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. L’articolo illustra i concetti di progettazione di base, i requisiti legali e normativi e le applicazioni tipiche in campo.

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. E’ 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.