Confronta una PSV singola e una configurazione con due PSV: ridondanza, ripartizione della capacità di scarico, manutenzione con valvola di riserva e tubazioni comuni. Scopri cosa definire prima della richiesta di offerta.
Una configurazione con due PSV non rappresenta automaticamente una versione ridondante di una configurazione con una sola PSV.
La seconda valvola può fungere da riserva per consentire la manutenzione, essere un altro dispositivo attivo che contribuisce alla capacità di scarico richiesta oppure far parte di una strategia di scarico a stadi con più dispositivi.
Queste funzioni non sono intercambiabili.
La verifica del progetto deve quindi partire dalla funzione di protezione, non dal numero di valvole. Se la seconda PSV contribuisce alla
capacità di scarico richiesta, occorre esaminare la ripartizione della capacità, la capacità di scarico certificata e i criteri di pressione
applicabili alle configurazioni con più dispositivi. Se invece è una valvola di riserva, diventano centrali la commutazione, l'isolamento
e la protezione che rimane disponibile durante la manutenzione. Se le valvole condividono un collettore di ingresso o di scarico, le
tubazioni possono accoppiarne il comportamento pur in presenza di due corpi valvola distinti.
Un P&ID che mostra due valvole di sfogo non indica, di per sé, quale capacità venga conteggiata, che cosa accada se un dispositivo non è disponibile o se i due percorsi siano idraulicamente indipendenti.
Il confronto utile, quindi, non è semplicemente fra
una PSV e due PSV. La domanda è: quale funzione deve svolgere la seconda PSV e
quali parti del sistema di protezione cambiano di conseguenza?
Perché è prevista una seconda PSV?
Prima di dimensionare o specificare un sistema con due PSV, occorre definire la funzione del secondo dispositivo. Tre configurazioni che
in uno schema semplificato potrebbero sembrare tutte sistemi «a doppia PSV» possono comportare problemi progettuali diversi.
In servizio/di riserva. Una PSV costituisce il percorso di scarico attivo e un'altra è disponibile per consentire l'ispezione o la manutenzione
della prima mediante un sistema di commutazione appropriato. L'obiettivo progettuale è mantenere disponibile un percorso di scarico
idoneo, non aumentare automaticamente la capacità di scarico richiesta.
Più PSV attive. Entrambi i dispositivi forniscono capacità di scarico conteggiata ai fini della protezione del sistema. In questo
caso, la rimozione di una valvola può ridurre la capacità di scarico conteggiabile al di sotto di quella richiesta, a meno che il progetto
non preveda deliberatamente una capacità di riserva.
Scarico a stadi con più dispositivi. Più dispositivi partecipano alla strategia di protezione, ma non necessariamente iniziano a scaricare
alle stesse condizioni di pressione. Qualsiasi configurazione con pressioni di taratura differenziate deve rispettare il
codice di costruzione applicabile e i criteri di progetto; questo articolo non sostituisce tale verifica con una regola
percentuale generica.
Queste configurazioni non sono intercambiabili. Una configurazione in servizio/di riserva riguarda soprattutto la
disponibilità durante la manutenzione. Una configurazione con più dispositivi attivi riguarda principalmente il
modo in cui viene assicurata la capacità di scarico richiesta. Una configurazione a stadi aggiunge un'altra questione:
in quale sequenza i dispositivi devono entrare in funzione con l'aumento della pressione.
In pratica, lo studio delle condizioni di scarico, le schede tecniche delle valvole, l'elenco delle pressioni di taratura, il P&ID e i
criteri di esercizio e manutenzione devono essere coerenti. Se il disegno indica «2 PSV» ma il calcolo non precisa se si conteggia la capacità
di entrambe, la configurazione non è ancora definita.
La prima domanda progettuale: se la seconda PSV venisse eliminata dallo schema, quale funzione necessaria andrebbe
perduta?
- Non sarebbe più possibile garantire l'intera capacità di scarico richiesta.
- Non sarebbe più possibile effettuare la manutenzione mantenendo disponibile un percorso di scarico attivo.
- Verrebbe meno la strategia di scarico a stadi prevista.
- Non andrebbe perduta alcuna funzione essenziale; in questo caso occorrerebbe riconsiderare il motivo della presenza del secondo dispositivo.
La risposta determina quali verifiche progettuali effettuare successivamente.
La presenza di due PSV crea davvero ridondanza?
Non di per sé.
Ai fini di questo articolo, per ridondanza funzionale si intende il mantenimento della funzione di protezione contro la sovrapressione assegnata quando un
dispositivo di scarico non è disponibile, purché continuino a essere soddisfatti la capacità di scarico richiesta, la disponibilità del percorso di flusso attivo
e i criteri applicabili di progetto o di codice. Si tratta di un criterio di valutazione ingegneristica usato in questo articolo, non di una classificazione API o
ASME.
La verifica più rapida consiste nell'ipotizzare di mettere fuori servizio una PSV. Quindi chiedersi:
- Quale funzione di protezione svolgeva quel dispositivo?
- Quale percorso di scarico idoneo rimane collegato?
- La configurazione rimanente garantisce ancora la capacità di scarico richiesta per la condizione esaminata?
- Il relativo percorso di ingresso rimane accettabile?
- Il relativo percorso di scarico rimane accettabile?
- I criteri di progetto e le norme applicabili consentono questa condizione operativa?
Se queste domande restano irrisolte, due valvole installate non sono una prova sufficiente per definire la configurazione ridondante.
La ripartizione della capacità di scarico non equivale a disporre di capacità di riserva. Se due PSV attive soddisfano congiuntamente la portata di scarico richiesta, la configurazione combinata può soddisfarla
quando entrambe sono disponibili, ma non soddisfarla più dopo la rimozione di un dispositivo. In quel caso vi sono più dispositivi di scarico,
ma non esiste automaticamente un percorso alternativo in grado di fornire l'intera capacità richiesta.
Una configurazione in servizio/di riserva può mantenere un percorso alternativo attraverso una valvola, ma i dispositivi possono comunque condividere un
attacco al recipiente, un collettore di ingresso, un selettore, le tubazioni a valle o un collettore di scarico comune. Questi elementi condivisi
costituiscono possibili dipendenze comuni da includere nella verifica della ridondanza.
La duplicazione dei corpi valvola non equivale quindi alla duplicazione dell'intero percorso di protezione.
La domanda più utile sulla ridondanza è: quale funzione di protezione richiesta rimane disponibile in caso di perdita o isolamento di un dispositivo?
Quando due PSV attive contribuiscono alla capacità di scarico richiesta
Quando entrambe le PSV vengono conteggiate ai fini della capacità di scarico richiesta, il problema di progetto cambia. La portata di scarico
richiesta dipende dall'apparecchiatura protetta e dallo scenario di sovrapressione applicabile; non dipende dalla scelta di installare
una o due valvole.
API 520 Parte I
tratta il dimensionamento e la selezione dei dispositivi di scarico della pressione, mentre
API 520 Parte II
riguarda la loro installazione.
API 521
riguarda i sistemi di scarico della pressione e depressurizzazione in un contesto più ampio.
ASME BPVC Sezione XIII
tratta la protezione contro le sovrapressioni, inclusi i dispositivi di scarico della pressione, la loro capacità di scarico, l'impiego combinato di più dispositivi e la loro installazione.
Ne deriva la sequenza corretta: portata di scarico richiesta → configurazione dei dispositivi la cui capacità viene conteggiata → contributo di capacità
di ciascun dispositivo → criteri di taratura della pressione → verifica del sistema installato. Questo non giustifica la semplice divisione della portata richiesta per il numero di
valvole.
| Domanda di progetto | Cosa deve essere stabilito | Non dare per scontato |
|---|---|---|
| Capacità di scarico richiesta | Portata richiesta nello scenario di scarico determinante | Due valvole comportano il doppio della capacità richiesta |
| Contributo alla capacità di scarico | Capacità di scarico conteggiata per ciascun dispositivo | Una ripartizione predefinita del 50/50 |
| Criteri di taratura della pressione | Configurazione applicabile con più dispositivi | Entrambi i dispositivi devono sempre avere la stessa taratura |
| Condizione con un dispositivo non disponibile | Capacità di scarico rimanente in tale condizione | Ciascuna PSV è automaticamente in grado di soddisfare l'intera portata richiesta |
| Installazione | Condizioni effettive di ingresso e di uscita | Il dimensionamento corretto della valvola garantisce un sistema corretto |
Il documento pubblico del National Board sui dispositivi di scarico della pressione
distingue le installazioni in cui sono previsti più PRD per ottenere la capacità richiesta. Indica inoltre che, secondo il
codice di costruzione applicabile, i dispositivi aggiuntivi possono essere soggetti a condizioni ammesse di taratura della pressione differenti.
I limiti precisi dipendono comunque dal codice applicabile e dai requisiti del progetto.
Non presumere una ripartizione della capacità di scarico del 50/50. Una suddivisione in parti uguali può derivare da un progetto specifico, ma non va assunta come regola ingegneristica
generale. Analogamente, non presumere che ciascuna valvola sia dimensionata individualmente per l'intero scenario determinante, a meno che ciò non sia
effettivamente previsto dai criteri di progetto.
Pressione di taratura, sovrapressione, accumulo di pressione e blowdown sono termini correlati, ma distinti. La pressione di taratura
identifica la pressione specificata all'ingresso associata alla caratteristica di apertura definita della valvola; il blowdown indica
la differenza tra la pressione di apertura e quella di richiusura. In una configurazione con più dispositivi, questi concetti non devono
essere ridotti a un unico «margine» o a una percentuale universale. Il codice applicabile e i criteri di progetto stabiliscono le
relazioni ammesse. Per le definizioni dettagliate si rimanda alla guida collegata sulle pressioni di taratura.
La capacità di scarico installata e quella richiesta sono due aspetti distinti. Un sistema può disporre di una capacità installata
superiore alla portata richiesta oppure basarsi sulla capacità combinata di due dispositivi per soddisfarla. La documentazione relativa alla capacità
è più significativa della dimensione nominale degli attacchi: il
database di certificazione dei dispositivi di protezione contro la sovrapressione NB-18 del National Board
consente di rintracciare le informazioni sui dispositivi e sulle capacità certificate per le configurazioni certificate cui si applicano.
Per la procedura dettagliata di verifica della capacità, consultare la
Guida al dimensionamento delle valvole di sicurezza e alla capacità di scarico certificata.
Quando la configurazione in servizio/di riserva modifica isolamento e manutenzione
Una configurazione in servizio/di riserva risolve un problema diverso. La seconda PSV serve a mantenere disponibile un percorso di scarico
mentre l'altro dispositivo viene ispezionato, sottoposto a manutenzione o comunque messo fuori servizio. La questione progettuale passa quindi
dalla ripartizione della capacità alla gestione del percorso di protezione nelle diverse condizioni operative.
Esistono sistemi di selezione commerciali progettati specificamente per commutare tra un PRD attivo e uno di riserva mantenendo un
percorso di protezione contro la sovrapressione. Per esempio,
Emerson documenta questa configurazione
per il proprio sistema selettore. L'esempio dimostra che tale architettura esiste, non che qualunque installazione con due PSV sia idonea
alla manutenzione con l'impianto in esercizio.
Esercizio normale. Individuare quale PSV è attiva e il percorso completo di ingresso e scarico a essa collegato.
Commutazione. Determinare come la protezione passi da un dispositivo all'altro, come venga identificato con certezza
il percorso attivo e se il sistema di commutazione possa creare una condizione non accettabile.
Manutenzione. Dopo aver isolato un dispositivo, verificare che la configurazione attiva rimanente continui a svolgere la funzione
di protezione assegnata. La verifica comprende la valvola attiva, il selettore e il percorso di commutazione, le perdite di pressione
all'ingresso e il sistema di scarico, non soltanto la presenza fisica di una seconda valvola.
Rimessa in servizio. Verificare come il dispositivo sottoposto a manutenzione venga reinserito senza creare una posizione involontaria delle valvole o una
condizione di isolamento indesiderata; prima di conteggiarne nuovamente la capacità, assicurarsi che i registri di manutenzione e la documentazione richiesta sulle prove e sulla
taratura siano completi.
Queste verifiche rendono il selettore o il sistema di isolamento parte integrante del progetto del sistema di scarico della pressione, non un semplice accessorio delle tubazioni.
Le indicazioni pubbliche del National Board sui PRD
illustrano le problematiche ispettive associate ai sistemi di commutazione e isolamento, mentre
API 520 Parte II
tratta separatamente l'installazione dei PRD.
L'attuale edizione del NBIC
comprende una Parte 4 dedicata ai dispositivi di scarico della pressione. I documenti pubblici dei comitati aiutano a comprendere il problema
ingegneristico, ma non sostituiscono la verifica del codice adottato vigente, dei requisiti del proprietario, delle specifiche di progetto
e della giurisdizione competente prima di accettare una configurazione isolabile o con commutazione.
Chi ha già verificato la necessità di una configurazione in servizio/di riserva può consultare le pagine prodotto
Valvole di sicurezza doppie e
Valvole di sicurezza con commutazione
per passare alla definizione della configurazione commerciale.
Come influiscono le tubazioni comuni di ingresso e scarico su un sistema con due PSV
Due PSV fisicamente distinte non costituiscono necessariamente due percorsi di protezione idraulicamente indipendenti. Ciò è particolarmente evidente
quando condividono tubazioni a monte o a valle.
Ingresso o collettore di ingresso comune
Più dispositivi di scarico della pressione installati su un collettore di ingresso comune non possono sempre essere valutati analizzando una sola valvola
e applicando semplicemente il risultato alle altre. Uno studio sui collettori di ingresso comuni sottoposto a revisione paritaria e pubblicato su
Process Safety Progress
modella il flusso attraverso ciascun dispositivo anziché basarsi su una scorciatoia che considera una sola valvola.
Quando più PSV possono scaricare attraverso un ingresso comune, occorre valutare le condizioni idrauliche della
configurazione reale con più dispositivi. Ciò significa considerare l'attacco comune, il collettore e le singole diramazioni come un unico sistema di ingresso
installato.
Un collettore comune non è automaticamente inaccettabile. Il punto fondamentale è che le valvole sono idraulicamente accoppiate attraverso il
percorso condiviso. La perdita di pressione all'ingresso può influenzare la stabilità e le prestazioni dei PRD; pertanto non si deve presumere che una
configurazione accettabile per un singolo percorso di scarico rimanga tale dopo l'aggiunta di un secondo percorso attivo.
La verifica dell'installazione non deve limitarsi a chiedere se ciascuna PSV sia sufficientemente dimensionata: deve anche stabilire le condizioni
effettive di ingresso di ciascun dispositivo nella configurazione di scarico plausibile considerata.
Collettore di scarico comune
Lo stesso principio vale a valle. Se più PSV scaricano in un collettore comune chiuso, le rispettive portate contribuiscono
alle condizioni di pressione a valle.
API 521
considera i sistemi di scarico della pressione e depressurizzazione nel loro insieme, anziché come valvole isolate.
La verifica del collettore deve quindi considerare la combinazione plausibile di dispositivi che scaricano, non soltanto le dimensioni dell'uscita di una valvola. La contropressione generata
dal flusso nel collettore è un risultato del comportamento del sistema; il suo effetto sulla PRV selezionata dipende dalla progettazione della valvola e dalle
condizioni effettive di scarico. Una modifica del collettore può quindi richiedere una nuova verifica sia del calcolo delle tubazioni sia dell'idoneità
della valvola.
Per una spiegazione dettagliata degli effetti della pressione a valle sulle valvole a molla, consultare la
guida alla contropressione nelle valvole di sicurezza a molla.
Qui il punto riguarda la configurazione del sistema: un sistema di scarico condiviso può accoppiare dispositivi che altrimenti
sembrano separati.
Due corpi PSV possono essere distinti pur condividendo il bocchello di ingresso, il selettore, il collettore o la tubazione comune di scarico. Una
configurazione con due PSV non va quindi descritta come completamente indipendente prima di aver identificato i percorsi di flusso effettivamente condivisi.
Come scegliere tra una PSV singola e due PSV prima della richiesta di offerta
Partire dai requisiti di protezione, non dal numero di valvole che si desidera acquistare.
Una configurazione con una sola PSV rimane un'opzione da valutare quando un dispositivo conforme ai requisiti applicabili è in grado di svolgere la funzione di protezione definita,
la strategia di esercizio e manutenzione non richiede un percorso alternativo di scarico operativo
e la configurazione installata delle tubazioni di ingresso e uscita è accettabile.
Una configurazione con una PSV in servizio e una di riserva diventa un'opzione da valutare quando è necessario un percorso alternativo di scarico
mentre un dispositivo non è disponibile per ispezione o manutenzione.
Una configurazione con più PSV attive diventa un'opzione da valutare quando la capacità di scarico di più di un dispositivo viene intenzionalmente conteggiata ai fini del soddisfacimento della capacità di scarico richiesta,
oppure quando i dispositivi fanno parte di una strategia approvata di protezione con scarico a stadi.
| Esigenza progettuale | Configurazione da valutare | Domanda ingegneristica principale |
|---|---|---|
| Un dispositivo può svolgere la funzione di protezione assegnata | PSV singola | Un solo dispositivo idoneo e le tubazioni installate possono soddisfare tutti i criteri di progetto? |
| La protezione deve rimanere disponibile durante la manutenzione di un dispositivo | Servizio/standby | La commutazione mantiene un percorso di scarico attivo accettabile in tutte le condizioni richieste? |
| Più dispositivi contribuiscono alla capacità di scarico richiesta | Più PSV attive | Come viene conteggiata la capacità di scarico e quali criteri di pressione si applicano alla configurazione con più dispositivi? |
| È prevista una sequenza di intervento a stadi | Più dispositivi con intervento a stadi | Quali sono la sequenza di intervento richiesta e il contributo di capacità di ciascun dispositivo? |
| I dispositivi condividono elementi delle tubazioni di ingresso o uscita | Qualsiasi configurazione applicabile | Le condizioni idrauliche dei percorsi condivisi sono accettabili negli stati operativi e di scarico plausibili? |
Criteri di protezione. Definire l'apparecchiatura o il sistema da proteggere, lo scenario o gli scenari determinanti di scarico, la
capacità di scarico richiesta, il fluido da scaricare e le relative condizioni, oltre al codice di costruzione applicabile e alle specifiche
di progetto.
Funzione della seconda PSV. Indicare se il secondo dispositivo serve come riserva, contribuisce alla capacità di scarico, partecipa
a una strategia a stadi o soddisfa un altro requisito di protezione esplicitamente definito. Non limitarsi a indicare «quantità:
2».
Base di pressione. Definire i criteri di progetto relativi alla pressione di taratura, gli eventuali rapporti previsti tra più dispositivi
e il limite di pressione dell'apparecchiatura rispetto al quale si verifica la protezione. Per le definizioni dettagliate di pressione di taratura,
sovrapressione, accumulo e blowdown, consultare la
Guida alla pressione di taratura, alla sovrapressione e al blowdown delle valvole di sicurezza.
Configurazione di ingresso. Specificare se le valvole hanno ingressi dedicati o comuni, la disposizione di bocchelli e collettori, i percorsi di flusso plausibili
e i criteri di calcolo delle perdite di pressione all'ingresso nell'installazione.
Configurazione di scarico. Specificare se lo scarico avviene in atmosfera o in un sistema chiuso, l'eventuale collettore comune, i criteri per valutare
la contropressione prevista e quali dispositivi possono plausibilmente scaricare insieme.
Manutenzione e isolamento. Chiarire se occorre rimuovere una PSV mentre l'apparecchiatura rimane in funzione, se è previsto un
selettore o un sistema di commutazione, come viene identificato e mantenuto il percorso di scarico attivo e quale documentazione
di ispezione o riparazione è richiesta dal progetto o dalla giurisdizione competente.
Materiali e tenuta della sede. Indicare il fluido di processo, la temperatura, i contaminanti e i possibili fenomeni corrosivi che possono influire sugli
organi interni a contatto con il fluido, sui materiali delle sedi e delle guarnizioni e, ove presenti, sui componenti pilota o ausiliari. Se il
progetto prevede un criterio di accettazione per la tenuta della sede, specificare prove e documentazione separatamente dalla certificazione della capacità
di scarico: la tenuta della sede e la capacità di scarico riguardano prestazioni diverse.
Documentazione del fornitore. Per il dispositivo e la configurazione proposti, chiedere al fornitore di confermare le evidenze richieste dal
progetto. A seconda del caso, possono comprendere la configurazione scelta, la documentazione o certificazione della capacità di scarico,
i limiti di pressione e temperatura, la compatibilità dei materiali, l'idoneità alla contropressione, gli attacchi, i requisiti di tenuta
della sede e la documentazione applicabile.
Questi requisiti non dimostrano che un determinato modello ZOBAI o una sua certificazione siano già idonei. Le prestazioni del prodotto devono ancora essere
verificate rispetto alle condizioni effettive del progetto.
Scegliere la configurazione solo dopo aver chiarito la funzione prevista per la seconda PSV, quale protezione rimane disponibile
quando un dispositivo è fuori servizio e quali componenti di ingresso o uscita sono ancora condivisi.
Avete definito i criteri di scarico, ma non ancora la configurazione finale delle PSV?
Inviate i dati sull'apparecchiatura protetta, lo scenario di scarico, la capacità richiesta, i criteri di taratura, la configurazione di ingresso
e uscita e le esigenze di manutenzione per una valutazione tecnica della scelta.
Domande frequenti sulla progettazione con una o due PSV
Una configurazione con due PSV è sempre ridondante?
No. Due PSV installate possono essere una in servizio e una di riserva, due dispositivi attivi che condividono la capacità richiesta o parte di una
strategia di scarico a stadi. Definire la configurazione ridondante solo dopo aver stabilito quale funzione di protezione deve rimanere disponibile con un
dispositivo fuori servizio e aver verificato che la capacità rimanente e il percorso di flusso soddisfino ancora i criteri progettuali applicabili.
Due PSV possono semplicemente suddividere al 50/50 la capacità di scarico richiesta?
Non adottare il 50/50 come regola predefinita. Partire dalla capacità di scarico richiesta per lo scenario determinante, quindi stabilire quale capacità
certificata o documentata è previsto che ciascun dispositivo fornisca secondo il codice di costruzione applicabile e i criteri di
progetto. Una ripartizione uguale può risultare da un progetto specifico, ma non sostituisce la verifica del dimensionamento e della selezione.
È possibile isolare una PSV per manutenzione mentre il processo rimane in esercizio?
Solo se la configurazione in servizio/di riserva o con commutazione approvata mantiene il percorso di scarico attivo richiesto e il codice di costruzione
vigente, le specifiche di progetto, le procedure del proprietario e la giurisdizione competente consentono tale condizione operativa. La verifica
dell'installazione deve comunque comprendere il selettore, il percorso di ingresso, le perdite di pressione e il percorso di scarico.
Le due PSV devono avere la stessa pressione di taratura?
Non come regola universale. I sistemi con più dispositivi possono prevedere rapporti di taratura della pressione ammessi differenti,
a seconda del codice di costruzione e dei criteri di progetto applicabili. È necessario verificare la regola specifica anziché
riprendere una percentuale generica da un altro progetto o articolo.
Un collettore di scarico comune modifica il progetto con due PSV?
Può modificarlo. Un collettore comune crea condizioni di pressione a valle condivise, perciò occorre esaminare le combinazioni plausibili
di dispositivi in scarico e la conseguente contropressione. Una modifica successiva del collettore o degli scenari di scarico simultaneo
può richiedere una nuova verifica dell'idoneità delle valvole e del calcolo delle tubazioni a valle.
Che cosa includere in una richiesta di offerta per una configurazione con una o due PSV?
Fornire i dati dell'apparecchiatura protetta, lo scenario di scarico determinante, la capacità di scarico richiesta, il fluido e le condizioni di scarico,
i criteri di taratura, la funzione della seconda PSV, la configurazione di ingresso e del collettore, la destinazione dello scarico e i criteri di
contropressione, i requisiti di manutenzione e commutazione, il codice e le specifiche di progetto applicabili e le evidenze di capacità di scarico, materiali,
tenuta della sede e documentazione che il fornitore dovrà confermare.
