Pubblicazione Semestrale - N. 38 - Dicembre 2010
Rivista semestrale N. 38
Direttore responsabile
2° Semestre 2010
Gabriele Tanzi Mira
Tecnologia e conoscenza dei processi di generazione del
vapore al servizio della salute e del benessere: i nuovi
generatori di vapore pulito Spirax-Sarco, con alimentazione
elettrica, ideali per applicazioni ospedaliere ed alimentari.
SOMMARIO
Desurriscaldatori:
cenni teorici e caratteristiche generali
pag. 3
Valvole di sicurezza pilotate:
generalità e campi di apllicazione
pag. 12
L'importanza dell'utilizzo del Vapore Pulito
nei processi di sterilizzazione e umidificazione
in ambito ospedaliero
pag. 18
Pubblicazione tecnica edita dalla:
20834 Nova Milanese (MB) - 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
Desurriscaldatori - Cenni teorici e caratteristiche generali
Il vapore surriscaldato
Gli svantaggi del vapore surriscaldato
Caratteristiche generali
L’utilizzo di vapore surriscaldato ha anche un certo numero di svantaggi:
Il vapore surriscaldato è vapore ad una temperatura
superiore alla temperatura di saturazione relativa alla
pressione a cui il vapore stesso si trova.
Ciò porta ad avere calore supplementare nel vapore
che quindi:
• ha temperatura superiore a quella di saturazione
• contiene più energia del vapore saturo
• ha volume maggiore di un semplice vapore saturo.
Le relazioni tra queste tre proprietà sono ben documentate e possono essere ricercate nella maggior parte dei
testi relativi alle proprietà termodinamiche del vapore.
300
Vapore surriscaldato
Temperatura °C
250
aturo
l vapor s
Linea de
200
150
Acqua
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Pressione bar g
Il vapore surriscaldato viene principalmente utilizzato
negli impianti di produzione di energia come fluido
motore per le turbine. Una variante gas del ciclo Rankine
dimostrerà che, per le turbine, il vapore surriscaldato è
più efficiente termicamente del vapore saturo.
I vantaggi del vapore surriscaldato
Surriscaldare il vapore presenta i seguenti ulteriori
vantaggi importanti:
• L’utilizzo di vapore umido all’interno di una turbina
si potrebbe tradurre in goccioline d’acqua con
conseguente erosione delle palette della turbina, così
come un maggiore attrito.
• È possibile dimensionare le tubazione considerando
una velocità superiore. Ciò significa che possono
essere utilizzate tubature di distribuzione più piccole
(a condizione che la caduta di pressione non sia
eccessiva).
• Avere vapore surriscaldato negli impianti che lavorano
in continuo, significa nessuna formazione di condensa
nelle tubature; quindi è richiesto il drenaggio delle
condense solo durante la fase di avviamento.
• Sebbene il vapore surriscaldato contenga una grande
quantità di energia termica, questa energia è di tre
forme: entalpia dell’acqua, entalpia di evaporazione
(calore latente) e entalpia di surriscaldamento. La
maggior parte dell’energia è entalpia di evaporazione, e
l’energia del surriscaldamento rappresenta una piccola
parte.
• Il coefficiente di trasferimento del calore, quando si
utilizza vapore surriscaldato come mezzo di riscaldamento, è basso, variabile e difficile da quantificare con
precisione. Ciò rende difficile un accurato dimensionamento e un controllo delle apparecchiature di scambio
termico , porta inoltre a dimensionare uno scambiatore
di calore più grande e più costoso.
Una volta che il vapore surriscaldato viene raffreddato
a temperatura di saturazione, il coefficiente di scambio
aumenta notevolmente, e la temperatura alla quale il
vapore condensa di nuovo è costante. Questo garantisce un accurato dimensionamento e controllo delle
apparecchiature di scambio termico.
La presenza di elevati coefficienti di scambio termico
relativa a vapore saturo porta a scambiatori di calore
più piccoli e meno costosi rispetto a quelli che utilizzano
il vapore surriscaldato.
• Se alimentati con vapore surriscaldato, alcuni processi
(ad esempio, colonne di distillazione) risultano essere
meno efficienti.
• Le alte temperature del vapore surriscaldato richiedono
spesso un rating più alto delle componenti meccaniche
dell'impianto, quindi l’attrezzatura è più costosa.
• La temperatura più elevata del vapore surriscaldato
può danneggiare le apparecchiature più delicate.
Questi svantaggi indicano chiaramente che il vapore surriscaldato in genere non è desiderabile per applicazioni
di processo termico. Tuttavia esistono siti dove il vapore
surriscaldato viene generato per la produzione di energia; ha quindi senso economico desurriscaldare parte di
questo vapore in alcuni punti del ciclo di produzione di
energia e utilizzarlo per applicazioni di processo.
Negli impianti che hanno vapore surriscaldato disponibile per l’uso di processo conviene distribuire il vapore
surriscaldato in punti remoti dell’impianto, in quanto il
vapore rimane secco. Questo diventa importante se ci
sono lunghi tratti di tubazione tra il punto di generazione
e il punto di utilizzo.
Il desurriscaldamento
Il desurriscaldamento è il processo mediante il quale o il vapore surriscaldato viene riportato al suo
stato saturo o ne viene ridotto il surriscaldamento.
Per ripristinare lo stato di saturazione, la maggior parte
dei desurriscaldatori produce vapore con una temperature di uscita vicina alla saturazione (in genere un minimo
di +3°C sopra la temperatura di saturazione).
3
Fondamentalmente esistono due principali tipologie di
desurriscaldatori:
• Contatto indiretto - Il mezzo utilizzato per raffreddare
e il vapore surriscaldato non entra in contatto diretto.
Può essere impiegato, come fluido di raffreddamento,
un liquido refrigerante o un gas, per esempio, l’aria
circostante.
Esempi di questo tipo di desurriscaldatore sono
scambiatori di calore a fascio tubiero. Qui il vapore
surriscaldato alimenta un lato dello scambiatore di
calore e un mezzo di raffreddamento alimenta l’altro
lato. Appena il vapore surriscaldato passa attraverso
lo scambiatore di calore, il calore viene ceduto dal
vapore e trasmesso al fluido di raffreddamento.
La temperatura del vapore desurriscaldato può
essere controllata sia dalla pressione di ingresso
del vapore surriscaldato sia dalla portata del fluido
di raffreddamento. Il controllo del flusso di vapore
surriscaldato non è normalmente di facile gestione e la
maggior parte dei sistemi regolano la portata del fluido
di raffreddamento.
Utilizzando l’equazione riportata qui sotto,che si basa
sul principio di conservazione dell’energia, è possibile
determinare facilmente e rapidamente la portata
necessaria di acqua di raffreddamento:
entalpia in ingresso
entalpia in uscita
al processo = dal processo
mw hw + mss hs = mss hd + mw hd
mss hs - mss hd = mw hd - mw hw
mss (hs - hd) = mw (hd - hw)
La portata d’acqua è:
mw = mss * (hs - hd) / (hd - hw)
dove
mw = portata massica di acqua di raffreddamento [kg/h]
mss = portata di massa di vapore surriscaldato [kg/h]
hs = entalpia a condizione di surriscaldamento [kJ/kg]
h d = entalpia a condizione desurriscaldato [kJ/kg]
hw = entalpia di acqua di raffreddamento all’ entrata [kJ/kg]
Regolatore
Desurriscaldatori
Acqua di
raffreddamento
Vapore surriscaldato
Valvola di
controllo
Valvola di
non ritorno
Vapore
desurriscaldato
Desurriscaldatore
• Contatto diretto - Il mezzo utilizzato per il raffreddamento e ll vapore surriscaldato entrano in
contatto diretto. Nella maggior parte dei casi, il fluido
di raffreddamento è lo stesso fluido da desurriscaldare, ma allo stato liquido. Per esempio, nel caso
di desurriscaldatori vapore, viene utilizzata acqua.
Una tipica stazione di desurriscaldamento a contatto
diretto è mostrato nella figura riportata qui sopra.
Quando il desurriscaldatore è in funzione, una
quantità controllata di acqua si aggiunge al vapore
surriscaldato, attraverso un miscelatore all’interno del
desurriscaldatore. Appena l’acqua di raffreddamento
entra nel desurriscaldatore evapora, assorbendo
calore dal vapore surriscaldato. Di conseguenza la
temperatura del vapore si riduce.
Il controllo della quantità di acqua da aggiungere
si ottiene di solito tramite la misurazione della
temperatura del vapore a valle del desurriscaldatore.
La temperatura impostata del vapore desurriscaldato
è normalmente di 3°C sopra quella di saturazione.
Pertanto, in tale regime, la pressione di ingresso del
vapore surriscaldato deve essere mantenuta costante.
Come si calcola la portata dell'acqua
di desurriscaldamento
La quantità di acqua da aggiungere deve essere
sufficiente per portare il vapore alla temperatura
desiderata; troppo poca acqua e il vapore non verrà
stato sufficientemente raffreddato, troppa acqua e
verrà prodotto vapore saturo umido che richiederà la
presenza di un separatore e di scaricatori di condensa.
4
La tipologia più semplice di desurriscaldatore è una
sezione di tubo non coibentato, dove il calore viene
disperso nell’ambiente. Tuttavia, a parte l’ovvio rischio
di danni al personale e lo spreco di energia, questo
approccio non permette di compensare variazioni delle
condizioni ambientali, della temperatura del vapore o
della portata di vapore.
Esistono diverse tipologie di desurriscaldatori e si
raccomanda di tenere in considerazione le seguenti
proprietà quando si dimensiona e si sceglie una stazione
di desurriscaldamento adatta ad una determinata
applicazione:
• Turndown - il ‘Turndown’ è il rapporto tra la
massima portata e la minima portata ammessa dal
desurriscaldatore.
Turndown = Massima Portata / Minima Portata
È un parametro molto importante, perché ogni variazione
legata alla pressione in ingresso, alla temperatura o alla
portata causerà una variazione della richiesta di liquido
di raffreddamento.
In generale è possibile specificare i due valori di turndown
per un desurriscaldatore:
Turndown lato vapore - Rappresenta il range di
portata di vapore che il dispositivo può effettivamente
desurriscaldare.
Turndown lato acqua - Rappresenta il range di
portata di acqua che il dispositivo può effettivamente
utilizzare. Anche se questo incide direttamente
sul turndown di vapore, il rapporto dipende dalla
temperatura del vapore surriscaldato, dall’acqua
di raffreddamento e dal vapore desurriscaldato.
Se il turndown richiesto non può essere raggiunto
utilizzando un solo desurriscaldatore, possono essere
installati due desurriscaldatori in parallelo regolati in
split-range.
Va notato che il desurriscaldatore stesso è solo una parte
di una stazione di desurriscaldamento, che comprende
anche il sistema di controllo necessario per il corretto
funzionamento.
• Pressione dell’acqua a disposizione - potrebbe
essere necessaria una pompa.
• Pressioni e temperature di esercizio.
• La lunghezza di assorbimento - nel caso di
desurriscaldatori in linea, la distanza percorsa dal
vapore prima che il desurriscaldamento sia completo
è un elemento molto importante.
• La precisione richiesta della temperatura finale.
• Portata di vapore e acqua.
• Grado di surriscaldamento prima, e la quantità
di vapore desurriscaldato necessaria dopo il
processo.
Di seguito sono descritte le più comuni tipologie di
desurriscaldatore disponibili sul mercato, i loro limiti e le
applicazioni tipiche.
Desurriscaldatori a contatto indiretto a fascio tubiero
Questo tipo di de surriscaldatori è costituito da uno scambiatore di calore tipo shell e tube, con vapore surriscaldato
da un lato e il fluido di raffreddamento dall’altro.
Valvola di sicurezza
Sensori di pressione e temperatura
Vapore surriscaldato
Testata flottante
Livello normale
dell'acqua
Scaricatore galleggiante
come "troppo pieno"
Acqua di
raffreddamento
a pressione e
temperatura di
saturazione
Vapor saturo
Sistema di
controllo
livello
dell'acqua
Alimentazione acqua di raffreddamento
(con pompa quando la pressione non è sufficiente)
Drenaggio
Scaricatore galleggiante
Il mantello del primo scambiatore di calore (che contiene l’acqua di raffreddamento) è fissato a entrambe le
estremità sul lato di entrata; mentre sul lato di uscita è
fissato nella sola parte inferiore e aperto in alto. La testa
mobile permette di pareggiare la pressione nelle due
sezioni del mantello.
Il fluido di raffreddamento è acqua a temperatura e
pressione di saturazione. Il vapore surriscaldato entra
nel primo e poi nel secondo fascio di tubi e cede calore
all’acqua; un parte di acqua evapora per l’ aggiunta di
energia. L’acqua di raffreddamento evaporata passa
attraverso la testa mobile e si accumula nel lato di uscita
del mantello. Passa poi attraverso il lato aperto del
mantello dove si miscela con il vapore desurriscaldato.
Vantaggi
1.Il turndown è limitato solamente dal turndown degli
apparecchi di coltrollo installati.
2.È in grado di produrre vapore desurriscaldato entro
5°C della temperatura di saturazione.
3.Alte temperature e pressioni di esercizio, in genere
circa 60 bar e 450 °C.
4.Tempi di risposta veloci.
Svantaggi
1.Sono molto ingombranti e sono stati ampiamente
superati dato che ora esistono una serie di tipologie
di dispositivi in linea.
2.Costo.
3.L’efficienza dello scambio termico di questo tipo di
desurriscaldatore è un elemento piuttosto critico.
L’accumulo di aria o di film sulla superficie di scambio
termico può agire come una barriera contro lo scambio
di calore.
Applicazioni
1. Tutte le applicazioni dove avvengono ampie variazioni
di carico.
5
Desurriscaldatori a contatto diretto a bagno d’acqua
Questa è la tipologia più semplice di desurriscaldatore a contatto diretto. Il vapore surriscaldato viene iniettato in una
vasca contente acqua. Questo calore aggiuntivo produce vapore saturo dall’evaporazione dal pelo libero dell’acqua.
Un regolatore di pressione mantiene costante la pressione nel serbatoio, e quindi la temperatura e la pressione del
vapore saturo nella tubazione a valle.
Dato che il vapore surriscaldato ha più energia rispetto al vapore saturo per unità di massa, evaporerà più vapore
saturo di quello che entra effettivamente nel desurriscaldatore. Di conseguenza, il livello dell’acqua scende e si deve
prevedere di ripristinare continuamente il volume d'acqua contenuto nel serbatoio. Questo di solito richiede una pompa
simile a quelle di alimentazione della caldaia, in quanto l’acqua deve essere pompata contro la pressione del serbatoio.
Una valvola di non ritorno sull’alimentazione del vapore surriscaldato è necessaria per evitare che l’acqua del serbatoio
risalga la linea del vapore surriscaldato.
Vapor saturo
Unità controllo
pressione
Sensore di
pressione
Presa vapore
Valvola di
sicurezza
Spazio asciugatura vapore
Manometro
Valvola di
non ritorno
Valvola di controllo
della pressione
Scaricatore
galleggiante come
"troppo pieno"
Bacino d'acqua
Sistema
di controllo
del livello
Alimentazione acqua
di raffreddamento con
pompa d'alimentazione
Drenaggio
Alimentazione acqua di raffreddamento con pompa
d'alimentazione, quando l'acqua d'alimentazione è sottopressione
Vantaggi
1. Semplice.
2. Il vapore viene prodotto a temperatura di saturazione.
3. Può produrre vapore con una frazione secca di 0,98%.
4. Il turndown è limitato solamente dal turndown degli
apparecchi di coltrollo installati.
Svantaggi
1. Ingombranti
2. Poco pratico per le alte temperature
Applicazioni
1. Tutte quelle applicazioni dove avvengono ampie
variazioni di portata.
2.Quando è ammessa l'assenza di surriscaldamento
residuo.
6
Desurriscaldatori ad iniezione d'acqua
Questo tipo di desurriscaldatore copre la stragrande
maggioranza delle applicazioni in cui è richiesto un desurriscaldamento. In desurriscaldatori a iniezione d’acqua, il
vapore surriscaldato viene fatto passare attraverso una tubazione munita di uno o più ugelli. Questi iniettano acqua
di raffreddamento nel vapore surriscaldato, che trasforma
l’acqua in vapore riducendo la quantità di surriscaldato.
L’acqua di raffreddamento può essere iniettata nel vapore
surriscaldato in diversi modi, di conseguenza, ci sono
diversi tipi di desurriscaldatori a iniezione d’acqua.
I fattori che influenzano la scelta della tipologia di
desurriscaldatori ad area variabile sono:
Tenendo presente che C e g sono costanti, l’equazione
mostra che solo due fattori possono essere manipolati
per alterare la portata dell’acqua di raffreddamento (qV):
- Variare la caduta di pressione attraverso l’orifizio
(quindi l’ugello), h. Si esprime quindi la portata in
funzione della perdita di carico:
V∝
√h
Questo significa che se, ad esempio, la portata
aumenta di un fattore di 5, la pressione disponibile
deve aumentare di un fattore di 5² = 25. L’effetto di
questa relazione ostacola gravemente il turndown.
• Dimensione delle particelle - Più piccola è la
dimensione delle particelle d’acqua, maggiore è il
rapporto tra la superficie e la massa e maggiore è il
tasso di trasferimento di calore. Poiché l’acqua viene
iniettata direttamente nel flusso di vapore surriscaldato,
minore è la dimensione delle particelle, minore è
la distanza necessaria affinchè lo scambio termico
avvenga.
Oltre alla portata dell’acqua di raffreddamento,
ci sono due altre considerazioni importanti per
determinare la necessaria pressione di acqua di
raffreddamento:
L’acqua viene suddivisa in piccole particelle utilizzando
un dispositivo meccanico (ugello a orificio fisso o
variabile) o ugelli di atomizzazione.
2. Più grande è la perdita di pressione attraverso
l’ugello, migliore è la nebulizzazione dell’acqua
di raffreddamento.
• Turbolenza - Quando il fluido entra all’interno
della tubazione il flusso diventa più turbolento, le
singole particelle d’acqua stazionano più a lungo
nel desurriscaldatore, permettendo un maggiore
trasferimento di calore. Inoltre la turbolenza favorisce
la miscelazione tra l’acqua di raffreddamento e il vapore
surriscaldato. L’aumento della turbolenza permette il
completamento del desurriscaldamento in una distanza
minore.
- Variare l’area del orifizio, A. Si esprime quindi la
portata in funzione dell’area dell’ugello:
Si può creare turbolenza in un uno dei seguenti modi:
- Caduta di pressione attraverso l’ugello - sottoporre
l’acqua di raffreddamento ad una maggiore caduta di
pressione, ne aumenta la sua velocità e induce una
maggiore turbolenza.
1.La pressione dell’acqua di raffreddamento deve
essere superiore alla pressione di vapore
surriscaldato al punto di iniezione.
V∝A
Questo rapporto lineare significa, per esempio, che se la
portata aumenta di un fattore di 5, la superficie disponibile
deve aumentare a sua volta di un fattore pari a 5. Questo
variazione può semplicemente essere realizzata da un
orifizio ad area variabile (figura riportata sotto) oppure
modificando il numero dei fori attraverso cui passa il
fluido di raffreddamento.
Flusso acqua raffreddamento
Movimento testata della valvola
- Velocità - Aumentando la velocità complessiva della
miscela di acqua e vapore, la turbolenza aumenta.
L’aumento della velocità si ottiene di solito mediante
la creazione di una restrizione nel percorso di vapore,
che genera ulteriori turbolenze e vortici.
• Portata acqua di raffreddamento - la quantità di
acqua di raffreddamento che può essere aggiunta al
vapore surriscaldato è influenzata da una serie di fattori,
che sono legati dall’equazione:
qV = C A
√2 g h
Sede
dove:
qv = portata volumetrica di acqua di raffreddamento [m³/s]
C = Coefficiente di scarico dell’ugello
A = Area dell’ugello [m²]
g = Costante gravitazionale [9,81 m/s ²]
h = Perdite di carico dell’orifizio
Bocchello
circolare
Testata
valvola
7
Spray Type
Venturi
Caratteristiche generali
Caratteristiche generali
Il desurriscaldatore Spray Type è una semplice iniezione
di acqua di raffreddamento nella linea di vapore, dove
il punto di iniezione è spostato leggermente al di sopra
dell’asse della condotta. L’acqua di raffreddamento viene
iniettata nel flusso di vapore attraverso uno o più ugelli
di atomizzazione.
Acqua di raffreddamento
Manicotto
termico
Il desurriscaldatore tipo Venturi impiega una restrizione
nella condotta del vapore surriscaldato per creare
una regione di alta velocità e turbolenza dove viene
iniettata l’acqua di raffreddamento. Questo aiuta a
stabilire uno stretto contatto tra il vapore e l’acqua di
raffreddamento, migliorando l’efficienza del processo di
desurriscaldamento.
Acqua di raffreddamento
Flusso
di vapore
surriscaldato
Vapore
surriscaldato
L’iniezione assiale dell’acqua di raffreddamento migliora
la miscelazione di acqua e il vapore surriscaldato per
due ragioni:
1.L’acqua viene iniettata lungo l’asse della tubazione,
quindi sarà distribuita più uniformemente nel flusso di
vapore surriscaldato.
2.La tubazione di mandata dell’acqua di raffreddamento che viene inserita nella condotta agisce come un
ostacolo e crea vortici portando ad avere turbolenza
aggiuntiva al punto di iniezione dell’acqua.
Camicia
Diffusore Bocchello Diffusore
interno interno principale
Il processo di desurriscaldamento si svolge in due fasi
distinte:
• La prima fase del desurriscaldamento avviene nel
diffusore interno. Una parte del vapore è accelerata nel
beccuccio interno e la velocità è usato per atomizzare
l’acqua in arrivo. L’acqua di raffreddamento viene iniettata
nel diffusore attraverso una serie di piccoli spruzzi, che
contribuiscono ulteriormente a nebulizzare l’acqua.
• Nella seconda fase di desurriscaldamento, esce dal
diffusore interno un sorta di nebbia satura che raggiunge il
diffusore principale dove si mescola con il resto del vapore.
Flusso
Tubazione verticale di mandata
Vantaggi
1. Semplice funzionamento.
2. Nessuna parte in movimento.
3. Vantaggioso economicamente sull’intera gamma di
diametri.
4. Minima perdita di carico.
Svantaggi
1. Turndown basso, in genere un massimo di 3:1 sia sul
vapore che sull’ acqua di raffreddamento.
2.La temperatura del vapore desurriscaldato è normalmente oltre 10°C superiore alla temperatura di
saturazione.
3. La lunghezza di assorbimento è piuttosto elevata.
4. Possono danneggiare la tubazione interna.
Questo può essere superato con l’uso di un manicotto
termico.
Applicazioni
1.Applicazioni dove la portata di vapore, la temperatura del
vapore e la temperatura del liquido di raffreddamento
siano costanti; tutto ciò significa una richiesta piuttosto
costante di acqua di raffreddamento.
8
Il diffusore principale crea una restrizione per vapore
restante andando ad aumentare così la sua velocità in
questa zona. Quindi, c’è una zona di turbolenza in cui
avviene la seconda fase del desurriscaldamento.
Questo meccanismo riduce al minimo il contatto dell’acqua
di raffreddamento con la tubazione, combinando la
massima efficacia di desurriscaldamento con la minima
usura del tubo.
Il turndown tipico del lato vapore è 4:1 ma varia a seconda
delle condizioni reali. Nelle applicazioni in cui vi è una
stazione di riduzione pressione a monte del desurriscaldatore, il turndown di vapore disponibile può arrivare a
più di 5:1.
Il turndown tipico del lato acqua è 20:1 a seconda delle
condizioni reali e di solito è soddisfacente per la maggior
parte delle applicazioni impiantistiche. Per turndown
superiori a 20:1, aumenta la necessità di inserire una
pompa.
I desurriscaldatori tipo Venturi possono essere installati
sia in orizzontale che in verticale con direzione del flusso
di vapore verso l’alto. Quando viene installato in posizione
verticale, si verifica una migliore miscelazione che può
portare ad avere un turndown oltre 5:1. Il problema
principale di questo installazione è avere lo spazio
sufficiente per installare in verticale il desurriscaldatore.
Vantaggi
1.Turndown vapore fino a 5:1 e turndowns acqua oltre
20:1.
2.Semplice principio di funzionamento (anche se più
complesso rispetto allo Spray Type).
3.Nessuna parte in movimento.
4.Accurato controllo della temperatura del vapore
desurriscaldato, normalmente entro 3°C dalla
temperatura di saturazione.
5.Adatto per il funzionamento sia in condizioni di vapore
costante che variabile.
6.Minore usura nelle tubazioni a valle rispetto a un
desurriscaldatore tipo Spray, perchè l’acqua di
raffreddamento si presenta come una nebbia piuttosto
che come un getto.
Svantaggi
1.Elevate perdite di carico.
2.La lunghezza di assorbimento è più lunga rispetto al
tipo Steam Atomising; è quindi richiesto più spazio per
l’installazione.
3.Una minima portata di acqua di raffreddamento è
sempre richiesta.
Applicazioni
• Nella seconda fase di desurriscaldamento, esce
dal diffusore interno un sorta di nebbia satura
che si mescola con il resto del vapore della linea
principale. L’evaporazione avviene nella tubazione
immediatamente a valle del desurriscaldatore, dove
le goccioline d’acqua rimangono sospese e poco a
poco evaporano.
L’utilizzo di vapore per atomizzare l’acqua di raffreddamento produce particelle di acqua finemente nebulizzata, che garantisce un efficace trasferimento di calore e
successiva evaporazione.
Questa tipologia di desurriscaldatori consente di avere un
turndown lato vapore piuttosto elevato, fino a un rapporto
50:1. Si deve tuttavia far notare che con un turndown
superiore a 20:1, la velocità dell’ acqua nella tubazione
potrebbe essere troppo bassa. In questo caso bisogna
prevedere l’inserimento di un sistema di drenaggio e
di riciclo. Se non può essere installato un sistema di
recupero, il turndown dovrà essere ridotto.
La configurazione tipica di un desurriscaldatore tipo Steam
Atomising è illustrata nella figura riportata qui di seguito:
1.Adatto alla maggior parte delle principali applicazioni
impiantistiche, eccetto dove è richiesto un elevato
turndown sulla portata di vapore.
5
Steam Atomizing
Alimentazione aria
Caratteristiche generali
I desurriscaldatori di tipo Steam Atomising impiegano
vapore ausiliario ad alta pressione per atomizzare l’acqua
di raffreddamento in entrata.
Vapore di atomizzazione Acqua di raffreddamento
9
7,5 m
Rastrematore max 7"
Flusso vapore
surriscaldato
6
7 8
1
2
2m
3m
Flusso vapore
desurriscaldato
Ciclo di ricircolo
dell'acqua di
raffreddamento
Ciclo del
vapore di
atomizzazione
Valvola di non ritorno
4
Bocchello interno
3
Valvola di controllo
Acqua di ad azione modulante
raffreddamento
1. Desurriscaldatore
2. Valvola di controllo del flusso di vapore
3. Valvola di controllo dell'acqua di raffreddamento
4. Valvola on/off automatica per controllo vapore
5. Unità di controllo pressione
Flusso
vapore
surriscaldato
6. Unità di controllo temperatura
7. Sensore di temperatura
8. Sensore di pressione
9. Filtro/regolatore dell'aria
Vantaggi
Tenute
Diffusore interno
Il processo di desurriscaldamento avviene in due fasi:
• La prima fase avviene nel diffusore, dove è atomizzata
l’acqua di raffreddamento per la velocità elevata del
vapore di atomizzazione. La pressione del vapore
ausiliario deve essere almeno 1,5 volte la pressione
di ingresso del desurriscaldatore. La portata di vapore
di atomizzazione è normalmente tra il 2% e il 5% del
flusso di vapore della linea principale. L’impiego di
vapore a di atomizzazione permette di introdurre acqua
di raffreddamento a pressioni più basse. In generale,
l’unico requisito è che la pressione dell’acqua sia
superiore a quella del vapore surriscaldato.
1.Buon turndown - il turndown di vapore può arrivare
fino a 50:1, ma il funzionamento e il controllo è più
efficace con un turndown massimo di 20:1.
2.Molto compatto - lunghezza di assorbimento breve
rispetto alle altre tipologie.
3.La caduta di pressione è trascurabile.
4.Può essere utilizzata acqua di desurriscaldamento
fredda, dato che il vapore di atomizzazione la preriscalda.
5.Temperatura di saturazione - in genere 6°C sopra la
saturazione.
Svantaggi
1.È necessario vapore ausiliario ad alta pressione.
2.Il materiale extra richiesto e le tubature supplementari
sono relativamente costose.
Applicazioni
1.Adatto per applicazioni in cui le portate di vapore
variano molto, ad esempio in stazioni combinate di
riduzione pressione e desurriscaldamento.
9
Area variabile
Caratteristiche generali
I desurriscaldatori ad area variabile vengono progettati
per ottenere la migliore atomizzazione possibile dell’acqua con una alta rangeability. Molte applicazioni infatti
richiedono turndown superiori rispetto a quanto si può
ottenere con desurriscaldatori ad area fissa.
È possibile avere un grande varietà di ugelli (quantità
e dimensioni) da combinare in modo da poter ottenere
un accurato controllo della temperatura del vapore ad
ogni condizione operativa. Questo avviene grazie alla
presenza di un attuatore a diaframma , di solito completo
di posizionatore, che permette il controllo della quantità
d’acqua richiesta dal processo di desurriscaldamento
senza che sia necessaria la presenza di una valvola di
regolazione.
Il desurriscaldatore ad area variabile riceve in ingresso
l’acqua di desurriscaldamento attraverso una flangia
posizionata sul corpo principale; tale acqua è incanalato
per raggiungere la parte opposta del tubo dove è presente
la testa con gli ugelli necessari.
Nella parte inferiore del corpo, il pistone controlla il flusso
di acqua che attraverso gli ugelli raggiunge il flusso di
vapore da desurriscaldare. Quando questo pistone è
in posizione di chiusura, l’acqua non può raggiungere
gli ugelli. Quando il pistone viene spinto verso il basso
dall’attuatore ( che segue gli input ricevuti dal regolatore
di temperatura) , la differente apertura degli ugelli modifica la portata di acqua in relazione della caratteristica di
regolazione richiesta.
Vantaggi
1.Il turndown è molto elevato e può raggiungere 100:1.
2.Temperatura di vapore desurriscaldato - in genere 2,5
°C sopra la saturazione.
3.Lunghezza di assorbimento molto breve
4.La pressione dell’acqua di raffreddamento deve essere
superiore di soli 0,4 bar alla pressione del vapore
surriscaldato.
5.Velocità del vapore surriscaldato può essere molto
bassa.
Svantaggi
1. Perdita di carico attraverso il desurriscaldatore.
2. Il desurriscaldatore deve essere installato verticalmente.
Applicazioni
1.Adatto ad applicazioni dove la portata di vapore varia
molto e una perdita di carico relativamente alta non è
critica.
2.Nei casi in cui la velocità del vapore è molto bassa.
L'offerta Spirax Sarco
La competenza specifica dei nostri tecnici e la familiarità con tutti gli aspetti di un impianto vapore ci consente di identificare la miglior soluzione ad ogni necessità di desurriscaldamento del vapore. Siamo in grado di fornire soluzioni
complete, anche sotto forma di unità package "chiavi in mano", che comprendono oltre al dispositivo di desurriscaldamento anche tutta la componentistica di regolazione e controllo necessaria (valvole regolazione acqua, valvole
di intercettazione, filtri e valvole di ritegno, strumentazione di controllo e sicurezza, regolatori e quadro di controllo).
Il tutto con componenti di alta qualità, selezionate, ingegnerizzate e prodotte da Spirax Sarco o da primarie società
internazionali nostre partner. Per ogni esigenza specifica i nostri tecnici specialisti sono a vostra completa disposizione.
Luca Tremolada
[email protected]
10
Rapporto
turndown
vapore
Temperatura
minima
oltre TS
(°C)
Pressione minima
acqua di
raffreddamento*
(bar)
Velocità
a minima
portata
(m/s)
Fascio tubiero
In relazione
alla valvola
di controllo
5
-
A bagno d'acqua
In relazione
alla valvola
di controllo
0
Spray type
(ugelli multipli radiali)
3:1
Spray type
(ugello di
iniezione assiale)
Modello
Dimensioni tubazioni (mm)
Min
Max
-
-
-
-
-
-
-
10
1
6
20
600
3:1
10
0,5
6
50
1200
Spray type
(ugelli multipli assiali)
8:1
8
4
6
150
1500
Spray type
(ugelli multipli assiali
a molla)
9:1
8
15,5
9
150
600
Venturi
5:1
3
1
6
50
1270
Steam atomizing
50:1
6
Maggiore
della pressione
del vapore
1,5
100
1500
fino a 100:1
2,5
0,4
3
80
800
Area variabile
* Tipica pressione minima dell'acqua di raffreddameto al di sopra della pressione del vapore surriscaldato
11
Valvole di sicurezza pilotate
Generalità e campi di applicazioni
Le valvole di sicurezza più largamente diffuse negli
impianti industriali sono quelle azionate a molla. Fondamentalmente si differenziano per gli standard di progettazione e calcolo (DIN, ASME, API): in applicazioni
petrolchimiche, e di chimica di base lo standard API è
quello più largamente diffuso.
Col continuo evolversi della tecnologia e per via di applicazioni sempre più impegnative, talvolta le valvole di
sicurezza tradizionali (a molla) non sono in grado di soddisfare le crescenti richieste in termini di affidabilità, tenuta,
performance. Dal momento che il limite più grosso delle
attuali valvole di sicurezza è dato, in molti casi, proprio
dal principio di funzionamento e cioè dall’azionamento
meccanico a molla, sono state sviluppate una serie di
valvole che non fossero più soggette a tali limitazioni.
Si tratta delle valvole di sicurezza pilotate, una serie di
valvole che assicurano la tenuta sede otturatore, non
con l’ausilio di una molla di contrasto, ma utilizzando la
pressione stessa del fluido di processo. Questo nuovo
tipo di valvola, costruito secondo gli standard API, è quindi
priva della parte superiore (cappello) dove normalmente
alloggia la molla, ma è dotata di un dispositivo supplementare (il pilota) che, controllando opportunamente il
flusso del fluido di processo all’interno dl corpo valvola,
provoca l’apertura dell’otturatore (con conseguente fase
di scarico) o la chiusura dello stesso.
Una caratteristica fondamentale di queste valvole è che
la pressione di taratura non è influenzata dalla contropressione statica, ciò significa che non sono necessari
dispositivi o artifici di nessun genere per compensare
contropressioni statiche (costanti o variabili) allo scarico.
Una valvola pilotata può funzionare con contropressioni
statiche fino al 70 % della pressione di taratura, mentre
una valvola di sicurezza a molla può arrivare fino ad un
massimo del 35% - 50%. Ciò è dovuto essenzialmente
alla geometria interna della valvola: nelle valvole a molla
l’otturatore è soggetto all’effetto della contropressione
che si va a sommare alla forza esercitata dalla molla
di taratura. Per eliminare l’effetto della contropressione
statica nelle valvole di sicurezza tradizionali si possono
adottare due differenti sistemi:
Se andiamo invece ad esaminare la geometria interna di
una valvola di sicurezza pilotata ci rendiamo subito contro
che la superficie dell’otturatore non è soggetta all’eventuale contropressione presente nella linea di scarico ma
solo alla pressione esercitata dal pilota tramite il fluido
di processo. Ciò significa che eventuali contropressioni
statiche non possono in alcun modo disturbare l’apertura
della valvola.
Esistono fondamentalmente due tipologie diverse di
valvole pilotate:
• il soffietto di bilanciamento
• tarare la valvola ad una pressione pari alla differenza
fra il set e la contropressione statica.
L’impiego del soffietto di bilanciamento (in acciaio inox)
permette di compensare contropressioni pari al 35% della
pressione di taratura per valvole di sicurezza normali e
pari al 50% per valvole API.
Il soffietto di bilanciamento permette di compensare contropressioni statiche sia costanti che variabili nel tempo.
La seconda opzione sopra elencata permette invece solo
il bilanciamento di una contropressione statica costante
nel tempo. Nel caso poi in cui la pressione di lavoro
e quella di set fossero troppo vicine, anche le minime
fluttuazioni presenti in qualsiasi impianto potrebbero
compromettere il corretto funzionamento della valvola.
12
• valvole ad azione on off (pop action)
• valvole ad azione modulante (modulate action).
Le valvole on off sono progettate in modo garantire
un’apertura rapida e totale dell’otturatore in caso di raggiungimento della pressione di taratura. Queste valvole
possono essere utilizzate solo con gas.
Le valvole ad azione modulante operano in modo da
scaricare la quantità di fluido necessaria per riportare
la pressione di lavoro al di sotto della soglia di pericolo.
L’azione di queste valvole non è quindi istantanea ma
graduale: l’otturatore non si spalanca completamente al
raggiungimento della pressione di taratura ma apre gradualmente in proporzione alla sovrappressione registrata
in quel momento.
Le valvole ad azione modulante sono utilizzate anche in
tutti quei casi in cui il fluido di processo non deve essere
scaricato in atmosfera.
Prima di analizzare nel dettaglio le due tipologie di valvole
pilotate osserviamo il loro principio di funzionamento.
Principio di Funzionamento
La tenuta delle valvole pilotate, come abbiamo già avuto
modo di dire in precedenza è affidata all’effetto della pressione del fluido di processo. Per ottenere quest’effetto è
necessario l’utilizzo di uno strumento chiamato valvola
pilota (più comunemente pilota).
La pressione di sistema viene trasmessa tramite il tubicino di presa pressione dalla connessione di ingresso al
pilota e dal pilota alla camera superiore della valvola. In
questa camera il fluido andrà ad esercitare la sua pressione sulla superficie superiore dell’otturatore.
Dal momento che la superficie superiore dell’otturatore
esposta alla pressione è più
grande della superficie inferiore, la tenuta sede otturatore viene automaticamente
garantita.
Grazie a questo fatto, non
solo la tenuta è garantita, ma
la forza che tiene premuto l’otturatore sulla sede aumenta
all’aumentare della pressione
del fluido di processo. Le
valvole pilotate possono garantire la tenuta dell’otturatore fino ad una pressione in linea
pari al 97% della pressione di taratura della valvola stessa.
Al raggiungimento della
pressione di taratura il pilota
interviene. Come conseguenza di quest’intervento
la pressione di sistema non
viene più trasmessa alla camera superiore della valvola
di sicurezza e contemporaneamente la camera superiore viene anche sfiatata.
L’abbassamento di pressione all’interno della camera
provoca una riduzione della
forza che assicura la tenuta dell’otturatore con un conseguente innalzamento dello stesso.
Le modalità di apertura della valvola dipenderanno dal
tipo di pilota installato. L’apertura potrà quindi essere
immediata (con solo l’1% di sovrappressione) nel caso
di pilota on off o graduale nel caso di pilota modulante.
Al raggiungimento della pressione di richiusura il pilota
interverrà nuovamente chiudendo lo sfiato della camera
superiore e portando nuovamente nella camera superiore
la pressione del sistema.
Passiamo ora ad esaminare le due tipologie di valvole
più nel dettaglio.
La differenza fra la valvola on off e la valvola ad azione
modulante sta tutta nel pilota, il corpo valvola è sempre
lo stesso. Sostituendo quindi il pilota, si può cambiare la
natura della valvola.
Grazie alla robusta costruzione dei due tipi di pilota ed
al ridotto sviluppo dei tubicini di collegamento entrambi i
tipi di valvola dimostrano una particolare resistenza alle
vibrazioni e quindi una particolare predisposizione ad
impieghi dove siano presenti forti sollecitazioni.
Entrambi i piloti sono ricavati da pieno (in acciaio inox)
e sono realizzati in maniera tale da consentire una
facile sostituzione della molla di taratura dovendo solo
rimuovere il cappello del pilota senza smontare altre parti
funzionali della valvola.
La costruzione da pieno rende anche possibile la realizzazione del pilota in materiali diversi dall’acciaio inox in
tempi molto brevi.
Valvole ad Azione on off (pop action)
Ciclo di funzionamento
Le tre immagini sotto riportate descrivono nel dettaglio il funzionamento del pilota on off. In condizioni normali di funzionamento il pilota porta la pressione di sistema, tramite il tubicino di presa pressione, all’interno della camera superiore
della valvola. Dal momento che, come già detto in precedenza, la superficie superiore dell’otturatore è maggiore della
superficie inferiore la risultante delle forze agenti sull’otturatore è tale da garantire la tenuta della valvola
Quando viene raggiunta la pressione di taratura il pilota chiude la via che porta la pressione alla camera superiore
della valvola e contemporaneamente sfiata la camera stessa. In questo modo la pressione della camera superiore cala
rapidamente e quando la pressione del sistema raggiunge un valore pari alla pressione di taratura + 1%, l’otturatore
apre istantaneamente.
13
Nel momento in cui il pilota sfiata la pressione contenuta
all’interno della camera superiore, scarica il volume di gas
contenuto in essa all’esterno, nell’ambiente circostante.
Questo modo di operare rende questo tipo di valvola
inadatta a tutte quelle applicazione in cui non sia possibile
scaricare il fluido di processo in atmosfera. Al raggiungimento della pressione di richiusura, il pilota interviene,
chiudendo lo sfiato all’atmosfera e ripristinando la pressione all’interno della camera superiore. Quest’azione
provoca la repentina richiusura della valvola stessa.
Spinta
4
3
Spirax Sarco Italia completa la propria gamma
di prodotti con le nuove Valvole di sicurezza
pilotate LESER
Nel corso dell’anno 2010 LESER, partner di Spirax Sarco
Italia da oltre 20 anni e di cui Spirax Sarco è distributore
esclusivo per l’Italia, ha rilasciato una nuova famiglia di
valvole di sicurezza con la quale va a completare ulteriormente la sua già vasta gamma di prodotti.
La famiglia in oggetto è quella delle valvole pilotate ad
azione sia modulante che on-off.
Prima di analizzare i vari impieghi in cui queste nuove
valvole eccellono, esaminiamo le caratteristiche che le
permettono di essere la scelta privilegiata rispetto alle
valvole tradizionali a molla.
Principali caratteristiche
I modelli attualmente resi disponibili da LESER sono:
1
2
Pressione impostata
• Modello 811 (on off)
• Modello 821 (ad azione modulante)
Pressione
Il diagramma sopra riportato descrive graficamente il
funzionamento on/off di questa famiglia di valvole.
Valvole ad Azione Modulante (Modulate Action)
Ciclo di funzionamento
Il funzionamento del pilota modulante è molto simile a quello
del pilota on off. Differisce fondamentalmente in soli due punti:
• appena prima che la pressione di set sia raggiunta
• subito dopo il raggiungimento della pressione di set.
In condizioni di funzionamento normale il pilota manda
nella camera superiore la pressione del sistema assicurando la perfetta tenuta dell’otturatore.
Appena prima del raggiungimento della pressione di set il
pilota chiude la via che porta la pressione di sistema nella
camera superiore della valvola, ma non sfiata ancora
la camera superiore, mantenendola così in pressione.
Questa pressione costante al di sopra dell’otturatore è
la condizione presente nella valvola un attimo prima del
raggiungimento del set. Al raggiungimento della pressione di taratura il pilota comincia a sfiatare la camera
pilota, dando luogo all’apertura della valvola. Il pilota
modulante però non sfiata completamente la camera
superiore ma soltanto quanto basta per far raggiungere
all’otturatore il livello di apertura necessario per ridurre la
pressione di sistema. Fintantoché la pressione di sistema
è compresa tra il 93% (pressione di richiusura) ed il 110%
(pressione di completa apertura) il pilota continuerà a
controllare la corsa dell’otturatore in modo da scaricare
solo la quantità necessaria di fluido. Quando la pressione
di sistema raggiunge il valore di richiusura, il pilota torna
nella condizione iniziale, cioè chiude lo sfiato della camera superiore e riporta in essa la pressione di sistema
provocando al chiusura della valvola.
Le principali caratteristiche comuni ad entrambi i modelli
sono:
• progettazione secondo API
• diametri nominali: da 1" x 2" a 8" x 10"
• tarature: da 2,5 bar g a 102 bar g
• rating flange: da ANSI150 x ANSI150
(rating ingresso x rating uscita) a ANSI600xANSI150
• valvola pilota costruita interamente in acciaio inox
e ricavata da pieno.
Le valvole 811 sono omologate per l’impiego con aria e
gas secondo ASME sezione VIII, DIN EN ISO 4126, AD
2000-Merkblatt.
Le valvole 821 sono invece omologate l’impiego con aria,
gas e liquidi secondo ASME sezione VIII, DIN EN ISO 4126,
AD 2000-Merkblatt, mentre per vapore le omologazioni
attualmente disponibili sono solo DIN EN ISO 4126, AD
2000-Merkblatt (ASME sezione VIII è in via di ottenimento).
Orifici standard e a passaggio pieno
Per ogni diametro nominale è disponibile tutta la serie di
orifici previsti dagli standard API.
In aggiunta agli orifici standard, per ogni diametro è
disponibile un orificio extra anche nel caso in cui la sua
dimensione vada oltre il massimo previsto da API.
Orificio standard
Spinta
4
3
Spurgo
1
14
93%
2
98%
100%
Pressione impostata
Solo valvola di
sicurezza a molla
LESER - solo per
comparazione
Valvola di sicurezza
con funzionamento
a pilota serie 820
110% Pressione
Orificio extra
(passaggio pieno)
DN
25 x 50
40 x 50
40 x 80
50 x 80
80 x 100
100 x 150
150 x 200
200
x
250
Dim.
1"x2"
1½"x2"
1½"x3"
2"x3"
3"x4"
4"x6"
6"x8"
8"x10"
G H J
J K L
Orificio
API std.
D E F
Secondo
API 526
Orificio
Extra
D E F G
G
G H
H
J
Le valvole dotate di orifici extra o a passaggio pieno sono
in accordo alle API 526 eccetto che per la dimensione
dell’orificio.
L’evidente vantaggio di disporre di un orificio a passaggio
pieno è che a parità di diametro nominale la portata di
scarico sarà superiore. In pratica, a parità di portata di
scarico posso adottare una valvola di taglia inferiore. Gli
orifici la cui lettera è seguita da un “+” posseggono una
capacità di scarico superiore almeno del 25% rispetto
alla capacità di scarico dell’orificio standard.
K+
L M N P
N+
Q R
P+
T
R+
T+
Applicazioni con acido solfidrico (sour service)
La maggior parte dei componenti a contatto col fluido
sono già utilizzabili in caso di sour service.
L’unico particolare che deve essere sostituito è la molla
di taratura del pilota on off, che per quest’applicazione
deve essere realizzata in Inconel. Questa infatti viene a
contatto con il fluido di processo.
Accessori disponibili
Per le valvole pilotate sono disponibili una serie di accessori che rendono più versatile la valvola stessa.
Nella figura sottostante sono rappresentati i più comuni
accessori fornibili a corredo di una valvola pilotata.
Dispositivo manuale
apertura valvola
Dispositivo per
prevenire il controflusso
Presa di
pressione
remota
Filtro Pilota
Connessione per
collaudo in campo
Connessione per collaudo in campo
Questa connessione serve per poter testare il corretto
settaggio della valvola di sicurezza senza dover fermare
l’impianto o aumentare la pressione dell’impianto fino al
valore di set.
Generalmente può essere utilizzata una bombola di
azoto, con pressione opportunamente ridotta.
Lo schema sotto riportato mostra l’equipaggiamento di cui
deve disporre il cliente al fine di poter testare la valvola
di sicurezza mediante l’uso dell’attacco per il collaudo
in campo.
Manometro
Regolatore azoto
Valvola della
bombola d'azoto
Nel caso sia richiesta la verifica della pressione di taratura
della valvola, disponendo di questo connettore, si può collegare alla valvola stessa una fonte esterna che fornisca
la pressione necessaria a raggiungere il set della valvola.
Valvola d'intercettazione
Attacco presa
della valvola per
test/collaudo
Valvola di sfiato
Bombola d'azoto
15
Filtro Pilota
Dispositivo per prevenire il controflusso
Questo dispositivo si rende necessario quando esiste la
possibilità che il fluido di processo non sia completamente
privo di impurità. Eventuali particelle solide potrebbero
bloccare i ristretti passaggi dei tubi di collegamento.
Il filtro, con grado di filtrazione di 25 µm, è utilizzabile sia
per fluidi gassosi che liquidi.
Questo filtro assicura una protezione migliore del filtro
standard incorporato nella tubazione di presa pressione
della valvola.
Una delle prime principali caratteristiche di queste valvole
è che la pressione di taratura non è influenzata dalla
contropressione. In pratica la valvola è in grado di aprire
qualsiasi sia il valore della contropressione. Questa è
una caratteristica di gran pregio ma può, in alcuni casi
specifici, creare problemi.
Supponiamo che la pressione di sistema stia raggiungendo
il valore di taratura della valvola pilotata e che per
un qualsiasi motivo la contropressione statica nella
tubazione di scarico salga oltre il valore della pressione
di taratura. Dal momento che la valvola pilotata è in grado
di aprire qualsiasi sia la contropressione, aprirà anche in
queste condizioni.
Dispositivo manuale apertura valvola
Mediante questo dispositivo è possibile forzare l’apertura
della valvola senza dover agire sul pilota o sull’impianto.
Quest’opzione viene utilizzata solitamente quando il
tipo di fluido è tale da tendere, nel tempo, a ostruire
l’otturatore.
Il movimento dell’otturatore viene provocato mediante
l’apertura della valvola posta sopra in coperchio che
scarica la pressione presente nella camera superiore.
Questo dispositivo non può essere utilizzato per testare
la taratura della valvola.
Presa di pressione remota
Ciò che avverrà però non è lo scarico a valle del fluido
in eccesso ma un controflusso di fluido a pressione
superiore aumentando ancora di più la condizione di
pericolo.
Per questo motivo tutte le valvole di sicurezza pilotate
LESER sono dotate come standard di un "Dispositivo per
prevenire il contro flusso" che in caso di contropressioni
troppo elevate, impedisce l’apertura della valvola.
In valvole di sicurezza tradizionali (a molla) questo
fenomeno non può accadere in quanto l’otturatore
sarebbe soggetto ad una pressione pari alla somma
del precarico della molla e della contropressione statica
(superiore alla pressione dell’impianto) e quindi non
aprirebbe mai.
Possibili applicazioni
In via del tutto generale possiamo dire che le valvole
pilotate trovano il loro miglior impiego in tutti quei servizi
dove si verifichino le seguenti condizioni:
Applicazioni con elevate contropressioni
Come già sottolineato in precedenza le valvole pilotate
possono essere utilizzate in applicazioni dove le contropressioni arrivino fino a 70% della pressione di taratura,
mentre le valvole di sicurezza convenzionali possono
arrivare fino al 35% - 50%.
Va comunque ricordato che il valore massimo di contropressione sostenibile dalla valvola pilotata è limitato dal
rating della flangia in uscita.
Applicazioni nelle quali la taratura non debba
essere influenzata dalla contropressione
Nel caso in cui la valvola di sicurezza debba essere posizionata lontano dal processo, durante la fase di scarico,
nella tubazione d’ingresso della valvola potrebbero generarsi delle perdite di carico eccessive che potrebbero
indurre fenomeni di chattering con conseguente danneggiamento della valvola ed eccessivo scarico di fluido.
Posizionando invece il tubicino di presa pressione non
vicino alla valvola ma vicino al processo, viene trasferita
al pilota la pressione effettiva dell’impianto e non quella
falsata dalla presenza delle perdite di carico.
16
Grazie ai criteri con cui sono costruite queste valvole,
la taratura della stessa non è condizionata dalla contropressione.
Applicazioni con perdite di carico in ingresso
superiori al 3%
Con l’ausilio della presa di pressione remota si può svincolare la valvola di sicurezza dal perdite di carico troppo
elevate nella tubazione d’ingresso evitando problemi di
chattering ed instabilità allo scarico.
Applicazioni in cui sia richiesta un’elevata
tenuta sede / otturatore
Come abbiamo già avuto modo di evidenziare in
precedenza, grazie alla geometria delle valvole pilotate,
all’aumentare della pressione di sistema aumenta la forza
che assicura la tenuta della valvola.
Tutte queste caratteristiche rendono queste valvole
idonee ad applicazioni quali:
• Protezione di compressori su linee di trasporto gas:
grazie al loro rating e alla loro resistenza alle vibrazioni
possono assicurare una tenuta perfetta anche in
condizioni d’impiego molto severe.
• Oleodotti: le valvole installate in oleodotti si trovano
a dover scaricare in circuiti con forti contropressioni.
Le valvole pilotate sono ottime in quanto lavorano senza problemi anche in presenza di forti contropressioni.
• Piattaforme Offshore: sulle piattaforme esistono
fondamentalmente due esigenze:
- elevata tenuta in modo da evitare perdite indesiderate, ingombro e peso ridotto
- le valvole di sicurezza pilotate offrono una elevata
tenuta ed ingombri e pesi inferiori non solo rispetto a
valvole tradizionali ma anche a valvole pilotate della
concorrenza.
• A protezione di pompe: possono essere tranquillamente usate a protezione di circuiti con pompe volumetriche
in quanto il loro funzionamento non è condizionato dalla
contropressione del circuito in cui vanno a scaricare.
Principali caratteristiche e benefici
Di seguito una tabella riepilogativa che mostra le principali caratteristiche di queste valvole in relazione ai benefici per
l’utente finale e per l’installatore e manutentore.
Benefici per
installatore/manutentore
Caratteristica
Benefici per l’utente
Tubi di collegamento tra pilota
e valvola principale integrati nel
coperchio valvola.
- Ridotto rischio di
danneggiamento tubi.
- Maggiore resistenza alle
vibrazioni.
- No rischio di congelamento.
Meno tubi di collegamento per
una più semplice rimozione
del coperchio valvola.
Dispositivo prevenzione contro
flusso standard integrato nel
corpo del pilota.
- Minore rischio di
danneggiamento del
dispositivo (essendo
integrato nel corpo valvola).
- No extra costi in caso
d’ordine.
Lavorazioni addizionali per
collegamento del dispositivo
non necessarie.
Golfari di ancoraggio
integrati nella fusione.
- Compensazione delle forze
di reazione in caso di alte
pressioni.
- Più semplice
movimentazione durante
l’installazione.
Valvola pilota costruita
totalmente in acciaio inox.
Minor rischio di corrosione e
quindi maggior affidabilità
del dispositivo.
Tutti i tubicini di collegamento
a contatto col fluido ed il pilota
sono realizzati in acciaio inox
e nichelati.
Maggior resistenza
alla corrosione.
Maggior capacità di scarico a
Minor dimensione
della valvola.
Minor ingombro.
20% di ingombro in meno
rispetto a valvole di altri
concorrenti.
Minor ingombro.
Minor ingombro.
Possibile trasformare una
valvola on off in valvola
modulante con il solo
cambiamento del pilota,
senza modificare i tubicini di
collegamenti.
Facile conversione
dopo l’installazione.
Minor numero di ricambi
richiesto. Facile conversione
da on-off a modulante.
ORIFICI EXTRA parità di diametro.
Per adeguamento a sour
service è sufficiente cambiare
la molla del pilota.
Altri
Roberto Iori
[email protected]
17
L’importanza dell’utilizzo del vapore pulito nei processi
di sterilizzazione e umidificazione in ambito ospedaliero
Il Nuovo Ospedale Sant’Anna di Como, una
storia di successo
La continua ricerca di perfezionamento ci ha spinti ad
occuparci del progetto del nuovo ospedale Sant’Anna di
Como inaugurato nello scorso mese di ottobre.
Abbiamo avuto il piacere di operare con successo con
due partner, la Soc. Atecom di Nibionno (LC) in qualità
di fornitore delle apparecchiature e coordinatore del
progetto e la Soc. Samp di Concorezzo (MI) specialista
del settore e costruttore delle unità di precisione per il
trattamento dell'aria delle sale operatorie.
Premessa
Il Nuovo Ospedale Sant'Anna è una realtà "più grande
del Louvre".
La superficie del terreno è di circa 22 ettari, equivalente allo spazio occupato da oltre trenta campi di calcio
regolamentari. Mentre la superficie lorda occupata dai
pavimenti è di 76.220 metri quadrati, superiore a quella
espositiva del Museo del Louvre di Parigi, che è di 60
mila metri quadri. In queste superfici trovano spazio:
• 650 posti letto destinati a degenza ordinaria, day
hospital e day surgery, rianimazione, dialisi e terapie
intensive
• 18 sale operatorie destinate alle diverse specialità, oltre
4 sale destinate a chirurgia endovascolare
• 7.700 m2 destinati a laboratori diagnostici, radiologici
tradizionale e ad alta tecnologia (TAC e RMN), attività
di medicina nucleare e radioterapia con acceleratori
lineari.
Tutti i locali sono serviti dall’impianto di climatizzazione
centralizzato, con portate e controllo temperatura e
umidità adeguati alle caratteristiche di utilizzo di gruppi
omologhi di locali.
Per quanto riguarda l’approvvigionamento dei fluidi e
delle fonti energetiche, l’ospedale può essere definito
più che "ecologico". è infatti dotato di due distinte reti di
approvvigionamento idrico: una di acqua potabile ed una
di acqua greggia di lago, fornita all’acquedotto industriale,
per alimentare i diversi usi. Inoltre, vasche di raccolta
delle acque di prima pioggia consentono di impedire lo
sversamento nei corsi d’acqua delle sostanze inquinanti
che possono contaminare i piazzali e le aree esterne
pavimentate. Un moderno sistema di co-generazione,
alimentato a metano o, in caso di emergenza, a gasolio,
garantisce una parziale autonomia nella produzione
dell’energia elettrica, del calore e dell’acqua refrigerata.
L’ospedale è inserito in un contesto naturale ricco di aree
verdi, delle quali è previsto l’incremento con la piantumazione di idonee essenze a basso tasso allergologico,
soprattutto in prossimità dell’edificio dove sono previsti
18
prati senza graminacee e diverse varietà di acero. L’arredo verde delle corti interne ai corpi di fabbrica, ideate
per incrementare l’esposizione all’aria e alla luce naturale
del maggior numero di locali, è costituito da specie tappezzanti sempre verdi sulle aiuole e da una o più specie
arbustive o alberelli decorativi per fogliame o fioritura.
Le attività che interessano direttamente il nostro specifico ambito sono situate sul piano di copertura, sia la
centrale con gli impianti termomeccanici sia le centrali
di trattamento dell’aria.
Architettura del progetto
Sono stati inseriti 2 sistemi preassemblati per la produzione di vapore pulito con caratteristiche e certificazione
per il settore ospedaliero tipo CSM-K da 4.000 kg/h
cadauno ad una pressione di 3,5 barg. Risultano provvisti degli apparati necessari per una corretta analisi e
controllo dell’acqua e del vapore pulito prodotto. Al fine
di raggiungere idonei valori e parametri per l’acqua di
alimento abbiamo alimentato i 2 generatori tipo CSM-K
mediante un adeguato sistema anch’esso preassemblato
per il trattamento termico e degasazione tipo AP&D da
5.000 litri ad una temperatura di 90°C. Anche questo
sistema è provvisto degli apparati necessari per una corretta fornitura dell'acqua senza dover ricorrere a inibitori
della corrosione (alcalinizzanti e deossigenanti) proibiti
per l’applicazione sensibile ospedaliera. Il vapore pulito
generato viene distribuito attraverso dedicato sistema di
distribuzione con caratteristiche di pendenze, drenabilità
ed eliminazione dei gas incondensabili richieste per l’impiego ed è così accompagnato alle numerose Centrali di
trattamento dell'aria. Ricordiamo infatti che il vapore pulito
è la modalità di umidificazione richiesta dalle più recenti
normative e linee guida internazionali, ed è riconosciuto
come metodo sicuro ed efficace nella prevenzione della
contaminazione da legionella. La qualità e le proprietà
del vapore pulito che consentono il suo completo ed
intimo assorbimento nel flusso dell’aria sono assicurate
dai collaudati ed efficienti sistemi di umidificazione tipo Sl
completi di separatori di condensa, lance preriscaldate e
relativi scaricatori di condensa con selezionate valvole di
tipo proporzionale. A partire dall’ambiente nel quale è trattata l'acqua di alimentazione, per passare al successivo
sistema di generazione e per giungere attraverso le reti di
distribuzione al sistema di umidificazione, il vapore pulito
lambisce esclusivamente materiali in acciaio inossidabile
di tipo austenitico della serie 300.
Nella realtà ospedaliera considerata non è previsto che
il vapore pulito raggiunga anche la consueta seconda
utenza sensibile, la Centrale di sterilizzazione, in quanto
tutte le Autoclavi presenti con capacità di 10 unità cadauna sono alimentate esclusivamente dall'energia elettrica
quale fonte per la produzione del vapore necessario per
la sterilizzazione dello strumentario chirurgico.
Sistema degasazione dell’acqua d’alimento tipo AP&D
Sistemi generazione vapore pulito tipo CSM-K
Le unità di precisione per il trattamento dell'aria delle sale
operatorie e degli altri ambienti che necessitano delle
condizioni più restringenti, trattano importanti volumi
d’aria quantificati tra 800.000 e 1.000.000 di m3/h in totale.
Le singole unità, con portate d’aria nominali da 2.000 a
8.200 m3/h, risultano progettate e certificate in modo specifico per applicazioni critiche come quelle ospedaliere.
Sono equipaggiate dei dispositivi per il controllo dei
parametri ambientali richiesti in sala operatoria, quali
ricambio aria, controllo temperatura e umidità, filtrazione primaria e controllo pressione. Altre peculiarità sono
l'assenza di sporgenze all'interno dell'unità, assenza di
zone di ristagno d'acqua, sia con macchina ferma che in
funzione, e bacinelle di raccolta della condensa realizzate
interamente in acciaio inox AISI 316 inclinate sul fondo
per scarico centrale convogliato all’esterno, il tutto adatto
per eseguire la completa sanificazione.
Workshop: presentazione della storia di successo
In concomitanza dell'inaugurazione della nuova realtà ospedaliera lombarda abbiamo deciso di presentare adeguatamente il progetto sviluppato così da sensibilizzare i maggiori utenti su quest'argomento critico, in collaborazione con
la Commissione Impianti dell'Ordine degli Ingegneri delle province di Lecco e Como. L'invito è stato esteso a Studi di
consulenza e progettazione e a numerose Aziende Ospedaliere anche delle regioni limitrofe.
Mostriamo alcune fotografie che meglio raccontano il successo d’interesse e partecipazione riscontrato nel meeting
tenuto in un Centro alberghiero nella zona di Nibionno (LC) che è terminato con una cena di lavoro.
Si ringraziano per la preziosa collaborazione la Soc. Atecom s.r.l. la Soc. Samp Soluzioni Aeromeccaniche S.p.A. e
non ultima l’Azienda Ospedaliera Ospedale Sant’Anna. Maggiori dettagli sulle apparecchiature descritte possono essere desunte dai relativi doc tecnici scaricabili dal nostro sito internet: CSM-K rif. G0.080; AP&D rif. G0.075 e Sistemi
umidificazione rif. SB-P795-05. Per qualsiasi necessità, i nostri tecnici specialisti sono disponibili per un sopralluogo
gratuito presso il vostro impianto, per potervi proporre la migliore soluzione impiantistica per generazione, controllo e
distribuzione del vapore pulito.
Massimo Gonti
[email protected]
19
Nuova serie di
scambiatori a
tubi di calore
Per recupero termico da fumi
Spirax-Sarco S.r.l.
Via per Cinisello, 18 - 20834 Nova Milanese (MB)
Tel.: 0362 49 17.1 - Fax: 0362 49 17 307
Sito Internet: www.spiraxsarco.com/it