VALVOLE DI SICUREZZA PSV, COME FUNZIONANO E COME CONTROLLARLE CON GLI ENDOSCOPI?

Nei contesti industriali la parola d’ordine è sicurezza. Durante le diverse fasi di lavorazione impianti e tubature sono sottoposti ad enormi carichi di pressione, che devono essere costantemente monitorati per evitare incidenti potenzialmente pericolosi sia per i lavoratori, sia per le strutture produttive. Gli strumenti di controllo più noti e diffusi per controllare la pressione sono ovviamente le valvole di sicurezza PSV.

Nelle prossime righe osserveremo i componenti che le caratterizzano ed il loro funzionamento. Inoltre, capiremo meglio in quali settori vengono maggiormente applicate. Infine, ci soffermeremo su quanto siano utili gli endoscopi industriali per verificare lo stato di salute delle stesse valvole.

Che cos’è una valvola di sicurezza PSV?

Una valvola di sicurezza PSV, acronimo di Pressure Safety Valve, è un dispositivo automatico progettato per proteggere impianti, tubazioni e apparecchiature sottoposte a pressione. Nella pratica, il suo compito è evitare che la pressione interna a questi elementi appena citati superi un valore massimo considerato sicuro.

La PSV non deve essere confusa con una valvola di regolazione ordinaria. Non è continuamente attiva, ma entra in funzione quando si verifica una condizione di sovrapressione. In pratica, possiamo considerare la valvola di sicurezza una delle ultime barriere di protezione dell’impianto.

Il suo ruolo può essere riassunto in tre obiettivi principali:

• proteggere le persone che operano vicino all’impianto; 
• preservare macchinari, apparecchiature e componenti pressurizzati; 
• ridurre il rischio di guasti, rotture, esplosioni o cedimenti catastrofici. 

È importante chiarire che la valvola di sicurezza non elimina la causa della sovrapressione. Il suo compito si limita a contenere l’effetto immediato dell’aumento di pressione scaricando la quantità di fluido necessaria ad evitare danni potenzialmente molto gravi.

Differenza tra valvola di sicurezza, valvola di sfioro e PRV

In tema di valvole la confusione terminologica è all’ordine del giorno. Quindi, prima di proseguire nel nostro viaggio tra le caratteristiche delle valvole di sicurezza, facciamo un attimo di chiarezza.

Come già accennato nei paragrafi precedenti la valvola di sicurezza PSV rappresenta l’ultima linea di difesa di un impianto industriale. Nella sostanza, la sua finalità è evitare che si verifichi un’esplosione dovuto ad un sovraccarico della pressione nelle condotte.

La valvola di sfioro invece è una cosiddetta valvola termoregolatrice, ovvero si apre e si richiude gradualmente in base al livello di pressione dei liquidi presenti nell’impianto. Se la pressione sale la valvola si apre, viceversa si chiude in maniera proporzionale.

Le valvole PRV sono invece valvole riduttrici di pressione. Qui, cambia completamente la logica di funzionamento: mentre le valvole di sicurezza PSV e PRV controllano la pressione a monte per evitare che salga troppo, le PRV la monitorano a valle.

Proviamo a fare un esempio per rendere tutto più chiaro. La valvola PRV è una valvola che resta sempre aperta e che, quando necessario, si parzializza (si chiude un po’) per ridurre la pressione del flusso che la sta attraversando. Tale meccanismo è essenziale negli impianti idraulici: la PRV evita che la pressione faccia saltare i rubinetti, che rappresentano l’output dell’impianto stesso e si trovano appunto a valle.

Quali sono i componenti delle valvole di sicurezza PSV?

Torniamo ora alle nostre valvole di sicurezza PSV ed esaminiamo i componenti che le caratterizzano.

Corpo della Valvola 

È l’involucro esterno, solitamente in ghisa, acciaio al carbonio o acciaio inox, che racchiude tutti i componenti interni. Ha una flangia o un attacco di ingresso, collegato al serbatoio o alla tubazione da proteggere, e uno di scarico collegato ad un eventuale linea di recupero. In alcune conformazioni lo scarico può riversare il fluido in eccesso direttamente nell’ambiente circostante.

Ugello

L’ugello rappresenta il condotto di ingresso attraverso cui il fluido entra nella valvola. La sua forma geometrica è progettata per far accelerare il fluido e convogliarlo direttamente contro il disco. L’estremità superiore dell’ugello costituisce la sede della valvola, ovvero il punto di tenuta sigillato.

Otturatore o disco

L’otturatore, chiamato anche disco, è il “tappo” che tiene chiusa la valvola. È premuto con forza contro la sede dell’ugello per impedire al fluido di uscire durante il normale funzionamento dell’impianto. Quando la pressione del fluido supera la forza della molla, il disco si solleva, aprendo il passaggio.

Molla

La molla costituisce il “cuore” della valvola, ovvero l’elemento che determina la pressione di taratura. Questo elemento spinge costantemente il disco verso il basso contro l’ugello. La sua rigidità e la sua compressione iniziale stabiliscono l’esatta pressione alla quale la valvola dovrà aprirsi.

Asta

L’asta è il perno verticale che trasmette la forza della molla verso il basso, scaricandola direttamente sul centro del disco. Tra le sue funzioni, c’è anche quella di mantenere il disco perfettamente allineato durante il movimento di apertura e chiusura.

Anello di regolazione

Si tratta un anello filettato posizionato attorno all’ugello. Regola il cosiddetto blowdown, ovvero la differenza tra la pressione di apertura e quella di richiusura. L’anello modifica l’effetto aerodinamico del fluido quando esce, aiutando la valvola a scattare rapidamente e a richiudersi in modo netto quando la pressione scende.

Vite di Regolazione 

La vite di regolazione è collocata nella parte superiore della valvola ed ha il compito di comprimere o rilasciare la molla durante la fase di collaudo in officina. Grazie ad essa, è possibile impostare con precisione la pressione di scatto desiderata.

Come funziona la valvola di sicurezza PSV?

Nei paragrafi precedenti abbiamo accennato che in condizioni di operatività ideali la valvola di sicurezza PSV non entra in funzione. In questa fase, dal punto di vista del funzionamento, resta chiusa grazie alla molla d’acciaio che tiene premuto l’otturatore sull’ugello.

In caso di danni, come ad esempio la rottura di una pompa, la pressione all’interno dell’impianto potrebbe iniziare a salire vertiginosamente. Quando raggiunge il set point, il valore di pericolo impostato attraverso la vite di regolazione, la forza del fluido pareggia esattamente quella della molla. Il disco inizia così a sollevarsi di pochissimi millimetri.

Appena il gas o il fluido dell’impianto inizia a passare da questa apertura urta contro il disco e contro l’anello di regolazione progettato per deviare il flusso. Si crea un effetto aerodinamico che genera una forza tanto violenta da vincere la resistenza della molla e spalancare completamente la valvola in una frazione di secondo. Tale processo viene chiamato “effetto pop” e può essere paragonato a quando si preme il dito davanti al tubo dell’acqua per far aumentare la spinta.

Una volta che la valvola risulta completamente aperta, il fluido fuoriesce alla massima velocità determinando un immediato calo di pressione dell’impianto. I liquidi vengono scaricati nell’aria se innocui oppure, se tossici, in apposite condotte di recupero.

Appena la pressione ritorna su valori normali, il fluido non risulta più in grado di contrastare la spinta della molla e, di conseguenza, la valvola si richiude.

In quali contesti industriali vengono utilizzate?

Le valvole di sicurezza PSV sono installate in un’ampia gamma di contesti industriali: si passa dal settore energetico al petrolchimico fino ad arrivare al farmaceutico.

In linea generale vengono applicate su:

• caldaie;
• generatori di vapore;
• recipienti di pressione;
• tubature;
• sistemi con gas compressi;
• linee di processo.

La manutenzione delle valvole attraverso gli endoscopi industriali

All’interno di un impianto industriale possono essere presenti centinaia di valvole di sicurezza. Procedere alla loro ispezione manualmente potrebbe richiedere giorni e comporterebbe il fermo dell’intero impianto. Gli endoscopi industriali ovviano a questa problematica consentendo di ispezionare i diversi dispositivi senza alcuno smontaggio. Attraverso le sonde è possibile entrare nel corpo della valvola e osservare la presenza di eventuali anomalie sui componenti.

Ma cosa analizzano nello specifico gli endoscopi industriali in relazioni alle valvole di sicurezza PSV?

Una delle parti più delicate della valvola è rappresentata dalla sede di tenuta, ovvero l’area in cui il disco viene spinto contro l’ugello. Quando tra questi due elementi si deposita della ruggine o dei detriti, la valvola potrebbe trafilarsi, ovvero essere soggetta a delle perdite, oppure bloccarsi completamente.

Gli endoscopi permettono di rilevare lo stato della sede di tenuta ed agire prima che fenomeni, come la vaiolatura dei metalli, possano compromettere il funzionamento della valvola di sicurezza. Al tempo stesso, le sonde sono utilissime per verificare le condizioni delle tubazioni dell’impianto. Infatti, qualora il tubo a monte risultasse ostruito, la valvola potrebbe non leggere la pressione corretta. Allo stesso modo, se il tubo a valle fosse bloccato da qualche detrito, la valvola non potrebbe consentire lo sfogo del fluido generando così una pericolosa contropressione.

Fiber Optic si occupa della realizzazione di applicazioni di endoscopia industriale in qualunque settore. I nostri tecnici hanno sviluppato importanti esperienze in contesti internazionali e sono pronti a mettere a disposizione della tua azienda tutto il loro know how. Contattaci per una consulenza.