magazine 30

Pubblicazione Semestrale - N. 30 - Dicembre 2006
Rivista semestrale n. 30
2° Semestre 2006
Direttore responsabile
Rinaldo Fiori
Fisica ed arte amalgamati da un fenomeno naturale
in cui la maestria compositiva supera l’insita fragilità ed
il senso dell’effimero derivante dall’instabilità ambientale.
Un grosso augurio per il nuovo anno!
SOMMARIO
La soluzione di problemi tecnologici e
le forniture di sistemi
pag. 3
Scambiatori di calore: tecnica ed evoluzione
pag. 10
Pubblicazione tecnica edita dalla:
20054 Nova Milanese (MI) - Via per Cinisello, 18
Telefono 0362 49 17.1 - Fax: 0362 49 17 307/8
Sito Internet: www.spiraxsarco.com/it - E-mail: [email protected]
Autorizzazione Tribunale di Milano N. 339 del 12-7-93
Impaginazione - VIP - Lomagna (LC)
Spedizione in abbonamento E-mail
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La soluzione di problemi tecnologici e
le forniture di sistemi
“trasformiamo i vantaggi in benefici a soddisfazione di un’esigenza”
“unità antiicing: un successo nella generazione di energia a mezzo turbogas”
“obiettivi societari a vantaggio dell’utenza”
Coordinamento impiantistico
Per l’inserimento delle varie
apparecchiature nel contesto di un
impianto industriale, assicurando
una giusta scelta ed una corretta utilizzazione, occorre conoscere a fondo non soltanto le caratteristiche
tecniche di prodotto, ma anche i
vantaggi derivanti ed i benefici
ricavabili in relazione con le esigenze della tecnologia produttiva specifica della lavorazione e del tipo
d’utenza.
Le caratteristiche, i dati tecnici insiti
in ogni prodotto, sono valori oggettivi, indipendenti dall’utenza e dall’applicazione che ne venga fatta.
Spesso purtroppo, il venditore
mediocre e l’azienda puramente
commerciale basano il loro operato soltanto su queste qualità.
Ogni caratteristica genera dei vantaggi e quindi delle possibilità di
impiego. In presenza di un
costruttore scrupoloso ed organizzato, un lettore attento e competente
può dedurre tali vantaggi dalla documentazione tecnica delle singole
apparecchiature, ma certamente
deve poi effettuare scelte personali
mettendo in relazione questi elementi con le esigenze tecnologiche del
processo, ideando e plasmando uno
schema d’impianto che sappia trasformare i vantaggi prodotti dalle
caratteristiche specifiche dei singoli componenti in benefici.
Ogni singolo vantaggio delle
apparecchiature infatti può trasformarsi in beneficio soltanto se
riesce a soddisfare un’esigenza
nota e specifica dell’utenza; in caso
contrario rimane esclusivamente
una possibilità non utilizzata, a volte una possibilità non richiesta od
un costo non ripagato od addirittura
non adeguatamente sfruttato e, anche peggio, se utilizzato malamente può generare problemi.
Ad esempio, uno scambiatore di
calore di tipo istantaneo ha la “caratteristica” di avere conformazione
e sezioni tali da generare alta velocità e turbolenza; ne consegue una
elevata resa termica unitaria e condizioni che impediscono o ritardano
lo sporcamento: qualità che costituiscono apprezzabili vantaggi.
Su un impianto a portata costante ed
a regime termico con variazioni lente
si ottiene il beneficio di utilizzare un
apparecchio di dimensioni contenute
e di costo limitato pur avendo una
perfetta regolarità di servizio.
Lo stesso scambiatore, inserito senza opportune precauzioni in un impianto di produzione di acqua sanitaria, caratterizzato da estrema
variabilità di portata e di richiesta termica, provocherebbe pendolazioni
inaccettabili di temperatura difficilmente eliminabili anche con sistemi
di regolazione sensibili ed avanzati.
Si può sicuramente affermare che
la scelta ottimale è possibile soltanto come risultato di una stretta collaborazione tra costruttore, profondo conoscitore delle singole
apparecchiature e l’utente o suo
consulente, ideatore del processo;
certamente la conoscenza dei vari
processi tecnologici da parte dei
tecnici del costruttore non guasterà
e renderà più facile il dialogo impedendo tra l’altro anche il nascere di
pericolosi malintesi.
Sicuramente, e non soltanto da oggi,
troppe organizzazioni di vendita, tentano di usare la molla del servizio per
facilitare la vendita del prodotto, ma
perché l’azione sia veritiera e
costruttiva occorre che siano sempre presenti i seguenti requisiti:
- i prodotti offerti devono essere
disponibili in continuità e non
improvvisati per l’occasione;
- all’interno della linea di apparecchi
devono essere disponibili valide
alternative; questo è garanzia che
la soluzione proposta non sia
commercialmente forzata, m a
frutto di una obiettiva scelta
tecnica e funzionale;
- le decisioni siano sufficientemente
guidate da esperienza nel particolare processo da realizzare.
Ciò verificato, il committente ha il
grande vantaggio di aver ridotto
drasticamente gli interlocutori sia dal
punto di vista tecnico che commerciale; soltanto così si giunge a reali
forniture coordinate di sistemi
impiantistici; coordinate dal punto di
vista prodotti, coordinate per la loro
installazione ed interdipendenza,
coordinate con il processo per evitare che la tecnologia sia stravolta e la
produzione ostacolata. Coordinata
l’impiantistica, la fluidodinamica con
la regolazione, la pneumatica di attuazione con l’elettrica di comando
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e l’elettronica di regolazione, di controllo e sicurezza.
Naturalmente va sottolineato il fatto che le aziende che hanno i prodotti e gli uomini per assicurare
forniture coordinate e sistemi, anche i più complessi, non devono
avere la pretesa di sostituirsi al
consulente.
I ruoli sono chiari e definiti.
Il consulente, esterno o dello staff tecnico del committente, resta il principale responsabile della impostazione
generale e particolareggiata del problema; il fornitore deve essere il fedele interprete individuando tutti i prodotti che, al minimo costo, riescano
a “realizzare” l’idea e coordinandoli in
modo da assolvere in modo funzionale e conveniente alle necessità per
cui l’impianto è previsto.
Se poi, in forza di questi stretti contatti, si ha anche un trasferimento
di esperienze, non può che essere
motivo di utilità per entrambe le parti;
incrementando l’una la propria professionalità, acquisendo l’altra idee
nuove per un costante miglioramento di prodotti e sistemi.
I sistemi e gli impianti spesso descritti in queste pagine sono un
Fig. 2 - Unità di rilancio e pompaggio per condense, idrocarburi, liquidi vari;
azionamento autonomo ed indipendente da fonti di energia elettrica; utilizzo
anche in aree pericolose e classificate
esempio della collaborazione attiva
dei nostri tecnici con lo staff tecnico dei nostri clienti o con l’organiz-
zazione dei loro consulenti.
Spirax Sarco infatti studia,
ingegnerizza e produce sistemi integrati che rappresentano soluzioni innovative, progettate per le specifiche necessità dei clienti nel
settore industriale dello scambio
termico, dei controlli automatici di
processo, del risparmio energetico
e dell’efficiente e razionale utilizzo dei fluidi vettori e di processo,
con particolare riferimento al vapore, all’acqua surriscaldata, agli
oli diatermici, e così via.
Fanno parte della lunga lista:
- Sistemi per la produzione e
pressurizzazione di acque calde
per il tessile, conciario, alimentare, tintorio ...
- Sistemi per il ricupero e la gestione del condensato;
- Stazioni di rilancio per liquidi in genere anche in ambienti classificati;
- Stazioni di riduzione della
pressione;
- Sistemi per la regolazione del
TDS delle caldaie vapore e la gestione del “blowdown” con unità
per il ricupero del vapore di “flash”
dedicate od integrate nella più
ampia filosofia dell’impianto vapore di processo;
Fig. 3 - Sistema di scambio termico multielemento (4 scambiatori di calore ad alta
efficienza) completo di unità di regolazione e logiche di sicurezza nonché di gruppi
automatici di pompaggio per il rinvio in centrale, a degasatore pressurizzato, delle
condense prodotte
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- Sistemi di regolazione e controllo
di processi industriali con tecnologia tradizionale, profibus e
fieldbus; moduli di calcolo per consumi, efficienza e rendimento, bilancio energetico, manutenzione
preventiva programmata;
- Unità di degasazione acque di re-
integro e condensato per alimentazione caldaie vapore;
- Unità di trattamento acque di alimento per generazione di vapore
pulito o puro;
- Sistemi per il trasferimento del
calore per l’alimentazione di processi e per il ricupero di calori
residui;
- Unità ingegnerizzate per il riscaldamento delle piscine;
- Unità per sistemi CIP;
- Unità antiicing a servizio di sistemi
turbogas per generazione energia.
Unità antiicing
Le unità antiicing possono essere un
esempio tipico del lavoro che viene
sviluppato su un problema specifico
di centrale per risolvere una necessità
del committente, automatizzando ed
ottimizzando contemporaneamente
parte del suo processo.
Nelle centrali di produzione per l’energia elettrica, per la compressione e
l’alimentazione dell’aria comburente al
gruppo di combustione del turbogas
si usano compressori a turbina che
presuppongono elevatissime velocità di attraversamento da parte del fluido trattato.
L’aria ambiente che entra nella turbina durante il funzionamento, in
corrispondenza della bocca d’aspirazione del compressore, subisce
un processo adiabatico: parte
dell’entalpia viene trasformata in
energia cinetica a causa dell’aumento di velocità. Come conseguenza,
la temperatura dell’aria subisce un
calo di circa 5-6°C.
Quando l’aria ambiente si trova prossima alla condizione di saturazione
ed a temperatura sufficientemente
Fig. 4 - Sistema di regolazione e controllo caldaie vapore, supervisione centrale
termica, calcoli di consumi, efficienza, rendimento, bilancio energetico, manutenzione preventiva programmata
Fig. 5 - Unità di preriscaldamento, degasazione e stoccaggio di acqua osmotizzata
per alimentazione generatori di vapore pulito e puro
Fig. 6 - Unità antiicing per l’alimentazione dei coils di condizionamento per l’aria
comburente nei sistemi di termogenerazione mediante turbogas
bassa (sotto i 7°C) è possibile
avere formazione di ghiaccio in
corrispondenza dell’ingresso del
compressore.
Questo processo, visto la velocità
di attraversamento, è molto pericoloso per l’integrità della turbina che
potrebbe esserne danneggiata in un
tempo estremamente breve.
E’ quindi assolutamente necessario
evitare l’ingresso di aria a temperatura inferiore ai 6°C.
Oltre al problema della formazione del
ghiaccio si deve anche evidenziare
che la variazione della temperatura
dell’aria all’ingresso della sezione di
combustione ha la capacità di influenzare sensibilmente i risultati
della combustione e l’intero rendimento del sistema di generazione.
E’ quindi prassi consolidata prevedere, prima della filtrazione e dell’ingresso in turbina, una sezione di
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preriscaldamento dell’aria a mezzo
batterie “coils” a cui si richiedono due
caratteristiche fondamentali:
1. uniformità di temperatura dell’aria
in tutta la superficie riscaldante
che, a causa delle elevate portate, risulta molto estesa e con notevoli difficoltà di bilanciamento,
2. estrema flessibilità dello scambio
termico perché le variazioni di
assorbimento possono essere rilevanti, fino a creare situazioni di
enorme sovradimensionamento
delle superfici di scambio termico, anche oltre il 1000%.
Viste le alte portate ed i carichi termici massimi in gioco, il problema
di scambio termico veniva in genere affrontato con l’uso del vapore a
bassa pressione quale fluido primario per il riscaldamento dei coils.
Si ottengono così ottimi risultati a pieno carico ed alle basse temperature
invernali, grazie alla alta flessibilità del
vapore ed alla proprietà di cedere calore a temperatura costante, ma si
hanno immediatamente seri problemi
appena ci si allontana dal regime
massimo perché la regolazione, necessaria al contenimento della temperatura, tende a mandare sotto vuoto lo spazio vapore, provocando
l’arresto dello scarico del condensato
e la conseguente probabilità di gelo
della parte inferiore dei coils.
Fluttuazioni e disuniformità delle
temperature dell’aria nei vari punti
della sezione trasversale delle batterie, mancanza del rispetto delle
condizioni di progettazione, possibilità di presenza di particelle di
Fig. 7 - Unità antiicing: particolare dello
scambiatore di calore verticale con tubi
corrugati ad alta efficienza; funzionamento a superficie variabile
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Fig. 8 - Unità antiicing: i sistemi di regolazione automatica e di sicurezza
ghiaccio nell’aria in arrivo alla girante della turbina di compressione con
conseguente danneggiamento delle
palettature, deviazione dai rendimenti ottimali: sono danni e sprechi
certamente non trascurabili.
Il sistema, ideato, progettato, costruito ed avviato da Spirax Sarco
su molteplici impianti, risolve sia i
problemi della continuità di funzionamento in qualsiasi condizione ambientale e di regime di generazione
che quello della precisione di
regolazione ed ottimizzazione dei
parametri che influenzano il rendimento del turbogas.
L’unità, perfettamente autonoma e
funzionante una volta allacciate le
connessioni di alimentazione e ritorno dei vari fluidi ed elettricamente
alimentata, è montata su skid e costituisce una soluzione package
provvista di scambiatore di calore
previsto per il riscaldamento a
mezzo vapore di acqua glicolata,
utilizzata a sua volta come fluido
primario a servizio dei coils di riscaldamento dell’aria.
L’aria, attraversando le batterie di
riscaldamento, viene così portata
e regolata ai valori di temperatura
richiesti, modulando con continuità la velocità della soluzione
glicolata in circolo e controllandone la temperatura.
Il sistema di regolazione, DCS, controllerà l’unità utilizzando ingressi ed
uscite analogiche e digitali affinché
il sistema possa operare in condizioni di efficienza e sicurezza.
Il software del DCS assicura un controllo automatico e continuo del sistema con logica dedicata al problema, permette di operare con minimo
intervento dell’operatore lungo tutto
l’arco del funzionamento, fermo che
il processo rimanga all’interno dei
parametri impostati.
Il sistema può essere arrestato per
alta temperatura dell’aria esterna e
l’hardware ed il software assicurano
che ciò avvenga in condizioni di si-
curezza. I principali componenti del
sistema sono:
- Scambiatore di calore: Unità a
tubi rettilinei corrugati ad elevata
efficienza SxS tipo BEM a piastre
tubiere fisse e con mantello dotato di giunto di espansione.
Costruzione interamente in acciaio
inossidabile con tubi saldati alle
piastre tubiere; disegno particolarmente studiato per il funzionamento a superficie variabile e
l’ottimizzazione dello scambio termico in funzione della variabilità
del carico: è possibile garantire un
funzionamento regolare fino ad un
minimo del 7% della potenza termica massima. Il lato tubi è
ispezionabile e scovolabile per le
normali operazioni di pulizia.
Primario vapore saturo, secondario soluzione di acqua e glicole.
- Circuito lato vapore: sono presenti le valvole di intercettazione
del fluido e la valvola automatica
di protezione di tipo normalmente
chiuso per gli interventi di emergenza sia in manuale che in modalità automatico su comando
della logica di protezione e di sicurezza. Seguono le valvole di
regolazione del vapore allo
scambiatore di tipo modulante ed
a rapido posizionamento, normalmente due, dotate di posizionatori
che lavorano in split range per assicurare flessibilità e precisione di
regolazione in contrapposizione
all’alta variabilità dei consumi.
Opportuna cura viene posta nel calcolo di dimensionamento del trim
con determinazione computerizzata del numero delle gabbie, del profilo richiesto e del presunto livello
sonoro allo scopo di evitare vibrazioni, fenomeni di instabilità ed
eventuali possibilità di prematura
erosione degli organi interni.
Non mancano gli accessori quali i
filtri di protezione, le valvole
rompivuoto, i manometri, trasmettitori di temperatura, ecc.
• Sistema di controllo della velocità delle pompe;
- Circuito lato condense: viene
prevista una valvola di regolazione
del livello provvista di posizionatore
e dotata di trim stellitato per assicurare assenza di erosione provocata da fenomeni evaporativi del
condensato e lunga vita della tenuta. Previsti anche il trasmettitore digitale per il livello, le valvole
ausiliarie di intercettazione, il trasmettitore di temperatura condense
ed il termostato per segnalazione
eventuale parametro fuori limite.
• Controllo
del
grado
di
sottoraffreddamento e del livello delle condense;
- Circuito lato acqua-glicole: è
questo il circuito più strumentato
dato che è la distribuzione del sistema e l’interfaccia con i coils di
riscaldamento e con il comburente
che alimenta il turbogas; due pompe a velocità variabile a mezzo
inverter, una di riserva all’altra,
doppio sistema di espansione,
strumentazione doppia ridondante per la trasmissione delle temperature di ingresso ed uscita acqua glicolata e per le temperature
dell’aria, pressostati e termostati
per le funzioni di allarme e per gli
interventi di protezione, valvole di
sicurezza e di blocco per le azioni di sicurezza.
Ancora apparecchiature accessorie, filtri, valvole di ritegno, manometri, valvole di riempimento e
scarico, ecc.
- Quadro di controllo e regolazione
automatica: sono qui comprese le
seguenti funzioni:
• Unità di regolazione temperatura acqua-glicole;
• Controllo locale / remoto
• Sistema di controllo e logiche di
sicurezza
Unità di regolazione temperatura
acqua / glicole
Il DCS rileva, tramite i trasmettitori
di temperatura, la temperatura dell’acqua glicolata che confronta con
il valore ideale di temperatura calcolata secondo un algoritmo appositamente studiato e sperimentato.
Lo scostamento è utilizzato da un
regolatore PID interno al DCS per
modificare il segnale di comando per
la posizione delle valvole modulanti
di regolazione. Le due valvole lavorano in split range agendo in sequenza. Il comando passa attraverso i
posizionatori che provvedono a variare la posizione delle valvole per
mantenere la temperatura di uscita
dell’acqua glicolata al valore calcolato. La sequenza di intervento
e l’azione dei posizionatori assicurano velocità e flessibilità garantendo precisione e tempestività di
regolazione a qualsiasi regime di
funzionamento.
Sistema di controllo della velocità
delle pompe
La regolazione della velocità delle
pompe è effettuata tramite inverter
a frequenza variabile montati nel
quadro di controllo.
IL DCS rileva, a mezzo del segnale
di uscita dell’inverter, la velocità
Fig. 9 - Unità antiicing: particolare del gruppo di pressurizzazione ed espansione
per il circuito dell’acqua glicolata
Fig. 10 - Unità antiicing: il sistema di
pompaggio a velocità e portata variabile
per la massima flessibilità e precisione
della regolazione del processo
della pompa che confronta con il
valore ideale di velocità calcolata secondo un algoritmo dedicato e
preimpostato. Lo scostamento è utilizzato da un regolatore PID, interno al DCS, per modificare il segnale di comando dell’inverter che di
conseguenza corregge la propria
uscita di comando del motore pompa. Il comando varierà con continuità fin quando la velocità della pompa sia uguale a quella richiesta; la
portata dell’acqua e glicole è proporzionale alla velocità regolata.
Controllo del grado di
sottoraffreddamento e del livello
delle condense
Il controllo del sottoraffreddamento
delle condense e del relativo livello
nello scambiatore di calore è effettuato tramite apposito regolatore incluso
nel quadro di comando. Il regolatore
rivela, tramite il segnale inviato dall’apposito trasmettitore, il livello della
condensa nello scambiatore di calore che confronta con il valore di livello richiesto e generato, tramite un generatore di segnale, calcolato come
funzione della portata dell’acqua
glicolata secondo un algoritmo previsto per mantenere la temperatura del
condensato inferiore a 93°C e per assicurare che l’eccesso di superficie
di scambio si mantenga intorno allo
zero in tutte le condizioni di lavoro:
apposite tabelle vengono calcolate ed
elaborate simulando tutte le condizioni
di possibile funzionamento e di scambio termico specifiche d’impianto.
Le situazioni risultanti sono implementate nel sistema ed utilizzate
per la generazione dei segnali di
regolazione.
Il valore di deviazione è utilizzato
da modulo PID per elaborare il segnale regolante di comando per la
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valvola del livello.
Il segnale continuerà a variare fino
a quando il livello del condensato
non risulti coincidente a quello richiesto dal calcolo.
Sistema di controllo e sicurezza
Il sistema di sicurezza mette in sicurezza l’impianto nel caso di allarmi e
guasti principali ed è progettato per
soddisfare la vigente normativa ed i
requisiti ISPESL relativi agli impianti.
Il sistema per poter operare richiede energia elettrica e quindi in assenza della stessa è in blocco.
Nel caso risultasse che l’unità
debba restare in funzione anche
durante la mancanza accidentale di tensione, sarà necessario
collegare il sistema ad un gruppo elettrico di emergenza.
Quando l’alimentazione elettrica è
presente, il sistema di sicurezza, in
assenza di altri allarmi e blocchi,
permette il funzionamento delle pompe e rende operativa l’intera unità e
la relativa regolazione.
I numerosi sistemi installati hanno
dimostrato di ovviare perfettamente
agli inconvenienti prospettati, assicurando perfetta continuità di lavoro
priva di problemi ed inconvenienti,
estrema flessibilità e velocità di
adeguamento alle ampie e veloci
variazioni di esercizio e massima precisione e stabilità di regolazione della temperatura dell’aria avviata al
gruppo di combustione, così da poter pilotare con tutta sicurezza i parametri di combustione ed ottenere i
valori prefissati per l’ottimizzazione
e la massimizzazione del rendimento dell’intero processo: viene
assicurata funzionalità operativa e si
preservano nel contempo le costosissime apparecchiature installate.
La fornitura di sistemi
Dalla descrizione fatta su come possiamo affrontare e risolvere un problema specifico che coinvolge
impiantistica dedicata e tecnologia di
processo si intuiscono e si deducono
chiaramente i grossi vantaggi d’utenza
che vengono messi a disposizione da
un simile modo di procedere.
Spirax Sarco elabora e fornisce una
vasta gamma di soluzioni
innovative, progettate per soddisfare le specifiche necessità dei suoi
clienti. L’esperienza acquisita nei più
svariati settori industriali consente
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Produzione
Ingegneria
Installazione
ed avviamento
Costruzione
Fig. 11 - Vantaggi collegati alla fornitura di sistemi
Il costo del progetto nel tempo è mediamente così suddiviso:
Avanzamento Incidenza
100%
costo
Specifica
8%
75%
Stima
10%
50%
Acquisto
22%
Costruzione
50%
Avviamento
10%
Sp
25%
0%
ica
ecif
Stim
Stadio avanzamento
Costo del progetto
Controllo locale / remoto
L’unità di scambio termico ha la
possibilità di essere governata, in
modo manuale, localmente e, tramite una logica di commutazione, può
essere controllata in manuale o in
automatico da un sistema DCS remoto. Il passaggio tra il controllo
locale e quello remoto passa attraverso il blocco del sistema.
Spirax Sarco garantisce: “il recupero” dei margini,
il mantenimento dei tempi e l’efficienza in tutte le fasi
del ciclo di vita del progetto
a
Acq
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o
tr
Cos
uzio
ne
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Avv
men
to
Fig. 12 - Costo del progetto nel tempo
di garantire un elevato livello di
professionalità in grado di fornire
soluzioni affidabili e sempre all’altezza delle aspettative.
Le proposte non si limitano alla semplice fornitura di prodotti e servizi, ma
si estendono dallo studio preliminare fino alla messa in servizio degli
impianti ed alla relativa assistenza
con contratti studiati su misura per
soddisfare tutte le esigenze.
Tra i servizi offerti vi sono la progettazione di base e lo studio esecutivo. A partire dalla definizione del
processo e dei relativi schemi fino
ai disegni esecutivi, passando attraverso le logiche e le strategie di
regolazione e sicurezza, gli schemi
elettrici ed i materiali.
La solida esperienza tecnicoprogettuale maturata nell’ingegneria
meccanica, termodinamica, fluidica
ed elettrica strumentale, unitamente
a sistemi tecnologici fra i più sofisticati e moderni nel campo dell’informatica, ai codici di calcolo, ai contatti continui e diretti con la ricerca
scientifica, al costante aggiornamento hardware e software consentono
alla Spirax Sarco la risoluzione di
problematiche particolari.
La struttura è dotata di figure professionali preparate e costantemente
aggiornate, all’inseguimento dei continui mutamenti sia tecnici che
normativi propri del settore.
Disponibilità di strumenti adeguati,
dalla progettazione assistita con cal-
Fig. 13 - Unità di scambio termico e
generazione di vapore con ricupero del
calore residuo di fumi e gas di scarico:
forni, motori diesel, ecc.
colatore alle attrezzature per le prove, le verifiche ed i collaudi. Pacchetti
applicativi d’avanguardia che permettono di consolidare ed ottimizzare le
conoscenze al fine di fornire risultati
sempre più affidabili e sicuri.
Le verifiche dei processi, il
dimensionamento delle apparecchiature
e delle reti di distribuzione, i calcoli, la
progettazione e la modellazione in 3D,
sono soltanto alcuni degli aspetti che
vengono costantemente curati con i
moderni dispositivi informatici.
Il sistema implementato Spirax Sarco
permette di garantire: il ricupero dei
margini, il mantenimento dei tempi previsti e l’efficienza in tutte le
fasi del ciclo di vita del progetto.
La distribuzione dei costi è mediamente rappresentata dalla tabella di
fig. 12 ed il diagramma rappresenta
l’evolversi delle varie fasi.
Gli obiettivi fissati da Spirax comprendono tra l’altro l’impiego di sottoinsiemi
omogenei da utilizzare per la composizione dei vari schemi; questi hanno lo scopo principale di assicurare
la funzionalità e l’ottimizzazione del
sistema con il mantenimento e la certezza dei tempi e dei costi previsti.
Tutto ciò offre la garanzia di:
Fig. 14 - Unità compatta, locale e completamente automatizzata per generazione di
vapore pulito e puro ad uso ospedaliero (sterilizzazioni) completo di
preriscaldamento e degasazione dell’acqua osmotizzata
- Collaborazione e consulenza in
settori specialistici,
• Migliorare il supporto tributato ai
clienti,
- Servizi chiavi in mano, dalla progettazione alla messa in esercizio,
• Agevolare il lavoro dei consulenti,
- Assistenza all’avviamento,
• Migliorare la comunicazione con
gli studi di progettazione,
- Manutenzione specialistica
• Ridurre sensibilmente il tempo di
ciclo,
- Corsi di istruzione per personale
di gestione e manutenzione,
- Calcolo di efficienza,
• Rendere certi i costi e i tempi di
installazione,
• Garantire qualità e funzionalità
dell’impianto.
I servizi che vengono messi a disposizione sono di rilevante importanza
e certamente in grado di facilitare il
percorso di qualsiasi progetto ed iniziativa in campo industriale sia
impiantistico che produttivo:
- Identificazione delle opportunità di
risparmio energetico,
- Verifiche di funzionalità sugli
impianti,
- Calcolo del ritorno di investimento.
Da qui scaturisce un lunghissimo
elenco di vantaggi ricavabili differenziati per categorie di utenza, ma
sempre di larga importanza e con
copertura a trecentosessanta gradi
del settore di appartenenza e della
sfera applicativa.
Vantaggi per tutte le categorie
dedite alla consulenza:
Progetti chiavi in mano, completa
responsabilità attribuibile alla Spirax
Sarco, maggiore complessità per la
richiesta di modifiche contrattuali da
parte dell’esecutore del progetto, riduzione delle necessità di visite in
cantiere, avviamento e consegna
impianto veloce e certa, riduzione
degli errori di progettazione, minore
necessità di esperienza progettuale
specialistica.
Vantaggi per gli installatori
impiantisti:
Estrema facilità di installazione,
drastica riduzione dei tempi di installazione, prezzi a corpo certi e veloci,
configurazioni, tarature, verifiche e
collaudi funzionali eseguiti in fabbrica a cura del costruttore, riduzione
dei costi rispetto le spese di cantiere,
esclusione di eventuali problemi in
cantiere, sistemi perfettamente certificati, riduzione degli interventi per
malfunzionamenti e riparazioni.
Vantaggi per gli utenti finali:
Installazioni veloci e prive di ritardi
imprevisti, garanzia della funzionalità e dell’efficienza, operatività immediata, riduzione delle fermate, adattabilità ed ottimizzazione degli spazi
disponibili, riduzione dei tempi e dei
costi di certificazione per soddisfare
le normative, facilità dei servizi.
Fig. 15 - Sistemi per la generazione indiretta di vapore da olio diatermico, acqua
surriscaldata, vapore di centrale. Soluzioni particolarmente ingegnerizzate per
vapore pulito e vapore puro per processi alimentari, ospedalieri, farmaceutici
Non vi pare che ce ne sia a
sufficienza ? !!!
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Scambiatori di calore: tecnica ed evoluzione
“punti focali, le ragioni per il trasferimento del calore, esigenze del mercato”
“nuove prospettive ed innovativo ampliamento di gamma”
La nostra società opera sul mercato
dello scambio termico da circa un
secolo affrontando il problema secondo la “missione societaria” che si è
data da sempre e che guida costantemente il nostro operato in campo:
Focalità dello scambio
termico
La maggioranza dei processi di generazione di energia ed un elevato numero di processi tecnologici
una piccola area di inefficienza può
costituire un costo elevato ed un
danno pesante in termini di
concorrenzialità.
Lo scambiatore di calore è quindi
sempre caratterizzato da:
Fig. 1 - Scambiatori di calore tradizionali con fascio tubiero ad U realizzato mediante tubi lisci
“Fornire Conoscenze, Servizi e Prodotti” nei campi tecnologicoimpiantistici in cui opera: così come
avviene in tutto il mondo per il settore del vapore e della regolazione di
processo a noi piace “primeggiare”.
Operiamo a supporto di una corretta impostazione dell’impiantistica e
dei processi tecnologici, in un’ottica di risparmio energetico e rispetto dell’ambiente e, non ultimo, per
la soddisfazione e l’interesse dell’utente finale.
Sviluppo tecnico e tecnologico, ricerca ed evoluzione produttiva sono le
nostre linee guida. L’ottimizzazione
delle soluzioni impiantistiche adottate
in relazione agli obiettivi tecnologico-produttivi dei vari processi industriali sono il supporto di base per i
successi costantemente ricercati e
realizzati.
Anche nel campo dello scambio
termico il successo applicativo
può essere raggiunto soltanto con
l’impiego delle apparecchiature più
idonee alle caratteristiche del processo, senza ricorrere a forzature
di scelta causate da limitazioni di
gamma, e disponendo di esperti,
specialisti di prodotto ma profondamente preparati in impiantistica
e conoscitori dei molteplici processi industriali: Spirax Sarco investe
per disporre sempre di tutto quanto
serve !!!
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produttivi nell’industria utilizzano
procedimenti in cui il calore è trasmesso tra fluidi diversi.
Il principio di trasferimento del calore è estremamente semplice e governato naturalmente: due fluidi a
diverso livello di temperatura sono
posti in contatto attraverso un veicolo (parete sottile di separazione)
ed il calore si trasferisce in modo
naturale dal punto più caldo a quello
più freddo, tendenzialmente per raggiungere il medesimo livello termico.
Il fenomeno, nei processi industriali, è attuato e controllato a mezzo di
apparecchiature diverse, appositamente studiate e raggruppate nella
vasta categoria degli scambiatori di
calore.
Gli scambiatori di calore quindi sono
apparecchiature industriali utilizzate sia nei processi primari di produzione che in processi secondari o
nei servizi, per il riscaldamento, il
raffreddamento e per il ricupero di
calore da fluidi diversi.
La perdita di energia è spreco
economico e può essere un
aggravio sensibile in una produzione industriale.
Questo è estremamente rilevante
nelle
attuali
situazioni
di
competitività esasperata del mercato dove l’uso efficiente dell’energia può assumere un ruolo di primaria importanza ed dove anche
- un fluido caldo,
- una superficie di separazione,
- un fluido freddo, relativamente al
precedente.
La superficie di separazione può
essere anche semplicemente il film
superficiale di uno dei fluidi, come
avviene nelle torri di raffreddamento in cui uno strato sottile di acqua
è lambito e raffreddato dal flusso
d’aria, o, più comunemente, è costituita da una reale parete di separazione posta tra i due fluidi in movimento che garantisca una perfetta
separazione ed una indipendenza
dei parametri caratteristici, esempio
la pressione.
Il motore per lo scambio termico è
costituito dalla differenza di temperatura tra i due fluidi; più alta è la
differenza e più elevato sarà il flusso di scambio, e qui sta il primo
impegno per il progettista:
ottimizzare il disegno dell’apparecchio in modo che possa funzionare egregiamente in ogni sua
parte, anche con differenziali di
temperatura ridotti, cosa che viene fatta agendo sulla geometria e
sul flusso di attraversamento dei due
fluidi.
Il secondo elemento determinante e caratteristico è ovviamente
Fig. 2 - Scambiatori a piastre fisse con fascio a tubi lisci o corrugati ad alta efficienza; necessità dell’impiego di giunti di
dilatazione quando in presenza di elevati differenziali tra le temperature
l’area attraverso cui viene effettuato lo scambio; più questa è elevata e più alta è la quantità di calore scambiato in un tempo
predeterminato, ed ecco un altro
compito del progettista, tentare di
minimizzare questa superficie e
contemporaneamente ridurre al minimo anche il suo volume di
contenimento, riducendo gli spazi
occupati e il costo totale dello
scambiatore.
Il movimento verso apparecchiature
più compatte è una delle esigenze più sentite e contemporaneamente una tendenza manifesta del
mercato dello scambio termico.
La terza caratteristica determinante in un processo di scambio è la
velocità con cui il calore si muove all’interno dei mezzi interessati; la trasmissione avviene per
conduzione e convezione nei due
fluidi che si scambiano calore e solo
per conduzione attraverso il mezzo di separazione.
Il flusso termico ottenuto nei due
fluidi per convezione è molto più
rapido che non quello che si ha per
sola conduzione che tende perciò
a dominare ed a limitare la capacità totale di scambio: per limitare il
fenomeno e la sua influenza negativa occorre dare turbolenza ai fluidi
evitandone i moti laminari.
Il progettista quindi andrà alla ricerca delle condizioni ottimali di turbolenza dei fluidi, penalizzando se ne-
cessario, il consumo di energia spesa in pompaggio.
Il problema dominante rimane comunque, anche avendo raggiunto
regimi di sensibile turbolenza, il
flusso degli strati limite in contatto ed adiacenti alle pareti di scambio termico, qui la turbolenza si
smorza, vinta dall’attrito di scorrimento superficiale.
Sufficientemente complesso è il
comportamento della zona di separazione tra i fluidi e la parete di
scambio e questo è fondamentale
nella determinazione del coefficiente
globale di scambio che è dipendente da un numero di fattori legati alle
condizioni di flusso ed alla natura
degli strati limite dei due fluidi; que-
Fig. 3 - Scambiatori a piastre fisse ed a tubo corrugato in versione modulare a basso ingombro ed alto rendimento grazie alla
elevata turbolenza generata
11
Fig. 4 - Scambiatore di calore a testa flottante in grado di assorbire elevate dilatazioni
differenziali tra lato primario e secondario; alte pressioni e temperature elevate
sti fattori sono sensibilmente influenzati da depositi ed ossidi presenti
sulle pareti di separazione.
Ancora una volta è compito del
progettista
studiare
uno
scambiatore con caratteristiche
tali da massimizzare il coefficiente
di scambio ed in questo intento
potrà agire sui parametri delle tre
differenti zone: film caldo, parete di scambio, film freddo.
La formula che governa lo scambio
termico è:
Q = K • S • ∆t
Q
S
∆t
K
=
=
=
=
dove:
quantità di calore trasmesso
area di scambio termico
differenza di temperatura
coefficiente di scambio
K a sua volta risulterà così determinato:
K =
α
λ
Sp
f
=
=
=
=
1
dove:
Sp
1
1
+ f2 +
+ f1 +
λ
α2
α1
coefficienti di scambio parziali
conducibilità di parete
spessore di parete
fattori di sporcamento
λ rappresenta la conducibilità
del materiale della parete che
deve essere opportunamente
selezionato.
Il materiale della parete di scambio
dovrà:
- Assicurare la massima conduttività,
- Offrire la necessaria resistenza
chimica ad entrambi i fluidi
minimizzando così fenomeni di
ossidazione e corrosione ed evitando la formazione di ulteriori
strati refrattari alla trasmissione
del calore,
- Assicurare la prevista operatività
alla massima temperatura e pres-
12
sione sia di esercizio che di avviamento od arresto, momento in
cui si possono verificare anche le
condizioni più critiche di temperature differenziali e di parete e
pericolosi shock termici,
- Garantire sufficiente resistenza
alla erosione di entrambi i fluidi alle
condizioni di massime velocità
previste nell’apparecchio (fluidi
umidi o con sospensioni).
A volte può risultare difficile soddisfare contemporaneamente ogni esigenza per cui l’impiego di metalli inossidabili o particolarmente resistenti
come titanio, nickel, hastelloy, ecc.
Gli α sono i coefficienti di scambio
parziali dipendenti dalla natura dei
fluidi ma comunque grandemente
influenzati dal comportamento degli
strati limite prossimi alla parete.
Il film del fluido che lambisce la
parete presenta problemi di natura
diversa. A causa degli attriti
intermolecolari, gli strati di fluido a
contatto e nelle immediate
adiacenze della parete di scambio
spesso sono quasi stazionari, indipendentemente dalla velocità, pur
sensibile, di attraversamento dell’apparecchio che si manifesta nella
vena centrale del flusso.
Questo fenomeno induce un
coefficiente locale di trasmissione
del calore molto basso generando
in pratica, con la sua dominanza, un
ostacolo al libero trasferimento del
calore; a catena questo fenomeno
ne produce un secondo che può risultare altrettanto dannoso:
come conseguenza della difficoltà a trasferire il calore la temperatura superficiale della parete di
scambio tende ad elevarsi.
E’ essenziale quindi, nella progettazione dello scambiatore, realizzare
una conformazione che sia in grado
di minimizzare lo spessore dello strato inerte e la sua influenza negativa.
Il metodo più efficiente per ottenere
questo risultato è quello di aumentare la turbolenza nel corpo del fluido in modo che questo movimento
tenda a rimpiazzare velocemente le
molecole di fluido in contatto con la
superficie di scambio.
Il fouling, fattori f, è invece determinato da fenomeni di sporcamento
delle superfici: infatti i fluidi ideali,
omogenei e che non subiscano
cambiamenti chimici o di stato nel loro
passaggio attraverso lo scambiatore
non esistono: la realtà non è questa.
Esiste il problema particolarmente diffuso di materiale derivante e separato
dai fluidi attraversanti lo scambiatore
e depositato sulle superfici di scambio; si costruisce così uno strato superficiale addizionale su entrambi i lati
che penalizza sensibilmente e progressivamente lo scambio termico diminuendone il coefficiente globale.
Il fenomeno del fouling è particolarmente sentito sia dai costruttori che
dall’utenza, ma molto spesso viene
affrontato in modo puramente matematico, in sede di calcolo dello
scambiatore, introducendo un “fattore di sporcamento” delle superfici, determinato spesso in modo
empirico e pessapochistico o basato su esperienze, con l’intento di
ovviare a questa diminuzione progressiva di efficienza.
Si sono fatti e si stanno facendo molti
studi ed esperimenti per comprendere
a pieno i meccanismi, le ragioni della formazione, i catalizzatori ed i modi
per evitare od almeno ritardare il fenomeno. I motori sono diversi ed i
più comuni possono essere riassunti come segue:
- Cristallizzazione da soluti,
- Deposito di particelle da sospensioni,
- Provenienze biologiche (insediamento e crescita di microrganismi),
- Reazione chimica tra componenti del fluido favorita dal
riscaldamento,
- Ossidazione e corrosione superficiale delle pareti di scambio.
Grandi sforzi e numerosi studi
vengono fatti dai costruttori qualificati per individuare forme e disposizioni e soluzioni costruttive
che permettano di minimizzare
l’impatto del fouling e la sua
dominanza negativa sull’apparecchio di scambio.
Alcune soluzioni tendono a mantenere in sospensione le particelle, che altrimenti si depositerebbero, fino a portarle all’esterno
dello scambiatore: studio delle
condizioni di funzionamento in
autopulizia per “spazzare” le superfici di scambio.
Uno dei fattori ricorrenti e
preponderanti nel contenimento del
fenomeno, soprattutto in presenza di
fluidi viscosi, è il controllo e la riduzione della temperatura di parete.
Un altro elemento basilare di progettazione, nella probabilità di accentuati
fenomeni di sporcamento, è l’accessibilità interna e la scovolabilità per
consentire una agevole pulizia e la
contemporanea visibilità per un facile controllo che questa sia stata effettivamente ottenuta.
Queste le premesse ed i temi su
cui la nostra ricerca ha basato la
propria attività nel settore e su cui
continua a lavorare; parametri che,
d’altro canto, come più avanti avremo conferma, sono in perfetta
sintonia con le più sentite esigenze del mercato.
Le ragioni per il
trasferimento del calore
Le motivazioni al trasferimento del
calore possono completare il quadro
e la complessa problematica legata
allo scambio termico.
Abbiamo enfatizzato che lo scopo
primario dell’utilizzo di uno
scambiatore di calore è di trasferire
energia termica da un fluido all’altro, riscaldando l’uno con il raffreddamento dell’altro.
In alcune applicazioni questa può essere l’unica ragione dell’operazione in
modo che il fluido, così trattato, sia
in grado di effettuare con continuità
la propria funzione (riscaldare un
ambiente piuttosto che un processo,
raffreddare un condensatore od un
circuito di lubrificazione, ecc).
La variazione della quantità di calore contenuto può lasciare inalterata
la natura o composizione del fluido
o diversamente potrebbe anche provocare un cambiamento di fase o
stato, da liquido a vapore od a gas
e viceversa.
Queste diverse condizioni di lavoro
influenzano la classificazione, il
modo di lavorare ed ovviamente la
concezione, la progettazione e la
realizzazione dell’apparecchiatura.
Appartengono alla prima categoria
(nessun cambiamento di fase) anche
quegli apparecchi in cui la variazione di calore contenuto è effettuata
per cambiare lo stato fisico del fluido o la sua composizione chimica:
applicazioni tecnologiche in cui si
inizia o si completa una reazione in
una miscela, oppure in cui si porta a
termine, ad esempio lo sviluppo di
enzimi o si effettua la cottura di componenti, la sterilizzazione, ecc.
Alla seconda categoria appartengono apparecchi in cui si verificano
cambiamenti parziali o totali di fase
dei fluidi interessati, cambiamento
che può variare la composizione
chimica dell’altra fase: esempio tipico è l’evaporazione di una soluzione per accrescere la concentrazione del soluto o la parziale
condensazione di una colonna di
distillazione per ottenere separazioni, ricircoli, liquidi a differenti composizioni e così via.
Alcuni esempi diversamente classificati che si possono incontrare nelle
applicazioni sui processi tecnologici
e che richiedono considerazioni e soluzioni ingegneristiche differenziate:
ma specifica di calore,
- Raffreddamento di prodotti per
un sicuro stoccaggio o
confezionamento,
- Prevenzione dal gelo di prodotti
immagazzinati,
- Ricupero di energia scaricata dal
processo,
- Rimozione di calore generato
meccanicamente da macchinario,
- Rimozione di calore generato da
compressione di gas,
- Somministrazione di calore sottratto da processi di espansione.
• Pura variazione di contenuto
calorico
- Condizionamento di parametri di
processo,
- Condizionamento di un fluido
per lo stadio successivo del
processo,
- Risparmio di energia viva al
processo,
- Trasporto a distanza di una for-
Fig. 5 - Scambiatori di calore evaporatori o generatori indiretti di vapore di tipo orizzontale o verticale
13
• Variazione di caratteristiche fisiche o chimiche
- Modifica della viscosità di un
liquido,
- Sterilizzazione di un fluido,
- Innesco o completamento di una
reazione.
• Variazione di caratteristiche con
cambio di fase (parziale o totale)
- Utilizzo di energia di un vapore
di ricupero,
- Condensazione di un vapore per
ottenere il prodotto liquido,
- Riduzione del solvente contenuto, concentrazione di una soluzione,
- Estrazione di un componente da
una miscela,
- Generazione di un flusso di
ricircolo nelle distillazioni,
- Degasazione di liquidi,
- Precipitazione o scioglimento di
soluzioni,
abbia una lunga storia applicativa,
il prodotto scambiatore necessita di
una continua cura di revisione ed
innovazione tecnologica sostenuta
ed alimentata da una attiva ricerca
e sperimentazione; è soltanto da
qui che si possono ricavare elementi
di competitività e spinte vincenti.
Questa è senza dubbio la politica
perseguita dalla nostra società, sempre in primo piano e di qualche lunghezza in anticipo nello sviluppo di
soluzioni e nella ricerca di evoluzioni innovative.
Nuove prospettive
Le novità. I processi innovativi ed
evolutivi nel campo dello scambio
termico ci hanno sempre visto coinvolti: siamo stati i primi a spingere oltre
i limiti canonici le velocità negli apparecchi tradizionali per ottenere moti turbolenti e ridurre la penalizzazione dei
coefficienti causata dagli strati limite; all’avanguardia nel formulare programmi di calcolo per le verifiche alle
vibrazioni, promotori degli enormi vantaggi ottenibili dal moto turbolento generato dalla conformazione superficiale degli scambiatori a piastre; primi in
assoluto a sviluppare la tecnologia del
tubo corrugato superando i problemi
dovuti ai limiti di pressione e di tem-
peratura imposti dalle guarnizioni su
piastre di ampia superficie; ancora
primi ad ingegnerizzare costruzioni a
tubo corrugato modulari a basso ingombro e costo contenuto, ad alto rendimento e realizzate con materiali
pregiati ed altamente resistenti agli attacchi ed alla corrosione.
Forti di questi successi e nell’ambito
di un continuo potenziamento delle
soluzioni disponibili, proponiamo ora un
prodotto innovativo e particolarmente
adatto ai servizi gravosi, dove l’alta
temperatura e l’alta pressione mettono in crisi gli scambiatori a piastre tradizionali, non permettendo quindi si
sfruttare i vantaggi messi a disposizione dall’alta turbolenza generata dal
disegno delle piastre stesse.
Lo scambiatore di nuova generazione denominato “plate & shell”
è un apparecchio molto compatto
che riunisce le qualità degli
scambiatori a piastre di tipo tradizionale e quelle degli scambiatori a
fascio tubiero.
La
costruzione
di
questo
scambiatore è basata su un concetto
rivoluzionario: il pacco piastre, totalmente saldato e privo di guarnizioni, viene alloggiato in un mantello cilindrico. L’originale concezione
di questo tipo di scambiatore, privo
di guarnizioni e senza brasature, as-
- Omogeneizzazione di liquidi o
rottura di emulsioni.
Esigenze del mercato e
tendenze della
progettazione
Questa breve disanima dei punti focali
e delle problematiche riguardanti lo
scambio termico ha messo in rilievo
alcune esigenze, tra l’altro molto sentite dall’utenza in campo industriale
ed il loro impatto e l’influenza sulla
progettazione e la costruzione degli
scambiatori di calore:
- Marcata tendenza verso soluzioni sempre più compatte,
- Forte spinta alla ricerca di soluzioni che minimizzino il fenomeno dello sporcamento e dei problemi derivati,
- Capacità di resistere ad alte
temperature e pressioni e/o di
sopportare differenziali sensibili di
pressione e temperatura,
- Incremento nella costruzione di
impiego di materiali nobili e chimicamente resistenti,
- Manutenzione facilitata e ridotta
al minimo.
Queste sono necessità ed esigenze
di mercato che evidenziano come,
malgrado che lo scambio termico
14
Fig. 6 - Corrugazione ed alta velocità per generare turbolenza: una nuova generazione di apparecchiature ad elevato coefficiente di trasmissione; flussi in regime di
autopulizia
deviatori di flusso che provvedono
ad evitare i by-pass circonferenziali
costringendo il fluido ad attraversare le piastre per il necessario scambio termico.
Il mantello può essere di tipo saldato o apribile, qui di seguito vengono
mostrati i modelli disponibili:
PSHE - Saldato
E’ il primo apparecchio in ordine di
tempo sviluppato; si tratta della versione più semplice, completamente
saldata e quindi non ispezionabile.
Un’eventuale operazione di pulizia
dovrà essere solo di tipo chimico.
Non vi sono guarnizioni né brasature
(che subiscono la fatica termica),
quindi viene garantita la massima
durata nel tempo.
E’ possibile avere connessioni
flangiate o a saldare, con o senza
selle di sostegno.
In caso di portate molto elevate lato
interno piastre è possibile la conformazione con doppie connessioni di
ingresso ed uscita, per suddividere
il flusso, piuttosto che scegliere un
modello di dimensioni maggiori.
La conformazione interna e l’aspetto esterno sono visibili in fig. 8.
Fig. 7 - PSHE, conformazione delle piastre e del pacco completo di scambio
sicura continuità di servizio anche
in condizioni estreme di stress termico e meccanico ed offre compattezza ed efficacia termodinamica ai
massimi livelli.
Con questo importante ampliamento di gamma ci poniamo il chiaro
obiettivo di fornire sempre agli utenti
la soluzione migliore e tecnicamente valida per le necessità ed esigenze dei loro processi, mettendo a disposizione una tradizionale e
profonda conoscenza, specifica nel
campo termotecnico, di ampio respiro nell’impiantistica e nella tecnologia di processo, unita, ancora una
volta, ad innovazione e serietà imprenditoriale.
fondi; tale mantello, provvisto di opportuni bocchelli, rappresenta l’involucro del circuito “esterno piastre”.
All’interno del mantello vi sono dei
PSHE - Apribile
La versione apribile dello scambiatore
di calore “plate & shell” ne aumenta
la versatilità, permettendo di estrarre
il pacco piastre saldato per ispezione, pulizia o addirittura sostituzione.
Questo è possibile grazie ad un
piastrone flangiato che chiude il
mantello e sul quale vengono poste
le connessioni.
Il resto dello scambiatore rimane
immutato, come pure la filosofia ge-
Il prodotto
L‘elemento base costitutivo la parte
di scambio termico vera e propria è
una piastra circolare con due fori per
il passaggio del fluido.
Tali piastre vengono saldate tra loro
alternativamente sui fori interni e sulla
circonferenza esterna per creare i due
circuiti lato “interno piastre” e lato
“esterno piastre” (o lato mantello).
Il pacco piastre, cioè l’insieme di tutte le piastre saldate tra loro, viene
successivamente inserito nel mantello, pressato e chiuso con appositi
Fig. 8 - PSHE, esecuzione saldata
15
- Altri materiali a richiesta (non vi
sono limiti, purchè il materiale sia
stampabile)
Materiali per il mantello:
- Acciaio al carbonio
- AISI 316L
- Altri materiali a richiesta
Materiali per i deviatori di flusso:
- Nitrile
- Silicone
- Teflon
- Grafite
Fig. 9 - PSHE, esecuzione apribile
- Acciaio inox
nerale. Non è possibile sdoppiare le
connessioni lato interno piastre.
La conformazione interna, rimasta
peraltro invariata e l’aspetto esterno sono visibili in fig. 9.
PSHE - Compatto
Allo scopo di offrire un prodotto
ancora più compatto rispetto alla
versione originaria PSHE è stata sviluppata una versione compatta.
Attraverso l’utilizzo di un particolare sistema di distributori di flusso interni è
possibile posizionare tutte quattro le
connessioni (flusso caldo e flusso freddo) su un unico lato dello scambiatore,
con un significativo risparmio dello
spazio necessario all’installazione.
La conformazione assume l’aspetto
di fig. 10.
Materiali di costruzione
La selezione del materiale di costruzione, nell’ottica della compatibilità
con il prodotto circolante o della resistenza alla corrosione è un passo
spesso critico nella progettazione di
uno scambiatore di calore.
Gli scambiatori “plate & shell” PSHE
sono disponibili in un’ampia varietà
di materiali per soddisfare le richieste dei moderni processi.
Quando l’applicazione richiede l’utilizzo di materiali nobili (e costosi)
la
natura
compatta
degli
scambiatori PSHE permette un
design molto competitivo dal punto di vista economico.
- AISI 904 L
Approvazioni
Gli scambiatori di calore “plate &
shell” PSHE sono stati approvati
dalla maggior parte degli enti
ispettivi, compresi quelli più riconosciuti per il mercato navale.
In aggiunta occorre considerare che,
come fornitori globali a livello mondiale, Spirax Sarco sarà impegnata, come sempre, ad ampliare e ad
aggiornare tale lista con nuovi tipi
di approvazioni allo scopo di facilitare la diffusione del prodotto ed affermare la propria penetrazione nei
vari paesi.
L’attuale lista comprende già:
- SAF SMO 254
-
- 1.4462 / 2205 / UNS S31803
- ABS Europe Ltd
- Titanio
- ASME
- Nickel
- Bureau Veritas
- Hastelloy C22
- GHOST, Russia
Materiali per le piastre:
- AISI 316L
- CBPVI, China
- Det Norske Veritas
- Germanischer Lloyd
- KHK, Japan
- Lloyd’s Register
- R.I.N.A
- UDT, Poland
Applicazioni
Fig. 10 - PSHE, versione compatta
16
La distribuzione e penetrazione di
questi tipi di scambiatore nei vari
settori di mercato è rappresentata
in fig. 11.
Nella refrigerazione gli scambiatori
PSHE, grazie alla loro costruzione
completamente saldata e all’eleva-
Cargo & Tanks
Altro
- Deck heaters
- Tank cleaning heaters
Energia
e navale
Refrigerazione
- Air heaters
- Unfired steam generators
- Thermal oil heaters
Ship HVAC
- Water heaters
- Pre-riscaldatori motori
Nell’industria chimica e di processo tradizionalmente vengono
utilizzati scambiatori a fascio
tubiero; gli scambiatori PSHE, potendo gestire alte temperature e
pressioni, possono efficacemente
rappresentare un’alternativa grazie
alla costruzione completamente saldata e priva di guarnizioni, risolvendo i problemi di compatibilità con i
fluidi di processo.
L’elevata resa superficiale di questi
scambiatori permette un economico utilizzo dei materiali, in particolar modo
quando vengono specificati materiali
nobili a causa della particolare applicazione e dell’aggressività dei fluidi.
- Raffreddatori per olio lubrificante
Industria di processo
- Pre-riscaldatori carburante
- Dump condensers
- Charge air intercooler
- Surface condensers
- Recuperatori calore da fumi
- Vent condensers
Industria chimica
e di processo
Fig. 11 - PSHE, segmentazione mercato
to coefficiente di scambio termico
permettono dimensioni molto compatte e quindi una carica di fluido
refrigerante limitata e decisamente
inferiore rispetto alle soluzioni convenzionali.
La costruzione è adatta a qualsiasi
tipo di fluido, in particolar modo
ammoniaca e anidride carbonica.
Teleriscaldamento
- Riscaldatori d’acqua per stazioni
di teleriscaldamento
Motori Diesel
- Evaporatori allagati
- Evaporatori a espansione diretta
- Raffreddatori d’olio
- Condensatori
- Desurriscaldatori
Nel settore energia e navale questi apparecchi sono ideali per molte applicazioni comuni in questi
segmenti grazie alla loro compattezza e alla possibilità di operare
in un ampio raggio di temperature
e pressioni, sopportando molto
bene gli stress dovuti alla fatica.
Impianti di generazione di energia
- Condesatori di vapore
- Raffreddatori di condensa
- Preriscaldatori per acqua di
alimento
- Condensatori di sfiati
- Recuperatori di calore da gas
combusti
- Raffreddatori d’olio
- Preriscaldatori di olio combustibile
- Recuperatori di calore da spurghi
caldaia
Fig. 12 - Confronto dimensionale in applicazioni di processo
17
Fig. 15 - Sistema per condensazione
vapore sotto vuoto
Industria Farmaceutica
- Controllo di temperatura su
reattori
- Condensatori di vapore
- Condensatori per solventi
- Condensatori parziali
- Riscaldatori di gas
Oil & Gas
- Riscaldatori di nafta pesante
- Riscaldatori di Crude oil
- Raffreddatori di Crude oil
Fig. 13 - Stazione di teleriscaldamento; ancora un confronto dimensionale tra fascio
tradizionale e soluzione avanzata. Sotto, situazione a sostituzione ultimata.
- CIP water heaters
- Raffreddatori
- Process water heaters
- Scambiatori per fluidi vettori
(soluzioni glicolate)
- Thermal oil heaters
- Scambiatori glicole / glicole per
impianti di deidratazione gas
naturale
- Riscaldatori di gas
- Raffreddatori d’aria
- Riscaldatori di gas
- Unfired steam generators
- Riscaldatori di acido acetico
- Raffreddatori d’aria
- Scambiatori per LPG
Industria Chimica
- Condensatori per solventi
- Riscaldatori
- Evaporatori
Pulp & Paper
- Raffreddatori di olio
- Condensatori
- Riscaldatori per acqua di processo
La lista disponibile per le referenze
delle oltre 13000 unità installate di
questo scambiatore, studiato con
l’obiettivo di trovare un’alternativa
agli apparecchi convenzionali, che
avesse la robustezza e la resistenza alle alte temperature e pressioni
degli scambiatori a fascio tubiero e
che offrisse contemporaneamente
anche la compattezza e le prestazioni delle unità a piastre, comprende nomi e marchi di risonanza mondiale e copre impianti realizzati in
oltre 50 paesi in tutto il mondo.
Fig. 14 - Cogenerazione, riscaldamento acqua di alimento caldaia: pressioni e
temperature elevate
18
Una soluzione unica
Dal meglio di due mondi
Scambiatore a piastre
Scambiatore a fascio tubiero
+
+
+
+
+ Alte pressioni
+ Alte temperature
+ Assenza di guarnizioni
Compatto
Basso sporcamento
Temperature molte vicine
Alto coefficiente di scambio
- Basse pressioni
- Basse temperature
- Presenza di guarnizioni
-
Ingombri
Peso
Soggetto a sporcamento
Basso coefficiente di scambio
Nasce una soluzione unica
Scambiatore PSHE
+
+
+
+
+
+
+
Compatto
Basso sporcamento
Temperature molto vicine
Alte pressioni
Alte temperature
Assenza di guarnizioni
Alto coefficiente di scambio
La nuova generazione per lo scambio termico
•
•
•
•
•
Scambiatori universali, per ogni applicazione
Ampio intervallo di potenze
Pressioni di progetto fino a 100 bar
Design compatto: 300 m2 di superficie di scambio ogni m3
Bassi costi di manutenzione
•
•
•
•
•
•
Basso contenuto di liquido
Basso peso
Costruzione robusta
Connessioni lato mantello “su misura”
Ampia scelta per i materiali di costruzione
Fino a 1800 m2 di superficie di scambio
PSHE saldato
PSHE apribile
PSHE compatto
Si tratta della
prima versione PSHE
in ordine di tempo. Il mantello è
saldato e non può essere aperto.
E’ la versione apribile dello
scambiatore PSHE.
La flangia che chiude il mantello
permette di estrarre il pacco piastre
per un’eventuale sostituzione.
Questa versione dello
scambiatore PSHE presenta
tutte le connessioni sulla piastra
di chiusura, con evidenti
vantaggi per l’installazione.
19
Scambiatori
“Plate & Shell”
Completamente saldato
Possibilità di avere
la versione apribile
Basso peso
Costruzione robusta con
mantello protettivo
Pacco piastre
completamente saldato
- No guarnizioni
- No barasature
Possibilità di lavoro
ad alte pressioni
Resistenza al gelo
Bassi costi di manutenzione
Compatto
Possibilità di lavoro
ad alte / basse temperature
Flusso controcorrente e, se
necessario, multi-passo
Utilizzo efficiente di materiali nobili
La nuova serie di scambiatori PSHE
tipo “Plate & Shell” comprende una
vasta gamma di soluzioni basate
sull’esclusivo principio delle piastre
circolari totalmente saldate
Soluzione compatta e sicura per
la soluzione dei problemi di
scambio termico in condizioni gravose
Spirax-Sarco S.r.l.
Via per Cinisello, 18 - 20054 Nova Milanese (MI)
Tel.: 0362 49 17.1 - Fax: 0362 49 17 307
Sito Internet: www.spiraxsarco.com/it
20 E-mail: [email protected]