Design di un`ontologia per recipienti in pressione - PUMA

Transcript

Design di un’ontologia per recipienti
in pressione
Elena Camossi, Marina Monti, Franca Giannini
IMATI – CNR, sezione di Genova, Italia
{elena.camossi, marina.monti, franca.giannini}@ge.imati.cnr.it
IMATI-TR-09-05
In questo documento viene descritta la progettazione di un’ontologia per la rappresentazione di
recipienti per fluidi e delle relative norme di sicurezza. In particolare, in questo documento
vengono analizzate le norme di sicurezza per componenti per recipienti in pressione. L’ontologia
progettata è finalizzata alla definizione di una base di conoscenza per un’applicazione che
supporti il progettista durante la fase di design, così come il responsabile dell’ispezione di
sicurezza, fornendo funzionalità per la verifica automatica delle norme di sicurezza in un impianto
chimico.
1. Introduzione
Il presente documento descrive la progettazione di un’ontologia per modellare i recipienti per
fluidi [1] come componenti di un impianto chimico e le relative norme di sicurezza. L'attività di
ricerca si contestualizza nell'ambito denominato Hazard and Risk analysis identification in
industrial plants [2-7].
L’ontologia descritta in questo documento costituirà la base della conoscenza per un
applicativo di supporto ai designer e agli enti certificatori per la verifica delle normative di
sicurezza per gli impianti chimici. L’architettura di tale applicativo è descritta in Figura 1.
L’analisi effettuata per la definizione dell’ontologia rientra nella fase di studio di fattibilità
dell’applicazione.
In particolare, l’analisi effettuata si focalizza sulle componenti dei recipienti in pressione, le cui
regole di sicurezza sono definite nella normativa europea Pressure Equiments Directive (PED)
[8]. Vengono definiti recipienti in pressione i serbatoi con pressione interna superiore a 0,5
bar. In Italia, l’ente certificatore che verifica il rispetto della normativa PED è l’Istituto
Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro (I.S.P.E.S.L.). In particolare, le norme
applicate dall’ I.S.P.E.S.L. per le componenti di recipienti in pressione sono contenute nella
raccolta VSR [9], che recepisce quanto indicato in [8].
L’ontologia formalizza il dominio dei recipienti in pressione, in base a quanto descritto nella
raccolta VSR. E’ stata prestata particolare attenzione a come gli aspetti geometrici delle
componenti in pressione vengono utilizzati nelle norme.
L’ontologia la cui progettazione è stata descritta in questo documento verrà implementata1
ultizzando l’Ontology Web Language (OWL) [10], in particolare il plugin per OWL dell’ontology
editor Protégé. Alcune scelte di modellazione presentate in questo documento tengono in
considerazione limitazioni e aspetti specifici del linguaggio.
Nella prima parte del documento viene riportato lo studio del dominio applicativo. Dei vari
concetti oggetto dell’analisi, vengono presentate e discusse rappresentazioni alternative.
Nella Sezione 2 vengono riportate le competency question necessarie per la definizione
dell’ontologia. Nella sezione 3 vengono descritti gli elementi significativi per la descrizione dei
1
Si veda [13].
E. Camossi, M. Monti, F. Giannini. Design di un’ontologia per recipienti in pressione
IMATI-TR-09-05
recipienti per fluidi, mentre nella sezione 4 vengono descritte le caratteristiche principali degli
elementi costitutivi dei recipienti.
Nella seconda parte del documento, nella Sezione 5, vegono descritte e commentate soluzioni
alternative di modellazione per il dominio descritto nelle sezioni 2, 3 e 4 e viene riportato lo
schema complessivo dell’ontologia, il cui dettaglio è descritto in Appendice C.
Le varie modellazioni sono presentate mediante graficiche utilizzano una simbologia simil
ER/UML.
CAD Module
CAD/PDM/PLM
software
Geometric
Models
Risk Analysis Tool
CAD/PDM/PLM Interface Library
Risk Analysis Module
Ontology Interface Library
Domain Ontology
Plant
components
Safety
Rules
Safety
rules
Figura 1. Architettura dell’applicazione
2. Requisiti generali dell’applicazione: competency
questions dell’ontologia
In questa sezione vengono elencate le competency question che l’ontologia deve soddisfare.
Poiché non viene mantenuto un archivio storico delle norme, le norme si riferiscono sempre
alla revisione e all’edizione correnti. Diversamente, andrebbero mantenute ed interrogate
anche le informazioni relative a revisione e edizione. Nelle interrogazioni, se revisione e
edizione non vengono specificate, si possono riferire per default quelle in corso.
Nell’ambito della raccolta presa in esame, la raccolta VSR [9], l’argomento di fascicolo, nella
maggior parte dei casi, corrisponde al materiale utilizzato per la realizzazione della
componente/del serbatoio. Si veda a questo proposito l’Appendice B.
In generale, in [9], la specifica del comma determina la formula da applicare.
2
IMATI-TR-09-05
2.1 Funzionalità caratterizzanti
o
o
Dato un serbatoio, recuperare tutte le norme di sicurezza che si applicano al
serbatoio.
Data la componente di un serbatoio, recuperare tutte le norme di sicurezza che si
applicano (potenzialmente) alla componente.
2.2 Funzionalità di base
o
o
o
o
o
Dato il modello geometrico di un serbatoio, determinarne a quale tipo di serbatoio
appartiene
Dato un serbatoio, trovare tutte le componenti, se esistono, di quel serbatoio
Data una componente, trovare il suo modello geometrico
Dato un serbatoio, trovare il suo modello geometrico (o i modelli geometrici delle sue
componenti)
Trovare tutte le norme di una certa raccolta [+ fascicolo [+ capitolo [+ regola [+
punto]2 [+ paragrafo [+ comma]]]]]
Ex: trovare le norme della raccolta VSR [+ fascicolo 1 [+ capitolo L [+ regola
3 [+ paragrafo 2 [+ comma 3[.2[.a]]]]]]]
o
Trovare tutte le norme che si riferiscono ad un certo argomento di raccolta [+
argomento di capitolo [+ argomento di regola [+ argomento di paragrafo]]]
2.3 Altre funzionalità previste
o
o
o
Dato un serbatoio, verificare le norme di sicurezza che si applicano al serbatoio.
Data la componente di un serbatoio, verificare le norme di sicurezza che si applicano
(potenzialmente) alla componente.
Dato un serbatoio, data una componente, verificare se la componente può essere una
componente valida per il serbatoio che si sta progettando (= date due istanze della
stessa classe di componenti, definirne la similarità/distanza)
3. Recipienti per fluidi e serbatoi
In questa sezione vengono descritti in dettaglio gli aspetti rispetto ai quali in [1,9] i recipienti
per i liquidi e per gas vengono differenziati. Si rimanda all’Appendice A per la terminologia
utilzzata, e all’Appendice B per i dettagli di interesse della raccolta VSR [9].
In generale, le differenze costruttive dei recipienti sono determinate dalla natura dei prodotti
immagazzinati. In particolare, la scelta del materiale di costruzione dei serbatoi, lo spessore
delle lamiere, il tipo di chiusura, vengono scelti in relazione al tipo di sostanza che da
immagazzinare, oltre che alle condizioni di esercizio alle quali devono sottostare gli
apparecchi.
In linea di massima gli aspetti riportati in seguito partecipano in modo ortogonale alla
descrizione dei recipienti, quindi potrebbero essere efficacemente modellati come proprietà,
in particolare attributi, delle classi nell’ontologia. In alternativa, gran parte degli aspetti
considerati, una volta valorizzati, potrebbero essere utilizzati per definire delle tassonomie di
recipienti, perché inducono facilmente delle classificazioni.
La scelta tra le due alternative di modellazione verrà di volta in volta guidata da quali vincoli
di dominio verranno rappresentati esplicitamente nell’ontologia, poiché la sintassi del
linguaggio scelto per la sua definizione, OWL, che permette di implementare tali vincoli
tramite la specifica di restrizioni ed assiomi logici, non consente di esprimere vincoli ai quali
partecipino i valori degli attributi di classe.
2
Si veda VSR.1.V.2 (I, II, III)
3
IMATI-TR-09-05
Molti dei parametri che compaiono nelle VSR [9], quali pressione e temperatura, vengono
valutate in diverse condizioni (ad esempio, di progetto, di prova idraulica).
La pressione nelle norme è riferita punto per punto, rispetto alla singola componente. Lo
stesso vale per molti dei parametri numerici che compaiono nelle norme3
In [1] pressione, temperatura, forma, materiale, piano di campagna e tipo di costruzione
sono utilizzate per caratterizzare diversi tipi di serbatoi. I vincoli che riguardano tali parametri,
nel testo sono quindi riferiti alla categoria Serbatoi (contenitori a volume costante). Si può
ragionevolmente supporre che gli stessi parametri vengano utilizzati per la classificazione dei
recipienti.
Temperatura e pressione, diversamente dagli altri parametri considerati, vengono valutare
rispetto a valori massimi, riferiti a diverse condizioni di valutazione, rispetto ai quali
vengono definite le diverse tipologie di recipienti, e valori correnti d’esercizio, per
monitorare i quali (affinché non superino i valori massimi consentiti) sono richiesti strumenti
specifici4.
Si noti anche che la pressione viene a volte riferita rispetto a una specifica temperatura5.
Dalle norme risulta che la pressione considerata non è solo quella interna, ma viene
considerata anche quella esterna. In particolare, i serbatoi o componenti sottoposte a
pressione esterna vengono definiti anche sottovuoto.
3.1 Destinazione d’uso
Rispetto alla destinazione d’uso, i recipienti per fluidi vengono distinti in:
– contenitori di processo (o di lavorazione, o per gli intermedi), a loro volta distinti
distinti in
di tipo aperto
di tipo chiuso
– contenitori di stoccaggio, distinti fra
di stoccaggio delle materie prime
di stoccaggio dei prodotti finiti
La distinzione rispetto alla destinazione d’uso è puramente accademica, in quanto non
sembrano esistere difformità di costruzione nei recipienti destinati ad usi diversi. Le
classificazioni descritte nelle sezioni successive sono in generale specificate per i recipienti di
stoccaggio.
3.2 Capacità del recipiente
Rispetto alla capacità di contenimento, si distinguono recipienti per fluidi di capacità:
– piccola
– maggiore
In [1] non vengono specificati limiti numerici per la formalizzazione di tale classificazione, ma
questa distinzione è conseguenza della destinazione d’uso del recipiente. In particolare (cfr.
[1]):
3
Si vedano a questo proposito le aree del capitolo K, che sono riferite a porzioni di
componenti – possibile che riferiscano anche porzioni di componenti che sono tra loro
adiacenti.
4
Si vedano i dispositivi ausiliari descritti nella sezione successiva.
5
Si veda l’Appendice B, VSR.1.G.2.
4
IMATI-TR-09-05
¾
¾
¾
If destinazione = di processo then capacità = piccola
If destinazione = di processo then capacità = maggiore
If capacità = maggiore then Gmin = k (Gmax - Gmin),
dove Gmin è la giacenza minima, k dipende dal valore del materiale, dall’importanza della
produzione, dalla frequenza dei rifornimenti, e 0,2 <= k <= 4, , e Gmax è la giacenza
massima.
3.3 Contenuto del recipiente
Le sostanze contenute nei recipienti per fluidi sono distinte in:
– liquidi, classificati rispetto alla volatilità in:
non volatili (o a bassa tensione di vapore)
altamente volatili (ad alta tensione di vapor, o gas liquefatti)
– gas
Dato il numero elevato di sostanze diverse che possono essere contenute nei serbatoi, il
contenuto dei serbatoi potrebbe essere modellato efficacemente da un attributo (tramite
un’associazione con un entità d’appoggio). E’ comunque probabilmente conveniente
modellare i concetti che descrivono le categorie principali a cui appartengono tali sostanza,
che influenzano le caratteristiche costruttive dei serbatoi
In particolare (cfr. [1]):
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
If contenuto = liquido and volatilità = non volatile then forma = cilindrica (tetto mobile o
fisso)
If contenuto = liquido and volatilità = non volatile then pressione = atmosferica AND
temperatura = ambiente
If contenuto = liquido and volatilità = altamente volatile then contenitore sotto (in)
pressione
If contenuto = liquido and volatilità = altamente volatile and capacità <= 3000 m3 then
forma = cilindrica
If contenuto = liquido and volatilità = altamente volatile and forma = cilindrica and fondo
= piatto then pressione = bassa
= bombato then pressione = media
= emisferico then pressione = bassa
If contenuto = liquido and volatilità = altamente volatile and (capacità = media or
capacità = bassa) and pressione <= 50 o 60 bar then forma = sferica and diametro <=
10 m
If contenuto = liquido and volatilità = altamente volatile and capacità = alta and
(pressione = media or pressione = alta) then forma = ellittica
If contenuto = gas then (serbatoio sotto pressione or serbatoio a pressione costante)
and capacità = piccola and pressione <= 0,3 m.c.A.
3.4 Materiale impiegato nella costruzione
I materiali impiegati nella costruzione vengono distinti in:
− metalli
•
acciai
acciai al carbonio
acciai debolmente legati
acciai legati
acciai inossidabili austenitici
•
rame
•
ghisa
5
IMATI-TR-09-05
−
−
•
nikel
•
titanio
•
zirconio
•
alluminio
•
leghe dei metalli elencati precedentemente
calcestruzzo
materie plastiche
Considerato il numero elevato di materiali da costruzione impiegabili, questo parametro
potrebbe essere modellato efficacemente con una associazione con un’altra entità che
descriva i tipi di materiali.
3.5 Tipo di fasciame
Il fasciame dei recipienti può essere costruito utilizzando:
− segmenti di tubi
− lamiere
• di forma rettangolare
• sagomate e calandrate, la cui giunzione è effettuata mediante
o a chiodatura
o a saldatura
– tegoli
Questa classificazione può integrare la tassonomia delle componenti.
Per i recipienti costruiti con sezioni di tubi, si noti che viene richiesta la specifica della
lunghezza della tubazione.
3.6 Piano di campagna del recipiente
Rispetto al piano di campagna, distinguiamo:
− recipienti sopraelevati
− recipienti collocati a piano terra
− seminterrati (o interrati)
3.7 Forma dei recipienti per fluidi
Si distinguono recipienti per fluidi di forma:
− cilindrica, che rispetto all’orientamento possono essere:

orizzontali

verticali
− sferica
− emisferica (sin: ellittica)
I recipienti di forma cilindrica e sferica vengono ulteriormente distinti rispetto al diametro in
recipienti di diametro:

piccolo

maggiore
Per i serbatoi cilindrici e sferici si distinguono inoltre il diametro interno e il diametro esterno.
¾
¾
If forma = cilindrica and diametro = piccolo then costruzione = segmenti di tubi
If (forma = cilindrica or forma = sferica) and diametro = maggiore then costruzione =
lamiere di forma rettangolare OR costruzione = lamiere sagomate e calandrate mediante
giunzione per chiodatura o saldatura
6
IMATI-TR-09-05
3.8 Temperatura del fluido contenuto nel recipiente
Rispetto alla temperatura della sostanza contenuta nel recipiente, si distinguono recipienti:
− a temperatura ambiente
− a bassa temperatura (o recipienti per stoccaggio criogenico)
¾
¾
If contenuto = liquidi and destinazione = di stoccaggio then temperatura = ambiente
If contenuto = liquidi altamente volatili and destinazione = di stoccaggio then
temperatura = bassa
3.9 Impiego del recipiente
Rispetto allo specifico utilizzo, che si ricorda, è fortemente dipentedente dalla sostanza
contenuta, i recipienti per fluidi vengono distinti in:
– recipienti a pressione (interna) costante (o a geometria variabile, a tetto galleggiante
se per cilindrici per liquidi, gasometri se per gas)
– recipienti a volume costante (o serbatoi, detti anche a tetto fisso se cilindrici per
liquidi), distinti , rispetto alla pressione interna (p) in:
serbatoi a bassa pressione [p <= 0, 5 m.c.A]
serbatoi a pressione atmosferica [p <= 0, 5 m.c.A]
serbatoi a media pressione[0, 5 <= p <= 10 m.c.A]
serbatoi ad alta pressione [p > 10 m.c.A]
In particolare, i serbatoi a media ed alta pressione sono il dominio di applicazione delle norme
VSR [9].
I gasometri (serbatoi a pressione costante e a geometria variabile per gas) si distinguono
rispetto al funzionamento in gasometri:
−
a umido, ulteriormente classificati in
a campana semplice
a campana con intercapedine
a telescopio
–
a secco, che possono essere in particolare a ciclo mobile
¾
¾
If gasometro and funzionamento = ad umido then vasca d’acqua part of gasometro and
campana mobile part of gasometro and condotta d’ingresso part of gasometro and
condotta d’uscita part of gasometro
If gasometro and funzionamento = a secco then capacità <= 500.000 m3
3.10 Altri recipienti particolari
Altri recipienti particolari descritti in [1,9] sono: i collettori, che possono essere in particolare
a sezione quadrangolare, con uno o due elemento di ripartizione; e i vasi di espansione.
4 Componenti di un recipiente
Dall’analisi di [1,9], nell’ontologia distinguiamo tra componenti principali e ausiliarie. Le
componenti principali servono per definire la struttura di un recipiente, mentre le componenti
ausiliarie sono di supporto al suo funzionamento, ma hanno una funzionalità propria.
7
IMATI-TR-09-05
Le componenti principali vengono poi ulteriormente classificate in membrature (o componenti
primarie), che sono gli elementi costruttivi di un recipiente per fluidi fondamentali per
definirne la funzionalità; componenti secondarie, che definiscono aperture e fori, scambiatori
di calore, rinforzi, etc., in generale elementi di supporto alla messa in esercizio del recipiente;
componenti di terzo livello, che a differenza delle prime due categorie di componenti
rappresentano elementi che non vengono modellati nella descrizione geometrica del
recipiente, ma vengono considerati esplicitamente dalle norme, quali giunti, tiranti, etc.
Le componenti ausiliarie vengono classificate in dispositivi ausiliari per l’esercizio, per la
sicurezza e per l’ispezione. I dispositivi ausiliari sono probabilmente acquistati da fornitori.
4.1 Componenti principali
In [1,9], vengono definite come membrature:
Fasciame, che può essere costruito con:
o segmenti di tubi
o lamiere, di forma rettangolare, sagomate e calandrate
o tegoli di dimensioni diverse
e
o
o
o
o

viene classificato rispetto alla forma in:
cilindrico
sferico
ellittico
emisferico
Tetto, che può essere
o Fisso, di forma conica o bombata
o Mobile

o
o
o
o
o
o
o
o
o
Fondo, classificato rispetto alla curvatura della calotta in
Piatto o Piano
Curvo
Bombato
Sferica
e rispetto alla forma in:
Emisferico
Conico
Ellittico
Torosferico
Paraellittico
Sella
Il Tetto non è un elemento obbligatorio per un recipiente (in particolare, non si parla di Tetto
per i recipienti in pressione).
Per Fasciame cilindrico, Tetto e Fondo circolari si distinguono un diametro interno e un
diametro esterno.
Inoltre, si rilevano i seguenti vincoli geometrici banali:
La forma della sezione trasversale del fasciame e del fondo devono
corrispondere a quella del recipiente
Ll diametro del fasciame deve essere uguale al diametro del fondo e del tetto se
fisso, nei serbatoi cilindrici (distinguendo fra diametro interno e esterno, nel caso
dei serbatoi con tetto galleggiante o mobile).
8
IMATI-TR-09-05
Le seguenti componenti vengono definite nell’ontologia come componenti secondarie:
Flangia, che può essere:
o rovescia
o libera
o integrale
o filettata
Rinforzo, utilizzato per la compensazione delle aperture), che può essere:
o un aumento di spessore di parete
o un aumento di spessore di tronchetto
o una piastra di rinforzo
o un massello (eventualmente flangiato)
o misto (una combinazione dei tipi precedenti)
o un anello di irrigidimento
Apertura (o foro, foratura), caratterizzata da una forma
o circolare
o ellittica
o oblunga
in particolare un’apertura può essere un Tronchetto, che può essere di diversi tipi:
o estruso
o penetrante
o parzialmente penetrante
o appoggiato
o inclinato
o massello
Gruppo di aperture (forature)
o adiacenti
o interferenti
o non isolate
Rispetto alla disposizione delle singole aperture, un gruppo di aperture può
essere:
o a maglia rettangolare
o a maglia triangolare
o allineate
Tubo, che può avere una sezione trasversale di Forma:
o circolare
o ellittica
e può essere a dilatazione
o libera
o impedita
o con e senza curvature
Piastra tubiera di scambiatori di calore, di forma
o piana
o circolare
e rispetto alla disposizione degli scambiatori può essere
9
IMATI-TR-09-05
o
o
a maglia quadrata
a maglia triangolare equilatera e
e rispetto alla mobilità degli scambiatori può essere
o stazionaria (non mobile), che richiede tubi a dilatazione libera
o con scambiatori a testa flottante
o con scambiatori con tubi a U
Inoltre, una piastra tubiera può essere:
o esterna/interna
o flangiata
o integrale
o con guarnizione
o a premistoppa
o a anello lanterna
o flottante (mobile) , che richiede tubi a dilatazione libera
o fissa, che richiede tubi a dilatazione impedita
Mantello
Generatore di vapore, che in particolare può essere a recupero
Compensatore di dilatazione, che può essere:
o Multistrato
o Monoparete.
o
I compensatori di dilatazione monoparete in particolare possono essere:
• a semionda
• in un sol pezzo
• in due semionde
Canale, con sezione
o circolare
o semiellettica
o di segmento circolare
o rettangolare
o triangolare
I gruppi di forature sono soggetti a normative specifiche in [9], così come le piastre
tubiere.
A tutti i compensatori di dilatazione monoparete in [9] si applicano le stesse norme, così
come ai diversi tipi di Canale.
Le seguenti componenti vengono definite nell’ontologia come componenti di terzo livello:
Vite, che può essere
o di serraggio
o a morsetto
Bullone
Giunto (o Giunzione), che può essere
o a sovrapposizione (o a cartella)
o non sovrapposto
o a chiodatura
o a brasatura
o a saldatura.
10
IMATI-TR-09-05
La saldatura di un giunto è caratterizzata da:
modulo di efficienza
e si distingue fra saldature:
eseguite da un lato o più
con e senza piatto di sostegno
a completa penetrazione
a V, che in particolare possono essere:
• con ripresa
• con e senza sostegno
• con passata TIG
Guarnizione6, che può essere
o ad autotenuta
o a spirale
o anulare
o morbida
o che si estende oltre i fori dei bulloni
Una guarnizione è caratterizzata dalla forza di reazione.
Mandrinaggio, che può essere:
o con una canalina
o con due e più canaline
o senza canaline
Tirante
Scanalatura
4.2 Componenti ausiliarie
In [1] vegono distinti tre tipi di componenti ausiliarie: i dispositivi per l’esercizio, per
l’ispezione e per la sicurezza.
In particolare, Dispositivi per l’esercizio possono essere:
o misuratori di livello (per i recipienti per liquidi)
o misuratori di pressione (per i recipienti per gas)
o rubinetti
o valvole di drenaggio
o serpentine di riscaldamento (per lo stoccaggio di liquidi molto viscosi)
o serpentine di raffreddamento (per i recipienti criogenici)
o impianti di ricompressione (per lo stoccaggio di liquidi molto volatili)
o impianti di liquefazione (per lo stoccaggio di liquidi molto volatili)
Vengono definiti Dispositivi per l’ispezione:
o scalette
o passerelle
o passi d’uomo
Infine, vengono distinti i seguenti Dispositivi di sicurezza:
o bacini di contenimento (per lo stoccaggio i liquidi pericolosi)
6
Per i materiali utilizzati per le guarnizioni, si veda [9], Tabella 1.U.3.2, pag 127.
11
IMATI-TR-09-05
o
o
o
o
o
valvole di sicurezza (per i recipienti sottovuoto)
valvole di respirazione (per i recipienti a pressione atmosferica)
taglia fiamma, che sono dispositivi per impedire l’ingresso nel serbatoio di fiamme
libere
messe a terra
parafulmini
In particolare (crf. [1]):
¾
¾
¾
¾
¾
If destinazione = di processo then agitatori part of contenitore
If destinazione = di processo then serpentine di riscaldamento/raffreddamento x reagenti
part of contenitore
If forma = cilindrica then tetto part of serbatoio
If contenuto = liquido and volatilità = non volatile and capacità <= 20000 m3 then
serbatoio and forma = cilindrica and tetto = fisso then dispositivo di collegamento
all’atmosfera part of serbatoio
If contenuto = liquido and volatilità = non volatile and capacità > 20000 m3 then forma =
cilindrica and tetto = fisso then dispositivo di collegamento all’atmosfera part of
serbatoio
5. Recipienti per fluidi: Modellazione
In base alle considerazioni fatte nelle sezioni precedenti, in questa sezione vengono proposte
alternative alla modellazione del dominio “Recipienti per fluidi”.
Nei grafici riportati, viene utilizzata una notazione pseudo ER/UML. Il significato dei simboli
utilizzati è riportato in Tabella 1.
Simbolo
Significato
Entità, concetto, classe
Attributo (relazione has)
relazione Is-a (ereditarietà, inheritance)
Associazione, Relazione (generica)
(n,m)
cardinalità, per associazioni generiche
(n = card. minima; m= card. massima)
Tabella 1. Simbologia utilizzata nei grafici delle Sezioni 5 e 6
5.1 Tassonomia dei recipienti per fluidi
I recipienti per fluidi saranno rappresentati nell’iontologia dal concetto Recipienti per fluidi.
Secondo quanto discusso nella sezione 2, la tassonomia per i recipienti per fluidi può essere
definita alternativamente come raffigurato in Figura 2 – 9.
La scelta tra le varie alternative dipende, come già detto, da quali vincoli si vogliono
rappresentare esplicitamente.
In alcuni casi sono stati rappresentati anche gli attributi del concetto Recipienti per fluidi.
Dove non rappresentati si assumono consistenti a quanto mostrato nella figura precedente
(es. gli attributi del concetto recipienti per fluidi di Figura 3 sono gli stessi della Figura 2). Lo
12
IMATI-TR-09-05
stesso dettaglio adottato in Figura 2 e 3, potrebbe essere applicato alla soluzione presentata
in Figura 4, in due possibili alternative. In Figura è evidenziato il dominio di applicazione delle
norme VSR.
La soluzione presentata in Figura 4 è una classificazione in base alla forma dei serbatoi, senza
la distinzione fra pressione e volume costante, e discriminare la partecipazione
all’associazione (che potrebbe quindi avere delle proprietà riguardo quale sia il parametro
costante fra volume e pressione).
Si noti che in questo modo si riescono a modellare agevolmente anche i serbatoi aperti, che
nel testo vengono dati solo per le lavorazioni e non per lo stoccaggio.
La differenza tra i tipi di tetto potrebbe essere modellata con un’apposita entità (vedi note
sulle componenti di un serbatoio), e rappresentata tramite un’associazione.
Destinazione
Capacità
Forma
Costruzione
Piano di campagna
Materiale
Temperatura (massima d’esercizio)
Pressione interna (massima d’esercizio)
Pressione esterna (massima d’esercizio)
Recipiente
per fluidi
Contenitore a
pressione
Gasometro
a
secco
Contenitore a
volume costante
(serbatoi)
A tetto
galleggiante
Gasometro
Gasometro
a
umido
a bassa
pressione
ad alta
pressione
a pressione
atmosferica
a media
pressione
Figura 2. Tassonomia per recipienti per fluidi. Soluzione 1
13
IMATI-TR-09-05
Recipiente per
fluidi (o per lo
stoccaggio)
Contenitore a
volume costante
(serbatoi)
Contenitore a
pressione
costante
Cilindrico a
tetto mobile
Gasometro
Cilindrico
a tetto
Ellittico
Sferico
Recipiente
per fluidi
Recipiente per
le materie
prime
Recipiente per lo
stoccaggio
Capacità
Forma
Costruzione
Piano di campagna
Materiale
Temperatura (massima d’esercizio)
Pressione interna (massima d’esercizio)
Pressione esterna (massima d’esercizio)
Recipiente di
processo
14
IMATI-TR-09-05
Recipiente per
fluidi (o per lo
stoccaggio)
Cilindrico
Sferico
Ellittico
Cilindrico
aperto
Cilindrico
a tetto
Cilindrico a
tetto mobile
Recipiente per
fluidi (o per lo
stoccaggio)
recipiente per
liquidi non volatili
recipiente per
liquidi altamente
volatili
recipiente
per gas
15
IMATI-TR-09-05
recipiente per liquidi
non volatili
Cilindirico a
tetto
galleggiante
Cilindrico a
tetto fisso
Figura 7. Tassonomia per recipienti per fluidi. Soluzione 5 (cont.)
recipiente per liquidi
altamente volatili
Cilindrico a
tetto fisso
Sferico
Ellittico
16
IMATI-TR-09-05
recipiente
per gas
a pressione
costante
a volume
costante
Cilindrico a
tetto fisso
Ellittico
Gasometro
a secco
Gasometro
a
Sferico
a ciclo
mobile
a campana
semplice
a telescopio
a campana
con
intercapedine
17
IMATI-TR-09-05
5.2 Contenuto del recipiente
Il contenuto di un recipiente è rappresentato dal concetto Sostanza, che è riportato in Figura
10. Come già detto in precedenza, la sostanza contenuta nel recipiente richiede l’uso di
caratteristiche specifiche di costruzione e progettazione.
In Figura 10 è rappresentata anche la relazione Contiene/E’ contenuto, che lega le sostanze ai
recipienti che la contengono. La relazione Contiene può essere modellata a tempo corrente o
mantenendo i valori storici. Dal punto di vista dell’applicazione potrebbe essere interessante
la prospettiva dell’uso a cui verrà destinato il serbatoio (relazione Conterrà/sarà contenuta).
Nome
Composizione chimica
Caratteristiche chimiche d’interesse
Sostanza
(0,1)
Recipiente per
fluidi (o per lo
stoccaggio)
contiene/
è contenuta
(0,n)
Sostanza
Figura 10. Sostanza contenuta nel recipiente
Cardinalità delle relazioni
Contiene/è contenuta
Un recipiente a tempo corrente può essere vuoto, e in ogni istante può contenere al massimo
una sola sostanza (nel tempo ne conterrà più d’una) Una sostanza a tempo corrente è
sempre contenuta in un recipiente, e al massimo in uno
Conterrà/sarà contenuta
Un recipiente viene progettato affinché contenga una specifica sostanza o un insieme di
sostanze. Una sostanza potrebbe essere contenuta in diversi recipienti (più di un recipiente
potrebbe essere adatto a contenerla)
In Figura 11 sono riportate alternative per la rappresentazione della tassonomia di sostanze
che l’applicativo deve gestire.
18
IMATI-TR-09-05
Sostanza
liquido
non
volatile
Sostanza
gas
liquido non
volatile
liquido
altamente
volatile
Sostanza
a)
gas o
liquido
altamente
b)
volatilità
gas
liquido
c)
Figura 11. Tassonomie di Sostanza
5.3 Componenti di un recipiente
Ogni componente di un recipiente verrà rappresentato nell’ontologia dal concetto
Componente. Il concetto è rappresentato in Figura 12. In Figura 13 sono rappresentate le
relazioni fra componenti, e fra componenti e recipienti. La tassonomia delle componenti per
recipienti per fluidi è descritta nella sezione successiva.
componente
del recipiente
Ditta Fornitrice
Certificazione
Data di verifica
Verificatore
Temperatura massima d’esercizio
Pressione interna massima d’esercizio
Pressione esterna massima d’esercizio
Figura 12. Componenti di un recipiente
19
IMATI-TR-09-05
Recipiente
per fluidi
(0,n)
è composto da/
fa parte di
(1,n)
Componente
(0,n)
è adiacente
Figura 13. Relazioni fra componenti e recipienti
è composto da
Un recipiente può essere considerato solo nel suo insieme (nel caso non siamo interessati a
rappresentare concettualmente la scomposizione), mentre nel caso generale è composto da
più componenti. Ogni componente può far parte di più recipienti.
Se vogliamo che un recipiente sia obbligatoriamente suddiviso in componenti (cardinalità 1,n)
bisogna introdurre delle componenti fittizie (e.g., corpo) per rappresentare le componenti di
recipienti che non siamo interessati a modellare come scomposti (e.g., collettori, vasi di
espansione).
è adiacente
Una componente può essere adiacente (e in generale lo è) ad altre componenti. Una
componente non adiacente ad altre componenti nel caso di recipienti costituiti da una sola
componente. Le istanze di questa relazione potrebbero essere dedotte dal modello
geometrico della componente (v. 4.4).
5.4 Tassonomia delle componenti per recipienti per fluidi
In Figura 14 è riportata la struttura della tassonomia dei recipienti per fluidi. I concetti
Componente principale e Dispositivo ausiliario potrebbero essere superflui, perché non
presentano proprietà caratterizzanti, ma possono essere mantenuti per facilitare la specifica
di vincoli
costruttivi (es. “deve essere presente almeno una componente principale
primaria”).
La distinzione più importante è fra le componenti che hanno una rappresentazione
geometrica e tra quelle che non l’hanno, ma anche qui la classificazione potrebbe non essere
necessaria, se la cardinalità minima della relazione fra la componente e il suo modello
geometrico è 07.
I dettagli della tassonomia sono descritti nel resto della sezione.
7
Si veda la sezione …
20
IMATI-TR-09-05
componente
del recipiente
componente
principale*
dispositivo
ausiliario *
membratura
componente
di 3’ livello
componente
secondaria
dispositivo
ausiliario
per l’esercizio
...
dispositivo
ausiliario
per
...
dispositivo
ausiliario
di sicurezza
...
Figura 14. Tassonomia delle componenti per recipienti per fluidi
5.4.1 Membrature
Una possibile tassonomia di componenti di tipo Membratura è descritta in Figura 15.
Gli attributi tipo di costruzione, fisso/mobile, se modellati, sono di tipo enumerativo. Le
caratteristiche specifiche degli attributi forma sono riportate nella rappresentazione
geometrica della componente. Forma e il tipo di costruzione possono essere modellati a livello
di recipiente e/o a livello di componente. Se vengono mantenute in entrambi è necessaria la
verifica di vincoli di integrità.
21
IMATI-TR-09-05
membratura
tipo di costruzione
forma
fasciame
sella
forma
fisso/mobile
tetto
forma
fondo
Figura 15. Tassonomia di membrature
Una soluzione alternativa a quella proposta in Figura 15, che prende ad esempio la
componente Fasciame, è riportata in Figura 16.
In Figura 16, gli attributi del concetto Fasciame in Figura 15 sono modellati non come
proprietà ma come concetti.
(1,1)
fasciame
composto
da
(1,n)
componente
costruttiva da
fasciame
forma
lamiera
diametro esterno
diametro interno
tegolo
sezione
di tubo
fasciame
sferico
lunghezza
fasciame
cilindrico
fasciame
ellittico
diametro
diametro
diametro
diametro
esterno maggiore
interno maggiore
esterno minore
interno minore
Figura 16. Fasciame
22
IMATI-TR-09-05
5.4.2 Componenti secondarie
In Figura 17 è riportata la tassonomia delle componenti secondarie.
componente
secondaria
compensatore
di dilatazione
flangia
generatore
di vapore
canale
gruppo di
aperture
rinforzo
apertura
tubo
piastra
tubiera
Figura 17. Tassonomia di Componente secondaria
5.4.3 Rinforzi
In Figura 18 è riportata la tassonomia dei Rinforzi. I rinforzi misti possono essere modellati
specificando che i concetti Aumento di spessore di parete, Aumento di spessore di
tronchetto. Piastra di rinforzo, Massello non sono disgiunti.
rinforzo
aumento di
spessore di
parete
aumento di
spessore di
tronchetto
anello di
irrigidimento
piastra di
rinforzo
massello
Figura 18. Tassonomia di rinforzi
23
IMATI-TR-09-05
In Figura 19 è riportata una rappresentazione alternativa del concetto Rinforzo, in cui la
tassonomia rappresenta in Figura 18 viene modellata da un attributio enumerativo tipo.
tipo ∈ {massello, aumento
di spessore di parete, ...}
rinforzo
Figura 19. Concetto Rinforzo
5.4.4 Tubi e piastre tubiere
In Figura 20 è rappresentata la modellazione di tubi e piastre tubiere.
forma ∈ {circolare, ellittica}
dilatazione
curvature
tubo
forma
disposizione
locazione∈
{interne... }
tipo
mobilità
piastra tubiera
(2,n)
costituita da/
fa parte di
(0,1)
forma sezione
dilatazione
curvature
tubo
Figura 20. Tubi e piastre tubiere
Cardinalità della relazione
Una piastra tubiera (per scambiatori di calore) è costituita da almeno un tubo. Un tubo può
non essere incluso in nessuna piastra tubiera. Se ne fa parte, appartiene a una piastra sola.
24
IMATI-TR-09-05
5.4.5 Aperture isolate e gruppi di aperture
In Figura 21 è riportata la tassonomia delle aperture isolate. In Figura 22 sono rappresentati i
gruppo di aperture e la relazione con le aperture isolate.
forma ∈ {circolare, ellittica,
oblunga...}
apertura
tipo ∈ {estruso,
penetrante, ...}
tronchetto
Figura 21. Aperture e tronchetti
tipo ∈ {non isolate, ...}
disposizione
∈ {allineate, a maglia
triangolare, ...}
gruppo di
aperture
(2, n)
costituito da/
fa parte di
(0,1)
apertura
Figura 22. Aperture isolate e gruppi di aperture
Un gruppo di forature è costituito da almeno due forature. Una foratura può essere isolata, o
essere inclusa in un gruppo di forature.
Una piastra tubiera (per scambiatori di calore) è costituita da almeno un tubo. Un tubo può
non essere incluso in nessuna piastra tubiera. Se ne fa parte, appartiene a una piastra sola.
5.4.6 Componenti di terzo livello
Le componenti di terzo livello da modellare nell’ontologia sono quelle riportate in [9]. Se non
si è interessati alle loro caratteristiche specifiche, possono essere modellate da un unico
concetto con un attributo tipo enumerativo, come in Figura 23.
tipo∈ { vite, bullone, ... }
componente
di 3’ livello
Figura 23. Componenti di terzo livello
25
IMATI-TR-09-05
In alternativa, servono delle entità per ognuno dei tipi che si vogliono rappresentare, come
descritto in Figura 24.
componente
di 3’ livello
scanalatura
vite
vite a
morsetto
bullone
tirante
guarnizion
e
a)
Giunzione
mandrinaggi
o
tipo∈ {di serraggio, ... }
vite
tipo∈ { a morsetto, di
serraggio, ... }
vite
c)
numero canaline
b)
Mandrinaggio
vite a
morsetto
d)
Giunzione
tipo ∈ {a cartella, non
sovrapposta}
e)
chiodatura
brasatura
Saldatura
modulo di efficienza
numero lati
piatto di sostegno ∈ {presente, ...}
tipo ∈ {a V con ripresa, ...}
Figura 24. Tassonomia di componenti di terzo livello
26
IMATI-TR-09-05
5.4.7 Dispositivi ausiliari
In mancanza di norme specifiche da valutare, i dispositivi ausiliari possono essere modellati
con un unico concetto, come in Figura 25.
tipo∈ { taglia fiamma, misuratore
di livello... }
dispositivo
ausiliario
Figura 25. Tassonomia di componenti di terzo livello
In alternativa, (si ricordi, per esempio, che ai taglia fiamma si applicano le VSG), è
necessario un concetto per ogni categoria che si vuole valutare, come in Figura 26.
Questi dispositivi (almeno quelli di cui si vogliono valutare le norme, o dei quali si ha a
disposizione il modello geometrico) potrebbero essere integrati nelle componenti secondarie
dispositivo
ausiliario
vaso di
compensazione
taglia fiamma
misuratore di
livello
...
serpentina di
raffreddamento
scaletta
serpentina di
riscaldamento
Figura 26. Tassonomia di dispositivi ausiliari
5.5 Materiale utilizzato nella costruzione delle componenti
Di ogni componente è importante mantenere il materiale (o i materiali) utilizzato nella sua
costruzione (le norme distinguono serbatoi e componenti costruite con materiali diversi).
Il concetto materiale è caratterizzato da vari parametri che ne valutano l’impiego per la
costruzione di componenti per recipienti (resistenza alle sollecitazioni, capacità di
deformazione, valori tabellari di carico unitario etc.). Alcuni di questi parametri sono riportati
in Figura 27.
27
IMATI-TR-09-05
nome
modulo di elasticità
formula chimica
coefficiente di riduzione del carico di rottura
sollecitazione massima ammissibile
valore di carico unitario
materiale
tipo di lavorazione ∈ {laminato,
fucinato, trafilato, in getti}
calcestruzzo
materia
plastica
metallo
alluminio
...
acciaio
ghisa
limite di snervamento
tipo ∈ {legati, non legati, debolmente legati,
inossidabile, non inossidabile, austentico, non
austentico, al carbonio, }
rame
Figura 27. Tassonomia di materiali
Il coefficiente di riduzione del carico di rottura viene dato rispetto a diversi valori di
temperatura8.
La sollecitazione massima ammissibile viene data in condizioni di progetto, di prova idraulica,
rispetto a valori specifici di temperatura media di parete e per categorie particolari di
componenti (es. bulloneria) e apparecchi9.
La distinzione fra metalli, materie plastiche e calcestruzzo può essere eliminata, se non
vengono rappresentate caratteristiche specifiche per tali raggruppamenti di materiali.
Il materiale può essere specificato per una componente o per ciascun serbatoio (per i
recipienti privi di componenti10)
In Figura 28 sono rappresentale le relazioni fra materiali, recipienti e loro componenti.
Componente - è costruito in - materiale
Ogni componente è costituita da un materiale, o impiegando materiali diversi.
Dato uno specifico modello geometrico per una componente, avremo quindi un’istanza della
componente realizzata con il materiale A, un’istanza per il materiale B, e così via (e.g., una
vite di una specifica misura e filettatura in metallo, una in plastica, etc.)
Ogni materiale può essere impiegato nella costruzione di più componenti.
Recipiente - è costruito in - materiale
Ogni recipiente è costituito da almeno un materiale, o con l’impiego di materiali diversi
(desumibili dai materiali delle componenti). Ogni materiale può essere impiegato nella
costruzione di più recipienti.
8
Si veda [9], pag 159 e pag 163.
Si veda [9], pag 15.
10
Si veda la sezione 5.3.
9
28
IMATI-TR-09-05
La partecipazione alla relazione è opzionale (quindi la sua cardinalita è (0,n)) nel caso in cui il
recipiente abbia delle componenti definite, che hanno definito il materiale/i impiegato per la
loro costruzione.
(1,n)
componente
è costruito in/
è impiegato nella
costruzione di
(0, n)
materiale
recipiente per
fluidi
(1,n)
è costruito in/
è impiegato nella
costruzione di
(0, n)
Figura 28. Relazioni fra materiali, componenti e recipienti
5.6 Rappresentazione geometrica di componenti e recipienti
La geometria di un recipiente per fluidi è definita nel corrispondente modello geometrico. Il
modello geometrico può essere definito anche rispetto a ogni componente del recipiente (con
l’esclusione delle componenti principali di terzo livello). In questo caso, il modello geometrico
di ciascuna componente può essere considerato il modello di una parte dell’assemblato che
descrive la geometria del recipiente.
Nel caso in cui vengano modellati recipienti senza componenti11, il modello geometrico è dato
solo per i recipienti.
Possiamo avere un solo concetto per rappresentare ogni modello geometrico rappresentato,
come in Figura 29.
modello
geometrico
file
versione
data di ultima modifica
stato ∈ {rilasciato, non approvato}
autore
Figura 29. Modello geometrico
Alternativamente, possiamo avere due distinti tipi di modelli geometrici, uno per le
componenti, e uno per i recipienti, come rappresentato in Figura 30.
In questo secondo caso, devono essere modellate le relazioni fra questi due concetti.
11
Si veda la sezione 5.3.
29
IMATI-TR-09-05
modello
geometrico di
componente/parte
modello geometrico
di recipiente
assemblato
file
versione
autore
file
versione
autore
Figura 30. Modelli geometrici
Per la verifica automatica delle norme e per il feature recognition, è necessario che il modello
geometrico di componenti e di recipienti sia specificato in dettaglio nell’ontologia.
Assumiamo che le componenti di base per la specifica del modello geometrico siano definite
utilizzando l’usuale rappresentazione boundary (Brepr) [11]. La specifica della Brepr è
riportata in Figura 3112, dove Geometric Object è il concetto corrispondente a Modello
Geometrico.
Figura 31. Rappresentazione boundary (Brepr)
12
Si veda [12].
30
IMATI-TR-09-05
componente
(1,n)
(0,1)
descritto
geometricamente
da
(0,n)
è composto da/
fa parte di
modello
geometrico
(0,n)
è composto da/fa
parte di
(0,1)
descritto
geometricamente
da
(0,1)
(0,n)
recipiente
per fluidi
Figura 32. Relazioni fra Recipienti, componenti e rappresentazione geometrica
In Figura 32 sono rappresentate le relazioni fra recipienti, componenti e rappresentazione
geometrica.
descritto geometricamente da (ha modello geometrico)
Una componente può essere rappresentata geometricamente; nel caso, la rappresentazione
geometrica è univoca.
Un recipiente può essere rappresentato geometricamente; la rappresentazione geometrica del
recipiente è univoca.
Un modello geometrico rappresenta un recipiente o una componente (o un insieme di
componenti)
è composto da/fa parte di
Un modello geometrico può essere scomposto in più modelli geometrici. Un modello
geometrico può essere parte di altri modelli.
31
IMATI-TR-09-05
5.6 Norme di sicurezza
Le norme di sicurezza sono riferite alle componenti o ai recipienti nel loro complesso13 Le
norme VSR I.S.P.E.S.L. dipendono dai materiali impiegati nella costruzione dei recipienti, dalla
sostanza (o dalle sostanze) per il cui contenimento sono stati progettati, e da alcuni aspetti
geometrici del recipiente (spessore del fasciame, diametro interno, diametro esterno, etc.).
In Figura 33 è riportata una rappresentazione del concetto di Norma di sicurezza, mentre in
Figura 34 è riportata una possibile tassonomia di norme.
nome
ente che la rilascia
versione
data di rilascio
stato ∈ {attiva / sostituita}
testo
tipo di elementi a cui si applica
Norma di
sicurezza
Figura 33. Norme di sicurezza
Norma di
sicurezza
VSR
VSR.1.
..
..
VSG
VSR.2.
VSR.8.
VSR.3.
VSR.8.
..
VSR.4.
..
VSR.7.
VSR.5.
..
VSR.6.
..
..
..
VSR.6.
..
..
Figura 34. Tassonomia di norme di sicurezza
13
Si veda il capitolo VSR.G in [9].
32
IMATI-TR-09-05
In alternativa, il concetto Norma di sicurezza potrebbe avere un attibuto aggiuntivo capitolo
per modellare la tassonomia.
In Figura 35 e 36 sono rappresentate le relazioni fra le norme di sicurezza, recipienti per fluidi
e loro componenti, sostanze e materiali.
Norma di
sicurezza
(0,n)
(0,n)
si applica a/è
regolato da
si applica a/è
regolato da
(0,n)
(0,n)
(0,n)
(0,n)
recipiente
per fluidi
sostanza
componente
conterrà
(0,n)
è costruito con/
è impiegato nella
costruzione di
(0,n)
materiale
(0,n)
(0,n)
è costruito con/
è impiegato nella
costruzione di
Figura 35. Relazioni fra norme, recipienti e componenti, contenuto e materiali
si applica a
Una norma di sicurezza è specificata rispetto a una componente o a un recipiente nel
complesso. La norma può anche essere applicata a un insieme di componenti o di recipienti.
La norma può riferire una sostanza (o un insieme di sostanze) fra quelle per cui il recipiente
(di cui fa parte la componente) è stato progettato.
L’entità materiale non partecipa alla relazione si applica a, perchè il materiale (o l’insieme di
materiali) specificato nella norma è quello dell’istanza (o dell’insieme di istanze) di
componente o di recipiente che partecipano alla relazione.
Allo stesso modo, il dettaglio geometrico coinvolto dalla norma viene recuperato tramite la
specifica istanza di componente o recipiente.
5.7 Schema complessivo
In Figura 36 viene riportato lo schema complessivo dell’ontologia. Il dettaglio dell’ontologia
(attributi e loro tipo, vincoli e assiomi) è riportato in Appendice C.
33
tronchetto
apertura
ha tubi
rinforzo
(2,n)
fondo
(0,1)
(0,1)
ha
aperture
tubo
Piastra
tubiera
(2,n)
Gruppo di
aperture
guarnizione
tetto
fasciame
(0,n)
…
giunzione
…
disp.
ausiliario
(0,1)
ha modello
geometrico
componente
(1,n)
(0,n)
è adiacente
a
(1,n)
acciaio
è costruita
in
(0,n)
è costruito in
(1,n)
…
rame
modello
geometrico
ha componente
(0,n)
(0,n)
(1,n)
è composto
da / fa
parte di
(0,n)
(0,1)
materiale
(0,n)
ghisa
ha modello
geometrico
(1,1)
recipiente per
fluidi
(1,1)
si applica a
/è regolato
da
si applica a
/è regolata
da
(0,n)
(0,n)
(0,n)
(0,n)
conterrà
Norma di
sicurezza
(1,n)
Recipiente
per fluidi
a pressione costante
Sostanza
Liquido non
volatile
Figura 36. Schema dell’ontologia
serbatoio in
pressione
serbatoio media
alta pressione
VSG
VSR
Recipiente
per fluidi
a volume costante
(serbatoi)
Gas o
liquido
altamente
volatile
…
…
34
IMATI-TR-09-05
Bibliografia
[1] V. Petrone e E. Fioco. Fluidi: trasporto, immagazzinamento e lavorazione. L’impianto chimico,
Capitolo IX. SIDEREA, 2000.
[2] S. Ansaldi, F. Giannini, M. Monti, P. Bragatto: PDM-based tool for hazard identification in plant
design. In Proceedings of the International Conference on Product Lifecycle Management, 251260, 2005.
[3] P. Bragatto, S. Ansaldi, F. Giannini, M. Monti. Criteri di Sicurezza e Regole Tecniche di Progettazione:
Verifiche Attraverso Sistemi CAD di tipo Knowledge Based, 2004.
[4] P. Bragatto, P. Pittiglio, S. Ansaldi. Knowledge Based tools for stability verification during pressure
equipment life cycle, In Proceedings of VGR 2004.
[5] H.A. Gabbar, P.W.H. Chung, Y. Shimada, K. Suzuki: Computer-Aided Plant Enterprise Safety
Management System (CAPE-SAFE) Design Framework, In System Engineering 5(2): 109-122,
2002.
[6] F. Giannini, M. Monti, S. Ansaldi, and P. Bragatto. Hazard Identification in process plant through
CAD, CAE and PDM Systems. In Proceedings of European Safety & reliability conference, Faculty
of Law and Administration, vol. I:669-675, 2005
[7] F. Giannini, M. Monti, S. Ansaldi, P. Bragatto. PLM to Support Hazard Identification in Chemical Plant
Design. In Proceedings of the 12th International CIRP Life Cycle Engineering Seminar, 2005.
[8] European Community. Pressure Equiments Directive: PED 97/23/EC, 1997.
[9] Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro (ISPESL). Raccolta VSR, Revisione
1995: Specificazioni Tecniche Applicative del Decreto Ministeriale 21 Novembre 1972 per la
Verifica della Stabilit`a dei Recipienti in Pressione. Roma -Istituto Poligrafico e Zecca dello Stato Libreria dello Stato, 1999.
[10] W3C Consortium. The Ontology Web Language (OWL). http://www.w3.org/2004/OWL/.
[11] J. J. Shah, M. Mäntylä. Parametric and Feature-Based CAD/CAM : Concepts, Techniques, and
Applications. Wiley-Interscience, 1995.
[12] Advanced and Innovative Models And Tools for the development of Semantic-based systems for
Handling, Acquiring, and Processing knowledge Embedded in multidimensional digital objects
(AIM@SHAPE Network of Excellence). Shape ontologies: Requirements and preliminary design (v
0.1), Section 3: Beyond STEP. August 2005.
[13] E. Camossi, F. Giannini, M. Monti. A Knowledge-based Tool for Risk Prevention on Pressure
Equipments. Submitted for Journal publication, 2005.
35
IMATI-TR-09-05
Appendice A. Terminologia
In [1,9] vengono utilizzati i termini elencati di seguito, di cui si riporta la definizione e il
corrispondente termine inglese.
Recipiente (tank): involucro che possa contenere liquidi o materiali incoerenti. sin;
contenitore
Serbatoio (vessel): recipiente per conservare un fluido sotto certe condizioni.
Fluido (fluid): gas, liquido, vapore allo stato puro e loro miscele. Un fluido può contenere
una sospensione di solidi.
Apparecchio in pressione (pressure equipment and assemblies): apparecchio per cui
la pressione massima ammissibile PS è superiore ai 0,5 bar 14(per qualunque capacità,
fluido o materiale).
Pressione relativa: pressione riferita alla pressione atmosferica
Pressione massima ammissibile: pressione massima per la quale l’attrezzatura è
progettata
Da [8]: “pressure equipment means vessels, piping, safety accessories and pressure
accessories. Assemblies means several pieces of pressure equipment assembled to form an
integrated, functional whole”
Estradosso: superficie esterna di un arco, di una volta e sim. (contrapposto a intradosso);
Intradosso: la superficie interna, concava, di un arco o di una volta
Mantello: struttura che ne ricopre o contiene altre
Mandrinare: allargare l'estremità di un tubo per mezzo del mandrino.
Brasatura: collegamento di pezzi metallici mediante infiltrazione di materiale metallico fuso:
brasatura dolce, quella con una lega che fonde a meno di 400 ° C, detta anche saldatura a
stagno; brasatura forte, quella con una lega che fonde a più di 400 ° C, detta anche saldatura
a ottone.
Codolo: parte sagomata in modo da adattarsi alla cavità del mandrino
14
Fonte: Direttiva Europea PED
36
IMATI-TR-09-05
Appendice B. Raccolta VSR I.S.P.E.S.L. [9]
Le norme di sicurezza della raccolta VSR I.S.P.E.S.L. [9] si riferiscono ai recipienti (Corpi
sferici sottoposti a pressione interna, collettori a sezione quadrangolare con uno o due
elementi di ripartizione o con due elementi di ripartizione, vasi di espansione) o alle loro
componenti prese singolarmente, i materiali impiegati nella costruzione, e l’utilizzo.
VSR.0.1
Le norme si applicano ai recipienti di vapore d’acqua, di vapori diversi dal vapore d’acqua,
di gas compressi liquefatti o disciolti, agli apparecchi per la preparazione rapida del caffè,
ai generatori di acetilene, alle bombole fisse di capacità superiore ad 80 litri, ai generatori
di vapore a sorgente termica diversa dal fuoco (nei limiti dell’articolo 34 del decreto
ministeriale del 21 maggio 1974), ai recipienti contenenti liquidi surriscaldati (di cui al
titolo I, capo I del decreto ministeriale del 1 dicembre 1975)
VSR.1. (VSR.1. A.1 punto 1)
Dominio di applicazione delle norme del capitolo VSR.1.: Recipienti a pressione da
realizzare con acciai non legati, debolmente legati o legati, esclusi gli acciai
inossidabili austenitici.
VSR.1.B
Sollecitazioni massime ammissibili (f, ft, fB, fBi (fi?))
Vedi disposizione M.1.B.2 e altre disposizioni nella raccolta VSR.
Sono classificate w.r.t. al tipo di lavorazione (laminati, trafilati, fucinati, acciai in getti,
bulloneria), tipo di prova effettuata, alla temperatura. Interviene anche il tipo di materiale
impiegato. Dipendono dai materiali impiegati (parametri Rm , Rs , Rp, σR), dalla
temperatura (temperatura media, temperatura minima di progetto, temperatura media
di parete).
Casi particolari: acciai in getti, apparecchi che rispettano gli articoli 32 e 35 del D.M. 21
maggio 1974.
VSR.1.C
Spessori minimi delle pareti (fasciami)
Classificazione rispetto al tipo di fasciame e al tipo di acciaio impiegato per costruirlo,
•
•
Lamiera o da tubo per fasciami cilindrici
o
Acciai al C
o
Acciai debolmente legati e legati
Per fusione
o
Acciai al C
o
Acciai debolmente legati e legati
Casi particolari
•
Generatori di acetilene
o
Pressione p
•
Vasi di espansione
o
Pressione p e classificazione rispetto al tipo di parete e al tipo di
acciaio (vedi sopra)
•
Serbatoi sferici
o
Tipo di fasciame (vedi sopra) e diametro esterno De
37
IMATI-TR-09-05
VSR.1.D
Fasciami cilindrici sottoposti a pressione interna (calcolo dello spessore s0, verifica di
stabilità, dimensionamento di fondi e saldature)
Applicazione vincolata w.r.t.
• Diametro esterno (De ) o
• Posizione linee mediane dei tegoli
• Ovalizzazione u: calcolata w.r.t. diametro interno Di (e allo spessore delle
pareti. La formula dell’ovalizzazione utilizza il diametro interno massimo e
minimo).
Verifica di stabilità: spessore dei fasciami s0 calcolato in funzione di
• Pressione p
• Sollecitazione massima ammissibile f
• Modulo di efficienza per le giunzioni delle saldature z
• Diametro interno/esterno Di / De
Norme classificate rispetto al rapporto p/(f z) o p/f, alla presenza di saldature, presenza
di fori/aperture
I moduli di efficienza sono definiti nella raccolta S, VSG.1.D, 1
E sono determinati rispetto a
• Giunzioni saldate
• Forature allineate come linee di forature
• Forature definite w.r.t. VSR.1.K
VSR.1.E
Fondi curvi (calcolo dello spessore s0, verifica di stabilità)
Introduce i simboli C, C0 (coefficienti di forma), r, R (raggio di curvatura del profilo di
intradosso), H (altezza dal fondo).
Le norme sono classificate in base ai tipi di fondi (forma, tipo di pressione a cui sono
sottoposti, tipo di saldatura). I campi di applicazione vengono specificati per ciascun tipo
di fondo, e i parametri che compaiono nelle formule sono diversi per ogni caso.
•
fondi curvi pieni sottoposti a pressione sulla superficie di intradosso
o base circolare e profilo meridiano circolare, ellittico e paraellittico o
torosferico (limitazione sui valori di H e De, r, s - spessore della parete -)
spessore del fondo s0 in funzione di pressione p,
Sollecitazione massima ammissibile f, Modulo di efficienza per le
giunzioni delle saldature z, Diametro esterno De, coefficienti di
forma C0, C. C è calcolato in funzione di H/De e s/De, s (v. tabella
VSR.1.E.1). C0 è calcolato in funzione di H/De .
o profilo ellittico e paraellittico o torosferico in presenza di aperture,
con limitazione w.r.t. all’asse dei tronchetti
spessore del fondo: formule viste per il caso precedente,
limiti nei valori di H/De, in funzione di s/De, e d/De - d diametro
interno del tronchetto- (v. tabelle VSR.1.E.2, VSR.1.E.3).
• fondi curvi intermedi saldati internamente a fasciami cilindrici
o verifica di stabilità e controllo delle saldature in funzione dei vari
spessori del fasciame (vedi figura 1.E.3), diametro interno del fasciame
Di
• fondi curvi di estremità di fasciami cilindrici sottoposti a pressione
sull’estradosso
o applicazione w.r.t.: De del recipiente, pressione di progetto, spessore
del fondo, spessore del fasciame, temperatura di progetto, capacità v,
o dimensionamento del fondo v. norme VSR.1H.
38
IMATI-TR-09-05
•
•
o dimensionamento delle saldature in funzione di H e spessore
saldatura (v. fig. 1.E.4)
fondi a calotta sferica saldati a membrature coniche
o applicazione v. fig. 1.E.5
o dimensionamento della calotta in funzione di p1 (pressione dal lato
concavo), p2 (pressione dal lato convesso), r, f
fondi a calotta sferica saldati a flange
o verifica della calotta
o verifica delle viti di serraggio
o verifica della flangia
o formule in funzione di p1, p2, r, s, D (diametro interno della flangia), L
(larghezza della flangia), H (altezza della flangia), a, C, Dg (v. figura
1.E.6.2) e m,b, b0, Am, Ab, fB0 del capitolo VSR.1.U
VSR.1.F
Fondi conici e riduzioni (sezioni) tronco-coniche sottoposti a pressione interna
(calcolo dello spessore s0 )
Norme classificate in base all’angolo di conicità (α)
• α > 70°
• 30° < α < 70°
• α < 30°
Formule in base a di diametro interno del fasciame cilindrico di diametro minore e Di
diametro interno del fasciame cilindrico di diametro maggiore, p, f, z, spessore del
fasciame conico maggiore sm, spessore minimo di calcolo del fasciame cilindrico minore
s0f, spessore risultante in progetto del fasciame cilindrico minore sf.
VSR.1.G
Spessore s0 dei corpi sferici sottoposti a pressione interna
norme classificate rispetto a contenuto, capacità e pressione di bollo
• caso generale (con limitazioni in base al rapporto s/De o p/(f z) ) spessore in
funzione di p, Di, f, z
• DPR 5 agosto 1966 n. 961: norme per il calcolo, collaudo e le verifiche dei
serbatoi metallici sferici a pressione di gas : calcola lo spessore minimo
dell’involucro sferico in funzione di p pressione di bollo, De, x coefficiente di
sicurezza, z modulo di efficienza Rr(0.2) carico unitario minimo al limite di
deformazione permanente (w.r.t. Rm), con valori minimi rispetto al tipo di
materiale utilizzato per le lamiere
o acciaio C
o acciaio legato o debolmente legato
verifica della sfericità in base ai diametri interni minimi e massimi
VSR.1.H
Verifica di stabilità delle membrature (pressione di progetto di fasciami cilindrici, corpi
sferici, fondi curvi, fondi conici, riduzioni tronco-coniche, dimensionamento degli anelli di
irrigidimento dei fasciami cilindrici, pressione convenzionale per fasciami cilindrici, corpi
sferici, fondi curvi, fondi conici e riduzioni tronco coniche in presenza di aperture e
tronchetti) sottoposte a pressione esterna
Nuovi simboli: Da (diametro di una sezione di rinforzo), L (distanza massima tra due
rinforzi trasversali), Re (raggio esterno di corpo sferico, fondo emisferico, o raggio esterno
massimo al centro di un fondo ellittico o torosferico), u (ovalizzazione o appiattimento –
y0/De, con y0 saetta di appiattimento), pcr (pressione critica di instabilità in regime
elastico), pc (pressione convenzionale).
39
IMATI-TR-09-05
Calcolo della massima pressione di progetto rispetto al tipo di componente e alla forma, e
alla presenza di aperture:
• assenza di aperture
o fasciami cilindrici
o corpi sferici
o fondi curvi (nota sullo spessore minimo, in relazione alla pressione)
o fondi conici e riduzioni tronco-coniche
• presenza di aperture
o fasciami cilindrici
o corpi sferici e fondi curvi
o fondi conici e riduzioni tronco-coniche
Le formule coinvolgono le sollecitazioni massime ammissibili f (nelle varie forme), lo
spessore delle pareti s, e i parametri summenzionati.
Dimensionamento degli anelli di irrigidimento dei fasciami cilindrici, come
diseguaglianza fra momento di inerzia, pressione di progetto, diametro esterno De,
Da, L e Et (non trovo il significato del simbolo)
VSR.1.K
aperture e tronchetti applicati alle pareti sottoposte a pressione interna
Nuovi simboli (v. VSR.1.K.1, 1-2/22, pag 47-48): varie distanze (a), aree (Af), diametri
(d), altezze tronchetti, larghezze piastre di rinforzo e masselli (l), angoli (α,β) ...
compensazione aperture
per fasciami cilindrici e conici, fasciami sferici, ai fondi curvi, alle pareti coniche e troncoconiche.
le membrature devono essere rinforzate
•
aumentando lo spessore del fasciame
•
aumentando lo spessore minimo dei tronchetti
•
applicando con saldature delle piastre di rinforzo
•
applicando con saldature dei masselli flangiati
•
combinando i metodi precedenti
La definizione di aperture isolate è diversificata rispetto al tipo di fasciame e di fondo
• cilindrici o sferici
• fondi emisferici o torosferici
• fondi ellittici o paraellettici
La definizione coinvolge la distanza tra i centri delle aperture Lc , aree, lo spessore della
parete principale s, il raggio interno di curvatura della parete (calcolato, a seconda dei
vari casi, rispetto a D0, H, , R, dif (v. pag. 47)
La classificazione norme w.r.t. al tipo di aperture da compensare (isolate/multiple), al tipo
di compensazione
• isolate VSR.1.K.3
o equazione generale
o casi particolari
compensazione mediante
aumento di spessore della parete
masselli flangiati
tronchetti
• multiple VSR.1.K.4
o equazione generale
o caso particolare
fasciami sferici e fondi curvi
aperture interferenti
40
IMATI-TR-09-05
calcolo distanza minima apertura dal bordo di una parete principale VSR.1.K.5
classificazione norme w.r.t. forma del fasciame
• fasciami cilindrici
• fasciami conici
• fondi a calotta sferica
• fondi ellittici e torosferici
valore ridotto lmax della lunghezza utile L della parete per la compensazione di aperture
vicino a discontinuità VSR.1.K.6 (per applicazione norme 2 e 3)
cfr tra lunghezze
VSR.1.L
spessori minimi di pareti piane e fondi piani
Nuovi simboli (v. pag 69): dimensioni maggiore e minore di una parete piana (a, b),
coefficienti di forma (C – calcolati nelle norme), diametro D della parete piana o del fondo
piano (v. fig. pag 70-73), sollecitazioni f, lunghezza del fasciame m, vari spessori s e h.
norme classificate rispetto alla forma del fondo e alla presenza di aperture, e al tipo di
giunzione tra pareti e fondi (saldatura, chiodatura)
•
pareti piane e fondi piani circolari
o
non rinforzati
•
senza aperture VSR.1.L.2
•
con aperture VSR.1.L.3
o
rinforzati VSR.1.L.4 (con tiranti, tubi, mensole, nervature di
irrigidimento senza aperture)
•
pareti piane e fondi piani rettangolari, ellittici, pseudo-ellittici non rinforzati
VSR.1.L.5
valori di spessore minimo calcolati rispetto alla pressione p, f, D, C (calcolati fig. pag 7073), distanze fra fori contigui e, diametro dei fori d, spessori, aree, lunghezze...
VSR.1.M
spessore dei tubi
norme classificate rispetto alla pressione esercitata sul tubo (interna / esterna), alla forma
del tubo
o
tubi sottoposti a pressione
o
interna VSR.1.M.2

caso particolare: tubi a sezione trasversale ellittica senza
saldatura VSR.1.M.4
o
esterna VSR.1.M.3
calcolo dello spessore esatto e minimo.
Le formule coinvolgono la pressione p, il diametro esterno del tubo De, la sollecitazione
massima ammissibile f, gli assi, maggiore e minore, del tubo (a, b) nel caso dei tubi a
sezione ellittica. In quest’ultimo caso la formula coinvolge anche il parametro e, che non
è definito (dal capitolo precedente e: distanza fra fori contigui; dal capitolo successivo e:
passo dei tubi)
verifica delle curve per i tubi curvati VSR.1.M.5
La stabilità viene verificata all’intradosso e all’estradosso, misurando il valore minimo della
sollecitazione massima ammissibile f.
Le formule coinvolgono il diametro interno della curva Di, il raggio di curvatura in
corrispondenza della mezzeria della curva R, la pressione p, lo spessore del tubo s.
41
IMATI-TR-09-05
VSR.1.N
verifica di stabilità (misura minima dello spessore o sollecitazione massima ammissibile) di
piastre tubiere di scambiatori di calore e componenti connesse
Applicabilità a piastre tubiere stazionarie, flottanti, fisse, integrali (definizioni VSR.1.N.2)
Tabelle descrittive riportate a pag. 95-99
Norme classificate rispetto alle componenti interessate el tipo di piastra tubiera
• piastre tubiere VSR.1.N.3
o zone flangiate della piastra tubiera VSR.1.N.5
• mantello e tubi alla sollecitazione longitudinale VSR.1.N.4
• piastre tubiere di scambiatori-generatori di vapore a recupero VSR.1.N.6
Formule calcolate rispetto a vari diametri de , De, DG, Dj, DL, passo dei tubi e, moduli di
elasticità dei materiali impiegati Et, Etm Ett , sollecitazioni massime ammissibili ft, ftt, ftc.
coefficienti F, momento d’inerzia I, coefficiente J, coefficiente K, lunghezze l e L,
momento totale M2, numero dei tubi n, pressioni pm, pt, p1, p2, pBt, pB0, pc, p’c, pd, ,
coefficienti qm e pt, spessori, coeff di dilatazione termica del materiale medio α, efficienza
di foratura η, temperatura media di parete del mantello θ...
calcolo della rigidezza assiale del compensatore di dilatazione monoparete VSR.1.N.7
Formule calcolate rispetto a spessori, raggi, sovraspessori, diametri interni ed esterni,
moduli elastici, rigidezza, numero di onde, coefficiente di poisson.
VSR.1.P
Compensatori di dilatazione
classificazione delle norme rispetto al tipo di compensatore e all’obiettivo delle norme
•
•
monoparete (definizione VSR.1.P.2, figure pag 103)
o verifica di stabilità VSR.1.P.3 (calcolo dello spessore minimo s0, della
deformazione assiale massima ammissibile wt)
o regole costruttive, VSR.1.P.4
multistrati
o condizioni per l’accettazione VSR.1.P.5
formule calcolate rispetto a: diametro interno ed esterno del compensatore d, D, raggio
interno del raccordo r, dimensione assiale della parte cilindrica a, numero delle onde n,
deformazione assiale nominale WN, pressione nominale PN, valore tabellare del carico
unitario di scostamento R(0,2) , R(0,2)/t
VSR.1.Q
canali saldati sull’estradosso di recipienti a pressione
tecnologia costruttiva (VSR.1.Q.2, figure pag 107-108) calcolo dell’involucro avvolto dai
canali VSR.1.Q.3 (spessore minimo della parete su cui sono applicati i canali), calcolo
dello spessore della parete dei vari tipi di canali, raggio minimo di raccordo dei profili
VSR.1.Q.4.
Le formule VSR.1.Q.4 sono classificate rispetto alla forma della sezione del canale (o del
segmento di canale
•
circolare, semicircolare, semiellittica
•
rettangolare
•
triangolare
42
IMATI-TR-09-05
formule in funzione di pressione all’interno dei canali, sollecitazione massima ammissibile,
larghezza del canale, modulo di efficienza della saldatura, raggio di curvatura interno
massimo del profilo del canale, larghezza dell’ala dell’angolare, lati della sezione
VSR.1.R
verifica della trazione di bulloni, tiranti e viti
applicazione: casi accoppiamento di parti di forma circolare, quadrata, ellittica,
rettangolare, realizzato con bulloni, tiranti e viti uguali ed equidistanti tra loro.
verifica di trazione effettuata per lo specifico bullone, vite, etc.
Formule diverse wrt i diversi tipi di prova e condizioni
•
•
calcolo dei carichi ammissibili: verifica in condizioni
• di progetto
• di prova idraulica
• di serraggio a freddo della guarnizione.
area della sezione del bullone, tirante, vite
formule definite in funzione di pressione, area e lunghezza del perimetro passante per la
mezzeria della guarnizione, larghezza, valore convenzionale della larghezza di assetto
della guarnizione, coefficiente relativo al materiale e al tipo di guarnizione m, numero
totale di bulloni, tiranti e viti, parametro dipendente dalla forma delle componenti
accoppiate n, carico specifico di assetto della guarnizione, sollecitazione massima
ammissibile (calcolata wrt VSR.1.B.5)
VSR.1.S
spessore delle pareti di collettori a sezione quadrangolare a pareti piane
formule classificate in base alla giunzione delle pareti:
• raccordate
• saldate di spigolo
o moduli di efficienza con valori diversi a seconda del tipo di saldatura
(v. anche fig. pag 113)
• con elementi interni piani di rinforzo e di ripartizione (fig. pag 114-115)
o rispetto al numero di elementi di ripartizione
e in base alla presenza/assenza di fori sulle pareti, al diametro dei fori
spessori minimi som, son della parete maggiore e minore, rispettivamente, calcolati rispetto
a pressione, sollecitazione massima ammissibile, modulo di efficienza (in zone saldate,
secondo linee di forature), momento flettente, momento d’inerzia, fattore di
moltiplicazione e coefficiente di collaborazione plastica, diametro dei fori, lunghezza delle
pareti
parametri non definiti : n, m, e
m e n assunti come definiti nel capitolo precedente: coefficiente relativo al materiale e al
tipo di guarnizione m, parametro dipendente dalla forma delle componenti accoppiate n
VSR.1.T
verifiche di costruzione dei vasi di espansione
norme descrittive, definite per vasi di espansione con membrature con giunzioni
aggraffate
43
IMATI-TR-09-05
VSR.1.U
verifica di resistenza per giunti flangiati imbullonati e calcolo dei collegamenti flangiati
definizioni e simboli: VSR.1.U.2 pag 120-121, VSR.1.U.4 pag. 144-145, VSR.1.U.5 pag
145-146
norme classificate rispetto al tipo di flange
•
flange con guarnizione entro la circonferenza dei bulloni VSR.1.U.2
classificazione vari tipi di flange (def VSR.1.U.3 pag 121)
• libere
• integrali
• a opzione
caso particolare:
• flange sottoposte a pressione esterna
•
flange con guarnizione anulare morbida che si estende oltre i fori dei bulloni
VSR.1.U.4
•
flange rovesce VSR.1.U.5
e alle condizioni delle verifiche
• progetto
• assetto guarnizione
• prova idraulica
calcolo dello spessore (minimo) della flangia, del passo dei bulloni, delle sollecitazioni in
vari punti della flangia, dei carichi dei bulloni, dei momenti
VSR.1.V
viti a morsetto
Prove che permettono di calcolare vari parametri di deformazione
• sulla singola vite (v. VSR.1.V.2 e VSR.1.V.3 per i collegamenti a morsetto,
con riferimento alle regole VSR.1.R e VSR.1.U.3)
calcolato su parametri dei materiali, diametro della vite e altri parametri (n?)
• sui lotti (VSR.1.V.4)
calcolato su parametri dei materiali, diametro della vite
Altri capitoli
Le norme seguenti sono definite per recipienti in pressione costruiti con materiali diversi
da quelli definiti per il capitolo 1, e sono definite come variazioni rispetto al caso
generale del capitolo 1.
VSR.2.
Norme per recipienti in pressione costruiti con acciai inossidabili austenitici, nickel, titanio,
zirconio e leghe
VSR.3.
Norme per recipienti in pressione costruiti in ghisa
VSR.4.
Norme per recipienti in pressione costruiti con rame e leghe
VSR.5.
Norme per recipienti in pressione costruiti con alluminio e leghe
Le norme seguenti descrivono come devono essere effettuate le prove dei recipienti in
pressione.
44
IMATI-TR-09-05
VSR.6.A
Prove a pressione spinte fino a rottura
VSR.6.B
Prove estensimetriche
VSR.7.A
Viene definita una classificazione delle sollecitazioni considerate nelle norme. Le
sollecitazioni vengono distinte in:
o primarie generali di membrana fm
locali di membrana ft
di flessione fb
o secondarie g
termica
• generale
• locale
di flessione in corrispondenza di una discontinuità (vincolo)
strutturale
o di picco p (NB: ha lo stesso simbolo della pressione!)
Le norme seguenti sono definite per casi particolari di recipienti in pressione
VSR.8.A
Norme per recipienti destinati a contenere birra e/o bevande gassate con immissione di
anidride carbonica
VSR.8.B
Norme per contenitori a pressione di gas con membrature miste di materiale isolante e di
materiale metallico, contententi parti attive di apparecchiature elettriche
45
IMATI-TR-09-05
Appendice C. Dettaglio dell’ontologia
Nel seguito vengono riportati i dettagli dell’ontologia. Non vengono riportate le specifiche
degli attributi, laddove siano banali.
Recipiente per fluidi
Attributi
o forma ∈{cilindrica, sferica, emisferica/ellittica, conica}.
o destinazione d’uso ∈{materie prime, processo, stoccaggio}.
o capacità massima d’esercizio
o capacità media d’esercizio
o piano di campagna ∈{sopraelevato, a piano terra, interrato, seminterrato}
o temperatura massima d’esercizio
o pressione interna massima d’esercizio
o pressione esterna massima d’esercizio
o capacità massima di progetto
o temperatura massima di progetto
o pressione interna massima di progetto
o pressione esterna massima di progetto
o capacità massima di prova idraulica
o temperatura massima di prova idraulica
o pressione interna massima di prova idraulica
o pressione esterna massima di prova idraulica
o pressione critica di instabilità in regime elastico
o pressione di bollo
o pressione convenzionale
o coefficiente di sicurezza
o carico unitario minimo al limite di deformazione permanente
I valori di alcuni di questi attributi potrebbero essere desunti da quelli delle istanze di
Componente in relazione con la specifica istanza di Recipiente per fluidi.
Relazioni
o Componente (ha componente, multivalore, opzionale)
o ModelloGeometrico (ha modello geometrico, funzionale, opzionale)
o Contenuto (conterrà, multivalore, opzionale)
o Materiale (è costruito in, multivalore, opzionale)
o Norma di Sicurezza (è regolato da, multivalore, opzionale)
Sottoclassi dirette
o Recipiente per Fluidi a Volume Costante
o Recipiente per Fluidi a Pressione Costante
Recipiente per fluidi a volume costante
Vincoli
o Le istanze del concetto hanno una componente di classe Dispositivo ausiliario di
tipo misuratore di livello
Serbatoio a bassa pressione
Vincoli
o Le istanze del concetto non possono avere pressione (massima d’esercizio)
superiore a 0.5 bar.
46
IMATI-TR-09-05
Serbatoio in pressione
Vincoli
o Le istanze del concetto hanno pressione (massima d’esercizio) superiore a 0.5 bar.
Questo concetto rappresenta il dominio applicativo per la raccolta VSR.
Recipiente per fluidi a pressione costante
Vincoli
o Le istanze del concetto hanno una componente di classe Tetto, di tipo mobile.
o Le istanze del concetto hanno una componente di classe Dispositivo ausiliario di
tipo misuratore di pressione
Componente del recipiente
Attributi
o fornitore
o certificazione
o data di verifica
o verificatore
o temperatura massima d’esercizio
o pressione interna massima d’esercizio
o pressione esterna massima d’esercizio
o temperatura massima di progetto
o pressione interna massima di progetto
o pressione esterna massima di progetto
o temperatura massima di prova idraulica
o pressione interna massima di prova idraulica
o pressione esterna massima di prova idraulica
o pressione critica di instabilità in regime elastico
o pressione di bollo
o pressione convenzionale
o pressione di intradosso
o pressione di estradosso
o coefficiente di sicurezza
o carico unitario minimo al limite di deformazione permanente
Pressione di intradossoe pressione di estradosso sono solo per le membrature.
Pressioni e temperatura sono misurati punto per punto. Si possono prevedere attributi
specifici per le specifiche componenti, per le zone della componente più interessanti per la
misurazione.
Relazioni
o Componente (è adiacente a, multivalore, opzionale)
o Recipiente per fluidi (non rappresentata)
o Modello Geometrico (ha modello geometrico, funzionale, opzionale)
o Materiale (è costruita in, multivalore, opzionale)
o Norma di sicurezza (è regolato da, multivalore, opzionale)
Sottoclassi dirette
o Fasciame
o Tetto
o Fondo
o Sella
o Apertura
47
IMATI-TR-09-05
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Gruppo di aperture
Tubo
Piastra tubiera di scambiatori di calore
Rinforzo
Flangia
Canale
Generatore di vapore
Compensatore di dilatazione
Vite
Bullone
Guarnizione
Giunzione
Mandrinaggio
Tirante
Vite a morsetto
Scanalatura
Dispositivo ausiliario
Fasciame
Attributi
o tipo di costruzione ∈{segmento di tubo, lamiera, tegoli, fusione}
o forma ∈ {cilindrica, sferica, emisferica/ellittica, conica}
Tetto
Attributi
o tipo ∈ {fisso, mobile}
o forma ∈ {conica, bombata}
Fondo
Attributi
o tipo ∈ {intermedio, di estremità}
o forma ∈ {circolare, rettangolare, ellittica, pseudo-ellittica, piana, curva (=?bombato),
a calotta sferica (=?emisferico), conica, torosferica}. E’ un attributo multivalore.
o profilo meridiano ∈ {circolare, ellittico, torosferico (parallellittico)}
Possibili modifiche
o Attributo specifico curvatura a valori nell’insieme { piano, curvo, a calotta sferica,
conico, torosferico }.
Sella
Attributi
N.A.
Apertura
Attributi
o forma ∈ {circolare, ellittica, oblunga}
Relazioni
o Gruppo di aperture (appartiene, funzionale, opzionale)
Sottoclassi dirette
o Tronchetto
48
IMATI-TR-09-05
Tronchetto
Attributi
o tipo ∈ {estruso, penetrante, parzialmente penetrante, appoggiato, inclinato,
massello}. E’ un attributo multivalore.
Possibili modifiche
o Attributo inclinazione a valore numerico, indicante i gradi di inclinazione, rispetto
alla membratura a cui è adiacente
o Attributo massello a valore booleano o classe Massello, sottoclasse di
Tronchetto).
Gruppo di aperture
Attributi
o tipo ∈ {adiacenti, interferenti, non isolate}. E’ un attributo multivalore.
o disposizione ∈ {allineate, a maglia triangolare, a maglia rettangolare}
Relazioni
o Apertura (haAperture, multivalore, obbligatorio)
Vincoli
o Un gruppo di aperture ha almeno due aperture (haAperture – card minima 2)
Flangia
Attributi
o tipo ∈ {rovescia, libera, integrale, filettata}. E’ un attributo multivalore.
Rinforzo
Attributi
o tipo ∈ {massello, piastra di rinforzo, aumento di spessore di parete, aumento di
spessore di trochetto, anello di irrigidimento}. E’ un attributo multivalore.
Possibili modifiche
Rinforzo superclasse diretta di Massello, Piastra di rinforzo, Aumento di spessore di
parete, Aumento di spessore di trochetto, e Anello di irrigidimento. Queste classi,
ad eccezione di Anello di irrigidimento, non sono disgiunte (per modellare rinforzi di tipo
misto).
Tubo
Attributi
o forma sezione ∈ {circolare, ellittica}.
o dilatazione ∈ {libera, impedita}. (alternativamente, booleano)
o curvature ∈ {presenti, assenti} (alternativamente, booleano)
Relazioni
o Piastra Tubiera (non modellata)
Piastra Tubiera di scambiatori di calore
Attributi
o forma ∈ {piana, circolare}. E’ un attributo multivalore.
o disposizione ∈ {a maglia quadrata, a maglia triangolare equilatera}.
49
IMATI-TR-09-05
o
o
o
locazione ∈ {esterna, interna}.
tipo ∈ {flangiata, integrale, con guarnizione, a premistoppa, a anello lanterna}. E’ un
attributo multivalore.
mobilità ∈ {stazionaria, flottante, fissa}.
Relazioni
o Tubo (ha tubi, multivalore, obbligatoria)
Vincoli
o Una piastra tubiera ha almeno due tubi (haTubi – card minima 2)
o Una piastra con mobilità stazionaria o flottante ha tubi a dilatazione libera
o Una piastra con mobilità fissa ha tubi a dilatazione impedita
Mantello
Attributi
N.A.
Generatore di vapore
Attributi
o tipo ∈ {a recupero}.
Compensatore di dilatazione
Attributi
o tipo ∈ {monoparete, multistrato}.
o forma ∈ {a semionda, in un sol pezzo, in due semionde}.
Canale
Attributi
o forma sezione ∈ {circolare, semiellittica, di segmento circolare, rettangolare,
triangolare}.
Vite
Attributi
o tipo ∈ {di serraggio, a morsetto}
Bullone
Attributi
N.A.
Guarnizione
Attributi
o tipo ∈ {ad autotenuta, a spirale, anulare, morbida, si estende oltre i fori dei bulloni }.
E’ un attributo multivalore.
o forza di reazione
Mandrinaggio
Attributi
o numero di canaline
50
IMATI-TR-09-05
Tirante
Attributi
N.A.
Scanalatura
Attributi
N.A.
Giunzione
Attributi
N.A.
Attributi
o tipo ∈ {a cartella (sovrapposizione) – non sovrapposta}.
Giunzione a saldatura
Attributi
o modulo di efficienza
o numero lati
o piatto di sostegno ∈ {presente, assente}
o tipo ∈ {a completa penetrazione, a V con ripresa, a V con sostegno, a V senza
sostegno, a V con passata TIG}.
Giunzione a chiodatura
Attributi
N.A.
Giunzione a brasatura
Attributi
N.A.
Dispositivo ausiliario15
Attributi
o tipo ∈ {misuratore di livello, misuratore di pressione, rubinetto, valvola di drenaggio,
serpentina di riscaldamento, serpentina di raffreddamento, impianto di
ricompressione, impianto di liquefazione, scaletta, passerella, passo d’uomo, bacino di
contenimento, valvola di sicurezza, valvola di respirazione, taglia fiamma, messa a
terra, parafulmine}
Materiale
Attributi
o nome
o modulo di elasticità
o formula chimica
15
Dispositivo ausiliario è da espandere nelle sottoclassi nel momento in cui vengono
modellate altre norme.
51
IMATI-TR-09-05
o
o
o
o
coefficiente di riduzione del carico di rottura
sollecitazione massima ammissibile
valore di carico unitario
tipo di lavorazione
Relazioni
o Componente
o Recipiente per fluidi
o Norma di sicurezza
Vincoli
o Il materiale utilizzato per la componente deve essere lo stesso del recipiente di cui la
componente fa parte
o Il materiale utilizzato per la componente deve essere fra quelli a cui si applica la
norma
o Il materiale utilizzato per il recipiente deve essere fra quelli a cui si applica la norma
Sottoclassi dirette
o Acciaio
o Ghisa
o Rame
o Titanio
o Alluminio
Acciaio
Attributi
o tipo ∈ {legati, non legati, debolmente legati, inossidabile, non inossidabile,
austentico, non austentico, al carbonio}
o limite di snervamento
Sostanza
Attributi
o Nome
o Composizione chimica
o Pericolosità
o Note trasporto o stoccaggio
Relazioni
o Norma di sicurezza
Vincoli
o La sostanza contenuta nel recipiente deve essere tra quelle a cui si applica la norma
Sottoclassi dirette
o Liquidi non volatili
o Liquidi altamente volatili e gas
Modello geometrico
Attributi
o file
o versione
o data di ultima modifica
52
IMATI-TR-09-05
o
o
autore
Relazioni
o Componente
o Modello Geometrico
Vincoli
Norme di sicurezza
Entità astratta
Attributi
o nome
o ente
o versione
o data di rilascio
o stato ∈ {attiva / sostituita}
o testo
o elementi a cui si applica
Relazioni
o Componente
o Sostanza
o Materiale
Vincoli
o Inverso dei vincoli visti in precedenza
VSR
Attributi
N.A.
Vincoli
o Le VSR si applicano ai recipienti in pressione superiore a 0,5 bar. Le istanze
del concetto sono in relazione, tramite l’associazione si applica a
o con istanze del concetto Recipiente in pressione, o
o con istanze di Componente che sono in relazione con Serbatoio in pressione
VSG
Attributi
N.A.
53
IMATI-TR-09-05
Alcune restrizioni (assiomi) significative.
In Tabella 2 sono riportati alcune restrizioni significative e rappresentative per il l’ontologia
dei recipienti per fluidi, secondo la sintassi utilizzata in OWL. Nella scrittura dei vincoli è stata
utilizzata la terminologia inglese. L’elenco completo dei vincoli è riportato in [13].
Concetto
Vessel for fluids
Pressure vessel
Safety Rule
VSR/PED rule
VSR 1
VSR 2
VSR 3
VSR 4
VSR 5
VSR 1.D
VSR 1.E
Component
Geometric constraint
CAD specification
Restrizione
∃ contains Liquid
∃ contains Liquified Gas
∀ contains Liquid ∪ Liquified Gas
vHasRule 1
= contains 1
hasComponent 1
≤ vHasGRepr 1
= vIsMadeOf 1
∃ vHasRule VSR/PED rule
∀ vHasRule VSR/PED rule
appliesToVessel 1
appliesToComponent 1
appliesToMaterial 1
appliesToSubstance 1 ?
∃ appliesToVessel Pressure vessel
∀ appliesToVessel Pressure vessel
∃ appliesToMaterial Unalloyed steel
∃ appliesToMaterial Weekly alloyed steel
¬ ∃ appliesToMaterial Austenic steel
∀ appliesToMaterial Unalloyed steel ∪ Weekly alloyed steel
¬ ∀ appliesToMaterial Austenic steel
∃ appliesToMaterialNickel
∃ appliesToMaterial Austenic steel
∃ appliesToMaterialTitanium
∃ appliesToMaterialZirconium
∃ appliesToMaterialNickel alloy
∃ appliesToMaterial Austenic steel alloy
∃ appliesToMaterialTitanium alloy
∃ appliesToMaterialZirconium alloy
∀ appliesToMaterial Nickel∪ Austenic steel∪ Titanium ∪ Zirconium∪ Nickel alloy∪
Austenic steel alloy∪ Titanium alloy∪ Zirconium alloy
∃ appliesToMaterial Pig iron
∀appliesToMaterial Pig iron
∃ appliesToMaterial Copper
∃ appliesToMaterial Copper alloy
∀appliesToMaterial Copper∪ Copper alloy
∃ appliesToMaterial Aluminium
∃ appliesToMaterial Aluminium alloy
∀appliesToMaterial Aluminium ∪ Aluminium alloy
∃ appliesToComponent Cylindrical shell (under internal pressure?)
∀ appliesToComponent Cylindrical shell
∃ appliesToComponent Domed end
∀ appliesToComponent Domed end
hasRule 1
= isMadeOf 1
refersTo 1
= isWrittenfor 1 ?
Tube sheet
isMadeBy 2
Group of openings
isMadeBy 2
Tabella 2. Vincoli per recipienti in pressione
54