magazine 30
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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 2 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 3 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 4 - 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 5 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 6 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 7 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 8 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 uist o tr Cos uzio ne ia 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 ? !!! 9 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 !!! 10 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]