Il piping stress analysis è un’attività indispensabile per garantire l’affidabilità e la sicurezza delle linee di piping. Questa analisi, cruciale per la progettazione e la manutenzione degli impianti industriali, si concentra sullo studio degli sforzi e delle deformazioni che le tubazioni subiscono a causa di molteplici sollecitazioni: pressione interna, flussi termici, carichi esterni e vibrazioni. Comprendere e gestire correttamente questi fattori è essenziale per prevenire guasti, prolungare la vita utile delle tubazioni e assicurare la conformità alle normative di riferimento in materia di sicurezza.

Il piping stress analysis non è solo una pratica raccomandata, ma rappresenta una fase di controllo indispensabile, specialmente in settori ad alto rischio, come quelli petrolchimici, energetici e della lavorazione di gas e fluidi. 

In questo articolo, esploreremo in dettaglio a cosa serve il piping stress analysis, il suo impatto sulla manutenzione e la sicurezza delle linee di piping e in che modo i software di progettazione industriale possono facilitare e ottimizzare questo processo, fornendo agli ingegneri i dati necessari per prendere decisioni informate.

A cosa serve la stress analysis

La stress analysis delle tubazioni riveste un ruolo cruciale per garantire la sicurezza e l’efficienza operativa dell’intero impianto industriale. Questo processo è essenziale per identificare e gestire le sollecitazioni meccaniche e termiche a cui le tubazioni sono sottoposte durante il normale funzionamento dell’impianto. Attraverso l’utilizzo di applicativi dedicati alla stress analysis gli ingegneri possono prevedere e quantificare l’effetto di vari fattori, come le variazioni di temperatura e di pressione, i flussi dinamici e i carichi esterni, inclusi quelli ambientali come il vento e i fenomeni sismici.

Per effettuare la stress analysis è possibile infatti utilizzare software di nuova generazione, come ad esempio PASS/START-PROF, distribuito da PASS, che offre un buon livello di funzionalità, unito a un approccio user friendly. Questo software offre infatti una vasta gamma di funzionalità, tra cui calcoli di dimensionamento secondo codici e standard internazionali. 

Con una GUI intuitiva e un’interfaccia utente moderna, gli ingegneri possono iniziare a lavorare immediatamente senza bisogno di una formazione approfondita sull’uso del software. Grazie alla sua intelligenza integrata e alla capacità di rilevare automaticamente eventuali problemi nel modello, PASS/START-PROF semplifica il processo di analisi e fornisce un supporto efficiente agli utenti.

Il processo di analisi permette di valutare come queste forze influenzino l’integrità strutturale delle tubazioni, evidenziando i potenziali punti di debolezza che potrebbero portare guasti, perdite o rotture. Inoltre, il piping stress analysis è fondamentale per assicurare il rispetto degli standard normativi e delle specifiche tecniche richieste per ogni tipologia di impianto, evitando in questo modo eventuali sanzioni e interruzioni nelle operazioni.

Oltre a questi aspetti di sicurezza e conformità, la stress analysis delle tubazioni gioca un ruolo importante nella progettazione e nell’ottimizzazione degli impianti industriali. Fornisce informazioni preziose per la scelta dei materiali, per il dimensionamento delle tubazioni e per la definizione delle loro traiettorie. 

Questo processo aiuta a bilanciare efficacemente la necessità di un impianto affidabile e resistente con quella di contenere i costi necessari per l’acquisto dei materiali e per la manutenzione. Per questo motivo l’analisi delle sollecitazioni delle tubazioni rientra tra le principali funzionalità dei software di piping, che prevedono comandi specifici per controllare che le linee siano progettate, installate e mantenute in modo da massimizzare l’efficienza operativa e minimizzare i rischi.

Quando e come fare la stress analysis?

La stress analysis delle tubazioni dovrebbe essere effettuata nelle diverse fasi del ciclo di vita di un impianto industriale: dalla fase di progettazione, fino all’installazione, alla manutenzione e alla successiva modifica dell’impianto. Durante la fase di progettazione è fondamentale per assicurare che le linee di piping siano adeguatamente dimensionate e posizionate, tenendo conto delle sollecitazioni previste e dei limiti di resistenza dei materiali utilizzati. 

Questo processo aiuta a prevenire problemi futuri e a ottimizzare la disposizione delle tubazioni per un funzionamento efficiente dell’impianto. Si inserisce inoltre all’interno del processo di progettazione di un impianto industriale coinvolgendo diverse figure professionali:

• Il processista, che deve fornire le specifiche per il funzionamento dell’impianto (pressione, temperatura ecc.).

• Il progettista del layout dell’impianto, incaricato di organizzare la disposizione delle apparecchiature e la loro interconnessione in maniera efficiente ed economica. Durante questa fase si occupa quindi di progettare i costruttivi dei supporti piping usando software dedicati: è un esempio ESApro Supports, la soluzione di progettazione 3D che consente di estrarre i disegni costruttivi e le distinte dei materiali. Il software include inoltre un’ampia libreria di elementi parametrici che vengono generalmente utilizzati durante la progettazione dei supporti piping, come ad esempio: appoggi (scarpette, guide, molle ecc.), attacchi (collari, U-Bolt, piastre ecc.) elementi di fissaggio e di carpenteria.

• Lo stressista, che ha il compito di analizzare le varie condizioni di carico delle tubazioni. Questo specialista deve verificare che le tubazioni siano in grado di resistere alle sollecitazioni meccaniche previste, valutando l’adeguatezza del routing pensato in fase di layout, posizionando i supporti e definendone la tipologia. Controlla inoltre che i supporti posizionati dal progettista del layout siano del tipo giusto e siano posizionati correttamenti. Spesso, le successive modifiche al routing sono necessarie per assicurare che la linea possa sostenere i carichi previsti senza compromettere la sicurezza.

Successivamente, quando l’impianto è in funzione, la stress analysis diventa parte integrante delle operazioni di manutenzione. Periodicamente, o come risposta a modifiche delle condizioni operative, come cambiamenti nella pressione o nella temperatura, è necessario eseguire nuove analisi per valutare l’impatto di tali cambiamenti sulla stabilità delle tubazioni. Questo approccio proattivo alla manutenzione previene guasti inaspettati e prolunga la vita utile delle linee di piping.

La stress analysis è altresì necessaria quando si apportano modifiche o si aggiorna l’impianto. Qualsiasi cambiamento nella configurazione delle linee, dall’uso di materiali diversi all’aggiunta di nuove sezioni, richiede un’analisi accurata per garantire che l’integrità complessiva del sistema di tubazioni non sia compromessa.

Per condurre una stress analysis efficace, gli ingegneri utilizzano software specializzati che possono modellare le tubazioni e simulare varie condizioni operative. Questi programmi consentono di verificare dal punto di vista strutturale ciò che è stato precedentemente progettato, visualizzando gli effetti delle sollecitazioni sulle tubazioni, identificando punti di alta tensione, possibili deformazioni e rischi. È un esempio ESApro Stress Analysis Interface, che partendo dal modello 3D dell’impianto è in grado di calcolare gli sforzi e le deformazioni delle tubazioni, evidenziando i punti della linea di piping che presentano criticità. In questo modo, gli ingegneri possono prendere decisioni informate su come progettare, modificare o mantenere le linee di piping per garantire un funzionamento sicuro ed efficiente dell’impianto.

 

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