTOR

53 FIGURA A-7 Grafico riprodotto da ISA HANDBOOK OF CONTROL VALVES UNIVERSAL CRITICA PRESSURE RATIO CURVE (Vapor Pressure/Critical Pressure) 100 Critical Pressure Psia

54 FIGURA A-8 RELIEF VALVES FACTOR

55 FIGURA A-9 e A-10

56 FIGURA A-11

57 FIGURA A-12

58 FIGURA A-13 Set Pressure, psig FIG. A-13 FLOW CAPACITY CURVE FOR RATING NOZZLE TYPE VALVES ON SATURATED WATER (BASED ON 10% OVERPRESSURE) (TRATTA DA ASME SECTION VIII DIVISION I APPENDIX XI) Il diagramma in figura può essere usato per trovare rapidamente l'area di sfogo per una valvola di sicurezza posta su un recipiente contenente acqua satura, cioè al punto di ebollizione corrispondente alla pressione di esercizio, infatti sulle ordinate viene dato il parametro: flow capacity espresso come portata in lb/hr per unità di superficie in sq inch, divisa per 10000; ne deriva che il valore letto va moltiplicato per per trovare la flow capacity. Il classico esempio è quello di un recipiente pieno d'acqua alla sua temperatura di ebollizione. Se per qualche causa il recipiente raggiunge la pressione di scatto della valvola, questa si apre e quindi ha luogo uno scarico in fase mista. Si deve dapprima trovare la portata di scarico in lb/hr ( nel caso ad esempio di una chiusura della valvola di intercettazione sulla linea di uscita, la valvola di sicurezza dovrà scaricare tutta la portata in ingresso al recipiente). Se la pressione di esercizio è 400 psig la temperatura del recipiente è 229 C. La pressione di scatto è 600 psig e la pressione accumulata è 660 psig si trova sul diagramma che la flow capacity diviso è 9,2 lb/(hr*sq inch), ne consegue che la flow capacity 9,2* Se la portata da scaricare fosse lb/h, si trova che l'area di sfogo è 20000/(9,2*10000) = 0,217 sq inch da questo valore si deducono le dimensioni della valvola sui cataloghi dei fornitori.

59 SPECIFICA GENERALE PROGETTAZIONE DISPOSITIVI DI SICUREZZA SEZIONE IV INDICE INSTALLAZIONE 1. DISPOSIZIONI GENERALI 2. VALVOLE DI INTERCETTAZIONE 3. PERDITA DI CARICO IN INGRESSO VALVOLE DI SICUREZZA 4. ESEMPI DI INSTALLAZIONE 5. SFORZI SULLE VALVOLE DI SICUREZZA 5.1. Calcolo della forza di reazione per scarichi gassosi 6. TUBAZIONE DI SCARICO Appendice A.1 - Zona di sicurezza per scarichi di vapor d'acqua all atmosfera. Appendice A.2 - Zona di sicurezza per scarichi di gas e vapori diversi dal vapor d'acqua.

60 1 - DISPOSIZIONI GENERALI a. I dispositivi di sicurezza destinati a scaricare in fase gassosa devono essere connessi al recipiente nella zona dei vapori ben al di sopra dei liquidi eventualmente contenutivi, salvo che la sorgente di pressione non sia esterna al recipiente stesso. a. Le valvole di sfioro invece devono essere collegate sotto il livello normale del liquido. b. Non si deve mai installare una valvola di sicurezza su una lunga connessione orizzontale in cui normalmente non c è flusso, perchè si possono accumulare solidi e liquidi che disturbano il funzionamento della valvola, che abbisognerà di frequenti interventi di manutenzione. c. Le valvole di sicurezza che devono essere installate sopra una tubazione saranno poste in punti ove non ci siano eccessivi moti turbolenti della corrente fluida. VEDERE TAB. 1 SOTTO RIPORTATA d. L'area libera di passaggio dei tubi e degli accessori di linea installati tra il recipiente a pressione e il dispositivo di sicurezza deve essere almeno pari all area di ingresso del dispositivo. La caduta di pressione di tale connessione non deve ridurre la capacità di scarico del dispositivo al disotto di quella che necessita, o influenzare negativamente il funzionamento del dispositivo di scarico. e. Anche il bocchello del recipiente deve essere costruito in modo da favorire l efflusso libero e diretto al dispositivo. f. Quando si installano due o più dispositivi su di un unica connessione, l'area trasversale di questa deve essere almeno pari alla somma delle aree di ingresso dei singoli dispositivi connessi. g. Ciascuna linea o candelotto di scarico deve avere un'area di passaggio non inferiore a quella della flangia di scarico del dispositivo di sicurezza. h. Quando due o più dispositivi che possono scaricare contemporaneamente, sono connessi sullo stesso scarico, il collettore dovrà avere un'area di passaggio almeno pari alla somma delle aree delle bocche di scarico dei singoli dispositivi.(1) i. Sul lato scarico dei dispositivi di sicurezza destinati a scaricare in fase gassosa dovrà essere evitato l'accumulo di liquidi. j. Questi saranno quindi drenati opportunamente (vedi fig. 6 e 15) dai punti più bassi del tubo e dall'intero sistema di scarico. k. I dispositivi di sicurezza devono essere accessibili per la ispezione e la manutenzione. Nota (1): Secondo ISPESL per i recipienti aventi pressione di progetto 2 bar (2,04 g/cm 2 ), la sezione del collettore deve essere aumentata di almeno il 20%.

61 2 - VALVOLE DI INTERCETTAZIONE E generalmente consentito installare valvole di intercettazione a monte e a valle dei dispositivi di sicurezza (fatta eccezione per il vapor d'acqua), purché queste abbiano un area di passaggio perfettamente circolare e siano del tipo bloccabile in apertura o in chiusura a seconda delle necessità.(2) Tali valvole possono però essere manovrate solo da persone responsabili dell impianto, che resteranno sul posto a sorvegliare la sicurezza delle apparecchiature escluse dalla protezione, fino al ripristino delle condizioni di sicurezza e ribloccheranno le valvole nella posizione originaria. Non è necessario che le dette persone stazionino sul posto qualora l esclusione di un certo numero di dispositivi di sicurezza non pregiudichi la protezione delle apparecchiature a pressione. NOTA(2): Secondo ISPESL la valvola di Intercettazione posta a valle del dispositivo di sicurezza, per i casi di recipienti aventi pressione di progetto < 2 bar, deve avere un diametro nominale maggiorato del 10% rispetto a quello di scarico della valvola di sicurezza. 3 - PERDITA DI CARICO IN INGRESSO VALVOLE DI SICUREZZA Le valvole di sicurezza destinate a scaricare gas, vapori o liquidi vaporizzanti non possono ammettere eccessive perdite di carico in ingresso nel tratto di tubazione tra, il recipiente e la valvola, perchè si provocherebbero in fase di scarico rapide aperture e chiusure con conseguente riduzione della capacità di scarico e usura accelerata dei piani di tenuta della valvola. Viene raccomandato che la somma delle seguenti perdite di carico:(1) di imbocco, (2) della linea e (3) della valvola, non superi il 3% della pressione di scatto, quando la valvola di sicurezza è alla sua massima capacità di scarico. L installazione ottimale suggerita è quella di collegare la valvola al recipiente con una corta connessione avente dimensione nominale uguale o maggiore dell ingresso valvola e lunghezza non superiore a quella di un T corrispondente alla stessa classe di pressione (vedi esempi di installazione al punto 4). Se si deve mettere una valvola di intercettazione, questa deve preferibilmente avere un area di passaggio perfettamente circolare, uguale o maggiore di quella di ingresso della valvola di sicurezza. Le valvole di sicurezza pilotate possono tollerare perdite di carico di ingresso maggiori quando l'elemento pilota "sente" la pressione in un punto non influenzato dalla caduta di pressione della connessione di ingresso valvola principale. Tuttavia bisogna verificare che la massima capacità della valvola, ridottasi in conseguenza della perdita di carico di ingresso, non sia diminuita sotto il valore di scarico richiesto.

62 4) ESEMPI DI INSTALLAZIONE FIGURE + TAB-1

63

64 5. SFORZI SULLE VALVOLE DI SICUREZZA Nella installazione di valvole di sicurezza con scarichi convogliati, si deve porre cura a che la tubazione di scarico non diventi causa di tensioni anomale che si scaricano sulle valvole di sicurezza. Ciò avviene quando la tubazione medesima non è correttamente progettata e costruita. Le origini delle tensioni sono termiche e meccaniche (particolare attenzione sarà anche posta sul problema delle forze di reazione al successivo paragrafo c). a. Tensioni termiche: il tubo di scarico è soggetto a dilatazioni lineari a causa delle variazioni di temperatura dovute al flusso di scarico, all irraggiamento solare e al calore irradiato da apparecchiature adiacenti. Queste, se non compensate da dilatatori, compensatori, supporti e ancoraggi elastici, provocano tensioni anomale sulle valvole di sicurezza. b. Tensioni meccaniche: sono quelle causate o da allineamenti difettosi tra i fori delle flange di accoppiamento o dal peso della tubazione di scarico non opportunamente sostenuta. c. Forze di reazione: i supporti del tubo di scarico di una valvola di sicurezza devono essere previsti per sostenere le spinte dovute alla forza di reazione del getto scaricato, perchè in mancanza dei supporti stessi tali spinte si scaricano sulla valvola e sul bocchello dell apparecchio (vedi esempi di scarichi supportati alle Fig. 6 e 7). 5.1 Calcolo della forza di reazione per scarichi gassosi Le condizioni di massima spinta di reazione sulla valvola e sul bocchello si hanno quando lo scarico è in flusso critico ed è diretto orizzontalmente all atmosfera senza il minimo convogliamento ( vedi fig.5). Altri dettagli di istallazione sono dati nella FIG. 6 e nella FIG. 7.

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67 6. TUBAZIONE DI SCARICO Il tubo di scarico deve essere installato e costruito in modo da non costituire impedimento al funzionamento della valvola di sicurezza a causa di una eccessiva contropressione generata (vedi Parte I, Sezione A, punti 2, 4 e 5 e Parte III, punto 3. Allo scopo di conseguire razionalità ed economicità nella progettazione delle reti di convogliamento, diamo qui le regole fondamentali di cui si deve tener conto. a. Gli ingressi degli scarichi sul collettore devono avvenire dall'alto come indicato in Fig.8: ciò consente di allontanare subito eventuali liquidi in arrivo o formatisi sul nodo. FIG. 8 b. L'angolo di attacco (vedi Fig. 8) deve essere di 30 o 45 : ciò consente di ridurre al minimo le perdite di carico (o ricuperi di pressione) e le forze di reazione, dovute all'alta velocità di flusso che è spesso prossima alla velocità sonica del fluido scaricato. c. Gli ingressi al collettore provenienti da dispositivi di sicurezza aventi elevazione al di sopra del medesimo devono essere drenanti su questo. A tal proposito si raccomanda che tutti i dispositivi di sicurezza vengano, installati in modo da avere elevazione positiva rispetto al collettore. d. Quando non è possibile evitare di posizionare i dispositivi di sicurezza con elevazione positiva sul collettore, la linea di scarico di questi deve avere andamento continuo in verticale fino a raggiungere la parte superiore del collettore.

68 e. Tutti gli stacchi e il collettore stesso devono avere una pendenza minima continua verso il "Knockout o blow down drum" del 2% 0, ed essere supportati in modo che non ci siano flessioni che annullano le pendenze. La Fig. 14 illustra l'effetto negativo delle flessioni. Nei casi in cui non è possibile dare continuità alla pendenza, si devono prevedere nei punti i sistemi di separazione dei liquidi sull'esempio indicato in Fig. 15 A o B. DA EVITARE flessioni nei collettori di scarico come indicato in Fig. 14 FIG. 14 f. Il sistema di scarico deve essere studiato in modo che sia possibile all'occorrenza effettuare sezionamenti a mezzo di"valvole o di flangiature equipaggiate con dischi a "8". Le valvole impiegate saranno del tipo bloccabile aperte o chiuse, e saranno affidate, al controllo di persone responsabili.

69 g. Quando negli scarichi sono contenute sostanze che solidificano a temperatura ambiente, la linea deve essere adeguatamente drenante e tracciata a partire dalla bocca di scarico del dispositivo di sicurezza. Nel più breve tratto, deve anche essere previsto un sistema di separazione per allontanare queste sostanze dal collettore.

70 APPENDICE A A.1 Zona di sicurezza per scarichi di vapor d acqua all atmosfera Per gli scarichi di vapor d'acqua all'atmosfera si raccomanda di rispettare le zone di sicurezza indicate nei disegni che seguono (vedi figg, A-1, A-2, A-3). Entro questa zona non dovranno esserci punti di transito né di stazionamento (passerelle, piani di lavoro, cabine, etc.) e preferibilmente non dovranno neppure esserci strutture impiantistiche. Le zone di sicurezza, indicate nei disegni a tratto pieno e grosso, avranno una estensione, a partire dalle bocche di scarico, almeno pari a come si ricava dal grafico A-3, in funzione delle portate massime scaricate. La estensione minima è comunque di 3 metri. La dimensione indicata con "h è suscettibile di maggiorazioni per motivi di eccesso di rumorosità in base ad una specifica indagine.

71 GRAFICO A-3

72 FIGURA A-4