Prova Idraulica di Tubazioni: Procedura, Rischi e Sicurezza

Non sono pochi i pericoli per l’esecuzione delle prove di pressione, nei controlli previsti in relazione alla fabbricazione e all’esercizio delle attrezzature a pressione.

Generalmente la prova a pressione “viene condotta impiegando un fluido allo stato liquido (prova idraulica)”, ma in alcuni casi “il riempimento con liquido può arrecare pregiudizio alla stabilità o all’esercizio dell’attrezzatura, oppure può introdurre ulteriori rischi non eliminabili (ad esempio la vicinanza di linee ad alta tensione)”.

E pertanto “la prova idraulica può essere sostituita con prova pneumatica mediante l’utilizzo di un fluido allo stato gassoso”, ma anche in questo caso sono presenti diversi rischi per la sicurezza.

A ricordare i rischi nelle prove di pressione è il documento “L’esecuzione in sicurezza delle prove di pressione condotte su attrezzature in esercizio” realizzato dal Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti, prodotti e insediamenti antropici (DIT) dell’ Inail e con lo scopo di fornire raccomandazioni sulla scelta del fluido di pressurizzazione, sulle misure prevenzione e protezione e sull’esecuzione della prova.

Nel documento - a cura di Canio Mennuti e Giuseppe Augugliaro (DIT) - si ricorda che il principale pericolo derivante da una prova di pressione “è rappresentato dall’improvviso e involontario rilascio dell’energia immagazzinata nell’attrezzatura sottoposta a test”.

Inoltre si segnala che durante l’esecuzione del test “il rischio connesso aumenta con l’aumentare della pressione che può causare la possibile fuoriuscita di fluido da giunti, raccordi, flange, valvole e altri accessori, con eventuale proiezione di parti o frammenti di tali componenti”.

I Rischi delle Prove Idrauliche e Pneumatiche

Nella premessa del documento Inail si ricorda che, in sede di esercizio, “l’allestimento di una prova idraulica può essere estremamente problematico in quanto, preliminarmente alla prova di pressione, è necessario valutare l’idoneità e la stabilità delle strutture di supporto rispetto al peso dell’acqua di riempimento, svuotare e bonificare l’attrezzatura; successivamente alla prova sarà inoltre necessario smaltire il fluido utilizzato, eliminare l’umidità residua per evitare l’innesco di fenomeni di corrosione, ecc”.

E queste problematiche “tendono a divenire sempre più critiche con l’aumentare della capacità dell’attrezzatura”.

Per questi motivi ragioni “è molto frequente optare per una prova di pressione con gas (o pneumatica) utilizzando, se possibile, lo stesso fluido contenuto nell’attrezzatura”.

In tal modo - continua il documento - “si evitano la maggior parte dei rischi prima menzionati ma, per contro, se ne introducono di nuovi quali ad esempio la maggiore pericolosità di questo tipo di test (energia potenziale notevolmente superiore rispetto alla prova di pressione idrostatica a parità di temperatura e pressione, possibile fuoriuscita di fluidi tossici, esplosivi, infiammabili, comburenti) unitamente alla necessità di monitoraggio con altri metodi di Controllo Non Distruttivo (CND) al fine di migliorarne il grado di affidabilità”.

Questa procedura è tuttavia più dispendiosa e più pericolosa rispetto a una prova di pressione con acqua.

Perciò, È di estrema importanza rispettare alcune norme per garantire la sicurezza durante lo svolgimento della prova di pressione pneumatica.

La Sicurezza nelle Prove di Pressione: le Raccomandazioni Generali

Fatta questa premessa, il documento segnala che dal punto di vista della sicurezza di una prova di pressione “l’obiettivo è, se possibile, eliminare i pericoli ovvero di mitigarne il rischio associato”.

E proprio con questo obiettivo, a puro titolo indicativo, il documento fornisce “alcune raccomandazioni di carattere generale:

è opportuno che la prova a pressione sia condotta in un luogo sicuro, idoneo allo scopo. Le dimensioni del luogo sicuro o della zona di sicurezza dipendono dal tipo di test e dalle pressioni coinvolte;
nel caso in cui non sia possibile proteggere la postazione di lavoro con barriere, gabbie o altri mezzi adeguati occorre verificare che la procedura di prova faccia riferimento ai rischi specifici del caso e alle relative misure da intraprendere per la loro eliminazione o mitigazione;
quando la prova prevede valori elevati di pressurizzazione tali da non poter individuare un luogo sicuro nelle immediate vicinanze dell’attrezzatura stessa, la prova dovrebbe essere monitorata da una postazione remota con adeguati strumenti di registrazione del tempo e della pressione;
la pressione di prova deve essere applicata gradualmente per evitare shock all’attrezzatura sottoposta a prova; il manometro di controllo della pressione dovrebbe essere visibile dalla postazione dell’operatore addetto alla pressurizzazione;
non sottoporre a urti l’attrezzatura durante la prova di pressione (ad esempio colpendola con un martello);
la temperatura del fluido di prova non deve essere inferiore a quella specificata nella procedura per evitare la possibilità di rottura fragile;
la procedura di prova deve specificare le precauzioni da adottare per la salvaguardia dai rischi derivanti dalla possibile espansione del fluido di prova durante il test. In particolare se la pressione di prova deve essere mantenuta per un determinato periodo di tempo dovrebbero essere prese precauzioni aggiuntive per evitare una sovrappressione eccessiva dovuta all’espansione del fluido (ad esempio installando sull’attrezzatura da provare dei dispositivi di sicurezza contro la sovrappressione);
l’ispezione visiva ravvicinata dell’attrezzatura deve essere eseguita solo quando la pressione non supera il livello di pressione di progetto; per i test di pressione pneumatica la pressione deve essere ridotta al livello del test di tenuta (stabilito dalla norma e/o standard di riferimento);
i giunti e le connessioni dei tubi flessibili soggetti alla pressione devono essere adeguatamente fissati per evitare lesioni dovute a scuotimenti in caso di guasto;
quando viene rilevata una perdita nei giunti o nei raccordi, oppure sull’attrezzatura sottoposta a test o sull’apparecchiatura di prova stessa, la pressione deve essere ridotta alla pressione atmosferica prima di qualsiasi intervento correttivo;
quando la prova di pressione viene svolta per verificare la pressione di taratura di valvole di sicurezza, lo scarico e le eventuali tubazioni di convogliamento devono essere preventivamente esaminate per individuare possibili ostruzioni o situazioni di pericolo;
i necessari dispositivi di protezione individuale, se applicabili, devono essere indossati dall’ispettore e da tutti gli addetti all’esecuzione del test che lavorano all’interno dell’area di prova”.

La Sicurezza nelle Prove di Pressione: le Precauzioni Specifiche

Oltre alle precedenti precauzioni generali sopra citate, il documento indica che è necessario prendere in considerazione anche altre precauzioni specifiche.

Precauzioni specifiche per la prova idraulica:

“quando l’acqua viene utilizzata come fluido di prova, la temperatura durante il test non deve essere inferiore a 7 °C per evitare la possibilità di danni provocati dalla bassa temperatura. Quando si esegue una prova di pressione con acqua a una temperatura ambiente inferiore a 0 °C, è necessario verificare che il fluido di prova, i manometri e le linee di collegamento non possano congelare;
attrezzatura sottoposta a prova deve essere completamente riempita con il fluido da utilizzare come mezzo di prova. Laddove, a causa della progettazione dell’attrezzatura in prova, non sia possibile eliminare tutte le sacche di aria/gas occorre prendere in considerazione le precauzioni aggiuntive indicate di seguito per le prove pneumatiche;
l’effetto del peso del fluido di prova sull’attrezzatura sottoposta a test e qualsiasi struttura o fondazione di sostegno devono essere presi in considerazione in modo particolare;
se come fluido di prova si utilizza un liquido diverso dall’acqua, ad es. un combustibile, dovrebbero essere considerati anche i pericoli specifici di quel fluido”.

Precauzioni specifiche per la prova pneumatica:

“a causa del potenziale dovuto agli alti livelli di energia immagazzinata, il volume interno di tutti i componenti da sottoporre a test pneumatici deve essere ridotto al minimo isolando determinate sezioni o testando i componenti singolarmente. In alternativa, si deve prendere in considerazione l’uso di un fluido non comprimibile;
quando l’ attrezzatura sottoposta a prova ha un volume considerevole, è necessario prendere in considerazione gli effetti delle onde d’urto e della proiezione di parti o frammenti di attrezzatura o suoi accessori in caso di guasto catastrofico. La procedura di prova dovrebbe specificare una zona limitata opportunamente dimensionata come luogo sicuro per il personale a qualunque titolo coinvolto nel test;
il riempimento e lo svuotamento delle parti o dei componenti dell’attrezzatura sottoposta a test deve essere controllato per evitare la possibilità di frattura fragile locale a causa del raffreddamento da efflusso. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, mantenendo le portate costanti attraverso gli ingressi o gli ugelli di scarico utilizzando valvole di controllo del flusso”.

Applicazione della Prova di Pressione a Sistemi Aperti e Chiusi

La prova di pressione si applica a sistemi sia aperti che chiusi (acqua o miscela acqua-glicole). Nella prima fase si verifica l’ermeticità dell’impianto, nella seconda la sua resistenza. Entrambe possono essere eseguite in un unico ciclo di prova.

La scelta del fluido per la prova dipende dal tipo di installazione e dalla messa in funzione prevista. L’impianto o il tratto da testare dev’essere riempito con acqua secondo la direttiva SITC BT102-01, se necessario aggiungendo un prodotto antigelo.

Per eseguire correttamente la prova, l’impianto dev’essere riempito lentamente e spurgato completamente. Durante il riempimento dell’impianto occorre verificare costantemente che non vi siano perdite.

Per almeno 10 minuti, il manometro non deve rilevare cali di pressione. Per la prova si devono usare strumenti di misurazione tarati, in grado di visualizzare variazioni di pressione di 0,1 bar.

Dopo la prova di tenuta, si passa alla prova di resistenza applicando una pressione non superiore a 1,3 volte la pressione di esercizio (pfin). Non bisogna mai superare le pressioni di prova massime previste per eventuali componenti speciali (ad es. compensatori, ammortizzatori).

La prova deve durare almeno 6 ore. Se sono presenti tubi di plastica, occorre considerare la dilatazione dovuta all’aumento della pressione.

Si deve attendere il raggiungimento dello stato di compensazione e stabilità termica. La prova di tenuta viene eseguita con una pressione di almeno 0,15 bar.

La prova di pressione va documentata in un verbale, una copia del quale dev’essere consegnata al committente. I valori seguenti costituiscono i dati minimi da riportare.

Ricordiamo, in conclusione, che al documento è allegata anche un esempio di checklist di controllo per l’esecuzione in sicurezza della prova di pressione.

Tubazioni a gravità: dopo aver sezionato il tratto da testare con palloni otturatori con bypass posizionati alle due estremità, si procede con il riempimento ad acqua attraverso il bypass del pallone posizionato a valle.

Tubazioni in pressione: la tubazione viene riempita almeno 24 ore prima e svuotata di tutta l’aria presente all’interno della stessa, attraverso l’utilizzo di sfiati posizionati sui punti più alti.

Pozzetti e vasche: dopo aver installato i palloni otturatori sulle tubazioni di ingresso e di uscita, si procede con il riempimento del pozzetto o della vasca di acqua. Attraverso un particolare sensore ad infrarossi è quindi rilevato costantemente il livello dell’acqua.

Tabella riassuntiva delle precauzioni:

Tipo di Prova	Precauzioni Specifiche
Idraulica	Temperatura dell'acqua non inferiore a 7°C Riempimento completo dell'attrezzatura Considerare il peso del fluido Valutare i pericoli di fluidi diversi dall'acqua
Pneumatica	Ridurre al minimo il volume interno Considerare gli effetti delle onde d'urto Controllare il riempimento e lo svuotamento per evitare fratture

Nel lodevole tentativo di stressare in prova idraulica un apparecchio a pressione sino alle sue estreme capacità di resistenza, la pressione di prova idraulica richiesta da questo codice è stata 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).

E’ tuttavia ammesso (e, come vedrete in seguito, alle volte è l’unica soluzione possibile) basare la pressione di prova idraulica sulla pressione di progetto.

E’ 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).

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.

Sorge a questo punto il problema della determinazione della massima pressione di prova idraulica sopportabile da un apparecchio, tenuto conto, come già detto più sopra, che il Codice ASME VIII divisione 1 non prevede un metodo di calcolo per la prova basato su sollecitazioni ammissibili specifiche.

E’ 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.

E’ 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.

Ebbene, 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!).

E allora qual è la soluzione? 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).

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