design di un’ontologia per recipienti in...

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

2

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.

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.

CAD Module

CAD/PDM/PLM

software

Geometric Models

Domain Ontology

Plant components

Safety Rules

Safety rules

Risk Analysis Tool

Ontology Interface Library

CAD/PDM/PLM Interface Library

Risk Analysis Module


3

2.1 Funzionalità caratterizzanti

o Dato un serbatoio, recuperare tutte le norme di sicurezza che si applicano al serbatoio.

o Data la componente di un serbatoio, recuperare tutte le norme di sicurezza che si applicano (potenzialmente) alla componente.

2.2 Funzionalità di base

o Dato il modello geometrico di un serbatoio, determinarne a quale tipo di serbatoio appartiene

o Dato un serbatoio, trovare tutte le componenti, se esistono, di quel serbatoio o Data una componente, trovare il suo modello geometrico o Dato un serbatoio, trovare il suo modello geometrico (o i modelli geometrici delle sue

componenti) o 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 Dato un serbatoio, verificare le norme di sicurezza che si applicano al serbatoio. o Data la componente di un serbatoio, verificare le norme di sicurezza che si applicano

(potenzialmente) alla componente. o 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)


4

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.


5

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]): 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 If contenuto = liquido and volatilità = altamente volatile and forma = cilindrica and fondo

= bombato then pressione = media If contenuto = liquido and volatilità = altamente volatile and forma = cilindrica and fondo

= 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


6

• 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. In particolare (cfr. [1]): 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


7

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)

In particolare (cfr. [1]):

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 In particolare (cfr. [1]):

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.


8

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 viene classificato rispetto alla forma in: o cilindrico o sferico o ellittico o emisferico

Tetto, che può essere o Fisso, di forma conica o bombata o Mobile

Fondo, classificato rispetto alla curvatura della calotta in o Piatto o Piano o Curvo o Bombato o Sferica

e rispetto alla forma in:

o Emisferico o Conico o Ellittico o Torosferico o 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).


9

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


10

o a maglia quadrata o 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.


11

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.


12

o valvole di sicurezza (per i recipienti sottovuoto) o valvole di respirazione (per i recipienti a pressione atmosferica) o taglia fiamma, che sono dispositivi per impedire l’ingresso nel serbatoio di fiamme

libere o messe a terra o parafulmini

In particolare (crf. [1]):

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.

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

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)


13

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.

Figura 2. Tassonomia per recipienti per fluidi. Soluzione 1

Recipiente per fluidi

Contenitore a pressione

Contenitore a volume costante

(serbatoi)

A tetto galleggiante

Gasometro

Gasometro a

umido

Gasometro a

secco a bassa

pressione

a pressione atmosferica

a media pressione

ad alta pressione

Destinazione Capacità Forma Costruzione Piano di campagna Materiale Temperatura (massima d’esercizio) Pressione interna (massima d’esercizio) Pressione esterna (massima d’esercizio)


14


Contenitore a pressione costante

Cilindrico a tetto mobile

Contenitore a volume costante

(serbatoi)

Cilindrico a tetto Sferico

Ellittico

Gasometro

Recipiente per fluidi (o per lo stoccaggio)


Recipiente di processo

Capacità Forma Costruzione Piano di campagna Materiale Temperatura (massima d’esercizio) Pressione interna (massima d’esercizio) Pressione esterna (massima d’esercizio)

Recipiente per le materie

prime Recipiente per lo

stoccaggio


15





Cilindrico

SfericoEllittico

Cilindrico a tetto

Cilindrico a tetto mobile

Cilindrico aperto

recipiente per liquidi non volatili


recipiente per gas

recipiente per liquidi altamente

volatili


16

Figura 7. Tassonomia per recipienti per fluidi. Soluzione 5 (cont.)


recipiente per liquidi non volatili

Cilindirico a tetto

galleggiante Cilindrico a tetto fisso

recipiente per liquidi altamente volatili

Sferico EllitticoCilindrico a tetto fisso


17


Gasometro a secco

Gasometro a

recipiente per gas

a volume costante

a pressionecostante

Sferico

EllitticoCilindrico a tetto fisso

a campana semplice

a campana con

intercapedine

a telescopio

a ciclo mobile


18

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).

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.

Sostanza


(0,1) (0,n)

Sostanza

Nome Composizione chimica Caratteristiche chimiche d’interesse

contiene/ è contenuta


19

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.

Figura 12. Componenti di un recipiente

liquido non

volatile

gasliquido

altamente volatile

Sostanza

gas

Sostanza

liquido

volatilità

liquido non volatile

gas o liquido

altamente

Sostanza

a) b)

c)

componente del recipiente

Ditta Fornitrice Certificazione Data di verifica Verificatore Temperatura massima d’esercizio Pressione interna massima d’esercizio Pressione esterna massima d’esercizio


20

Figura 13. Relazioni fra componenti e recipienti

Cardinalità delle relazioni 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 …


Componente

è composto da/fa parte di

(0,n) (1,n)

è adiacente

(0,n)


21

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.

dispositivo ausiliario

per


per l’esercizio

dispositivo ausiliario *


di sicurezza

componente principale*

membratura

componente secondaria

componente di 3’ livello

...

componente del recipiente

......


22

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.

Figura 16. Fasciame

membratura

fasciame

fondo

sella

tipo di costruzione forma

tettoforma

fisso/mobile forma

composto da

componente costruttiva da

fasciame

lamiera

sezione di tubo

(1,1) (1,n)

fasciame sferico

fasciame

fasciame ellittico fasciame

cilindrico

lunghezza diametro esterno maggiore

diametro interno maggiore diametro esterno minore diametro interno minore

tegolodiametro esterno diametro interno

forma


23

5.4.2 Componenti secondarie In Figura 17 è riportata la tassonomia delle componenti secondarie.

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.

Figura 18. Tassonomia di rinforzi

componente secondaria

gruppo di aperture

flangia

rinforzo

apertura

tubo

piastra tubiera

compensatore di dilatazione

generatore di vapore canale

aumento di spessore di

parete

rinforzo

anello di irrigidimento

piastra di rinforzo

massello

aumento di spessore di tronchetto


24

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.

Figura 19. Concetto Rinforzo

5.4.4 Tubi e piastre tubiere In Figura 20 è rappresentata la modellazione di tubi e piastre tubiere.

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.

rinforzo

tipo ∈ {massello, aumento di spessore di parete, ...}

forma ∈ {circolare, ellittica} dilatazione curvature

tubo

tubo (2,n) (0,1)forma

disposizione locazione∈

{interne... } tipo

mobilità

piastra tubiera costituita da/fa parte di

forma sezione dilatazione curvature


25

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.

Figura 21. Aperture e tronchetti

Figura 22. Aperture isolate e gruppi di aperture

Cardinalità delle relazioni 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.

Figura 23. Componenti di terzo livello

forma ∈ {circolare, ellittica, oblunga...}

apertura

tronchetto

tipo ∈ {estruso, penetrante, ...}

aperturacostituito da/fa parte di

(2, n) (0,1) tipo ∈ {non isolate, ...} disposizione

∈ {allineate, a maglia triangolare, ...}

gruppo di aperture


tipo∈ { vite, bullone, ... }


26

In alternativa, servono delle entità per ognuno dei tipi che si vogliono rappresentare, come descritto in Figura 24.

Figura 24. Tassonomia di componenti di terzo livello

Giunzione

guarnizione

bullone vite a

morsetto

vite

mandrinaggio

tirante


scanalatura

vite

tipo∈ { a morsetto, di serraggio, ... }

Mandrinaggio

numero canaline

chiodatura brasatura

modulo di efficienza numero lati piatto di sostegno ∈ {presente, ...} tipo ∈ {a V con ripresa, ...}

Saldatura

Giunzione tipo ∈ {a cartella, non sovrapposta}

vite a morsetto

vite

tipo∈ {di serraggio, ... }

a)

b) c)

d)

e)


27

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.

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

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.


tipo∈ { taglia fiamma, misuratore di livello... }


serpentina di raffreddamento

misuratore di livello

serpentina di riscaldamento

taglia fiamma vaso di compensazione

scaletta...


28

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. Cardinalità delle relazioni 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. 9 Si veda [9], pag 15. 10 Si veda la sezione 5.3.

acciaio

limite di snervamento tipo ∈ {legati, non legati, debolmente legati, inossidabile, non inossidabile, austentico, non austentico, al carbonio, }

materia plastica

metallo

calcestruzzo

ghisa

rame

alluminio

materiale

nome modulo di elasticità formula chimica coefficiente di riduzione del carico di rottura sollecitazione massima ammissibile valore di carico unitario tipo di lavorazione ∈ {laminato,

fucinato, trafilato, in getti}

...


29

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.

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.

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.

componente

è costruito in/ è impiegato nella

costruzione di

(1,n) (0, n)

recipiente per fluidi

è costruito in/ è impiegato nella

costruzione di

(1,n) (0, n)

materiale

file versione data di ultima modifica stato ∈ {rilasciato, non approvato} autore

modello geometrico


30

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].


modello geometrico di

componente/parte


modello geometrico di recipiente assemblato


31

Figura 32. Relazioni fra Recipienti, componenti e rappresentazione geometrica

In Figura 32 sono rappresentate le relazioni fra recipienti, componenti e rappresentazione geometrica. Cardinalità delle relazioni 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.

componente

(0,1)

(0,1)

(0,1)

(0,n)

descritto geometricamente

da

descritto geometricamente

da


modello geometrico

è composto da/fa parte di

(0,n)è composto da/

fa parte di

(0,n)

(1,n)


32

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.

Figura 33. Norme di sicurezza

Figura 34. Tassonomia di norme di sicurezza 13 Si veda il capitolo VSR.G in [9].

nome ente che la rilascia versione data di rilascio stato ∈ {attiva / sostituita} testo tipo di elementi a cui si applica

Norma di sicurezza

Norma di sicurezza

VSR

VSR.8.

VSR.8.

VSR.7.

VSR.6.VSR.6.VSR.5.

VSR.4.

VSR.3.

VSR.2.

VSR.1.

VSG

.. ....

....

..

....

..

..


33

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.

Figura 35. Relazioni fra norme, recipienti e componenti, contenuto e materiali

Cardinalità delle relazioni 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.

Norma di sicurezza

componente

materiale


è costruito con/ è impiegato nella

costruzione di

è costruito con/ è impiegato nella

costruzione di

conterrà

sostanza

(0,n) (0,n)

si applica a/è regolato da

si applica a/è regolato da

(0,n) (0,n) (0,n)(0,n)

(0,n) (0,n)

(0,n)(0,n)

34

Figura 36. Schema dell’ontologia

Norma di sicurezza

componente

(1,n)

(1,1)

è costruita in

ghisa

(1,n)

(1,n)

Sostanza

(0,n)

(0,n)

VSR VSG

recipiente per

fluidi

ha componente

(0,n)

(1,n) (0,n)

(1,1)

modello geometrico

(0,n) (0,1)

Liquido non volatile

Gas o liquido

altamente volatile


a volume costante (serbatoi)


a pressione costante

fasciame

fondo

tetto

apertura

giunzione

Gruppo di aperture

disp. ausiliario

…

acciaio

materiale

rame

…

…

ha aperture

(0,1)

(2,n)

è adiacente a

(0,n)

tronchetto

tuboPiastra tubiera

(0,1)(2,n)

ha tubirinforzo

(0,1)conterrà

è costruito in

si applica a /è regolato

da

si applica a /è regolata

da

(0,n) (0,n)

(0,n)è composto da / fa parte di

(0,n)

(1,n) (0,n)

ha modello geometrico

ha modello geometrico

guarnizione

serbatoio in pressione serbatoio media

alta pressione

… …


35

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, 251-260, 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.


36

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


37

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


38

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.


39

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).


40

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 tronco-coniche. 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


41

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 70-73), 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.


42

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


43

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


44

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.


45

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


46

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.


47

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


48

o Gruppo di aperture o Tubo o Piastra tubiera di scambiatori di calore o Rinforzo o Flangia o Canale o Generatore di vapore o Compensatore di dilatazione o Vite o Bullone o Guarnizione o Giunzione o Mandrinaggio o Tirante o Vite a morsetto o Scanalatura o 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


49

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}.


50

o locazione ∈ {esterna, interna}. o tipo ∈ {flangiata, integrale, con guarnizione, a premistoppa, a anello lanterna}. E’ un

attributo multivalore. o 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


51

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.


52

o coefficiente di riduzione del carico di rottura o sollecitazione massima ammissibile o valore di carico unitario o 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 o Recipiente per fluidi

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


53

o stato ∈ {rilasciato, non approvato} o autore

Relazioni

o Recipiente per fluidi 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 Recipiente per fluidi 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.


54

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 Restrizione

Vessel for fluids ∃ contains Liquid ∃ contains Liquified Gas

∀ contains Liquid ∪ Liquified Gas vHasRule 1

= contains 1 hasComponent 1 ≤ vHasGRepr 1 = vIsMadeOf 1

Pressure vessel ∃ vHasRule VSR/PED rule ∀ vHasRule VSR/PED rule

Safety Rule appliesToVessel 1 appliesToComponent 1

appliesToMaterial 1 appliesToSubstance 1 ?

VSR/PED rule

∃ appliesToVessel Pressure vessel ∀ appliesToVessel Pressure vessel

VSR 1 ∃ appliesToMaterial Unalloyed steel ∃ appliesToMaterial Weekly alloyed steel ¬ ∃ appliesToMaterial Austenic steel

∀ appliesToMaterial Unalloyed steel ∪ Weekly alloyed steel ¬ ∀ appliesToMaterial Austenic steel

VSR 2 ∃ 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

VSR 3 ∃ appliesToMaterial Pig iron ∀appliesToMaterial Pig iron

VSR 4 ∃ appliesToMaterial Copper ∃ appliesToMaterial Copper alloy

∀appliesToMaterial Copper∪ Copper alloy VSR 5 ∃ appliesToMaterial Aluminium

∃ appliesToMaterial Aluminium alloy ∀appliesToMaterial Aluminium ∪ Aluminium alloy

VSR 1.D ∃ appliesToComponent Cylindrical shell (under internal pressure?) ∀ appliesToComponent Cylindrical shell

VSR 1.E ∃ appliesToComponent Domed end ∀ appliesToComponent Domed end

Component hasRule 1 = isMadeOf 1

Geometric constraint refersTo 1

CAD specification = isWrittenfor 1 ?

Tube sheet isMadeBy 2

Group of openings isMadeBy 2

Tabella 2. Vincoli per recipienti in pressione

design di un’ontologia per recipienti in...

Documents