Prova Idraulica Caldaia: Normativa e Procedura

Questo articolo affronta il tema della verifica in prova idraulica di un apparecchio a pressione, con particolare riferimento al codice americano ASME Sezione VIII divisione 1. La prova idraulica è una procedura di verifica importante per garantire la sicurezza e l'integrità degli apparecchi a pressione.

Pressione di Prova Idraulica Secondo ASME VIII Divisione 1

Nel tentativo di stressare in prova idraulica un apparecchio a pressione sino alle sue estreme capacità di resistenza, la pressione di prova idraulica richiesta dal codice ASME è basata sulla cosiddetta MAWP (= Maximum Allowable Working Pressure), ossia sulla massima pressione ammissibile per l’apparecchio tenendo conto degli spessori utilizzati, ovviamente sempre superiore a quella di progetto. Molte volte si aggiunge l’ulteriore specificazione “hot & corroded”, per indicare che si tratta della massima pressione ammissibile alla temperatura di progetto calcolata sottraendo dallo spessore di ciascun componente dell’apparecchio il rispettivo sovraspessore di corrosione. Tuttavia, è ammesso (e, come vedremo in seguito, alle volte è l’unica soluzione possibile) basare la pressione di prova idraulica sulla pressione di progetto.

È bene chiarire il significato pratico di questa formula: essa vorrebbe garantire che in nessuno dei componenti dell’apparecchio si superi, durante la prova idraulica, una pressione maggiore di 1,3 volte la massima pressione che esso sopporterebbe a temperatura ambiente. Nei casi in cui lo spessore è determinato dalla sollecitazione ammissibile, ciò equivale a dire che, in condizioni di prova, non si supera una sollecitazione maggiore di 1,3 volte quella sopportabile a temperatura ambiente; il senso di moltiplicare ulteriormente per il valore di Lsr è appunto quello di maggiorare la pressione di progetto ammissibile in funzione dell’aumento di sollecitazione ammissibile a temperatura ambiente rispetto a quella ammissibile a temperatura di progetto.

Eccezioni alla Regola Generale

La terza eccezione, sicuramente la più importante, è quella in cui la pressione idrostatica dovuta al battente liquido è sensibilmente maggiore di quella esistente in condizioni di progetto: è il caso di tutti gli apparecchi alti, o comunque quelli in cui il battente idrostatico, anche se non eccessivo, esiste soltanto in condizioni di prova idraulica, mentre manca completamente in condizioni di progetto.

Determinazione della Massima Pressione di Prova Idraulica

Sorge a questo punto il problema della determinazione della massima pressione di prova idraulica sopportabile da un apparecchio, tenuto conto che il Codice ASME VIII divisione 1 non prevede un metodo di calcolo per la prova basato su sollecitazioni ammissibili specifiche. È tuttavia vero che la pressione massima sopportabile da un apparecchio in prova idraulica può essere determinata indirettamente, attraverso quella che viene definita come la "basis for calculated test pressure".

Si tratta in pratica anche qui di una Maximum Allowable Working Pressure, però calcolata a temperatura ambiente e ad apparecchio non corroso (MAWP “new & cold”), con lo stesso procedimento adottato per trovare la MAWP “hot & corroded”, ossia determinando la massima pressione sopportabile da ciascun componente a temperatura ambiente in condizioni non corrose, e detraendo dal valore trovato l’altezza idrostatica in progetto, per poi scegliere, tra i valori trovati, il valore inferiore. In assenza di battenti idrostatici, la pressione di prova ottenuta moltiplicando per 1,3 la “basis for calculated test pressure” così determinata (Pb) è la massima pressione di prova compatibile con tutti gli spessori utilizzati.

Se però esiste un battente idrostatico in prova diverso da quello in progetto, la massima pressione di prova sopportabile dal singolo componente può essere calcolata sommando a Pb il rispettivo battente idrostatico in progetto, moltiplicando il risultato per 1,3 e detraendo dal valore ottenuto il battente idrostatico in prova; la massima pressione di prova sopportabile dall’apparecchio sarà ovviamente il minore dei valori così ottenuti.

È facile convincersi che, in assenza di un sovraspessore di corrosione e in presenza di un battente idrostatico in prova sensibilmente maggiore di quello in progetto (per la precisione, in presenza di un battente idrostatico in prova superiore a quello in progetto diviso per 1,3), non solo diventa determinante la condizione di prova rispetto a quella di progetto, ma può addirittura verificarsi il caso di non riuscire a trovare uno spessore di materiale sufficiente a resistere alle condizioni di prova, e ciò per il semplice motivo che la MAWP aumenta con l’aumentare dello spessore, generando così una pressione di prova che cresce al crescere dello spessore.

Esempio Pratico

Agli utenti del nostro software che volessero convincersene consigliamo il seguente giochetto: prendete una virola cilindrica diametro interno 2000 e spessore 8 mm, materiale (da data base metrico) SA 240 304 HS (ossia con le sollecitazioni ammissibili più elevate), efficienza di saldatura 1, corrosione nulla, temperatura di progetto 150°C, pressione di progetto 1,035 MPa, battente idrostatico nullo in progetto e pari a 0,02 MPa in prova (dovuto all’altezza dell’acqua in prova con apparecchio orizzontale - le sollecitazioni ammissibili valgono 138 MPa a temperatura ambiente e 130 MPa a temperatura di progetto); selezionate l’opzione di basare la prova sulla MAWP anziché sulla pressione di progetto; passando al calcolo, troverete che lo spessore minimo di calcolo è uguale allo spessore adottato, ma, passando alla stampa, il software vi avviserà che la pressione di prova richiesta è 1,428 Mpa (1,035 x 138/130 x 1,3), mentre la massima pressione ammessa, visto che la MAWP new & cold è 1,099 Mpa, è data da 1,3 x 1,099 - 0,02 = 1,408 MPa; il che non comporta automaticamente il fallimento della verifica, dato che potrebbero poi esserci altri componenti che, in virtù di un eventuale abbassamento vuoi della MAWP che dello stress ratio, potrebbero abbassare la pressione di prova dell’apparecchio al disotto di 1,408 MPa (il nostro software prevede infatti un una procedura che, dopo aver fatto il calcolo di tutti i componenti, vi consente di confrontarli tra loro per selezionare la pressione di prova valida per l’apparecchio).

Ma, dando per scontato che la pressione di prova da usare sia effettivamente 1,428 MPa, qualora voleste cercare di ovviare al problema aumentando lo spessore da 8 a 9 mm, vi trovereste nuovamente di fronte a un avviso, solo che questa volta vi verrebbe richiesta una pressione di prova di 1,606 MPa, contro una pressione massima sopportabile di 1,586; aumentando ulteriormente lo spessore a 10 mm, entrambi i valori aumenterebbero (1,783 contro 1,763), ma la differenza rimarrebbe sempre di 0,02 MPa (proprio il valore del battente in prova!).

Soluzioni

La sola soluzione possibile in questo caso è quella di aumentare sì lo spessore a 9 mm, ma aggiungendo un battente idrostatico in progetto pari a 0,015 MPa: a questo punto troverete che la pressione di prova dell’apparecchio si è ridotta, e ciò perché la presenza del battente idrostatico in progetto ha ridotto il valore della MAWP hot & corroded, e quindi anche il valore della pressione di prova; in alternativa, cosa ancora più semplice, potete basare la pressione di prova sulla pressione di progetto anziché sulla MAWP hot & corroded, con il che la stessa si ridurrà nuovamente a 1,428 MPa, fermo restando che la pressione di prova sopportabile con 9 mm di spessore resta 1,586 MPa (da notare che in questo modo la virola sarebbe adatta a sopportare anche la prova idraulica secondo PED, pari a 1,43 x 1,035 = 1,48 MPa).

Verifiche Periodiche e Normativa Italiana (INAIL/ISPESL)

In Italia, la sicurezza degli impianti termici è regolamentata da specifiche normative e la Pratica INAIL (ex ISPESL) riveste un ruolo cruciale. La Pratica INAIL è entrata in vigore in sostituzione della vecchia Pratica ISPESL (Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro). L’ISPESL era un ente pubblico operante sotto la supervisione del Ministero della Salute che aveva il compito di condurre controlli, raccogliere dati, offrire consulenza, fornire assistenza, formazione e informazioni sulla prevenzione di incidenti e malattie legate al lavoro. Si tratta di un documento sui requisiti di sicurezza dei generatori di calore per impianti di riscaldamento ad acqua calda sotto pressione, con temperatura non superiore a quella di ebollizione a pressione atmosferica.

Deve essere redatta per impianti termici impieganti acqua in pressione, funzionanti con acqua fino alla temperatura di 110°C e di potenza termica superiore a 35 kW. Il riferimento normativo è il Titolo II del Decreto Ministeriale 1 Dicembre 1975 e stabilisce quali sono i requisiti di sicurezza che i generatori devono soddisfare. Il documento in cui è riportata la normativa tecnica da rispettare è costituito dalla Raccolta-R ed.

Obblighi del Datore di Lavoro

Il datore di lavoro che inserisce una nuova attrezzatura nel suo stabilimento o nel cantiere di cui è titolare deve darne immediata comunicazione alla sede INAIL competente per il territorio dove queste apparecchiature sono installate, che assegna un numero di matricola e lo comunica al datore di lavoro. La richiesta per la prima verifica va presentata all’INAIL, con un apposito modulo messo a disposizione, almeno 45 giorni prima della scadenza dei termini stabiliti dal decreto 81/2008.

Le successive verifiche periodiche devono essere richieste al Servizio Sicurezza Impiantistica Antinfortunistica dell’Azienda Usl o a un Soggetto Abilitato privato inserito negli elenchi del ministero delle attività produttive, almeno 30 giorni prima della scadenza dei termini stabiliti dal decreto 81/2008.

Le visite interne e prove idrauliche sono obbligatoriamente concordate. Le prove a caldo (d'esercizio) vengono di norma preavvisate; possono tuttavia disporsi verifiche senza preavviso quando si presumono irregolarità.

Documentazione Necessaria

Libretto di omologazione o certificato di coastruzione CE dell'apparecchiatura a pressione
Scheda Tecnica d'impianto rilasciata da INAIL (impianti successivi all'aprile 2011) o verbale di omologazione di primo o nuovo impianto rilasciato dall'INAIL o ISPESL (o ANCC per quelli antecedenti al 1984) relativo al luogo d'impianto oppure comunicazione d'installazione sia a INAIL/ISPESL sia a AUSL per impianti marcati CE secondo DLgs.

Verifiche Periodiche e Ispezioni

Gli impianti termici devono essere sottoposti a verifiche periodiche e ispezioni per garantire il mantenimento delle condizioni di sicurezza. La pratica di denuncia dell’impianto deve essere disposta dall’installatore attenendosi poi al formato e ai contenuti previsti dalla Circolare INAIL n.28 del 02/05/2011.

Valutazione dei Rischi

Un elemento fondamentale della Pratica INAIL è la valutazione dei rischi legati all’impianto termico.

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