Tra gli aspetti chiave nell’industria c’è la sicurezza. Uno dei metodi di mantenimento della sicurezza è attraverso l’immediata entrata in funzione delle valvole di sfioro pressione quando si verificano condizioni di sovrappressione pericolose.
Lo scopo principale di una valvola di sfioro pressione nell’industria è la protezione delle persone, dei processi e dell’ambiente. Una valvola di sfioro pressione è progettata per aprirsi e scaricare da recipienti o apparecchiature una certa quantità di fluido in caso di pressione in eccesso e di richiudersi e prevenire l’ulteriore rilascio di fluido dopo che sono state ripristinate le condizioni normali. Una valvola di sfioro pressione è un dispositivo di sicurezza e, in molti casi, l’ultima linea di difesa. È importante assicurarsi che sia in grado di funzionare in qualsiasi momento e in ogni circostanza. Una valvola di sfioro non è una valvola di processo o un regolatore di pressione, pertanto non dovrebbe essere usata come tale.
Definizione
Una valvola di sfioro pressione è un dispositivo di sicurezza progettato per proteggere un recipiente o un sistema pressurizzato in caso di sovrappressione. In molti Paesi, le industrie sono obbligate per legge a proteggere recipienti e altri apparecchi a pressione mediante valvole di sfioro. Il termine “valvola di sfioro pressione” nell’industria della raffinazione del petrolio, petrolchimica, chimica, della trasformazione del gas naturale, nella generazione di energia, nell’industria alimentare, delle bevande e farmaceutica è associato con i termini “valvola di rilascio pressione (valvola di sicurezza)” (Pressure Safety Valve PSV) e “valvola di sfogo” (Relief Valve). I termini Pressure Relief Valve e Pressure Safety Relief Valve sono comunemente utilizzati per identificare i dispositivi di sovrappressione su un recipiente. Spesso l’utilizzo di questi termini è intercambiabile e può dipendere da un particolare progetto o dagli standard aziendali di identificazione di questi dispositivi. Benché utilizzati in modo intercambiabile, questi termini si differenziano nei seguenti aspetti.
Valvola di sfioro pressione (Pressure Relief Valve) è il termine usato di solito per descrivere un dispositivo di scarico su un recipiente riempito con un fluido incomprimibile. Per queste valvole, l’apertura è proporzionale all’aumento della pressione nel serbatoio. Pertanto l’apertura della valvola non è improvvisa, ma graduale. Valvola di sicurezza o valvola di rilascio pressione (Pressure Safety Valve) è il termine usato per descrivere un dispositivo di scarico su un recipiente riempito con un fluido comprimibile. Questa valvola si apre completamente in modo automatico in tempi molto brevi (pop action) e si richiude quando la pressione scende al valore prefissato. Una sovrappressione si riferisce a qualsiasi condizione in grado di causare un incremento di pressione in un serbatoio o in un impianto al di sopra della pressione di progetto o della massima pressione ammissibile di esercizio.
Oggi esistono molti sistemi elettronici, pneumatici e idraulici per controllare le variabili – pressione, temperatura e portata – di un fluido. Per funzionare, ognuno di questi sistemi richiede una fonte di alimentazione di qualche tipo, come energia elettrica o aria compressa. Una valvola di sfioro pressione deve essere in grado di funzionare in ogni momento, soprattutto in caso di interruzione dell’alimentazione quando i controlli del sistema non funzionano e dopo un lungo periodo di mancato funzionamento. L’unica fonte di alimentazione per la valvola di sfioro pressione è, pertanto, il fluido di processo. Quando si verifica una condizione che provoca un aumento a un livello pericoloso della pressione in un sistema o in un recipiente, la valvola di sfioro pressione può essere l’unico dispositivo rimasto per impedire un guasto catastrofico. Poiché l’affidabilità è direttamente correlata alla complessità del dispositivo, è importante che il disegno della valvola di sfioro pressione sia il più semplice possibile, con opportune considerazioni di analisi dei rischi di progettazione. La valvola di sfioro pressione deve aprirsi a un predeterminato valore di pressione, far fluire una determinata portata a una specifica sovrappressione e chiudersi quando la pressione del sistema è scesa a un livello di sicurezza. Le valvole di sfioro pressione devono essere progettate utilizzando materiali compatibili con i fluidi di processo, da aria e acqua ai fluidi più corrosivi.
Principio di funzionamento
La valvola di sfioro pressione caricata a molla della serie H-900 Ham-Let è stata sviluppata per soddisfare l’esigenza di un sistema semplice e affidabile, un dispositivo azionato automaticamente per fornire protezione da sovrappressione. La valvola è costituita da un ingresso montato sul sistema pressurizzato, un otturatore a molla tenuto premuto contro l’orifizio per impedire il flusso in condizioni di funzionamento normali del sistema (la molla tiene chiuso l’otturatore) e un corpo contenente gli elementi di comando. Il carico della molla è regolabile per variare la pressione alla quale la valvola si deve aprire. In fig. 4 è mostrato un semplice esempio di funzionamento della valvola. Fino a quando la pressione del sistema non supera la massima pressione di esercizio autorizzata (MAWP), la valvola rimane nel suo stato di riposo, l’otturatore (in verde) fa tenuta contro la sua sede, lasciando passare il fluido (in blu) lungo il suo normale percorso. Se la pressione del fluido supera quella di taratura della valvola, lo stesso spinge l’otturatore verso l’alto, contrastando la forza della molla (in grigio), consentendo a una parte di fluido di uscire dallo scarico e di ridurre la pressione interna del sistema (freccia rossa in fig. 5). La pressione di taratura può essere regolata mediante la vite indicata schematicamente in alto (parte marrone sopra la molla). Il serraggio spinge la vite contro la molla, comprimendola ulteriormente. Quanto più la molla è compressa, tanta più forza ha bisogno il fluido per spingere il pistone verso l’alto. È importante sottolineare che queste valvole non agiscono come dei regolatori di pressione a monte ma si aprono solo alla pressione di taratura; compito del progettista del sistema è quello di tenere in considerazione il massimo coefficiente di portata e il valore Cv della valvola.
La gamma di prodotti Ham-Let
Le valvole serie H-900 e H-900HP di Ham-Let, distribuite in Italia da Precision Fluid Controls, sono caratterizzate da un’elevata qualità produttiva e sono in grado di erogare le portate dichiarate per garantire eccellenti prestazioni di sicurezza in caso di emergenza. La gamma completa è in genere costituita da valvole con dimensioni dei corpi fino a ½” con diverse tipologie di O-ring, quali Fluorocarbon FKM, BUNA N NBR, Policloroprene o EPDM. Il corpo di queste valvole è realizzato in acciaio inossidabile AISI 316 in accordo alle specifiche ASTM–A176 e ASTM-A479 (da barra) e ASTM-A182 da forgiato. Per gli ambienti marini, o nel caso di applicazioni in cui sono presenti sostanze aggressive come l’acido solfidrico H2S, Ham-Let offre valvole realizzate con leghe speciali, come Monel 400, Hastelloy C276 e C22, Duplex 2507 e Lega 6MO, con guarnizioni O-Ring in perfluoro elastomero resistenti agli acidi. Una valvola di sfioro può essere specificata per conformarsi alla Direttiva PED 97/23/CE, riguardante la fornitura di attrezzature a pressione in tutta Europa.
Requisiti legislativi e normativi nell’industria
Le valvole di sfioro pressione Ham-Let serie H-900 e la H-900HP sono certificate da APRAGAZ, in conformità alla Direttiva PED europea e sono sottoposte a una serie costante di prove. Nella maggior parte dei paesi, alle industrie è richiesto per legge di proteggere i recipienti a pressione e altri apparecchi mediante valvole di sfioro pressione. Inoltre, in molti paesi devono essere rispettate le norme di progettazione delle apparecchiature, come le norme dell’American Society of Mechanical Engineers (ASME, non applicabile per le valvole di sfioro pressione), dell’American Petroleum Institute (API) e di altre organizzazioni come ISO 4126-1:2013 applicabile a valvole di sicurezza aventi un diametro di flusso di 4 mm (0,15″) e soprattutto a quelle per utilizzo a pressioni di 0,1 bar (1,45 psi) e superiori; queste norme includono gli standard di progettazione per le valvole di sfioro.
Tipici settori applicativi, iniezione di chimici e dosaggio
Per mantenere un pozzo o impianto chimico attivo e funzionante, talvolta è consigliabile l’iniezione di prodotti chimici nel processo. Al fine di rendere l’iniezione chimica accurata ed esatta come previsto dal progettista del processo è necessario tenere conto di variabili importanti come la portata e la pressione di iniezione; una situazione indesiderata, come una sovrappressione nel sistema, può provocare risultati imprecisi di miscela o, nel peggiore dei casi, un problema di sicurezza.
Due tipiche iniezioni chimiche nel trattamento del gas naturale sono l’iniezione di metanolo e la disidratazione con glicole. L’iniezione di metanolo viene utilizzata in depositi sotterranei e condotte in quelle zone del mondo caratterizzate da lunghi periodi invernali. Viene iniettata una notevole quantità di metanolo in pozzi e condotte al fine di inibire la formazione di idrati di gas naturale (gli idrati di gas sono strutture congelate in cui il gas naturale è intrappolato all’interno delle molecole d’acqua). Al fine di controllare l’iniezione di metanolo a bassa pressione da 50 a 400 psi (3,4-27,2 bar), viene inserita una valvola in acciaio inossidabile nel condotto di dosaggio per assicurare che il livello di iniezione di metanolo non superi mai le percentuali di progettazione e, grazie a ciò, evitare la sovrasaturazione di metanolo nella miscela.
Una selezione corretta delle tenute in fase di progettazione, per quanto riguarda la migliore compatibilità chimica con i fluidi, porterà alla scelta di una valvola di sfioro pressione con un O-ring in EPDM (al posto dell’O-ring standard in Fluorocarbon FKM normalmente utilizzato). La disidratazione con glicole è un metodo comune per rimuovere l’acqua dal gas naturale. È necessario asciugare il gas naturale in quanto l’umidità nello stesso può causare il congelamento delle condotte e, a contatto con acido solfidrico o anidride carbonica può causare corrosione. Il TEG, glicole trietilenico, con formula molecolare C6H14O4 è un liquido incolore e inodore utilizzato come essiccante liquido per disidratare il gas naturale saturo. Un’unità di disidratazione con glicole è tipicamente costituita da un serbatoio, uno scambiatore di calore e un rigeneratore. Il TEG entra nella parte superiore e assorbe l’acqua via via che procede verso la parte inferiore della colonna. Un gas “asciutto” esce nella parte superiore e può essere utilizzato per il raffreddamento delle emissioni di glicole provenienti da processi di separazione di gas/liquido.
Uno sguardo al futuro
Sebbene progettata per i casi di emergenza, una convenzionale valvola di sfioro pressione ha alcuni svantaggi, come il rilascio di prodotti infiammabili e tossici nell’ambiente. Con l’incremento della consapevolezza ambientale, questi sistemi non risultano sempre una soluzione accettabile. Il passo successivo è il sistema di protezione HIPPS high-integrity pressure protection system che interviene sulla “fonte” di alta pressione prima che la pressione di progetto del sistema raggiunga livelli pericolosi, evitando così la perdita di contaminanti. Mentre una valvola di sfioro mira a eliminare ogni afflusso in eccesso di fluidi, il sistema HIPPS mira a fermarlo e a contenerlo.
Oltre che per le valvole di sfioro pressione serie H-900 e H-900HP, Ham-Let grazie alla linea di prodotti Ham-Let Astava è considerato anche uno dei principali fornitori di HIPPS attraverso i sistemi di interblocco meccanico. Non importa quale progetto sia stato selezionato, Ham-Let soddisfa costantemente le severe norme di sicurezza del settore.
