Relazione Tecnica ER-2873-1 STUDIO DI FATTIBILITÀ E
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1. 10 2 Consumo di azoto liquido Sulla base delle stime di consumo calcolate nei paragrafi precedenti possibile fase una stima di massima del costo complessivo di approvvigionamento di azoto liquido per la durata del progetto di 10 anni Il costo dell azoto liquido stimato pari a 0 094 l e rappresenta un prezzo di mercato attuale Per la stima dei costi stato ipotizzato un margine di sicurezza del 10 sul consumo I risultati sono riportati in Tabella 6 Edificio centrale Edificio Nord Edificio Ovest Costo stimato mensile 1 638 783 783 Costo stimato annuale 19 653 9 394 9 394 Tabella 6 Prospetto stima dei costi di approvvigionamento dell azoto liquido 10 3 Serbatoi di stoccaggio Per i serbatoi di stoccaggio si presentano essenzialmente tre scenari differenti Un primo scenario prevede l acquisto di serbatoi super isolati sotto vuoto per lo stoccaggio dell azoto liquido Come illustrato al paragrafo 5 1 3 il risparmio in termini di prodotto in virt del ridotto auto consumo di questa tipologia di serbatoi non tale da garantire il ritorno economico nell arco dei 10 anni dell investimento fatto Questa opzione comunque da tenere in considerazione qualora la scala temporale del progetto dovesse mutare Il secondo scenario prevede la stipula di un contratto di noleggio dei serbatoi presso il fornitore dell azoto liquido Si tratta di un contratt2. Relazione Tecnica a N di ER 2873 1 REV 01 Fax 011 9195885 STUDIO DI FATTIBILITA E PROGETTO PRELIMINARE DI UN SISTEMA DI DISTRIBUZIONE AZOTO LIQUIDO PER LE TRAPPOLE CRIOGENICHE DELL INTERFEROMETRO INSTALLATO PRESSO IL LABORATORIO EGO VIRGO DI CASCINA PI Revisione interfaccia trappola e gas prodotto 30 03 10 D Milani M Roveta G Roveta Prima emissione 01 02 10 D Milani M Roveta G Roveta Fa y Relazione Tecnica ISLE IMPIANTI s rl Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 SOMMARIO 1 INTRODUZIONE 3 2 DESCRIZIONE DEL SISTEMA DI TRAPPOLE CRIOGENICHE 3 3 REQUISITI DEL SISTEMA DI DISTRIBUZIONE 4 4 DATI RELATIVI AL SITO 4 4 1 CARICHI RELATIVI AL VENTO 4 4 2 CARICHI RELATIVI AL SISMA 4 5 SOLUZIONI IMPIANTISTICHE 5 5 1 SERBATOI DI STOCCAGGIO 5 5 1 1 Serbatoi zona centrale 5 5 1 2 Serbatoi zona torri W e N 7 5 1 3 Tipologia di serbatoi 9 5 1 4 Caratteristiche tecniche 10 5 1 5 Allestimento piazzola 11 5 1 6 Strategia dei rifornimenti 11 5 2 LINEE DI TRASFERIMENTO AZOTO LIQUIDO 12 5 2 1 Percorso delle linee ed installazione 12 5 2 2 Schema tipico linea di alimentazione 13 5 2 3 Diametro delle linee di alimentazione 14 5 2 4 Condizioni di progetto delle linee di trasferimento 16 5 3 VALVOLA DI REGOLAZIONE AZOTO LIQUIDO 17 5 3 1 Flashdiazoto liquido nella valvola di regolazione 17 5 4 SISTEMA DI PRODUZUIONE
3. I 10000 0 32 116800 E 20000 0 28 204400 19214 Serbatoi Super Isolati Sotto Vuoto Taglia Autoconsumo 10 anni giorno Poemo I 10000 0 05 18250 1 2 6 20000 0 04 29200 2745 Tabella 1 Tabella comparativa degli autoconsumi dei serbatoi di stoccaggio per tipologia Costo stimato dell azoto liquido 0 094 I Relazione Tecnica ie ao di di ZA CULOS IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Con l inventario di azoto liquido previsto per questo progetto e la sua durata temporale stimata non risulta essere economicamente conveniente l adozione di una soluzione con serbatoio super isolato sotto vuoto non essendo il risparmio di prodotto che ne consegue confrontabile con la differenza di investimento da affrontare Infatti ai valori dei prezzi di mercato per tali apparecchiature tale differenza per serbatoi di taglia 10 0001 dell ordine di 16 000 per un serbatoio di taglia 20 0001 dell ordine di 32 000 L opzione inizia ad essere interessante nel caso si preveda un impiego su una scala di tempo pi estesa rispetto a quanto previsto in questa fase 5 1 4 Caratteristiche tecniche I serbatoi di stoccaggio azoto liquido dovranno quindi essere di tipo coibentati in vuoto con perlite Le principali caratteristiche di progetto dovranno essere le seguenti Fluido Azoto liquido Pressione progetto 14 bar g
4. Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Descrizione Segnale Azione Uscita liquido linea di scarico trappole TT101 TT201 Chiusura valvole di radice criogeniche TT301 e TT401 serbatoi di stoccaggio Uscita liquido linea di scarico separatori TT202 e TT402 Chiusura valvole di radice di fase serbatoi di stoccaggio 8 ASPETTI NORMATIVI I sistemi e le apparecchiature descritte nei precedenti paragrafi dovranno essere progettate costruite e collaudate in accordo alla Direttiva Europea 97 23 CE relativa ai recipienti a pressione meglio conosciuta come PED Fra le altre direttive e leggi applicabili si citano e Direttiva Europea 97 23 CE PED e relativo D L n 93 del 25 02 00 e D M 14 01 2008 norme tecniche per le costruzioni e Direttiva macchine 2006 42 CE Di seguito un elenco indicativo delle norme tecniche e dei codici applicabili EN13445 3 per la progettazione di recipienti in pressione secondo la PED EN12300 2000 pulizia per il servizio criogenico EN13458 2 2004 recipienti criogenici EN13480 6 2006 tubazioni industriali metalliche EN 1251 1 January 2000 Cryogenic vessels Transportable vacuum insulated vessels of not more than 1000 litres volume Part 1 Fundamental requirements e EN 1251 2 January 2000 Cryogenic vessels Transportable vacuum insulated vessels of not more than 1000 litres volume Part 2 Design fabrication inspection and testing e EN 1251 3 January 2000 Cryogenic
5. cad Figura 1 Layout posizionamento serbatoi Soluzione 1 Un serbatoio per trappola da circa 10 000 di capienza utile La lunghezza delle linee di adduzione liquido alle trappole risultano rispettivamente 28 5m per la trappola ramo W e 24 5m per la trappola ramo N lt lt Serbatoio da 20 000 Figura 2 Layout posizionamento serbatoio Soluzione 2 Un unico serbatoio da circa 20 000 di capienza utile Quota 3 0m rispetto al piano del tubo dell interferometro La lunghezza delle linee di adduzione liquido alle trappole risultano rispettivamente 52m per la trappola ramo W e 54m per la trappola ramo N Relazione Tecnica si DI si EN S S IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 01 Fax 011 9195885 Come anticipato la soluzione ottimale consiste nell installazione di un unico serbatoio da 20 0001 comune alle due trappole da cui staccare le due linee di adduzione del liquido Il vantaggio derivante dal risparmio di metri di linea e del relativo auto consumo della linea nel caso della prima soluzione di gran lunga inferiore al risparmio messo in atto dalla riduzione dell autoconsumo dovuto all impiego del serbatoio da 20 000 rispetto a quello dei due serbatoi da 10 000 All uscita de serbatoio necessario installare un collettore criogenico da cui far partire le due linee indipendenti Le linee che alimenteranno le due trappole
6. non scaricare dove l accumulo pu essere pericoloso Contattare il fornitore se si ritengono necessarie istruzioni per l uso INFORMAZIONI SUL TRASPORTO UN n 1977 Relazione Tecnica E Dr di N TE IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 01 Fax 011 9195885 10 IMPATTO ECONOMICO Dal punto di vista dell impatto economico sono state valutate tutte le opzioni pi significative al fine di individuare quella economicamente pi vantaggiosa 10 1 Linee di distribuzione liquido La tecnologia da impiegare indubbiamente quella delle linee super isolate sotto vuoto AI paragrafo 5 2 sono state descritte le problematiche relative a questo componente Dal punto di vista della contabilizzazione economica la taglia delle linee fra 18 mm DN15 e DN 20 e la loro lunghezza fra 30 o 50 metri a seconda del posizionamento del serbatoio hanno un influenza minima sul costo totale dell investimento e pertanto il criterio di scelta resta solamente quello tecnico precedentemente illustrato Il costo di massima stimato per la costruzione ed installazione delle linee di adduzione del liquido dai serbatoi alle trappole criogeniche e delle linee di recupero del gas evaporato riassunto in Tabella 5 Edificio centrale Edificio Nord Edificio Ovest Costo simato 78 826 42 119 42 119 Tabella 5 Prospetto costi linee di distribuzione azoto
7. 1 SERBATOI DI STOCCAGGIO Data la geografia del sito la soluzione per il collocamento dello stoccaggio diversa per l edificio centrale e quelli terminali La scelta dettata prevalentemente da e Una motivazione economica il costo dell infrastruttura decisamente inferiore al caso di 3 soli serbatoi di stoccaggio e Una motivazione logistica attorno all edificio centrale conviene ridurre al minimo le installazioni dal momento che lo spazio disponibile per tali attivit piuttosto ridotto nell immediata vicinanza dell edificio e Una motivazione di ottimizzazione dei consumi un serbatoio unico ha un autoconsumo inferiore rispetto a due di capacit totale identica La riduzione di consumo dovuto ad un minor percorso delle linee in questa seconda ipotesi non tale da sostenere la scelta 5 1 1 Serbatoi zona centrale Per l edificio centrale sono state valutate 2 ipotesi di stoccaggio 1 Stoccaggio con n 1 serbatoio per trappola al fine di minimizzare la lunghezza della linea criogenica di collegamento del serbatoio alla trappola 2 Stoccaggio con un serbatoio unico per le due trappole equidistante da queste al fine di ottimizzare le perdite di prodotto per auto consumo del serbatoio ed il costo di investimento i Relazione Tecnica sie i Si S IMPIANTI s r EX GG Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 z i Fax 011 9195885 ER 2873 1 Serbatoi da 10 000
8. 19 Zo 0 05 m Zmin 4 m Ct 1 4 2 CARICHI RELATIVI AL SISMA I parametri relativi alla regione per quanto riguarda le azioni del sisma sono i seguenti Relazione Tecnica ie Di di N ELOTE IMPIANTI sr Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 01 Fax 011 9195885 Categoria del sottosuolo D Categoria topografica Ti Tipo di analisi SLD Analisi allo Stato Limite di Danno Cu II classe d uso Vn 50 anni Ve 50 anni Tr 50anni periodo di ritorno ag 0 0509 accelerazione orizzontale massima attesa Fo 2 538 valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale To 0 249s periodo di inizio del tratto a velocit costante dello spettro in accelerazione orizzontale 5 SOLUZIONI IMPIANTISTICHE L impianto di stoccaggio e distribuzione consta dei seguenti apparati Serbatoio di stoccaggio di LN2 Linee di trasferimento LN2 dal serbatoio alla trappola Valvola di regolazione della portata di liquido in ingresso alla trappola Linea di recupero GN2 evaporato dalla trappola e linea di scarico all atmosfera Sistema di vaporizzazione e riscaldo azoto per bonifica trappole criogeniche Alla luce dei requisiti essenziali del sistema di distribuzione e stoccaggio di azoto liquido vengono analizzati i singoli componenti sopra citati al fine di stabilire la configurazione ottimale e le prestazioni minime che tali equipaggiamenti devono garantire 5
9. 2 o a I I I I I P gt I fesa AA a AAA p nd I I I I Da I I I I I I 5 I I I I I I TD I a I I I I I Lo o I I I I I I Ed I ma L 1 L 1 L gs x L Laa N Lu 0 de SY fo LO d o O p w S o S S or E S S e o Sa w 1equi esuli Ip oau je dp O w requi esui ip o1Jau je dp um y Eon Oo va Noga Jo I mMm aAA 0 n Nin e ODO n oO O gt Yu L Z Tona gt GLI 3 AOSA Da i gda Loe LL So a O SALE Qliquido I h Figura 9 Dettaglio del grafico precedente nella zona a basse portate Relazione Tecnica ia e di di RIVE IMPIANTI s rl Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Un confronto fra le possibili soluzioni di una linea DN20 DN15 o D18 riportata nelle tabelle seguenti Linea DN20 dp m 5 00E 04 mbar m Auto consumo azoto liquido Linea L m Qtot W m Qgiunto W g Q W dp tot mbar l h Ltot 10 anni TIN 54 0 45 2 1 43 20 0 03 1 01 88772 T2 N 22 0 45 2 1 17 60 0 01 0 41 36166 T1_W 52 0 45 2 1 41 60 0 03 0 98 85484 T2_W 22 0 45 2 1 17 60 0 01 0 41 36166 Totale 246589 I Linea DN15 dp m 1 60E 03 mbar m Auto consumo azoto liquido Linea L m Qtot W m Qgiunto W g Q W dp tot mbar l h Ltot 10 anni TAN 54 0 36 1 7 34 7 0 09 0 81 71388 T2_N 22 0 36 1 7 14 2 0 04 0 33 29084 T1_W 52 0 36 1 7 33 5 0 08 0 78 68744 T2 W 22 0 36 1 7 14 2 0 04 0 33 29084 Totale 198299 I Linea 18 dp m 2 60E 03 mbar m Auto c
10. 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 5 1 3 Tipologia di serbatoi Per quanto riguarda i serbatoi criogenici di grandi taglie ne esistono due tipologie serbatoi coibentati con perlite e con intercapedine in vuoto serbatoi super isolati con intercapedine sotto vuoto spinto La scelta di una tipologia piuttosto che l altra dipende essenzialmente dal volume di liquido auto consumato e quindi dal volume complessivamente stoccato integrato sulla vita totale dell impianto in quanto la differenza di costo delle due tipologie giustificata da una notevole differenza dei valori di autoconsumo Auto Consumo in per serbatoio criogenico da 10 000 a a e a ne AE SI Serbatoio isolato in perlite J 30 i i _ Serbatoio super isolato i in neo i Pa AS is OS Y Y i i x I I I e I I I DD accede cene E NM sedere MEE l E A 5 La 175 I I Le I I I Cc I I y I I I o I I HN I I I Q 15t risi PIU innesta ossee it 1 I l 1 1 I 5 fi j l 1 I 1 lt i i i i i i sie sibi A SIE E e hnos et pl gi e oa I I I sa I I he na i i 0 5 10 15 20 25 30 Vita serbatoio anni Figura 6 Stima dei costi di LN2 per auto consumo per serbatoi da 10 000 di tipo super isolato ed isolato in perlite in funzione della vita dell impianto Il costo unitario di LN2 stimato pari a 0 094 l Serbatoi standard Taglia Autoconsumo 10 anni I giorno Loiano
11. Temperatura di progetto 196 C Capacit utile gt 9 500 per alimentazione edifici torri nord e ovest gt 20 000 per alimentazione edificio centrale Norme applicate Marcatura CE in accordo a direttiva 97 23 CE Materiali recipiente interno acciaio inossidabile X2CrNi 18 9 EN10028 7 o equivalente recipiente esterno acciaio al carbonio S235J2 EN10025 2004 o equivalente tubi e valvole acciaio inossidabile X2CrNi 18 9 EN10028 7 o equivalente Consumo giornaliero lt 0 38 I serbatoi inoltre dovranno essere calcolati per essere installati sul sito in accordo ai dati forniti relativamente alle azioni di vento e sisma si veda il paragrafo 4 secondo la normativa vigente DN 18 01 2008 Il corredo minimo di strumentazione e valvole che il serbatoio dovr avere il seguente Linea di carico dall alto e dal basso con valvole di isolamento Linea di utilizzo con valvola di isolamento ed economizzatore gas Linea di spillamento liquido con valvola di isolamento Linea di sfogo gas con valvola di isolamento Regolatore meccanico di pressione a monte per il mantenimento della pressione nel serbatoio a valori costanti regolabili Circuito di messa in pressione e Indicatore locale di livello e Predisposizione alla remotizzazione del segnale di livello per trasmissione in sala controllo e Dispositivi di protezione sovra pressione per involucro esterno ed interno e relative tubazioni Lo schema tipico di processo e strum
12. Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Sono state inoltre condotte delle analisi economiche comparative sulle diverse soluzioni tecniche adottabili al fine di individuare quella migliore alla luce di un impiego del sistema su un arco temporale di 10 anni Le linee guida per la realizzazione del sistema di distribuzione e stoccaggio di LN2 che emergono dal presente studio sono le seguenti 1 2 pa N Filosofia di stoccaggio LN2 su 3 serbatoi uno ciascuno per gli edifici delle torri nord ed ovest ed uno in comune per le trappole dell edificio centrale La tipologia del serbatoio pi conveniente su una scala temporale di 10 anni quella di un serbatoio coibentato in vuoto standard L adozione di serbatoi super isoalti sotto vuoto da valutarsi come investimento economico prevedendo una vita dell impianto pi lunga L acquisto dei serbatoi di stoccaggio dal punto di vista economico pi conveniente allo stato attuale delle cose rispetto ad un contratto di locazione e manutenzione stipulato con un fornitore dell azoto liquido Le linee di trasferimento dell azoto liquido dovranno essere super isolate sotto vuoto Dovranno altres essere super isolati sotto vuoto il gruppo di by pass in allacciamento al serbatoio la valvola di regolazione del flusso di LN2 nella trappola e l eventuale separatore di fase previsto per le zone degli edifici torre nord ed ovest La l
13. caldo Riscaldamento e bonifica 415 Nm3 h di gas caldo Particolare attenzione deve essere rivolta alla fase di raffreddamento della trappola In questa fase con la massa fredda della trappola che si trova a temperatura ambiente tutto il liquido introdotto all interno della trappola evapora generando gas caldo Questa portata deve poter essere smaltita pena il mancato raffreddamento della trappola a causa della eccessiva riduzione della portata di azoto liquido di raffreddamento La portata stimata in questo paragrafo quella risultate dalla completa evaporazione della portata nominale di LN2 in ingresso alla trappola ed una stima conservativa in quanto non tiene conto dei ridotti transitori di raffreddamento cui sar soggetta la trappola e che potrebbero ridurre questa portata 5 4 SISTEMA DI PRODUZUIONE GN2 CALDO PER RIGENERAZIONE TRAPPOLE Per provvedere al riscaldamento delle trappole criogeniche ed alla loro bonifica dall umidit intrappolata occorre prevedere un dispositivo di erogazione di azoto gassoso caldo Si verificano principalmente due scenari e Riscaldo trappola per 4 giorni a T 50 C e Baking trappola per 4 giorni a T 150 C Il gas necessario al riscaldo dovr essere prodotto mediante l evaporazione di LN2 dal serbatoio di stoccaggio a mezzo di scambiatori di calore Ipotizzando un intervento di riscaldo ogni 2 mesi ed un intervento di baking all anno emerge come sia conveniente dimensionare un s
14. con materiali certificati I tubi estrusi i collettori e le curve dovranno essere in anticorodal 6060 T6 UNI EN 537 1 certificati La pressione di progetto deve essere almeno pari a 16 bar g Le canne estruse dovranno essere lisce internamente per assicurare una buona pulizia interna e diminuire le perdite di carico Inoltre i vaporizzatori dovranno essere forniti puliti sgrassati e tappati per il trasporto onde evitare la contaminazione delle superfici interne Dovranno essere forniti con attacchi completi di flangia controflangia girevole e bocchello adattabile per la saldatura di tubi commerciali Le portate richieste per ciascuno scambiatore dovranno essere garantite per almeno 8 ore di lavoro giornaliere ed 8 di sbrinamento con una temperatura di uscita del gas non inferiore di 10 C rispetto alla temperatura ambiente Vaporizzatore edificio centrale Portata di vaporizzazione 930 Nm3 h Dimensioni indicative singola unit 1300 x 2200 mm 6000 mm di altezza Attacchi flangiati IN DN40 Attacchi flangiati OUT DN65 Vaporizzatori edifici torri Portata di vaporizzazione 415 Nm3 h Dimensioni indicative singola unit 1300 x 1300 mm 5000 mm di altezza Attacchi flangiati IN DN40 Attacchi flangiati OUT DN40 5 4 1 2 Sistema automatico di commutazione Il sistema dovr essere progettato per funzionare in continuo 24 24 La commutazione di unit dovr essere regolata da un temporizzatore che agisce sulla valvola a tre vie
15. dovranno essere indipendenti e sezionabili individualmente Figura 3 Area per il posizionamento del serbatoio di alimentazione conume per le due trappole criogeniche dell edificio centrale In foto si vedono il ramo Nord sulla destra ed il ramo Ovest sulla sinistra del tunnel dell interferometro Per maggiori dettagli sulle linee di trasferimento di faccia riferimento al paragrafo 5 2 1 5 1 2 Serbatoi zona torri W e N Per la zona delle due torri di estremit la soluzione obbligata quella di un serbatoio di stoccaggio dedicato a ciascuna trappola e posizionato esternamente all edificio Dal serbatoio partir la linea di alimentazione azoto liquido che entrer nel tunnel dalla volta e correr parallela al tubo da vuoto fino alla trappola Relazione Tecnica I S IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 Fax 011 9195885 ER 2873 1 Figura 4 Layout posizionamento serbatoio nella zona Torri ad Ovest e Nord dell edificio centrale Un unico serbatoio da circa 10 000 di capienza utile La lunghezza delle linee di adduzione liquido alle trappole essendo la geografia delle torri assolutamente simile risultano essere 22 m ciascuna Figura 5 Area per il posizionamento del serbatoio di stoccaggio accanto all edificio torre Nord Relazione Tecnica IMPIANTI s ar Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011
16. i guanti di materiale non assorbente per maneggiare oggetti che siano o che siano stati a contatto con il liquido I guanti devono essere comodi per poter essere tolti e gettati rapidamente nel caso in cui il liquido vi penetri accidentalmente I pantaloni devono essere portati all esterno delle calzature ed essere privi di risvolte Se si inserisce un oggetto caldo nel liquido pu verificarsi un ebollizione tumultuosa con proiezione di schizzi Tenersi a debita distanza di sicurezza e operare lentamente Usare pinze o tenaglie per immergere o estrarre oggetti dal liquido Tenere presente che molti materiali resistenti e plastici a temperatura ambiente diventano duri e fragili a bassa temperatura Assicurarsi che l ambiente in cui si opera sia ben ventilato Evitare versamenti o dispersioni del liquido Non scaricare mai i liquidi in luoghi o ambienti ristretti Tenere sempre presente la possibilit di accumulo dei vapori freddi in cunicoli o fosse Primo soccorso In caso d infortunio per esposizione al freddo Lavare le parti colpite con abbondante acqua tiepida Non esporre a calore diretto Relazione Tecnica ie Di di N TE IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 e Se vi sono sintomi di congelamento lesioni o si temono danni agli occhi conducete al pi presto l infortunato da un medico Nel frattempo proteggete le parti colpite con un indu
17. in vuoto con perlite rif doc CELINEC3
18. m 5 3 VALVOLA DI REGOLAZIONE AZOTO LIQUIDO La valvola di regolazione dovr essere installata in prossimit della trappola criogenica come indicato negli schemi tipici CT0893 GD foglio 1 e 2 Dovr essere installata nel punto pi basso della linea in modo da permettere il deflusso del gas generato dall ebollizione dell azoto verso il serbatoio da un lato e verso la trappola dall altro Dovr avere le seguenti caratteristiche principali Tipo Valvola di regolazione super isolata sotto vuoto Otturatore lineare Taglia DN15 Portata max 15 I h LN2 Cv 0 15 Pressione di lavoro 0 5 bar g T progetto 196 C Pressione progetto 16 bar g Attuatore pneumatico doppio effetto Elettrovalvola 24 V dc 5 3 1 Flash di azoto liquido nella valvola di regolazione A valle delle valvole di regolazione la trappola opera a pressione atmosferica maggiorata delle sola contropressione delle linee di scarico e della valvola di non ritorno A monte al contrario la pressione dell azoto liquido sar quella del serbatoio maggiorata del battente idraulico dovuto al dislivello al netto delle perdite di carico della linea Il caso pi gravoso ossia quello per il quale vanno dimensionate le linee di scarico quello dell edificio centrale Qui fra la valvola di regolazione ed il pelo libero del liquido nel serbatoio ci sono nel caso peggiore circa 3 3 m 9 m per un totale di 12 m circa Il serbatoio di stoccaggio dovr lavorare ad una
19. pressione interna massima di 0 5 bar g In questa configurazione la pressione dell azoto liquido a monte della valvola di regolazione risulta essere p Pbattente idraulico F P serbatoio a dP inea di trasferimento 1280 0 5 10 n 0 1 10 1 3 bar 8 L espansione all interno della valvola di regolazione pu con buona approssimazione essere considerato al pari di una laminazione isoentalpica Per le velocit del liquido in gioco che sono dell ordine del 0 01 m s il contributo della velocit nel computo dell entalpia pu essere trascurato L effetto della riduzione della pressione da 1 3 bar g a 0 1 bar g all interno della trappola comporta la formazione di una miscela con un titolo pari a 0 07 ossia il 7 della massa di gas generata Relazione Tecnica N TE IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 La portata nominale di circa 1 6 g s che comporta la formazione di 0 12 g s di gas pari a 0 080 m3 h di gas Tale portata decisamente inferiore ai 4 5 m3 h di gas generati per evaporazione dal bagno di azoto liquido all interno della trappola di conseguenza si pu ritenere che l impatto di questo fenomeno sia trascurabile I condotti di scarico del gas all interno della trappola criogenica dovranno essere dimensionati per queste condizioni operative Funzionamento nominale 4 5 m3 h di gas a 196 C Raffreddamento 500 Nm3 h di gas
20. s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Nel presente capitolo sono riassunte le principali nozioni di sicurezza nell uso e manipolazione di fluidi criogenici 9 1 Generalit Le precauzioni di carattere generale sono legate alle caratteristiche comuni a tutti i gas criogenici liquefatti Temperature estremamente basse Sviluppo per evaporazione di grandi volumi di gas a partire da piccole quantit di liquido Tendenza all accumulo dei vapori freddi negli strati pi bassi dell ambiente I pericoli pi comuni sono 9 2 9 3 L esposizione della pelle a temperature molto basse pu provocare danni simili ad ustioni Un esposizione prolungata provoca congelamenti L inalazione dei vapori a bassa temperatura pu danneggiare i polmoni Liquidi e vapori criogenici possono produrre lesioni oculari A contatto con superfici molto fredde la cute pu aderirvi saldamente per effetto del congelamento delle tracce d umidit e lacerarsi quando si tenta di staccarla Concentrazioni eccessive riducono la percentuale d ossigeno nell ambiente creando pericolo d asfissia Concentrazioni eccessive d ossigeno aumentano il pericolo d incendio anche di sostanze che in aria bruciano con relativa difficolt Precauzioni generali Indossare indumenti protettivi adatti alle basse temperature Proteggere gli occhi con una visiera o con occhiali aventi ripari laterali Portare sempre
21. sistema quello atmosferico Questo sistema non richiede alcun apporto di energia primaria per fornire calore al gas da vaporizzare in quanto sfrutta la convezione naturale con l aria ambiente Purtroppo per i vaporizzatori atmosferici non sono in grado di garantire un funzionamento continuo in quanto necessitano ogni 8 10 ore di funzionamento di un arresto per lo sbrinamento dei tubi alettati Vista l esigenza della trappola si deve quindi ricorrere ad un sistema formato da n 2 scambiatori di calore atmosferici in parallelo muniti di un sistema automatico di controllo in grado di commutare da una unit all altra in funzione dello stato di brinatura dei tubi Il sistema dovr essere formato da e N 2 vaporizzatori atmosferici da 415 Nm3 h di portata di azoto vaporizzato e N 1 valvola criogenica di commutazione a tre vie a comando pneumatico da montare all ingresso del sistema Relazione Tecnica ira Di di ZA CULOS IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 e N 1 sistema automatico di controllo che operi la commutazione da un unit all altra sulla base di una temporizzazione e o di un segnale di temperatura del gas in uscita Per maggiori dettagli sullo schema dell impianto si faccia riferimento al documento allegato CT0893 PI 2 5 4 1 1 Vaporizzatori atmosferici I vaporizzatori dovranno essere realizzati secondo le vigenti normative PED
22. temperatura della trappola in circa 22 ore Pel riscaldatore KW 10 Il sistema di vaporizzazione del gas dovr essere posizionato quanto pi vicino possibile al serbatoio di stoccaggio del liquido Nel caso delle trappole installate nell edificio centrale si potr sfruttare per ridurre l investimento un unico sistema di vaporizzazione del gas Le due trappole verranno riscaldate una dopo l altra sfruttando il fatto che le portate e le potenze necessarie al mantenimento per 4 giorni della temperatura della trappola a 50 C sono notevolmente inferiori a quelle necessarie al transitorio Stimando le dissipazioni di calore della trappola a 50 C al valore di circa 1 kW risulta sufficiente una portata di 50 Nm3 h di azoto gassoso a 60 C per il mantenimento della temperatura I sistemi di surriscaldamento al contrario andranno installati il pi vicino possibile alle trappole onde limitare al minimo le dispersioni di calore lungo le tubazioni e limitare l esigenza di coibentazione I consumi di azoto liquido stimati per il completamento delle operazioni di bonifica sono di seguito riassunti Consumo LN2 per riscaldamento a 50 C 3 800 di liquido Consumo LN2 per mantenimento a 50 C 1 870 I giorno Consumo LN2 per riscaldamento a 150 C 5 800 Consumo LN2 per mantenimento a 150 C 1 870 I giorno 5 4 1 Sistema di vaporizzazione in continuo Il sistema di vaporizzazione ottimale dato l uso sporadico che previsto per il
23. 0217 Coibentazione Lana di roccia o simile densit 65 kg m3 Spessore min coibentazione 80mm Perdita di carico massima 20 mbar A valle della linea di scarico dell azoto dovr essere installato uno scambiatore di calore atmosferico per esempio formato da tubi alettati in alluminio o rame ed avente una superficie di scambio di almeno 4 m2 La funzione di questo scambiatore sar di riscaldare o almeno in parte raffreddare a seconda della fase operativa in corso il flusso di gas in uscita fino a temperature prossime alla temperatura ambiente per motivi di sicurezza Relazione Tecnica E DI di N TE IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Lo scarico dello scambiatore atmosferico dovr infine essere munito di una valvola di non ritorno onde evitare l ingresso di umidit nel condotto che pregiudicherebbe il corretto funzionamento a basse temperature Nel funzionamento delle trappole in modalit baking data l elevata portata di gas in uscita le superfici dello scambiatore potrebbero raggiungere temperature elevate Anche la temperatura del gas in uscita sar comunque superiore ai 50 C Risulta quindi opportuno confinare la zona di scarico all atmosfera dell azoto per motivi di sicurezza Infine sulla linea di scarico dell evaporato dovr essere installato un dispositivo di scurezza per il rilevamento di liquido Tale dispositivo dovr segnalar
24. GN2 CALDO PER RIGENERAZIONE TRAPPOLE 18 5 4 1 Sistema di vaporizzazione in continuo 19 5 4 2 Sistema di surriscaldamento 21 5 5 LINEA DI SCARICO GN2 EVAPORATO 21 6 CONSUMI ED INVENTARIO DI LN2 22 7 INTERFACCIA CON IL SISTEMA DI CONTROLLO 23 7 1 Segnali di controllo 23 7 2 Segnali di notifica 23 7 3 Segnali di allarme 23 8 ASPETTI NORMATIVI 24 9 SICUREZZA 24 9 1 Generalit 25 9 2 Precauzioni generali 25 9 3 Primo soccorso 25 9 4 Scheda tecnica dell azoto 26 10 IMPATTO ECONOMICO 28 10 1 Linee di distribuzione liquido 28 10 2 Consumo di azoto liquido 28 10 3 Serbatoi di stoccaggio 28 10 4 Alternative 30 11 CONCLUSIONI 30 12 ALLEGATI 31 n Relazione Tecnica Dia a i SN ELA IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 01 Fax 011 9195885 1 INTRODUZIONE AI fine di garantire lo sfruttamento scientifico a lungo termine dell antenna interferometrica VIRGO per la rilevazione di onde gravitazionali nonch per promuovere la collaborazione europea in questo campo in evoluzione le organizzazioni fondatrici di VIRGO CNRS per la Francia e l INFN per l Italia hanno creato un consorzio chiamato EGO European Gravitational Observatory EGO European Gravitational Observatory si trova nella campagna vicino a Pisa nel Comune di Cascina VIRGO un interferometro lungo 3 km costruito nel quadro di una collaborazione franco italiana Ad oggi questa collaborazione coi
25. V DN I I I I I Va I lt 17 aa eci TIE i iodio sana O E oi ii ri ia i I I I I ci I NI I I I I dI I I I I un I K I I I I I 49 a I I I i no I IN I I I I il I 51 I I o L 5 I I I I I I MN I o T I I 1 YU o T T 1 I I NI I I I 1 I 1 EEE ECN E eS A A REE um A Ae b ballare A A A N I I I I I I I I I IN I I I pu I ma emi DI I I I I De o I I VI I I I I I I I I e di i i i UV o i I No ol d I i i U w I I I I o oi I I I I I I I I I I I I 5 I I I I o n 5 I I I XL I I IX I l I I l A RERE iii A rici AAA A A Uv mm O 22 227 ES A a DO a I I DI I I I Lai j i I I I I 99 I I I I a I I I I I wii N 1 ol I I E I I I Na I I N I I VI 3 I N I I aai O a l I I I xl I IN I I VI 9 00 I I I I I DUO x I I I I Me I I I I iI Li I I I I o Lt L I SU I I I IN 1 I I I am Qui ASAS AAA sie presa Ho v o a vasaio a A gie rane iii peas oo N NR I I NI I 5 E TU TU N I I aL I I I I I I I I Cc I I n I ej Cc I I PS I I I I I I I 1 O I 501 I I I S I 3 CO 5 I I I L I I I I DA I 1 bai I I I I sa I I I IO I I I I I I 1 Y ci I t I I Son S I I I I SL I I I I di N o EE RSS EE AE EA Me o 0 o degl I I j I Leni LU o I I I Y o o I 49 I I I I ER fio E I a di cli I I I N O q I IN U O Io A I I I LI vO o I I di i q N o U 2 U Y ERAS ES PESA PODEROSA Q DE I 5 i i bet 5 i 1 I I I I lt I I vd I I I I U vd I I A i hu
26. ar Il valore di tenuta del vuoto misurato mediante spettrometro di massa ad elio con la tecnica del vuoto sacco di elio deve essere migliore di 1 10 mbar l s La portata di ciascuna linea a servizio di una trappola come verr dettagliatamente descritto al paragrafo 6 di circa 8 h 5 2 1 Percorso delle linee ed installazione Per tutte e 4 le trappole le linee verranno portate dal relativo serbatoio fino alla sommit della volta del tunnel e da qui entreranno nel tunnel stesso attraversando la copertura Il passante per l attraversamento della copertura dovr essere adeguatamente ricavato nella struttura senza danneggiare il supporto Altres dovr essere accuratamente impermeabilizzato onde evitare l ingresso di acqua dall esterno A tal fine si dovranno utilizzare sistemi passa parete adatti alla dimensione dei condotti utilizzati e tali da garantire una corretta impermeabilizzazione A titolo informativo si faccia riferimento al documento in allegato per maggiori informazioni sul tipo di dispositivo da utilizzare Una volta dentro il tunnel la linea dovr correre parallelamente al tubo da vuoto Andr staffata al soffitto o al pavimento ove possibile e dovr avere una pendenza minima dello 0 2 in salita verso il serbatoio nel tratto a monte della valvola di regolazione una pendenza minima del 2 in salita verso la trappola nel tratto a valle della valvola di regolazione Questo al fine di agevolare il deflusso di gas
27. del prodotto ventilare la zona MANIPOLAZIONE E STOCCAGGIO Evitare il rischio di acqua nel contenitore Non permettere il riflusso del gas nel contenitore Utilizzare solo apparecchiature specifiche adatte per il prodotto la pressione e la temperatura di impiego In caso di dubbi contattare il fornitore del gas Far riferimento alle istruzioni del fornitore per la manipolazione del contenitore Mantenere il contenitore sotto i 502 C in zona ben ventilata CONTROLLO DELL ESPOSIZIONE PROTEZIONE INDIVIDUALE Protezione personale assicurare una adeguata ventilazione Proteggere gli occhi il viso e la pelle da spruzzi di liquido PROPRIETA FISICHE E CHIMICHE Peso molecolare 28 Punto di fusione 210 C Punto di ebollizione 196 C Temperatura critica 147 C Densit relativa gas aria 1 0 8 Tensione di vapore a 20 C non applicabile Solubilit in CQUA MG L 20 Aspetto liquido incolore Odore non avvertibile dall odore Altri dati Gas vapore pi pesante dell aria Pu accumularsi in spazi chiusi particolarmente a livello del suolo o al di sotto di esso STABILITA E REATTIVITA Stabile in condizioni normali Fughe di liquido possono causare l infragilimento delle strutture INFORMAZIONI TOSSICOLOGICHE Generali Nessun effetto tossicologico conosciuto INFORMAZIONI ECOLOGICHE Generali pu provocare danni alla vegetazione a causa della bassa temperatura CONSIDERAZIONI SULLO SMALTIMENTO Generali
28. di erogazione 1 5 bar g Volume geometrico trappola 200 Potenza termica entrante 300 W Numero totale di trappole 4 Vita stimata 10 anni 3 REQUISITI DEL SISTEMA DI DISTRIBUZIONE Il sistema di stoccaggio ed alimentazione dell azoto liquido per le 4 trappole criogeniche deve avere le seguenti caratteristiche principali e essere sicuro ed affidabile e garantire un limitato consumo di prodotto e garantire una riserva di liquido sufficiente ad un funzionamento senza rischio di interruzioni e avere un impatto sull operabilita dell interferometro per es vibrazioni ridotto al minimo e prevedere un sistema di convogliamento del gas esausto proveniente dalla trappola e prevedere un sistema di vaporizzazione e surriscaldamento del gas per le operazioni di bonifica delle trappole 4 DATI RELATIVI AL SITO Le apparecchiature serbatoi vaporizzatori ecc che andranno installate a servizio delle trappole criogeniche devono essere calcolate per quanto riguarda le azioni risultanti da carichi di vento e sisma in accordo al DM 14 01 2008 4 1 CARICHI RELATIVI AL VENTO I parametri relativi alla regione per quanto riguarda le azioni del vento sono i seguenti ao 500m altitudine s l m Vb 27 m s valore caratteristico velocit del vento della regione in esame ka 0 02 1 s as 5m altitudine s l m del sito di installazione I parametri relativi alla morfologia del sito Classe rugosit suolo D Categoria di esposizione II k 0
29. di un dispositivo di sfogo del gas di ebollizione In pratica nel punto pi alto della linea dovr essere previsto un separatore di fase criogenico il quale dovr avere le seguenti caratteristiche principali e Materiale X2CrNi 18 9 1 4307 e T di progetto 196 C e pdi progetto 5 bar Relazione Tecnica ia Di di N TE IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 e Pressione di esercizio inferiore a 0 5 bar g e Capienza geometrica minima circa 10 e Altezza totale inferiore a 1500 mm e Attacchi IN OUT a baionetta di tipo Johnston M F Il dispositivo dovr avere integrato un sistema di monitoraggio e controllo del livello di liquido per il mantenimento di un valore costante Il controllo del dispositivo dovr essere locale e monitorabile da remoto Dovr essere costituito almeno da Sensore di livello mediante misura di delta p o analoga Convertitore elettronico di segnale Uscita On Off su morsettiera utilizzabile per il comando di elettrovalvole Un sensore di sicurezza di troppo pieno a riarmo manuale Il segnale dello stato del separatore di fase ed il livello di liquido dovranno essere remotizzati ed integrati al sistema di controllo delle trappole criogeniche AI sistema di controllo della trappola dovranno pervenire i seguenti segnali e Valvola di riempimento separatore di fase e Livello LN2 nel separatore di fase 5 2 3 D
30. e l eventuale fuoriuscita di liquido dalla trappola criogenica attraverso la linea di scarico gas indice di un malfunzionamento del sistema A tale segnale il sistema di gestione e controllo delle trappole criogeniche dovr interrompere l erogazione di azoto chiudendo la valvola di radice del serbatoio di stoccaggio 6 CONSUMI ED INVENTARIO DI LN2 Al fine di ridurre l impatto dei rifornimenti di LN2 sull attivit sperimentale dell interferometro lo stoccaggio di azoto liquido deve essere tale da garantire un autonomia la pi lunga possibile per ciascuna trappola e comunque non inferiore ai 30 gg I consumi di ciascuna trappola sono dati da e il consumo della trappola stessa a causa degli ingressi di calore dall esterno della trappola irraggiamento dalle pareti calde del tubo da vuoto conduzione attraverso i supporti e conduzione attraverso le interfacce con l esterno della trappola e inventario di azoto liquido necessario alla messa a freddo ed al riempimento della trappola e il consumo proprio autoconsumo delle linee di trasferimento dal serbatoio alla trappola e il consumo proprio autoconsumo del serbatoio di stoccaggio In condizioni di funzionamento nominale i consumi operativi di ciascuna trappola sono stimati come segue Pressione di erogazione LN2 1 5 barg Calore latente LN2 194 2 kJ kg Densit liquido saturo 790 25 kg m3 Densit vapore saturo 6 64 kg m3 Potenza termica entrante 300 W Massa fredda trappola 495
31. enti riportato in Figura 7 Relazione Tecnica a a di di RUOTE IMPIANTI sr Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Utilizzo Riempimento Presa dewar C Ec VP Riduttore di BP Regolatore di Figura 7 P amp ID tipico serbatoio di stoccaggio LN2 5 1 5 Allestimento piazzola La piazzola destinata ad alloggiare i serbatoi di stoccaggio nonch gli scambiatori di calore atmosferici per la produzione di gas deve essere approntata per sopportare i carichi sviluppati dal recipiente derivanti dalle azioni di vento e sisma come descritto in precedenza La piazzola dovr essere inoltre equipaggiata con un alimentazione elettrica con presa 380 V 100 A per l alimentazione della pompa di travaso dell autocisterna 5 1 6 Strategia dei rifornimenti Per ridurre al minimo l impatto sulle attivit sperimentali dell interferometro necessario che le operazioni di riempimento dei serbatoi siano il pi rade possibile Un intervallo temporale ragionevole fra una ricarica e l altra di circa 1 mese Questo consente di contenere la taglia dei serbatoi di stoccaggio da un lato mentre dall altro consente di sfruttare i fermi impianto per la manutenzione settimanale operando cos nei tempi morti dell esperimento Per maggior sicurezza la ta
32. glia dei serbatoi stata stimata su un periodo di 35 giorni ossia 5 settimane al fine di garantire una ulteriore autonomia di almeno una settimana in caso di ritardi del rifornimento che impediscano il corretto rabbocco di uno o pi serbatoi nei tempi previsti Relazione Tecnica i e pi al N ELOTE IMPIANTI sr Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Altro aspetto importante da tenere in considerazione sono i tempi necessari al rifornimento Attualmente la manutenzione programmata dell impianto di 4 5 ore la settimana Le operazioni di rabbocco vanno condotte all interno di questa finestra oraria 5 1 6 1 Serbatoi siti Nord e Ovest Litri da riempire 10 000 Lunghezza max cisterna 18m Peso massimo cisterna 45 t Tempo di percorrenza A R 15 x 2 Tempo rifornimento 30 a serbatoio freddo 5 1 6 2 Serbatoio edificio centrale Litri da riempire 20 000 Lunghezza max cisterna 18m Peso massimo cisterna 45 t Tempo di percorrenza A R 5x2 Tempo rifornimento 45 a serbatoio freddo 5 2 LINEE DI TRASFERIMENTO AZOTO LIQUIDO AI fine di ridurre la formazione di azoto gassoso per evaporazione del liquido lungo la linea di trasferimento dal serbatoio di stoccaggio alla trappola criogenica la tipologia di linea di trasferimento dovr essere super isolata con intercapedine sotto vuoto Il vuoto dell intercapedine dovr essere a caldo dell ordine di 104 mb
33. gnali di notifica 7 1 Segnali di controllo Sono i segnali di comando che devono essere lanciati dal sistema di controllo per operare i rispettivi componenti del sistema di distribuzione Azione Cond operativa Componente Comando di apertura valvola automatica Funz nominale YY101 YY201 YY301 YY401 di radice del serbatoio Comando di chiusura valvola automatica Funz nominale YY101 YY201 YY301 YY401 di radice del serbatoio Allarme Segnale azionamento valvola di controllo Funz nominale YV102 YV202 YV302 YV402 7 2 Segnali di notifica Sono i segnali che notificano lo stato di un componente del sistema di distribuzione azoto e sono acquisiti dal sistema di controllo a titolo informativo al fine di mantenere sotto controllo lo stato del sistema nel corso di ogni fase Azione Cond operativa Componente Indicazione livello separatore di fase Funz nominale LT101 LT201 LT 301 LT 401 Posizione valvola di radice separatore di Funz nominale ZSL103 ZSL 203 ZSL 303 fase ZSL 403 Livello serbatoi di azoto liquido Funz nominale Serbatoi 7 3 Segnali di allarme Si tratta dei segnali generati dal sistema di distribuzione di azoto liquido che derivano da una condizione di funzionamento fuori dai parametri operativi nominali e richiedono l intervento del sistema di controllo O i Relazione Tecnica PAG 24 DI 31 RIVE IMPIANTI s rl Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO
34. iametro delle linee di alimentazione Il flusso di LN2 lungo le linee deve essere il pi possibile stratificato al fine di consentire una buona separazione fra la fase liquida e quella gassosa A tal fine sono stati condotti dei calcoli per verificare in funzione della portata di liquido stimata si veda il paragrafo 6 ed in funzione delle caratteristiche delle linee super isolate sotto vuoto il regime di efflusso risultante al variare del diametro dei tubi In Tabella 2 sono riportati i risultati di questa analisi K Flusso DN20 1 50E 07 15 1 Stratificato DN15 2 80E 07 17 13 Stratificato 4 40E 07 14 5 Stratificato 2 80E 07 18 Stratificato Tabella 2 Analisi del regime di deflusso secondo il modello Taitler Dukler Rif Boiling condensation and Gas Liquid Flow P B Whalley Dal punto di vista delle perdite di carico delle condotte l interesse quello di mantenerle ad un valore ragionevolmente basso Come risulta dai grafici in Figura 8 e Figura 9 le perdite di carico a fronte delle lunghezze stimate e per le portate in gioco sono fra loro comparabili al variare del diametro della linea s og 2 0 Ls 67 88 Lo ze 3 y qero TA oD 1 A I I l 1 l l l I I I I I I I I I I I I i ce I I I o 9 cer gk Ag i I I I I I I I I Sb ZZ I N Z CAZ NI i i i ile cr 00 l I I ch AQA K I I I I l I I I I I I 5
35. in ingresso azoto liquido In uscita impianto sulla linea del gas dovr essere montato un sensore di temperatura di sicurezza Al di sotto di una certa soglia opportunamente impostata il sistema dovr comunque commutare vaporizzatore forzando il sistema di temporizzazione al fine di garantire il funzionamento in continuo necessario In un secondo tempo per realizzare un upgrade dell impianto di vaporizzazione si potrebbero dotare gli scambiatori atmosferici di ventilatori ad aria forzata montati sulla testa degli scambiatori per migliorare ulteriormente il coefficiente di scambio termico con l ambiente Si consiglia per facilit di impiego di concentrare il quadro elettrico di alimentazione e controllo delle unit di vaporizzazione atmosferiche e quello di alimentazione dei surriscaldatori Relazione Tecnica A TS IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 in un unico quadro di controllo che consenta di avere tutti i parametri principali di funzionamento a disposizione dell operatore 5 4 2 Sistema di surriscaldamento Il sistema data la sporadicit di intervento e l intensit di potenza necessaria dovr essere di tipo elettrico a resistenze corazzate in AISI 316 Ti Il riscaldatore dovr essere calcolato per surriscaldare il gas dalla temperatura di 10 C a circa 60 C nel caso di riscaldo e 170 C nel caso di baking della trappola cri
36. inea di scarico del gas evaporato dalla trappola dovr essere coibentata nel tratto all interno del tunnel e dovr terminare con un riscaldatore atmosferico prima dello scarico in aria del gas prodotto Per la rigenerazione delle trappole necessario predisporre un sistema di vaporizzazione dell azoto liquido seguito da un surriscaldatore elettrico da installare in prossimit della trappola Il sistema di gestione e controllo delle trappole criogeniche dovr interfacciarsi alla strumentazione fornita a corredo del sistema di distribuzione e dovr controllarne il funzionamento onde evitare la duplicazione di sistemi di controllo che risulterebbero anti economici e complicati da gestire ALLEGATI CT0893 GD R00 schema tipico alimentazione trappole criogeniche CT0893 PI R00 P amp ID impianto distribuzione LN2 CT0893 C01_R00 schema tipico piazzola serbatoio di stoccaggio LN2 CT0893 PI 1 R00 P amp ID serbatoio stoccaggio azoto liquido CT0893 PI 2 R00 P amp ID sistema di vaporizzazione e riscaldo azoto gassoso CT0893 A01 R00 lay out linea di distribuzione azoto liquido zona torri Nord ed Ovest CT0893 A02 R00 lay out linea di distribuzione azoto liquido zona edificio centrale Scheda tecnica sistemi passa parete a tenuta stagna per tubazioni commerciali rif doc fpfi Schema tipico valvola di regolazione criogenica super isolata sotto vuoto rif doc 273042 SNCG Pieghevole illustrativo serbatoi criogenici isolati
37. istema con l ottimo di funzionamento pi orientato alla fase di riscaldo Riassumendo i dati della massa fredda della trappola criogenica sono i seguenti Materiale Alluminio Massa 495 kg Cp 896 J kg C Temperatura N2 gas 10 C Riscaldo Supponendo di scaldare la trappola ad una temperatura soft di 50 C utilizzando un gas alla temperatura pi Tin gas C 60 0 bassa possibile possibile dimensionare il sistema di T trappola C 50 0 riscaldo Dimensionando l impianto per una durata del transitorio di Transitorio di riscaldo h 6 riscaldamento di circa 6 ore data la temperatura di m Nm h 415 trattamento della trappola e la temperatura del gas caldo in ingresso risulta una portata di gas da vaporizzare e Pel riscaldatore kW 10 surriscaldare di circa 415 Nm3 h ed una potenza del riscaldatore elettrico di circa 10 kW Relazione Tecnica ZA CULOS IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Mantenendo la stessa taglia di riscaldatore elettrico e considerando le condizioni operative di baking risultano i seguenti dati di dimensionamento Baking Tin gas C 170 0 T trappola C 150 0 Imposta la potenza del riscaldatore elettrico ed il salto termico che deve compiere l azoto gassoso risulta fissata Transitorio di riscaldo h 22 la portata erogabile a queste condizioni Da questa stato m Nm h 170 stimato il tempo di messa in
38. kg Portata di reintegro 1 55 g s Portata LN2 ingresso 7 10 l h Portata GN2 uscita 4520 h Consumo LN2 per messa a freddo 640 Ore di funzionamento in continuo 24 h g x 35 g m 840h Inventario stoccaggio 5964 l ciclo di consumo netto 640 eventuale messa a freddo trappola 200 inventario liquido trappola Sulla base dei dati di consumo dei singoli componenti come descritto nei precedenti paragrafi l inventario di azoto necessario al funzionamento delle trappole il seguente Relazione Tecnica PAG 23 DI 31 RIVE IMPIANTI s rl Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Ed Centrale Torre Nord Torre Ovest L linea m 106 22 22 Autoconsumo linea l g 38 39 7 97 7 97 Consumo trappola l g 340 8 170 4 170 4 Taglia serbatoio 20000 10000 10000 Autoconsumo serbatoio l g 56 32 32 Periodo rifornimento gg 35 35 35 Consumo totale sul periodo I 15232 7363 7363 Consumo per messa a freddo I 1680 840 840 Totale inventario I 18592 9043 9043 Tabella 4 Inventario consumi azoto liquido 7 INTERFACCIA CON IL SISTEMA DI CONTROLLO Il sistema di controllo delle trappole criogeniche dovr gestire le linee di distribuzione dell azoto liquido ed interfacciarsi con i segnali da queste generati In particolare i segnali generati dai componenti del sistema di distribuzione di azoto si dividono in segnali di controllo e se
39. l contenitore in vuoto verr realizzato un serbatoio criogenico di geometria opportuna con un elevata superficie a bassa temperatura esposta lato vuoto dell interferometro Lo scopo della trappola quello di catturare per crio pompaggio le molecole di umidit presenti nelle torri ed impedire che migrino verso il tubo dell interferometro inquinandone il vuoto A fronte degli ingressi di calore dovuti all irraggiamento delle pareti calde del tubo parte dell azoto liquido contenuto all interno dei serbatoi evaporera Si rende quindi necessario il reintegro della quantit di azoto evaporata al fine di mantenere il livello della fase liquida all interno della trappola costante e di conseguenza di ottimizzare l efficienza della trappola stessa Il gas prodotto dall evaporazione del bagno di azoto dovr essere convogliato all esterno e rilasciato in atmosfera Il carico termico di ciascuna trappola sul serbatoio di azoto liquido interno stimata essere attorno ai 300 W Il numero totale di trappole installate sar di 4 unit L azoto liquido deve essere erogato alla trappola ad una pressione prossima a quella atmosferica ed alla temperatura di equilibrio del liquido alla pressione di erogazione TS IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 Fax 011 9195885 a Relazione Tecnica ER 2873 1 Caratteristiche di progetto delle trappole Fluido Azoto liquido Pressione
40. lamento automatica on off a comando pneumatico super isolata sotto vuoto Posizione normalmente chiusa e N 3 valvole criogeniche manuali super isolate sotto vuoto e N 4 valvole di sicurezza per sovrapressione Tutto il gruppo by pass dovr essere super isolato sotto vuoto al fine di ridurre i consumi di azoto liquido In caso di avaria dell impianto o di arresto di emergenza il sistema di controllo interromper l alimentazione dell elettrovalvola di eccitazione provocando la chiusura della valvola di isolamento ed interrompendo il flusso di azoto liquido alla trappola 5 2 2 3 Linee edificio centrale Le linee a servizio dell edificio centrale saranno installate ad una quota suolo inferiore a quella del serbatoio Il gas generato dall ebollizione naturale dell azoto liquido verr fatto defluire per gravit verso il serbatoio a monte della valvola di regolazione verso la trappola a valle della valvola di regolazione Per facilitare l efflusso le linee dovranno avere un inclinazione come riportato sullo schema di massima CT0893 GD RO0 foglio 1 5 2 2 4 Linee edificio torri ovest e nord Le linee a servizio degli edifici delle torri all estremit nord ed ovest dell impianto saranno installate alla stessa quota pavimento del serbatoio La via di accesso pi diretta alla trappola come gi scritto risulta essere passando per il culmine della volta della zona tunnel In questa configurazione la linea dovr essere munita
41. mento soffice asciutto e pulito evitare di provocare ristagni nella circolazione e mantenere il paziente al caldo e in riposo Non somministrare bevande alcoliche In caso di asfissia e Il personale che interviene in un ambiente con scarsit di ossigeno deve essere munito di autorespiratori o manichette d aria e L infortunato deve essere trasportato al pi presto in un ambiente ad atmosfera normale e Se vi arresto respiratorio occorre praticare la respirazione artificiale e chiamare immediatamente un medico 9 4 Scheda tecnica dell azoto IDENTIFICAZIONE DEL PRODOTTO E DELLA SOCIETA FORNITRICE Prodotto azoto liquido refrigerato Formula chimica N2 COMPOSIZIONE INFORMAZIONE SUGLI INGREDIENTI Sostanza preparato Sostanza Componente Impurezze Non contiene altri prodotti e o impurezze che influenzano la classificazione del prodotto n CAS 07727 37 9 n CEE 231 783 9 IDENTIFICAZIONE DEI PERICOLI In alta concentrazione pu provocare asfissia Gas liquefatto refrigerato Il contatto con il prodotto pu provocare lesioni causate dalla bassa temperatura MISURE DI PRIMO SOCCORSO Inalazione in alta concentrazione pu causare asfissi I sintomi possono includere perdita di mobilit e o conoscenza Le vittime possono non rendersi conto dell asfissia Spostare la vittima in zona non contaminata indossando l autorespiratore Mantenere il paziente disteso e al caldo Chiamare un medico Procedere alla re
42. nvolge 17 laboratori con oltre 190 scienziati in Francia Italia Paesi Bassi e Polonia Nell ambito di un programma di sviluppo delle infrastrutture e delle apparecchiature dell interferometro si sta lavorando al progetto di un sistema di trappole criogeniche da installare alle 4 estremit dei tubi a vuoto della macchina al fine di creare una barriera ai vapori d acqua ed all umidit presente nelle aree a pi frequente accesso e garantire un elevato grado di vuoto nei tubi dell interferometro Questo sistema di trappole criogeniche al momento in fase di progettazione Per il suo corretto funzionamento richieder la disponibilit di notevoli quantit di azoto liquido per raffreddare le superfici dedicate alla cattura degli inquinanti nell interfaccia fra le zone delle ottiche e quelle del tubo Scopo di questo documento quello di valutare la fattibilit e di realizzare lo studio preliminare di un sistema di stoccaggio e distribuzione di azoto liquido ad alta efficienza e basso impatto per le attivit sperimentali della macchina 2 DESCRIZIONE DEL SISTEMA DI TRAPPOLE CRIOGENICHE All estremit di ciascun ramo dell interferometro verr installata una trappola criogenica studiata sullo stesso principio del prototipo attualmente esistente ed in uso presso il laboratorio di Cascina La trappola sar costituita da un involucro a tenuta di vuoto da inserire fra la zona delle torri ed il tubo dell interferometro All interno de
43. o abituale in uso nell industria Comprende oltre al noleggio dei serbatoi il contratto di manutenzione e monitoraggio remoto dei serbatoi da parte del fornitore Stando ai prezzi che risultano da una prima indagine di mercato condotta contattando un fornitore di azoto liquido risulta un costo mensile pari a circa 10 500 per questo tipo di contratto Relazione Tecnica sa Si E IMPIANTI s r PAG 29 DI 31 Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 Fax 011 9195885 ER 2873 1 01 Il terzo scenario preso in esame contempla l acquisto da parte del consorzio di serbatoi di stoccaggio criogenici realizzati con tecnologia standard di isolamento La differenza di auto consumo di LN2 illustrata al paragrafo 5 1 3 Standard Super Isolato 10 000 I 32 450 46 000 20 000 I 46 200 75 000 Tabella 7 Prospetto stima dei costi di serbatoi criogenici per tipologia Nell ipotesi di acquisto del serbatoio da parte dell esperimento occorre inoltre considerare i costi di manutenzione degli stessi ad opera di personale qualificato Tale figura pu essere inserita dall esterno o ricavata dalle figure esistenti sul sito e specializzata mediante formazione Il carico di lavoro per manutenzione dei serbatoi e delle linee di distribuzione stimato in una settimana al mese di lavoro per tutta la vita prevista per l impianto Fatte queste premesse e considerando d ora in p
44. ogenica Il surriscaldatore dovr avere le seguenti caratteristiche principali Materiali X2CrNi 18 9 1 4307 secondo EN10217 Pressione di progetto 16 bar g Pressione di esercizio 1 5 bar g Perdita di carico lt 0 1 bar Potenza installata gt 10 kW Portata massima 415 Nm3 h Portata minima 50 Nm3 h Regolazione continua in automatico Sicurezze termostato di controllo resistenze per surriscaldamento flussostato di controllo del flusso Il sistema dovr essere dotato di attacchi flangiati e dotato di contro flange guarnizioni e relativa bulloneria Le tubazioni dovranno essere pulite sgrassate e sigillate per il trasporto onde evitare danni e sporcamenti accidentali dovuti alla movimentazione 5 5 LINEA DI SCARICO GN2 EVAPORATO Il gas prodotto dall evaporazione dell azoto liquido all interno delle trappole criogeniche dovr essere convogliato verso l esterno degli edifici mediante opportune condotte coibentate Si stima una portata di gas di evaporazione di circa 4 5 Nm3 h Attraverso questa linea dovr essere scaricato all atmosfera anche il gas utilizzato per il riscaldamento e bonifica delle trappole La portata necessaria a questo scopo stimata in 415 Nm3 h La linea di scarico andr quindi dimensionata per quest ultima condizione operativa Fluido Azoto gassoso Portata massima 415 Nm3 h Pressione progetto 0 5 bar g T progetto 196 150 C Diametro nominale DN80 Materiale X2CrNi 18 9 secondo EN1
45. oi solo l opzione noleggio e l opzione acquisto serbatoio standard si possono fare delle stime di costo complessive per il progetto Grafico comparativo costo opzioni Costo totale Migliaia 957 O Acquisto serbatoi 1 000 Noleggio serbatoi 900 800 700 600 500 419 482 400 300 200 223 100 223 Noleggio serbatoi Edificio centrale Edificio Nord Acquisto serbatoi Edificio Ovest Figura 10 Grafico comparativo dei costi stimati per le due opzioni esaminate noleggio delle attrezzature vs acquisto di serbatoi standard su una scala temporale di 10 anni Relazione Tecnica ia Di di le SE IMPIANTI s Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Dettaglio costi opzione acquisto Migliaia 450 400 350 300 I Costo manutenzione O Consumo LN2 O Costo vaporizzatori E Costo linee Costo serbatoi 250 Costo Edificio centrale Edificio Nord Edificio Ovest Figura 11 Grafico della ripartizione dei costi divisi per area delle infrastrutture e dei servizi necessari all esperimento su una scala temporale di 10 anni 10 4 Alternative stato valutato anche l impiego di soluzioni impiantistiche alternative per lo stoccaggio ed approvvigionamento dell azoto liquido alle trappole criogeniche In particolare stata valutata l o
46. onsumo azoto liquido Linea L m Qtot W m Qgiunto W g Q W dp tot mbar l h Ltot 10 anni T1_N 54 0 3 1 65 31 1 0 14 0 73 63805 T2_N 22 0 3 1 65 12 7 0 06 0 30 25995 TI_W 52 0 3 1 65 29 9 0 14 0 70 61442 T2_ W 22 0 3 1 65 12 7 0 06 0 30 25995 Totale 177236 I Tabella 3 Prospetto dei consumi di azoto liquido e delle perdite di carico per linee super isolate sotto vuoto al variare del diametro della linea Il consumo di azoto liquido stimato riferito ad un periodo di funzionamento dell impianto stimato in 10 anni Il compromesso ottimale fra riduzione del consumo e basse perdite di carico si ottiene con la linea DN15 Infatti a fronte di un auto consumo di azoto liquido basso presenta delle perdite di carico a regime trascurabili a tutto vantaggio dei transitori di raffreddamento dell impianto 5 2 4 Condizioni di progetto delle linee di trasferimento Le condizioni di progetto delle linee DN15 1 2 dovranno essere almeno pari a quanto riportato con riferimento a linee super isolate sotto vuoto standard Relazione Tecnica Die dr Sr Ai TE IMPIANTI sini Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Tubo interno 0 21 3x1 65 mm ASTM A312 Tp 304 Tubo esterno 60 3x1 5 mm AISI 304 Pressione progetto 16 bar Temperatura di progetto 196 C Pressione di esercizio 1 5bara Dispersione termica lineare 0 4 W m Peso lineare 3 7 kg
47. prodotto all interno del condotto lontano dalla valvola di regolazione Per maggiori dettagli si faccia riferimento allo schema a blocchi riportato in CT0893 GD R00 Relazione Tecnica ia pi di ZA CULOS IMPIANTI s r Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 5 2 2 Schema tipico linea di alimentazione Lo schema tipico della linea di alimentazione di ciascuna trappola criogenica riportato in CT0893 PI R00 5 2 2 1 Sistema di controllo linee alimentazione Ciascuna trappola criogenica sar dotata di un sistema di controllo dell alimentazione di azoto liquido I segnali di controllo dei dispositivi automatici installati sulle linee di alimentazione dovranno interfacciarsi a tale sistema di controllo In particolare il sistema di controllo delle trappole controller i seguenti dispositivi e Valvola di regolazione portata di LN2 e Valvola automatica di isolamento linea I dettagli sul tipo di segnali che questi dispositivi dovranno rendere disponibili saranno definiti successivamente nella fase di progettazione del sistema di controllo della trappola criogenica 5 2 2 2 Gruppo di by pass serbatoio L allacciamento delle linee al serbatoio dovr essere fatto alla linea di prelievo di liquido prevista sul serbatoio e dotata di una valvola di radice manuale A valle di questa valvola andr previsto un gruppo di by pass formato da e N 1 valvola di iso
48. pzione di un refrigeratore da installare in prossimit di ciascuna trappola ed in grado di ricondensare l azoto liquido evaporato Questa soluzione permetterebbe di ridurre la taglia e quindi il costo dei serbatoi di stoccaggio e consentirebbe la drastica riduzione dei costi di approvvigionamento Il costo delle unit di ricondensazione si aggira come ordine di grandezza attorno ai 100 000 l una Il costo delle apparecchiature quindi paragonabile al costo stimato per i serbatoi La resa di produzione attorno agli 0 9 kW I di liquido prodotto Considerando il rateo di produzione orario ed stimando il costo del kWh elettrico attorno a 0 15 risulta che il costo della produzione di azoto liquido leggermente superiore al suo prezzo di mercato Fatte tutte queste considerazioni e considerando che le apparecchiature di ricondensazione sono macchine alternative con un livello di rumorosit attorno ai 60 70 dB A risulta poco conveniente percorrere questa strada per quanto riguarda l approvvigionamento dell azoto 11 CONCLUSIONI Il presente documento illustra i risultati della progettazione preliminare di un sistema di distribuzione di azoto liquido per l alimentazione delle trappole criogeniche del progetto VIRGO Lo studio ha vagliato le diverse soluzioni tecniche dal punto di vista dell ottimizzazione dei consumi e delle prestazioni delle linee RIME IMPIANTI sr Relazione Tecnica ila pi di ZA
49. spirazione artificiale in caso di arresto della respirazione Contatto con la pelle e con gli occhi lavare immediatamente gli occhi con acqua per almeno 15 minuti In caso di lesioni da bassa temperatura spruzzare con acqua per almeno 15 minuti Applicare una garza sterile Procurarsi assistenza medica Ingestione via di esposizione poco probabile MISURE ANTINCENDIO Pericoli specifici l esposizione alle fiamme pu causare la rottura o l esplosione del recipiente Non infiammabile Prodotti di combustione pericolosi Nessuno Mezzi di estinzione utilizzabili si possono usare tutti i mezzi estinguenti conosciuti Metodi specifici se possibile arrestare la fuoriuscita di prodotto Rimuovere il recipiente o raffreddarlo con acqua da posizione protetta Mezzi di protezione speciali Usare l aspiratore in spazi ristretti MISURE IN CASO DI FUORIUSCTE ACCIDENTALI DI PRODOTTO Prodotti individuali evacuare l area Usare indumenti protettivi Usare l autorespiratore per entrare nella zona interessata se non provato che l atmosfera sia respirabile Ag Hi Relazione Tecnica PAG 27 DI 31 RIVE IMPIANTI s rl Via F Parigi 32 A 10034 Chivasso TO Tel 011 9195200 ER 2873 1 Fax 011 9195885 Assicurare una adeguata ventilazione Protezioni per l ambiente tentare di arrestare la fuoriuscita Evitarne l ingresso in fognature scantinati scavi e zone dove l accumulo pu essere pericoloso Metodi di rimozione
50. vessels Transportable vacuum insulated vessels of not more than 1000 litres volume Part 3 Operational requirements UNI EN 1252 1del 31 05 00 Recipienti criogenici materiali UNI EN 287 del 30 11 93 qualifica saldatori UNI EN 288 del 30 11 93 qualifica procedimenti di saldatura UNI EN 473 del 31 07 93 personale per prove non distruttive Eurocodici Welding Research Council Bullettin 107 Marzo 1979 carico sui bocchelli fondi Welding Research Council Bullettin 297 Settembre 1987 carico sui bocchelli fasciame 9 SICUREZZA Le presenti indicazioni hanno esclusivamente carattere informativo e non sostituiscono le norme e le disposizioni emanate dagli organi istituzionali alle quali occorre in ogni caso fare riferimento per la loro validit di carattere generale La sicurezza nell uso di gas criogenici liquefatti dipende in larga misura dalla conoscenza delle loro propriet e dal rispetto di semplici precauzioni suggerite dal comune buon senso Il personale che dovr operare ed esercire le apparecchiature descritte nel presente documento dovr essere adeguatamente formato ed istruito circa i rischi derivanti dall impiego di sostanze criogeniche A tal fine si consiglia l organizzazione di un corso di addestramento per il personale coinvolto dal punto di vista della sicurezza e delle norme da seguire nell uso di tali apparecchiature e dispositivi SE Relazione Tecnica ie pi di ULIA A7 US IMPIANTI
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