Prevenzione della rottura da sovrapressione della pompa centrifuga

Figura: Schema dell'accumulo di pressione nella valvola chiusa causato dalla chiusura della valvola di scarico, con conseguente rottura del corpo della pompa ed espulsione del fluido

La maggior parte delle rotture del corpo della pompa derivano da un'impennata della pressione (accumulo di pressione nella valvola chiusa), da un errato avvio a distanza e da guasti degli interblocchi automatici. Questo articolo affronta scenari di avvio/arresto manuale, remoto e automatico per spiegare la verifica della valvola, le procedure operative e la manutenzione dell'interblocco della strumentazione, prevenendo cosìpompa centrifugaincidenti di rottura per sovrapressione.Teffikoha sempre dato priorità alla sicurezza operativa delle pompe centrifughe e fornisce indicazioni complete sul funzionamento sicuro e sulla manutenzione per i rischi di rottura del corpo della pompa. Per evitare sostanzialmente tali incidenti, non è possibile fare affidamento solo sulla protezione dell’hardware; la verifica della valvola, la conferma remota e la gestione dell'interblocco automatico devono essere applicate a ogni operazione di avvio/arresto.

Cause principali della rottura della pompa

Il dead heading (funzionamento contro una valvola chiusa) è la causa fisica principale della stragrande maggioranza delle rotture del corpo della pompa e i sistemi di controllo automatico amplificano questo rischio:

• Avviando la pompa con entrambe le valvole di aspirazione e mandata chiuse, la girante agita continuamente il liquido intrappolato; l'energia meccanica viene convertita in calore, il liquido evapora e la pressione aumenta, superando in breve tempo la pressione nominale del corpo pompa;
• Quando la pompa viene avviata in remoto dalla sala di controllo centrale, gli operatori non possono verificare lo stato della valvola sul posto, facilitando l'avvio alla cieca dopo la manutenzione quando le valvole non sono state ripristinate;
• Quando si verifica l'avvio automatico attivato dal livello, le valvole di linea possono ancora essere chiuse per manutenzione e la pompa funziona quindi pressurizzata senza nessuno sul posto;
• Gli interblocchi a basso flusso e ad alta temperatura che non vengono calibrati per periodi prolungati non riescono a proteggere e il sistema non può spegnersi automaticamente e scaricare la pressione dopo la sovrapressione.

Caso di studio sugli incidenti industriali

In un impianto di serbatoi di stoccaggio di materie prime chimiche di piccole e medie dimensioni, dopo aver completato la manutenzione su una pompa centrifuga di trasferimento del serbatoio di stoccaggio, il personale addetto alla manutenzione ha ripristinato l'attrezzatura ma si è dimenticato di aprire la valvola di scarico, quindi ha commutato la pompa in modalità automatica. La pompa si avviava e si fermava automaticamente in base ai segnali del livello del serbatoio, senza nessuno sul posto. Quando il livello del serbatoio è salito al valore di attivazione impostato, il sistema PLC ha avviato automaticamente la pompa centrifuga. Il liquido nella camera sigillata della pompa veniva continuamente agitato dalla girante; in soli 90 secondi il mezzo si riscaldava rapidamente e vaporizzava, e la pressione all'interno della pompa continuava a salire. Poiché l'interblocco di basso flusso dell'impianto non era stato calibrato per oltre due anni, il suo sensore si è bloccato e si è guastato, e non è stata attivata alcuna protezione di arresto. Alla fine, il corpo della pompa si è rotto e il fluido ad alta temperatura è stato spruzzato verso l'esterno, distruggendo le apparecchiature in loco e costringendo all'arresto di emergenza della linea di produzione, con conseguenti notevoli perdite per riparazioni e tempi di fermo. Il rapporto di indagine post-incidente ha individuato due cause principali: la mancata verifica dello stato della valvola in loco dopo la manutenzione e il fatto che il sistema di sicurezza fosse rimasto a lungo senza test funzionali.

Conclusione: funzionamento incustodito + valvole non ripristinate + interblocchi guasti: la rottura è il risultato solo della combinazione di questi tre fattori e avrebbe potuto essere evitata se uno solo fosse stato controllato.

Avvio manuale della pompa in loco: la verifica della posizione della valvola è la prima linea di difesa

Verificare rigorosamente lo stato di tutte le valvole

Prima di avviare la pompa, ogni valvola di linea deve essere confermata punto per punto per evitare avviamenti con valvole chiuse:

• Linea di processo principale: mantenere la valvola di aspirazione completamente aperta per garantire che il liquido entri senza problemi nella camera della pompa;
• Mantenere chiuse tutte le valvole ausiliarie, quali valvole di sfiato, valvole di drenaggio e valvole di spurgo;
• Aprire la valvola di rilascio dell'aria del corpo della pompa per completare l'adescamento e lo sfiato, espellere tutta l'aria dalla pompa e prevenire la cavitazione e il funzionamento a secco;
• Mantenere la valvola di scarico leggermente aperta o completamente chiusa; non avviare mai la pompa con l'aspirazione e l'uscita contemporaneamente bloccate.

Incorporare i controlli delle valvole in una lista di controllo standardizzata

Le posizioni di apertura/chiusura della valvola sono punti di controllo critici per garantire il funzionamento sicuro della pompa e devono essere formalizzate nelle istruzioni di lavoro dell'attrezzatura e nelle liste di controllo per l'avvio. Gli operatori dovrebbero confermare ogni elemento spuntandolo, eliminando la dipendenza dall’esperienza e riducendo l’errore umano attraverso controlli istituzionali.

Avvio remoto della pompa tramite controllo centralizzato: una fase di conferma in loco è essenziale

L'avvio remoto è uno scenario ad alta frequenza per rotture dovute ad accumulo di pressione; affidandosi esclusivamente allo schermo di controllo centrale non è possibile confermare le effettive condizioni in loco:

• Prima che la sala controllo dia un comando di avvio, la pompa non deve essere avviata con un solo clic;
• Quando gli operatori non possono recarsi sul posto per verificare le valvole, è necessario assegnare un ispettore sul posto per confermare fisicamente che tutte le valvole siano state ripristinate nelle posizioni corrette;
• Solo dopo aver ricevuto la conferma in loco il controllo centrale può emettere il comando di avvio, evitando una mancata corrispondenza tra la schermata di controllo e l'effettivo stato della valvola in loco.

Avvio/arresto automatico delle pompe: attenzione a evitare che le valvole rimangano non ripristinate dopo la manutenzione

Molte pompe per lo svuotamento dei serbatoi si affidano a strumenti di livello e programmi PLC per l'avvio/arresto automatico e funzionano senza sorveglianza, il che rende il rischio ancora più elevato.

La nuova ispezione in loco è obbligatoria prima di attivare la modalità automatica

Dopo la manutenzione o il lavoro sulle tubazioni e prima di passare alla modalità di controllo automatico, tutte le valvole devono essere nuovamente verificate sul posto: valvola di ingresso completamente aperta, valvola di scarico nella posizione preimpostata di avvio e tutte le valvole di sfiato chiuse. Tipico scenario di rischio: quando il livello del serbatoio raggiunge un livello elevato, il sistema di controllo automatico avvia la pompa, ma la valvola di scarico post-manutenzione rimane chiusa, creando direttamente un accumulo di pressione morta che causa in breve tempo la rottura del corpo della pompa.

Affidatevi agli interblocchi della strumentazione per colmare il divario delle operazioni non presidiate

Per evitare che la pompa si avvii automaticamente alla chiusura delle valvole di linea, è necessario installare un set completo di dispositivi di protezione della strumentazione:

• Interblocco a basso flusso: monitora il flusso della linea; quando il flusso zero persiste per un periodo prolungato, lo identifica come funzionamento a testa morta e interrompe automaticamente l'alimentazione del motore;
• Interblocco alta temperatura: monitora la temperatura del corpo pompa; quando l'aumento della temperatura dovuto all'aumento della pressione raggiunge la soglia, si spegne immediatamente per impedire la vaporizzazione e la pressurizzazione del liquido;
• Interblocco di sovrapressione: quando la pressione di scarico supera il limite si attiva l'arresto, lavorando in combinazione con la valvola di sicurezza per doppia protezione;
• Test di manutenzione ordinaria: calibrare il sistema di interblocco secondo un programma mensile fisso, simulare condizioni di flusso zero e sovrapressione e verificare che le funzioni di protezione agiscano correttamente, eliminando i punti ciechi di sicurezza causati da sensori grippati e programmi di interblocco non riusciti.

Dispositivo antiritorno hardware: doppia protezione software e hardware contro la rottura del corpo della pompa

I controlli operativi affrontano l'errore umano, mentre la protezione hardware mantiene l'ultima linea di sicurezza:

• Installare sullo scarico della pompa una valvola di sicurezza o un disco di rottura, che scarica automaticamente la pressione in caso di sovrapressione e rilascia l'alta pressione all'interno della pompa;
• Installare una linea di ricircolo a portata minima per evitare che la pompa funzioni a vuoto per periodi prolungati a bassa portata e surriscaldi il liquido;
• Quando si trasportano mezzi infiammabili o esplosivi, utilizzare un motore antideflagrante, garantire un'adeguata messa a terra statica e prevenire un'esplosione chimica dopo la perdita del mezzo;
• Eseguire regolarmente test sullo spessore delle pareti e sostituire tempestivamente i corpi della pompa che si sono assottigliati a causa della corrosione o che si sono sviluppate crepe, per evitare rotture premature causate dalla ridotta capacità di carico della pressione del corpo.

Idee sbagliate comuni nel funzionamento e nella manutenzione quotidiana

• Idea sbagliata: è necessario controllare solo l'avvio manuale; le pompe automatiche non richiedono ispezione in loco. Con l'avvio/arresto automatico non è prevista alcuna supervisione manuale e il rischio di guasto derivante da un'ispezione e un ripristino incompleti della valvola è in realtà maggiore; le valvole devono essere verificate nuovamente sul posto prima di attivare la modalità automatica.
• Idea sbagliata: una volta installati gli interblocchi, non è necessaria ulteriore attenzione. Le impurità possono facilmente inceppare i sensori di pressione e di flusso; una prolungata assenza di test porta al guasto dell'interblocco, impedendo al sistema di spegnersi automaticamente in caso di sovrapressione.
• Idea sbagliata: un breve avviamento senza testa non è un grosso problema. In una camera della pompa sigillata, il liquido si riscalda e vaporizza entro decine di secondi, la pressione aumenta bruscamente e l'incidente si sviluppa estremamente rapidamente.

Sommario: Come prevenire la rottura del corpo della pompa

L’intero sistema di protezione è composto da tre strati:

• Livello 1 – Controllo operativo:Verificare le valvole articolo per articolo durante l'avviamento in loco; l'avvio da remoto deve essere abbinato alla conferma in loco; nuova ispezione completa della valvola prima di attivare la modalità automatica; e formalizzare gli elementi di controllo in una lista di controllo scritta;
• Livello 2: protezione dal controllo automatico:Equipaggiare interblocchi a basso flusso, alta temperatura e sovrapressione; aderire a test regolari; ed evitare il funzionamento al minimo senza controllo;
• Livello 3: protezione hardware:Installare dispositivi di limitazione della pressione e linee di ricircolo e testare regolarmente la corrosione del corpo della pompa.

La stragrande maggioranza delle rotture delle pompe centrifughe non sono problemi di qualità delle apparecchiature, ma piuttosto il risultato di un cattivo funzionamento della valvola combinato con il guasto della protezione del controllo automatico.Teffikoraccomanda alle aziende di standardizzare la gestione della sicurezza nelle tre modalità di avvio/arresto (manuale, remota e automatica), di implementare la protezione della sicurezza dell'intero processo e di ridurre costantemente i rischi per la sicurezza della produzione posti dalla rottura da sovrapressione del corpo della pompa.