serbatoio di degasaggio dell'olio

Transcript

Copyright © – Turboden S.r.l. All rights reserved
Cod. 12-A-259-rev.0
Roberto Bini
15 anni di esperienza negli ORC alimentati
da olio diatermico. Possibili problematiche
e azioni mitiganti i rischi.
Introduzione
Turboden ha installato, a partire dalla fine degli anni ‘90, oltre
150 turbogeneratori ORC. La maggior parte di questi hanno
una alimentazione ad olio diatermico.
2
Schema tipico del circuito ORC alimentato ad
olio diatermico
1.
Olio diatermico – olio minerale o sintetico utilizzato
come fluido termovettore tra la fornace a biomassa e
l’ORC. Il più utilizzato negli impianti a biomassa è l’olio
diatermico Therminol 66 prodotto da Solutia – Inc.
Nel seguito viene utilizzato il nome T66.
3
Fluido di lavoro nel ciclo ORC
2.
Fluido di lavoro nel ciclo ORC: olio siliconico
I primi esperimenti di stabilità termica con questo fluido
sono stati condotti da Turboden nei primi anni ‘80, il
primo prototipo a biomassa è stato realizzato nel 1987
Nel seguito viene utilizzato il nome MDM.
1987: Biomasse-ORC-Turbogenerator
(3 kWel) in Mailand.
4
• Per funzionare in modo efficiente, l’ORC deve scambiare una grande
quantità di calore con una differenza di temperatura molto piccola tra
i 2 fluidi. Questo implica che gli scambiatori di calore abbiano una
superficie di scambio termico dell’ordine delle migliaia di m^2.
E
TH
OÖ
M
R
TEMPERATUR
Lo scambio termico
L
Generator
THERMOÖL
Regenerator
Verdampfer
WASSER
SER
WAS
ENTROPIE
Kondensator
Pumpe
5
Gli scambiatori di calore
• Gli scambiatori di calore devono necessariamente portare i 2 fluidi
quasi a contatto tra di loro (contatto ‘termico’). La separazione ‘fisica’
è realizzata mediante lamiere o tubi che hanno spessori dell’ordine
di 0,5-3 mm.
• Per le alte temperature in gioco gli scambiatori di calore non hanno
tenute in elastomero ma sono completamente saldati.
6
WALL TEMPERATURE
BOILER SIDE
ORC SIDE
Oil Temperature 300° C
Oil Temperature 300° C
Heat
Heat
Heat
Heat
Heat
Heat
Heat
Heat
Pipe
Wall Temperature > 300° C
Pipe
Wall Temperature < 300° C
Thermal stress can occur in the Boiler where Wall Temperature is
always > Oil Temperature, not in the ORC side.
7
Differenti tipologie di scambiatori di calore
1. scambiatori a piastre saldati laser o bond: le saldature sono verso
l’esterno, la miscelazione tra i 2 fluidi può avvenire se una piastra si
fessura.
2. scambiatori shell&plate a piastre circolari: le saldature sono
all’interno della shell. Un pacco di piastre diametro 0,7 m ha una
lunghezza di saldatura di circa 2.2 metri per una superficie di
scambio di 0.8 m^2 ossia circa 3 m di saldatura per m^2 di
superficie scambio
3. scambiatori shell&tube: le saldature sono all’interno della testata
dello scambiatore di calore. Uno scambiatore lungo 7 m con tubi
Diam.15 mm ha circa 0,14 m di saldatura per m^2 di superficie di
scambio. Questo numero diventa ancora più piccolo se il tubo è
alettato.
8
Punti di possibile miscelazione tra i circuiti
Dipende dalle pressioni di funzionamento dei 2 circuiti e quindi anche
dal livello di potenza prodotta dall’ORC.
• Perdita da ciclo ORC a circuito olio diatermico se P evaporatore > P
circuito olio diatermico
• Perdita da circuito olio diatermico a ciclo ORC se P evaporatore < P
circuito olio diatermico
• I punti di possibile miscelazione sono: preriscaldatore, evaporatore,
split (ove previsto)
9
Effetti principali
MDM in T66:
Gli effetti macroscopici dell’ MDM nel T66 sono:
• Abbassamento del flash-point
• Abbassamento dell’NPSH disponibile alle pompe olio diatermico
(questo effetto dipende dalla quantità e dalla temperatura e può
portare a inizio cavitazione delle pompe dell’olio diatermico)
T66 in MDM:
Gli effetti del T66 nell’MDM sono non significativi.
In grandi quantitativi esiste comunque un effetto di possibile
trascinamento di T66 nel vapore del ciclo ORC che riduce le
prestazioni
10
Concetto di “tenuta” di uno scambiatore
La recente norma ISO 1779/07 stabilisce che non è possibile
affermare genericamente che uno scambiatore “tenga” o che abbia
una perdita “zero”.
Per gli scambiatori delle nostre applicazioni i criteri di accettabilità
usati corrispondono a un cm^3 in 1 gg circa, cioè un litro in circa 2,5
anni
La possibilità di perdita interna su uno scambiatore è un rischio da
misurare, controllare e minimizzare ma che non può essere
eliminato totalmente.
11
Prove di laboratorio e risultati 1/3
Da prove effettuate in laboratorio risulta che:
1. Non vi è evidenza di possibili reazioni chimiche
tra MDM e T66; (non si nota formazione di altri
componenti diversi da quelli dovuti al normale
degrado del MDM).
2. l’MDM può essere separato molto efficacemente
dal T66 attraverso la semplice evaporazione in
quanto l’MDM ha una temperatura di ebollizione di
circa 150°C a pressione ambiente mentre quella
del T66 è molto superiore.
12
3. Il flash point evidenzia un abbassamento.
E’ stata ottenuta una curva di flash point in
funzione della % di contaminazione dell’olio.
Tuttavia in presenza dell’olio T66 “non nuovo” o in
presenza di prodotti di degrado del MDM il flash
point si abbassa in modo da non rendere più
significativa la relazione flash point - % di
contaminazione.
13
4. la pressione di vapore saturo della miscela
T66/MDM ha un abbassamento che dipende dal
quantitativo. Non è possibile stabilire un criterio
di accettabilità assoluto perché la stessa quantità
può essere critica per un impianto e non per un
altro in quanto intervengono fattori progettuali
specifici.
A titolo di esempio si riporta l’esperienza di
impianti che con 0.5% di MDM in T66 non hanno
avuto alcun problema al circuito olio diatermico
14
Raccomandazioni e note operative 1/2
In caso di contaminazione significativa del T66 serve
procedere all’individuazione del punto di perdita e
alla sua eliminazione. Una volta eliminata la perdita
serve procedere al degasaggio dell’olio diatermico
nello stesso modo utilizzato per la rimozione dei
basso bollenti e umidità (con particolare cura a
condensare all’esterno del circuito l’MDM evitando
che ritorni verso il serbatoio di drenaggio). Tale
serbatoio deve essere pulito a parte.
Per gestire e controllare il rischio si evidenziano i
seguenti punti:
15
Raccomandazioni e note operative 2/2
1. Eseguire almeno una volta all’anno un analisi
dell’olio diatermico: punto infiammabilità e GC-MS
2. In caso di rabbocco di MDM è consigliabile
effettuare sempre un’analisi dell’olio T66 (anche
se la perdita di fluido potrebbe più facilmente
essere verso l’esterno e non verso il T66).
3. In caso di intervento della catena e.m. del circuito
olio diatermico per sospetti problemi cavitazione
serve chiarire la natura del problema con il
fornitore dell’impianto e Turboden.
4. Serve adottare ogni precauzione per minimizzare
gli stress termici.
5. Si consiglia anche di testare periodicamente il
sistema di raffreddamento di emergenza dell’olio
diatermico.
16
Controllo e riduzione del rischio 1/2
1. Turboden ha introdotto cautelativamente un
software atto a ridurre i gradienti termici durante i
transitori di avviamento e fermata.
2. Turboden sta testando un dispositivo "SAW"
(Surface Acoustic Wave) per un continuo
monitoraggio della presenza di silicone nell’olio
diatermico.
Dispositivo "SAW"
17
Controllo e riduzione del rischio 2/2
In grandi impianti ad olio diatermico non destinati ad
applicazioni ORC esistono da tempo sistemi di
rimozione dei bassobollenti. Questi sistemi
aumentano la vita utile dei fluidi diatermici e ne
mantengono elevato il punto di infiammabilità.
Anche se non si tratta di sistemi di monitoraggio
continuo specifico per i silossani sono strumenti
disponibili per la rimozione dei bassobollenti e
permettono un preciso monitoraggio del contenuto
nel tempo tramite l’analisi del condensato raccolto.
(pictures courtesy of www.ness.de)
I
Il problema della contaminazione dell’olio
diatermico è stato riscontrato in circa 15 impianti
Turboden, tra il 2009 e il 2011
Di questi, nessuno aveva installato scambiatori
shell&tube
Solo in un impianto Turboden, il problema ha
causato l’arresto della circolazione dell’olio e la
sua crackizzazione (purtroppo non sono stati
registrati i dati nel PC e quindi non è stato
possibile fare una diagnosi del problema).
19
Altri possibili problemi
• Nel progetto del sistema boiler – ORC bisogna prevedere la
possibilità di raffreddare l’olio della caldaia durante l’avviamento
e la fermata dell’ORC (ossia quando ORC non è in grado di
garantire il raffreddamento dell’olio). Questo sistema di
emergenza deve essere progettato correttamente e manutenuto
in modo che entri in funzione correttamente quando richiesto.
• Per un buon funzionamento del sistema la velocità di attuazione
della valvola a 3 vie che alimenta l’ORC deve essere
sufficientemente lenta da non causare eccessive oscillazioni o
transitori che possono provocare le fermate del sistema e
comunque sollecitare termicamente l’ORC in modo anomalo
20
Conclusioni
• In generale l’ORC, in quanto "utilizzatore" del calore, può
generare meno problemi sull’olio diatermico rispetto al boiler che
"riscalda" l’olio
• La possibile contaminazione dell’olio diatermico da parte del
fluido di lavoro dell’ORC è un problema che va gestito e
controllato con una attenta progettazione e manutenzione del
sistema.
Nessun sistema è esente dai rischi.
È importante conoscerli e mettere in atto le azioni per
mitigarne gli effetti.
21
Grazie per l’attenzione

serbatoio di degasaggio dell'olio

Transcript

Documenti analoghi

The Heart Asks Pleasure First - Spartiti Pianoforte

Lago di Saint Cassien (Francia)

Solare Termodinamico

Test 1 - Turistitaliensk 1- Ciao! Come ______ ? stai hai sei 2

prodotto - DEL CO. Srl

LOCOMOTORE DIESEL-IDRAULICO KRAUSS MAFFEI marca

Usa la forza per muoverti nel labirinto di Darth Vader. Con la forza

Industrial Internet of Things 101

Comunicato stampa

Turboden cresce nell`industria del cemento