Sistemi di tubazioni

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Sistema di tubazioni ("piping") utilizzato per la movimentazione di idrocarburi.

In ingegneria, l'espressione sistema di tubazioni (o piping) definisce i sistemi, più o meno complessi, di tubazioni che collegano le varie apparecchiature di un impianto (ad esempio idraulico, chimico o petrolchimico). Il sistema di tubazioni permette il trasporto, l'accumulo e l'intercettazione dei fluidi destinati alle varie utenze.

Indice

[modifica] Elementi del piping

Elementi del piping realizzati in acciaio.

[modifica] Tubi

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Tubo.

Il tubo è un profilato metallico cilindrico formato da un'unica lamiera di un metallo (ad esempio acciaio, rame). I tubi in acciaio sono largamente impiegati nell'industria chimica e in tantissime applicazioni, ma si possono avere anche tubi di materiali differenti dall'acciaio e con le più svariate applicazioni; in particolare:

  • acciai bassolegati
  • acciai ricoperti (teflonati, vetrificati)
  • acciai altolegati (ad esempio: acciai inossidabili)
  • leghe metalliche diverse (cromo, nichel, titanio, molibdeno, Vanadio, ecc.)
  • ghisa
  • materie plastiche
  • calcestruzzo
  • rame
  • vetro[1]
  • più materiali intimamente connessi tra loro (i cosiddetti tubi multistrato, aventi un'anima in alluminio ricoperta, esternamente e internamente, da materiali plastici)

I differenti materiali usati per la costruzione dei tubi sono legati allo stato ed alle condizioni del fluido convogliato; parametri fondamentali per la scelta del materiale sono:

  • aggressività del fluido convogliato (corrosività, capacità ossidativa/riduttiva, abrasività meccanica);
  • temperatura di esercizio;
  • pressione.

Il costo di alcuni tubi, ad esempio, in leghe metalliche particolari sono enormemente superiori a quelle di tubi metallici comuni, in diversi casi però, per la natura stessa dei fluidi convogliati, la scelta per materiali è molto limitata, e spesso quasi obbligata.

[modifica] Tubazioni

Tubazioni di varie dimensioni stoccate all'interno di un magazzino

La tubazione è un insieme di tubi.

Le tubazioni, ognuna con una sua specifica funzione, dimensione e caratteristica di materiale, concorrono a formare un sistema complesso (appunto il "piping") che consente il trasferimento di fluidi all'interno di un impianto. Il trasferimento si può verificare tra una fase e l'altra di lavorazione oppure dal materiale grezzo in ingresso all'impianto fino al prodotto finale.

Oltre alle tubazioni rigide, esiste una vasta gamma di tubazioni flessibili, in materiali che vanno dalle varie mescole di gomma, al PTFE, al silicone.

In termini generali tutti questi articoli hanno la caratteristica di potere lavorare con delle pressioni alte, e temperature relativamente basse.

Dovendo operare nel campo delle alte temperature, o per il trasferimento di gas dove è richiesta la tenuta ermetica, si impiegano i Tubi Metallici Flessibili.

[modifica] Giunti

Giunto a flangia tra due tubi.

I tubi possono essere uniti tra loro attraverso diversi tipi di giunti, che possono essere:

Per unire tubi in ghisa si utilizza piombo fuso a cui viene sovrapposta corda catramata. Per i tubi in gomma si utilizzano collanti o anelli in gomma.

[modifica] Flange

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Flangia.

Le flange sono piastre metalliche forate perimetralmente e saldate all'estremità di un tubo per consentirne l'unione con altri tubi dotati di flange o con altre attrezzature. Le flange sono tenute insieme da dadi e "tiranti" (o "prigionieri"). I tiranti sono aste di metallo filettate inserite tra due fori di due flange. Alle due estremità di ciascun tirante sono avvitati i dadi, anelli metallici che bloccano il tirante e garantiscono l'accoppiamento permanente delle due flange.

[modifica] Raccordi o pezzi speciali

Gomito a 90°.

I raccordi hanno il compito di unire due o più tubi tra loro (o di chiudere un tubo), anche di diametri differenti. Alcuni tipi di raccordi sono:

In corrispondenza dei raccordi si hanno delle perdite di carico consistenti, che devono essere considerate durante la progettazione.

[modifica] Valvole

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Valvola (idraulica).

Al piping appartengono anche le valvole, assieme agli altri organi di regolazione e di intercettazione.

[modifica] Compensatori e supporti

Compensatore a lira "omega"

I compensatori vengono inseriti in punti cruciali del sistema di tubazioni. I compensatori sono degli elementi flessibili che deformandosi contrastano l'effetto delle dilatazioni termiche subite dalle tubazioni. Alcuni esempi di compensatori sono i "compensatori a lira" (o "a omega") e i "compensatori a soffietto". Ad essi vengono accoppiati dei "supporti", che fungono da vincoli mobili.

[modifica] Progettazione

Un sistema di tubazioni (piping).

Al momento della progettazione, un sistema di tubazioni richiede studi accurati che a partire dalla definizione del percorso all'interno dell'impianto di ogni tubo risolvano tutte le difficoltà concernenti i collegamenti, la raccorderia, le saldature, la supportazione, le spinte e le deformazioni per arrivare fino alle prove di buon funzionamento (le prove idrauliche e di tenuta), verniciatura ed isolamento.

Nell'ambito del piping il disegnatore e progettista si piazza come il referente principale, dovendo egli conoscere tutte le problematiche inerenti ai materiali che costituiscono le tubazioni, gli spazi minimi richiesti per eseguire l'installazione, quale sia la raccorderia più adatta allo scopo, come connettere qualunque tubazione all'apparecchio a valle e a quello a monte. Egli conosce e ha le necessarie abilità per risolvere gli inconvenienti dati dal peso, dalla temperatura e dalla pressione cui sono sottoposti i tubi.

[modifica] Analisi delle sollecitazioni

Rigorosamente a valle di una corretta impostazione degli schemi strutturali di una tubazione progettata, (che è un insieme composito di una specifica gamma strutturale) esiste la possibilità di effettuare, prima del completamento della progettazione, un controllo di calcolo detto di analisi delle sollecitazioni (in inglese stress analysis), che permette sulla base di dati afferenti (vincoli meccanici, pressione, temperatura, materiali, componenti) di prevedere le sollecitazioni (sforzi) che andrebbero ad insistere sulle parti della tubazione, quindi permettendo di conoscere preventivamente i margini di sicurezza operativi della tubazione stessa (cioè se la tubazione è ben adeguata a resistere alle condizioni), ovvero il superamento di tali margini, (cioè se la tubazione non è adatta a reggere le condizioni), come è comprensibile il computo è fondamentale prima di realizzare la tubazione, soprattutto quanto esistono pericolose condizioni di pressione e di temperatura (soprattutto variazioni di temperatura, con conseguenti dilatazioni differenziali), sollecitazioni dinamiche ed a fatica.

Lo schema proposto quindi può essere riconosciuto dal calcolo come corretto, oppure può essere considerato come carente, errato o inadeguato, e da modificare di conseguenza. A questo punto lo schema modificato sarà nuovamente sottoposto a calcolo di controllo.

In buona misura l'analisi è quindi la previsione di quello che avverrebbe se venisse realizzato uno schema proposto e, molto importante, la messa in evidenza dei punti critici, con la segnalazione della necessità eventuale di realizzarlo in altro modo nel caso che risulti errato, o inadeguato.

L'analisi può essere preventiva (prima di realizzare l'opera), ma anche di controllo o verifica, (per sapere in che condizione operativa di "sforzi" è un'opera già realizzata).

I procedimenti di calcolo sono di norma effettuati con programmi informatici specifici, dato che facilmente il calcolo, in strutture di elevata complessità, eccede le normali possibilità pratiche di calcolo individuale manuale.

La buona conoscenza (preliminare) delle basi teoriche della costituzione degli schemi e (comunque) del calcolo di analisi, da parte dell'operatore al momento dell'introduzione dei dati nel sistema di calcolo, permette un utilizzo virtuoso del programma informatico stesso, che per sua parte si limita a dare risposte ai dati di ingresso. In sintesi (come sempre con i programmi di calcolo) vale il criterio che se si immettono condizioni e dati discutibili, o errati, si hanno risposte di conseguenza.

Per uno schema bene impostato il computo di stress analysis ha lo scopo principale di controllo della sicurezza ottimale, basato sulle condizioni ammissibili; in seconda istanza la stress analysis è eccellente mezzo di ottimizzazione dei costi, permettendo di individuare schemi che nel rispetto di dette condizioni permettano realizzazioni meno gravose, semplificate, quindi intrinsecamente più sicure e meno costose.

[modifica] Note

  1. ^ I tubi in vetro vengono utilizzati in applicazioni speciali, ad esempio per la movimentazione di sostanze fortemente acide.

[modifica] Bibliografia

[modifica] Voci correlate

[modifica] Altri progetti

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