Il corretto dimensionamento del tubo di QUENCH

Il corretto dimensionamento del tubo di QUENCH / Fact Sheet INAIL 2025

ID 24571 | 17.10.2025 / In allegato

Il tubo di quench è un dispositivo di sicurezza necessariamente presente in tutte le installazioni di apparecchiature a risonanza magnetica a superconduttore, ad esclusione di quelle a basso contenuto di elio, costituito da un camino di evacuazione la cui funzione è quella di garantire che un eventuale quenching avvenga in sicurezza. Un elemento garante del suo corretto funzionamento è il giusto dimensionamento.

Questa pubblicazione analizza, sulla base delle specifiche tecniche rilasciate dai costruttori dei tomografi, gli approcci da applicare per il corretto dimensionamento del tubo di quench, dedicando altresì un paragrafo alla cassa di espansione, elemento sempre più frequentemente asservito ad esso.

Le apparecchiature a risonanza magnetica (RM) con magnete superconduttore, a esclusione di quelle a basso contenuto di elio (BCE), hanno al loro interno una consistente quantità di elio liquido, la cui funzione criogenica è indispensabile all’effetto della superconduzione. L’elio è liquido a temperature inferiori a circa -268,9 °C, mentre al di sopra si trova in fase gassosa; un aumento di temperatura anche molto contenuto può determinare il passaggio di stato del criogeno da liquido a gassoso, determinando un incremento notevole della pressione all’interno del sistema, poiché ogni litro di elio in fase liquida sviluppa circa 750 litri di elio in fase gassosa.

Moderati aumenti di pressione vengono attenuati dalle valvole di boil-off, che consentono di abbassare la pressione facendo confluire una parte dell’elio gassoso in un circuito di liquefazione, per essere poi reintrodotto nel sistema.

Per evitare, invece, che elevati e repentini aumenti di pressione possano ingenerare scenari di rischio ben più gravi, le apparecchiature RM non BCE sono dotate di una valvola di sicurezza, costituita da un disco in grafite, chiamato burst disk, di spessore opportunamente dimensionato al fine di rompersi ad un determinato livello di pressione, permettendo il passaggio dell’elio gassoso in un camino di evacuazione chiamato tubo di quench.

Quest’ultimo consente di convogliare all’esterno il criogeno in sicurezza in una zona non accessibile al pubblico, rispettando altresì gli approcci di cautela raccomandati nelle Indicazioni Operative dell’Inail.

Il tubo di quench è un dispositivo di sicurezza che deve essere progettato per sopportare sia l’improvviso stress meccanico dovuto alla pressione esercitata dall’enorme volume di elio gassoso sprigionato durante un quenching, che lo shock termico dovuto alla bassissima temperatura del criogeno.

Gli elementi garanti della sua capacità di tenuta vengono indicati dalle specifiche tecniche rilasciate dal costruttore del tomografo, che definiscono solitamente:

- il materiale idoneo per la fabbricazione (il materiale tipicamente utilizzato è l’acciaio AISI 304 o l’acciaio AISI 316: si tratta, in entrambi i casi, di leghe di acciaio non ferromagnetiche, resistenti alla corrosione) e lo spessore minimo; la tipologia di connessioni ammesse fra i vari elementi che costituiscono il tubo (le connessioni tipiche sono la flangiatura e la saldatura/brasatura;
- eventuali altri sistemi devono garantire che la corretta prassi costruttiva adottata assicuri la tenuta nelle condizioni di esercizio in cui la tubazione viene sollecitata
- bassissime temperature e improvvisa spinta dinamica
- per un ciclo di vita utile, come previsto dalla Direttiva PED per questo tipo di attrezzature - non marcate CE - e collegate a impianti a pressione); l’ancoraggio che deve avere il tubo lungo il percorso: tutta la tubazione deve essere ben ancorata all’interno della gabbia di Faraday, in particolare nel primo tratto, ove è spesso presente una curva a 90°, che riceve la maggiore sollecitazione durante un quenching (l’ancoraggio deve altresì essere garantito al soffitto della gabbia, che a sua volta deve essere ben ancorata al soffitto della sala);
- il rapporto minimo fra il raggio di curvatura e il diametro; il corretto dimensionamento - in termini di diametro, lunghezza e tortuosità - capace di sopportare una massima caduta di pressione ammissibile predefinita.

La rispondenza alle specifiche costruttive, al progetto, ai materiali da utilizzare e al corretto dimensionamento, deve essere certificata dall’impresa installatrice attraverso la dichiarazione di conformità alla regola dell’arte rilasciata ai sensi del d.m. 37/08 e s.m.i. al termine dell’installazione.

Scopo di questa pubblicazione è evidenziare ai progettisti come applicare i tre diversi approcci indicati dai costruttori dei tomografi per un corretto dimensionamento del tubo. Sono altresì trattati i requisiti delle camere di espansione eventualmente installate per espellere con maggiore sicurezza il criogeno nei casi di quenching.

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Fonte: INAIL

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