Vaso di espansione. Progettazione attrezzatura in pressione. PED. (Expansion Vessel. Pressurized Equipment Design. PED.)

H Research Edition. ISSN 2532-5612. Publication 2020-21,06 Division edition Group HTNET

87 Pages Posted: 5 Jun 2020

Date Written: January 2, 2020

Abstract

Italian Abstract: Con la pubblicazione 2020-21.06 ci siamo occupati della progettazione di un vaso di espansione. Dopo aver individuato i riferimenti normativi che regolamentano gli apparati in pressione, quindi la direttiva PED (2014/68/UE), con riferimento ai dati di progetto che classificano l'apparato in pressione alla categoria IV (allegato II della direttiva PED) abbiamo scelto quale metodo di progettazione, il metodo analitico DBF previsto dalla norma EN 13445 che la stessa direttiva PED ha adottato. Individuate le caratteristiche meccaniche del materiale utilizzato per la costruzione del vaso (limite di snervamento, limite a trazione e le altre proprietà meccaniche) abbiamo calcolato il coefficiente di sicurezza basandoci sull'analisi dei carichi che l'attrezzatura in pressione dovrà supportare in condizioni di esercizio (sia normali che eccezionali). Essendo collegati, al vaso di espansione, 6 nozzle è stato necessario effettuare la verifica di rinforzo al nozzle che conferma la richiesta di rinforzo per i bocchelli collegati sul mantello, di maggiore diametro. Ipotizzando tre tipi di carichi oscillanti (periodici) abbiamo effettuando la verifica a fatica in tutte le ipotisi di carico considerate. Le verifiche ed analisi condotte sui risultati e sui calcoli hanno dimostrato la sicurezza di progetto richiesta anche in casi eccezionali come picchi di temperatura e di pressione confermando il regime elastico (anche se al limite) con una temperatura oltre il doppio di quella di esercizio (da 220 °C a 450 °C) in combinazione con una pressione di picco pari al doppio di quella di esercizio (da 25 bar a 50 bar). Con l'intendo di raggiungere la certezza dei risultati ottenuti è stato opportuno effettuare il dimensionamento del recipiente utilizzando un metodo di calcolo alternativo per confrontare i risultati; a tale fine abbiamo utilizzato il modello di calcolo previsto dall'ASME VIII, che prevede il calcolo della pressione necessaria alla completa plasticizzazione della sezione secondo il criterio di Tresca e che avendo fornito, gli stessi risultati del modello previsto dalla norma EN 13445 DBF (modello di calcolo basato sulla ipotesi di non superamento del limite di snervamento del materiale, quindi nell'ipotesi di linearità determinata dalla legge di Hooke) ci consente di ritenere raggiunta la certezza dei risultati finalizzata alla sicurezza di esercizio dell'apparato in pressione. Il calcolo di progetto termina con l'analisi Elasto Plastic Stress Analysis: analisi delle deformazioni secondo il Metodo DBA (ASME VIII Div. 2) che ci consente di calcolare la deformazione plastica, limite di collasso del materiale e di effettuare uno studio delle deformazioni al limite del campo elastico e nel campo plastico tramite la teoria di Navier (Claude-Louis-Marie Navier) che applica le leggi costituzionali dei materiali note come legge di Hooke per il campo elastico e le leggi costituzionali del materiale di Ramberg-Osgood per il campo plastico.

English Abstract: With the publication 2020-21.06 we dealt with the design of an expansion vessel. After identifying the normative references that regulate the pressure equipment, then the PED directive (2014/68 / EU), with reference to the project data that classify the pressure equipment to category IV (Annex II of the PED directive) we chose as a design method, the DBF analytical method envisaged by the EN 13445 standard that the PED directive has adopted. Having identified the mechanical characteristics of the material used for the construction of the vessel (yield point, traction limit and other mechanical properties), we calculated the safety factor based on the analysis of the loads that the pressure equipment will have to support under operating conditions (both normal and exceptional). Since 6 nozzles were connected to the expansion tank, it was necessary to check the reinforcement of the nozzle which confirms the request for reinforcement for the nozzles connected to the casing, with a larger diameter. Assuming three types of (periodic) oscillating loads, we carry out the fatigue test in all the load hypotheses considered. The checks and analyzes carried out on the results and calculations have demonstrated the required design safety even in exceptional cases such as temperature and pressure peaks, confirming the elastic regime (even if at the limit) with a temperature more than double the operating temperature (from 220 ° C at 450 ° C) in combination with a peak pressure equal to twice the operating pressure (from 25 bar to 50 bar). With the intention of achieving certainty of the results obtained, it was appropriate to size the container using an alternative calculation method to compare the results; for this purpose we used the calculation model provided by ASME VIII, which provides for the calculation of the pressure necessary for the complete plasticization of the section according to the Tresca criterion and which having provided, the same results as the model provided for by the EN 13445 DBF standard (model calculation based on the hypothesis of not exceeding the yield point of the material, therefore in the hypothesis of linearity determined by Hooke's law) it allows us to believe that the certainty of the results has been reached, aimed at operating safety of the pressure equipment. The project calculation ends with the Elasto Plastic Stress Analysis: deformation analysis according to the DBA Method (ASME VIII Div. 2) which allows us to calculate the plastic deformation, the collapse limit of the material and to carry out a study of the deformations at the elastic field limit and in the plastic field by Navier's theory (Claude-Louis-Marie Navier) which applies the constitutional laws of materials known as Hooke's law for the elastic field and the constitutional laws of Ramberg-Osgood material for the field plastic.

Note: Downloadable document is in Italian.

Keywords: PED, directive 2014/68/UE, pressure vessel, expansion vessel, DBF, EN 13445, safety factor, fatigue limit factor, Shigley, Juvinall, Pressure Equipment Directive, nozzle, nozzles, verification of nozzle reinforcement, fatigue , Wöhler diagram SN, Ramberg-Osgood, Hooke

JEL Classification: L64

Suggested Citation

Gnazzo, Vito, Vaso di espansione. Progettazione attrezzatura in pressione. PED. (Expansion Vessel. Pressurized Equipment Design. PED.) (January 2, 2020). H Research Edition. ISSN 2532-5612. Publication 2020-21,06 Division edition Group HTNET, Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=3555698

Vito Gnazzo (Contact Author)

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