Dimensionamento sistemi di scarico sovrapressione
L'esperienza storica mostra che in vari casi nei quali si è sviluppata una sovrapressione all'interno di apparecchi o serbatoi, sia a causa di un incendio esterno, ma soprattutto per reazioni esotermiche, le valvole di sicurezza o i dischi di rottura installati non sono stati in grado di proteggere l'apparecchio e si è verificato lo scoppio dello stesso.
Gli studi ed esperimenti svolti fin dagli anni '80 in vari Enti e Laboratori hanno dimostrato che ciò era da imputare ad un dimensionamento non corretto di questi dispositivi, che non riuscivano a sfogare la sovrapressione determinata spesso dalla formazione di flusso bifase.
Molte sono le istituzioni ed Enti che hanno sviluppato modelli per il dimensionamento degli sfoghi di sovrapressione, in particolare il DIERS (Design Institute for Emergency Relief System) che ha svolto varie sperimentazioni dalle quali sono stati validati modelli di calcolo atti a dimensionare correttamente i sistemi di sfiato e blow-down per queste eventualità.
Un codice di calcolo sviluppato nell'ambito di collaborazioni scientifiche con l'università della California è contenuto anche nel software STAR e permette di verificare o dimensionare i sistemi di sfogo della sovrapressione da incendi esterni o dalla perdita di controllo di reazioni esotermiche, fornendo le dimensioni dello sfiato ed i parametri più significativi del fenomeno, come illustrato nei tabulati riportati di seguito.
Il modello "Relief"
Composto da due codici di calcolo: “RELIEF”, che simula i fenomeni all’interno del recipiente da cui avviene lo sfogo della sovrappressione fornendo la dimensione dello sfiato richiesto, o verificando l’idoneità dello sfogo esistente indicando la sovrappressione generata; “DETAIL” che stima le dimensioni richieste per il collettore di sfiato, per il quale si assume una limitazione di massimo 3 segmenti di diametro diverso.
Il modello è concepito per due tipi di utilizzo, applicabili entrambi a sfoghi costituiti da valvole di sicurezza (PSV) o dischi di rottura (RD), tuttavia nel caso di reazioni runaway la scelta tra questi dispositivi va fatta in funzione del tempo di sviluppo della sovrappressione in relazione al tempo di apertura completa della PSV. Il modello permette, in alternativa:
- la verifica delle dimensioni di aperture di sfiato esistenti
- il dimensionamento di nuovi sfiati
Le sorgenti di calore considerabili per entrambi questi casi consistono in reazioni runaway (con e senza volano termico) o incendi esterni. Sono considerati:
- la possibilità di formazione di schiume, ovvero la tendenza della miscela o sostanza contenuta nell’apparecchio a formare schiume sotto agitazione o per ebollizione;
- il tipo di reazione o la fonte riscaldamento, se si tratta di reazione runaway che avviene in una miscela composta anche da solvente, il quale assorbe parte del calore di reazione, o di una reazione senza solvente o di un incendio esterno;
- l’obiettivo o scopo del calcolo, cioè se si tratta della progettazione o dimensionamento di un nuovo sistema o della verifica di un impianto esistente;
- il tipo di flusso che si tende a determinare nello sfiato, se turbolento o viscoso;
- la lunghezza del condotto di sfiato, che può determinare perdite di carico;
- la formazione di sostanze (vapori o gas) diversi da quelli presenti in fase liquida.