La questione che puntualmente si presenta è relativa alla resistenza alla corrosione dei materiali costruttivi degli scambiatori di calore che entreranno a contatto con questi fluidi.

Non è possibile dare delle garanzie sulla corrosione, stante la variabilità di fattori che influenzano l’aggressività di un fluido nei confronti dei materiali con i quali viene in contatto:

• concentrazione
• temperatura
• velocità

solo per citare i più comuni.

In ogni caso cerchiamo di fornire ai clienti la maggiore assistenza possibile, nella determinazione del tipo di materiale più adeguato per il servizio richiesto, tramite la consultazione delle tabelle in nostro possesso e l’esperienza accumulata nel corso degli anni.

Di seguito potete trovare un rapido diagramma che può essere utile per una prima grossolana selezione dei materiali, in base alla presenza di cloruri nell’acqua.

Più volte abbiamo sottolineato che una incrostazione o lo sporcamento dei sistemi di scambio termico e di generazione di energia termica:

• refrigeratori
• caldaie
• impianti di produzione acqua fredda per condizionamento
• scambiatori
• torri evaporative
• dry cooler
• centraline di termoregolazione

è determinante per il corretto funzionamento ed il mantenimento delle prestazioni di progetto.

Le incrostazioni però colpiscono anche tutti gli organi installati sui circuiti…

Proprio nei giorni scorsi siamo intervenuti su di un impianto, dove sono installate un certo numero di valvole automatiche, modulanti.

Dopo circa 18 mesi di funzionamento regolare, il cliente chiama allarmato, in quanto alcune valvole risultano non funzionanti.

In un primo tempo di pensa ad un problema di attuatori, ma dopo un rapido controllo, ci si rende conto che sono proprio le valvole che non funzionano, la parte meccanica risulta bloccata.

Durante una fermata notturna dell’impianto, si procede allo smontaggio di una delle valvole, trovando il corpo completamente incrostato e praticamente inutilizzabile.

Si prova a revisionarle, ma lo strato di incrostazioni e di ossidi di ferro ha intaccato seriamente gli otturatori, risulta meno costosa la sostituzione dei corpi.

Facciamo una analisi dell’acqua del cliente ed in collaborazione con degli specialisti centriamo immediatamente un trattamento chimico da applicare, che viene “caldamente” consigliato al cliente.

Due giorni dopo, l’impianto è di nuovo in funzione al 100%, fortunatamente le valvole in questione erano dedicate alle emergenze…e nei due giorni di fermo valvole, non ce ne sono state. Nel frattempo erano strato installate valvole manuali per ogni evenienza.

]]> http://www.tempcoblog.it/2421/il-trattamento-dellacqua-negli-impianti/feed/ 0 Valvola di regolazione incrostata da ossidazione e carbonati DOSING_CHEMICALS http://www.tempcoblog.it/2206/protezione-per-climi-marini/ http://www.tempcoblog.it/2206/protezione-per-climi-marini/#comments Wed, 24 Mar 2010 21:27:40 +0000 Valter Biolchi http://www.tempcoblog.it/?p=2206 Sto parlando ovviamente di protezione dalla corrosione in atmosfera marina dei macchinari…non certo di creme solari o mute in neoprene.

Ci capita molto spesso di installare i nostri macchinari in ambienti limitrofi al mare. Infatti molti insediamenti industriali, si sviluppano sulle coste, per problemi logistici e tecnologici.

Petrolchimici, power plants, impianti chimici, ce n’è per tutti i gusti.

In questi insediamenti, esistono delle necessità di resistenza alla corrosione delle apparecchiature, che non riscontriamo negli ambienti industriali classici, infatti oltre all’atmosfera già di per sé piuttosto aggressiva, dovuta a sospensioni causate dalle lavorazioni effettuate, si aggiunge l’atmosfera carica di salinità tipica del mare.

Esistono diversi studi effettuati sui vari tipi di protezione efficaci in questi ambienti, a queste abbiamo aggiunto una esperienza ormai maturata in anni di installazioni e di feedback dal campo.

Dobbiamo inevitabilmente distinguere di quale tipo di macchina stiamo parlando, infatti non potremo adottare la protezione che applichiamo ad un elettroradiatore ad una torre evaporativa e viceversa.

TORRI EVAPORATIVE.

Queste macchine nascono per lavorare in ambienti già di per sé aggressivi, tanto è vero che il ciclo di protezione applicato a queste macchine nella versione standard, è adeguato anche per un ambiente marino industriale pesante:

• lamiera prezincata
• lavorazioni meccaniche preventive
• verniciatura con polveri poliestere ad alto spessore e cottura in forno
• bulloneria di assemblaggio inox
• assenza di viti “parker” o autofilettanti (per non rovinare il lavoro svolto qui sopra).

Questi sono i semplici ma efficaci sistemi che adottiamo.

Nel caso il cliente lo desideri, possiamo addirittura realizzare tutta la torre in acciaio inossidabile; personalmente consiglio questa esecuzione non tanto per il clima marino (i cloruri sono corrosivi nei confronti dell’acciaio inossidabile), quanto per atmosfere cariche di solventi o idrocarburi.

Alternativa ulteriore la vetroresina, anche in questo caso un distinguo è d’obbligo…parlo di vetroresina ad alto spessore, altrimenti la resistenza chimica cede decisamente il passo di fronte alla resistenza meccanica non accettabile per un prodotto industriale.

ELETTRORADIATORI

Per quanto riguarda la carpenteria di supporto, ripeto praticamente quanto citato per le torri.

Il punto debole qui diventano le tubazioni in rame e le alette in alluminio.

Fondamentalmente ci sono due alternative:

• stagnatura
• verniciatura epoxy

Il primo metodo, prevede il rivestimento complessivo dello scambiatore con stagno, mediante immersione a caldo.

Metodo efficace, ma parecchio costoso, che inficia in una certa misura l’efficienza dello scambiatore

Il secondo metodo, che tendiamo a raccomandare, prevede una verniciatura con vernici epossidiche, che garantisce una elevata resistenza alle nebbie saline concentrate.

Anche questo metodo costa abbastanza, ma negli anni si è dimostrato decisamente efficace, con numerose applicazioni su radiatori installati su piattaforme estrattive, quindi in pieno “clima marino”

GRUPPI FRIGORIFERI

Per i gruppi frigoriferi, vengono applicati i due metodi sopradescritti contemporaneamente.

La carpenteria viene realizzata come per le torri evaporative, mentre i condensatori ad aria, vengono trattati esattamente come gli elettroradiatori.

PACKAGE UNITS

In questo caso, essendo prodotti speciali realizzati praticamente su commessa, ci si rifà alle secifiche dettate dal main contractor o dalla società di engineering (Saipem, Tecnimont, Maire, Tenova, Technip, Aramco, Mol, ecc…).

Nel caso non vi siano specifiche particolari, solitamente prevediamo una abbondante mano di primer zincante inorganico, su base sabbiata SA2,5 seguita da un ciclo di vernice epossidica.

Tutta la bulloneria anche in questo caso sarà in acciaio inossidabile, anche se spesso viene richiesta in acciaio nichelato.

Da questo punto di vista devo dire che le specifiche più restrittive che abbiamo finora trovato, risultano quelle relative a delle piattaforme per il mare del Nord in Norvegia…

Si tratta di una applicazione collaudata e standardizzata.

In questi ultimi anni, abbiamo anche avuto modo di analizzare e risolvere alcune delle più frequenti insidie che possono creare problemi a questa tipologia di impianti: la corrosione ambientale.

E’ chiaro e risaputo che il biogas è un elemento poco pulito e spesso carico di contaminanti che possono avere effetto di corrosione con le parti con cui viene in contatto, tanto è vero che gli scambiatori di calore con i quali lo si tratta (deumidificazione e raffreddamento) o con i quali si effettua il recupero dell’energia termica (scambiatore fumi), sono realizzati in materiali adeguati (1.4401 ovvero AISI 316).

E’ meno evidente che anche l’ambiente dove operano questi impianti, può essere contaminato da elementi corrosivi.

Infatti a seconda ci si ritrovi in allevamenti animali o discariche, sicuramente l’ambiente potrà essere carico di elementi che operano una azione corrosiva sulle apparecchiature limitrofe.

I gruppi frigoriferi, i radiatori di dissipazione dei motori endotermici ed in genere tutte le macchine che trattano elevati volumi di aria, rischiano di essere sottoposti all’azione corrosiva degli agenti contaminanti.

A questo proposito, abbiamo sviluppato dei sistemi di di protezione adeguata, per ogni tipo di macchinario.

L’importante è che il cliente comunichi il luogo ed il tipo di impianto dove verrà installato il sistema di cogenerazione, in modo da poter adottare la protezione adeguata.

Gli scambiatori “double wall” o a doppia parete, nascono per applicazioni ben specifiche, dove è assolutamente da scongiurare una miscelazione tra i fluidi primario/secondario di un processo.

Cito per fare qualche esempio:

• applicazioni in ambito alimentare
• raffreddamento di olio per trasformatori
• sostanze corrosive

Nei casi sopracitati il double wall è una scelta imposta, diversamente è meglio valutare bene se sia necessario mettersi in “sicurezza” utilizzando questa tipologia di scambiatore o ricorrere a sistemi di diverso tipo.

Per capire il motivo di quello che scrivo, descriviamo prima di tutto come è fatto un double wall:

in pratica si tratta di uno scambiatore di calore a piastre di tipo ispezionabile (adesso ne esistono anche di saldobrasati), che ha una doppia piastra al posto della piastra singola tradizionale.

Questo in caso di corrosione e foratura di una piastra, provoca le perdite di fluido verso l’esterno scongiurando la miscelazione tra i circuiti primario e secondario.

In questo modo però risulta facile comprendere come vi sia un decremento delle prestazioni dello scambiatore per due motivi:

• interposizione tra i due fluidi di scambio di una camera d’aria (tra le due piastre contigue vi è una intercapedine)
  
• maggiore spessore della piastra di scambio (doppio spessore circa).

Questo decremento comporta quindi una necessità di maggiore superficie di scambio per attuare lo stesso lavoro termico, quindi maggiore superficie di scambio, ovvero maggiore numero di piastre, che si traduce in costi superiori.

In settori meno critici, si scongiura la miscelazione dei due fluidi, accettando che una eventuale perdita fra le piastre porti al travaso del circuito più critico verso il circuito meno critico, giocando sulle pressioni di lavoro…semplice ma efficace.

Sandvik Materials Te­chnology, acciaieria svedese produttrice di tubi inossidabili senza saldatura, ha dato un forte impulso allo sviluppo di una famiglia di acciai inossidabili molto innovativa, commercialmente cono­sciuta con il nome di duplex. Queste leghe di acciaio oltre a resistere bene ai molteplici prodotti corrosivi trattati dalle industrie chimiche e petrolchimiche, offre la possibilità di sfrutta­re valori di resistenza meccanica superiori a quelli dei tradizionali acciai inossidabili austenitici e degli acciai al carbonio ad alta resi­stenza, diventando quindi una scelta interessante per la realizzazione di scambiatori di calore a fascio tubiero.

L’evoluzione degli acciai austeno-ferritici è avvenuta con la introduzione di tubi senza saldatura in qualità sempre più performanti realizzati con leghe denominate duplex, su­per-duplex fino ad arrivare ad un ancor più innovativo Iper-Duplex conosciuto con il nome SAF 2707HD. I tubi scambiatori di SAF 2707HD sono stati sperimentati anche in applicazioni molto severe con fluidi molto aggressivi, come ad esempio in scambiatori di calore raffreddati con acqua di mare clorata contenenti elevati tenori di cloruri in ambienti equa­toriali, in scambiatori particolarmente critici di raffinerie, e in processi chimici a contatto con miscele di acidi organici par­ticolarmente corrosive. La resistenza alla corrosione da sola negli scambiatori di calore non basta, infatti è richiesta una elevata resistenza meccanica abbinata ad buona fabbricabilità.

Scambio di calore affidabile
Negli scambiatori di calore a piastre si riescono a raggiungere ottime resistenze alla corrosione, grazie all’impiego di materiali quali il titanio, il titanio/palladio, l’hastelloy, il monel o l’inconel, ma i limiti di pressione e temperatura legati a questa tipologia di scambiatori, fa propendere alcuni item di processo verso scelte necessariamente più tradizionali, legate agli scambiatori a fascio tubiero. Nonostante gli avanzamenti tecnologici degli scam­biatori di calore compatti, gli scambiatori shell & tube e gli air cooler sono i componenti più popolari per le operazioni pe­trolchimiche di base grazie alla loro capacità di unire elevati carichi termici a facilità di manutenzione e pulizia. Si stanno certamente sempre di più sviluppando soluzioni che tendono ad unire i vantaggi degli uni con quello degli altri, ovvero gli scambiatori a piastre “fully welded”, che sempre di più stanno prendendo piede in ambito processistico.

Analizziamo le piastre che ci sono state rese per la rigenerazione e la riguarnitura, risultano al 100% bucate.

ma non si tratta di pitting, sono veri e propri crateri, localizzati nella zona del bocchello.

La piastra finale è completamente consumata.

Verifichiamo concentrazioni e temperature, si è passati da acqua con acido solforico al 20% per la quale l’AISI 316 andava benissimo, ad una concentrazione più che doppia, ma soprattutto il processo che prima richiedeva un raffreddamento, ora prevede un riscaldamento con vapore…con temperature di parete che raggiungono i 105°C.

Risultato corrosione assicurata.

Corrosione localizzata
Negli scambiatori di calore si possono formare cricche per causa di depositi o incrostazioni localizzate nei punti di contatto delle piastre.

Corrosione diffusa
La corrosione diffusa solitamente interessa il rame e non l’acciaio inossidabile, con una conseguente perdita delle caratteristiche meccaniche dello scambiatore stesso.

Corrosione galvanizzata
Il contatto metallico fra rame ed acciaio inossidabile con l’acqua di scambio,  può causare una corrosione del metallo più “elettronegativo”, in questo caso il  rame.

Corrosione da sforzo (stress)
La corrosione da sforzo può interessare l’acciaio inossidabile se sono presenti sforzi di tensione o pressioni pulsanti ad elevata frequenza, in assenza di sistemi di smorzamento.

Caratteristiche dell’acqua
I parametri che vanno monitorati sono i seguenti:
- Temperatura,
- pH,
- Conducibilità,
- Durezza,
- Alcalinità
- Concentrazione di cloruri, solfati e nitrati.

Qui di seguito è riportata la descrizione dei parametri dell’acqua più importanti e le loro specifiche.

• Temperatura:  generalmente un aumento della temperatura aumenta il tasso di corrosione per la maggior parte dei metalli. Per il rame in acqua calda, la probabilità della pitting è più alta alle temperature sopra 60°C. Lo stesso effetto lo si ritrova sull’acciaio inossidabile, per quanto riguarda i cloruri.

• pH:  generalmente la principale causa di corrosione del rame dipende dal pH allo scopo di limitare i rischi di corrosione. Il valore di pH va mantenuto tra 7.5 e 9.0.

• Alcalinità:  si raccomanda di  non superare una concentrazione di HCO HCO3- di 300 mg/l.

• Conducibilità: una elevata conducibilità dell’acqua aumenterà generalmente il tasso di corrosione nella maggior parte di metalli. Una conducibilità massima di 500 µS/cm è in generale il valore  limite più adatto.

• Durezza: il rame non è compatibile con l’acqua demineralizzata, di conseguenza un valore corretto del rapporto [Ca2+, Mg2+] / [HCO3-]  dovrebbe essere maggiore di  0.5.

• Cloruro:  la presenza del cloruro nell’acqua aumenterà il rischio di corrosione localizzata sull’acciaio inossidabile. Il valore limite dipenderà dalla temperatura. Qui di seguito sono riportati i limiti di cloruro alle varie temperature.

Limiti di cloruro
1000 mg/l a 25°C
300 mg/l a 50°C
100 mg/l a 80°C
0 mg/l a T > 100°C

• Solfato: le alte concentrazioni di solfato aumentano il rischio di corrosione del rame. Si raccomanda una concentrazione massima nel solfato di 100 mg/l,  la corrosione può anche avvenire a concentrazioni più basse se [HCO3-] / [SO42-]  è inferiore a 1.

• Nitrato: gli ioni del nitrato hanno un’influenza simile a quella del solfato e una concentrazione massima nel nitrato di 100 mg/l è raccomandabile.

In molte applicazioni l’aggiunta di cloro all’ acqua è necessaria per motivi batteriologici. Il cloro diminuisce la resistenza della corrosione dell’ acciaio inossidabile. Bisogna cercare di mantenere la concentrazione di cloro sotto agli 0,5 mg/l, per evitare la corrosione dell’AISI 316L (1.4404)

E’ interessante conoscere la resistenza alla corrosione dei materiali. Infatti siamo spesso convinti che l’acciaio inox sia inattaccabile…è inossidabile…già inossidabile ma non in assoluto.

Infatti nonostante la sua elevata reesistenza alla corrosione ed all’ossidazione, ovvero all’azione ossidante dell’ossigeno, che non lo fa arrugginire, ci sono delle particelle che lo attaccano senza problemi, soprattutto in condizioni di concentrazione e di temperatura elevate.

Sto parlando dei cloruri.

Ovviamente nelle applicazioni “standard” il problema non si pone, ma se ad esempio cominciamo a parlare di acqua di una piscina, dobbiamo fare attenzione, infatti l’acqua della piscina viene trattata per essere igienizzata con cloruri (candeggina, ipoclorito, che dir si voglia).

La concentrazione di questi cloruri, quando supera i 300 ppm (parti per milione), diventa aggressiva nei confronti dell’acciaio inox. Considerando che lo spessore delle piastre di uno scambiatore di calore a piastre varia da 0,5 a 0,6 mm (o meno), possiamo capire quanto il richio di corrosione/foratura/vaiolature/pitting, possa essere reale.

In questi casi si deve passare a materiali più nobili:

• acciai altolegati
• titanio
• hastelloy

ovviamente in ordine di resistenza ai cloruri…alla fine rimane la grafite oppure le materie plastiche, ma qui stiamo parlando già di altre tipologie di scambiatori di calore.

E’ interessante conoscere la resistenza alla corrosione dei materiali. Infatti siamo spesso convinti che l’acciaio inox sia inattaccabile…è inossidabile…già inossidabile ma non in assoluto.

Infatti nonostante la sua elevata reesistenza alla corrosione ed all’ossidazione, ovvero all’azione ossidante dell’ossigeno, che non lo fa arrugginire, ci sono delle particelle che lo attaccano senza problemi, soprattutto in condizioni di concentrazione e di temperatura elevate.

Sto parlando dei cloruri.

Ovviamente nelle applicazioni “standard” il problema non si pone, ma se ad esempio cominciamo a parlare di acqua di una piscina, dobbiamo fare attenzione, infatti l’acqua della piscina viene trattata per essere igienizzata con cloruri (candeggina, ipoclorito, che dir si voglia).

La concentrazione di questi cloruri, quando supera i 300 ppm (parti per milione), diventa aggressiva nei confronti dell’acciaio inox. Considerando che lo spessore delle piastre di uno scambiatore di calore a piastre varia da 0,5 a 0,6 mm (o meno), possiamo capire quanto il richio di corrosione/foratura/vaiolature/pitting, possa essere reale.

In questi casi si deve passare a materiali più nobili:

• acciai altolegati
• titanio
• hastelloy

ovviamente in ordine di resistenza ai cloruri…alla fine rimane la grafite oppure le materie plastiche, ma qui stiamo parlando già di altre tipologie di scambiatori di calore.

Temperatura: questo è il problema principale dell’elastomero, in base alla temperatura più calda o più fredda, cambierà il tempo di durata della guarnizione.

• Condizioni di lavoro e parametri di processo da verificarsi di volta in volta.
• Fluidi:  a seconda del tipo di fluido, si dovrà selezionare il materiale della guarnizione, con la resistenza chimica adeguata.
• Fluidi disincrostanti e detergenti:  se utilizzati in modo errato o con errate concentrazioni, possono compromettere seriamente le guarnizioni.
• Solidi in sospensione:  sono causa di erosione meccanica nei confronti della guarnizione.
• Agenti esterni: raggi U-V, nebbie saline, olii, ecc..

Si potrebbero aggiungere molti più punti dall’interazione dei fattori sopradescritti, inoltre molti clienti, non sono consapevoli della presenza nei loro processi di prodotti nocivi alle guarnizioni.
Alcuni processi si modificano rispetto alla condizione originaria, alcuni scambiatori di calore durano oltre vent’anni con  il primo set di guarnizioni.
Dato il gran numero dei fattori che potenzialmente riducono il periodo di vita della guarnizione, non si possono  dare alcune conferme di quanto tempo una guarnizione realmente durerà, poichè dipende dal suo utilizzo.  Le guarnizioni non sono coperte da garanzia, in quanto sono parti usurabili.