Il problema del serbatoio di respirazione
I grandi serbatoi di stoccaggio-da 50.000 a 500.000 litri-respirano. Una volta riempito, la pressione idrostatica di migliaia di tonnellate di liquido spinge le pareti del serbatoio verso l'esterno. Il percorso del guscio inferiore si espande radialmente di 5-15 mm, a seconda del diametro del serbatoio, dell'altezza del liquido e dello spessore della parete. Quando vengono svuotate, le pareti si contraggono. Questo movimento radiale si verifica ad ogni ciclo di riempimento-svuotamento. Nel corso della vita operativa di un serbatoio, le pareti si muovono verso l'interno e verso l'esterno migliaia di volte.
Uno scambiatore di calore collegato rigidamente sia al fondo che alla parete del serbatoio percepisce questo movimento come uno spostamento forzato. Le connessioni vengono separate quando il muro si espande e compresse quando il muro si contrae. Lo spostamento ciclico affatica le connessioni, causando eventualmente perdite nei giunti del tubo-al-collettore o un cedimento strutturale del telaio di supporto.
Gli scambiatori di calore in PTFE possono essere progettati con sistemi di montaggio flessibili che assecondano il movimento delle pareti del serbatoio mantenendo la posizione e l'orientamento dello scambiatore. La flessibilità è integrata nel telaio di supporto e negli attacchi alle utenze, isolando il fascio tubiero dai movimenti strutturali del serbatoio.
Il sistema di montaggio flessibile
Il telaio di supporto dello scambiatore di calore è ancorato al fondo del serbatoio solo a un'estremità-quella fissa. L'estremità fissa è posizionata vicino al centro del serbatoio, dove il movimento radiale durante il riempimento è minimo. L'estremità opposta del telaio-l'estremità scorrevole-è supportata su cuscinetti in PTFE a basso-attrito che consentono al telaio di scorrere rispetto al fondo del serbatoio mentre le pareti del serbatoio si muovono.
Il telaio non è fissato in alcun punto alla parete del serbatoio. L'estremità scorrevole appoggia sul fondo della vasca ed i cuscinetti di appoggio assecondano il relativo movimento. Il telaio è guidato da montanti verticali che impediscono lo spostamento laterale pur consentendo il movimento di scorrimento assiale. I montanti sono ancorati al fondo della vasca fuori dalla larghezza del telaio, quindi non interferiscono con l'azione di scorrimento.
I collegamenti di alimentazione del vapore e di ritorno della condensa in corrispondenza dell'attraversamento della parete del serbatoio sono realizzati con tubi flessibili rivestiti in PTFE-o giunti girevoli articolati che assorbono il movimento relativo tra l'attraversamento fisso della parete del serbatoio e il collettore scorrevole dello scambiatore di calore. I collegamenti flessibili sono sufficientemente lunghi da consentire l'intera gamma di movimenti della parete senza-sollecitare eccessivamente il tubo o i raccordi di collegamento.
| Parametro di flessibilità | Specifica |
|---|---|
| Massimo movimento radiale della parete del serbatoio | 5-25 mm (a seconda delle dimensioni del serbatoio) |
| Posizione fissa dell'ancora | Vicino al centro del serbatoio (zona di movimento radiale minimo) |
| Materiale del cuscinetto scorrevole | Cuscinetto in PTFE su pista in acciaio inossidabile lucidato o PTFE |
| Coefficiente di attrito del cuscinetto radente | 0,04-0,08 (PTFE su superficie liscia) |
| Tipo di connessione di rete flessibile | Tubo flessibile intrecciato in acciaio inossidabile rivestito in PTFE-; raggio minimo di curvatura 10× diametro del tubo |
| Lunghezza della connessione | 3-5× raggio di movimento massimo |
| Guida del telaio | Montanti di guida verticale con gioco di scorrimento |
| Sollecitazione sul fascio tubiero dovuta al movimento della parete | Zero (assorbito da telaio scorrevole e collegamenti flessibili) |
Il Coordinamento della Dilatazione Termica
Lo stesso scambiatore di calore in PTFE si espande quando viene riscaldato dalla temperatura ambiente a quella operativa. La sua dilatazione termica (circa 120 × 10⁻⁶/grado, ovvero 12 mm per metro per un aumento di temperatura di 100 gradi) deve essere coordinata con il movimento delle pareti del serbatoio. I due movimenti-espansione termica dello scambiatore ed espansione idrostatica del serbatoio-avvengono contemporaneamente durante il riempimento e il riscaldamento del serbatoio.
L'estremità scorrevole del telaio consente entrambi i movimenti. Il movimento totale all'estremità scorrevole è la somma vettoriale del movimento radiale della parete del serbatoio e della dilatazione termica differenziale tra il telaio in PTFE e il fondo in acciaio del serbatoio. La lunghezza del cuscinetto del cuscinetto in PTFE è dimensionata per rimanere completamente a contatto con il pavimento durante l'intero intervallo di movimento combinato, con un margine aggiuntivo per la tolleranza di installazione.
La Verifica e la Manutenzione
Il meccanismo di scorrimento viene verificato durante la messa in servizio riempiendo il serbatoio con acqua e misurando l'effettivo movimento radiale della parete e lo spostamento di scorrimento del telaio. I valori misurati vengono confrontati con le previsioni di progettazione. Se il movimento effettivo supera l'intervallo di progetto, vengono riviste la lunghezza della connessione flessibile e le dimensioni del cuscinetto.
I pattini dei cuscinetti scorrevoli vengono ispezionati annualmente durante l'ispezione interna del serbatoio. Le pastiglie vengono sostituite se presentano un'usura eccessiva o se il coefficiente di attrito è aumentato a causa della contaminazione della superficie. I tubi flessibili vengono ispezionati per rilevare eventuali segni di fatica o sfregamento e sostituiti con un ciclo preventivo di 5 anni.
Riepilogo
Gli scambiatori di calore in PTFE progettati per serbatoi di stoccaggio di grandi dimensioni incorporano sistemi di montaggio flessibili che consentono il movimento radiale delle pareti del serbatoio durante i cicli di riempimento-svuotamento. Un ancoraggio fisso vicino al centro del serbatoio e cuscinetti scorrevoli in PTFE all'estremità opposta consentono al telaio di muoversi con la struttura del serbatoio senza trasferire lo spostamento al fascio tubiero. I collegamenti flessibili delle utenze assorbono il movimento relativo in corrispondenza della penetrazione nella parete del serbatoio. Il design elimina le sollecitazioni cicliche sulle connessioni dei tubi che altrimenti causerebbero guasti per fatica.
Il supporto tecnico per la progettazione di scambiatori di calore in PTFE per serbatoi di grandi dimensioni- è disponibile previa presentazione di diametro e altezza del serbatoio, densità del liquido, frequenza del ciclo di riempimento-svuotamento, funzionamento del riscaldamento e dettagli costruttivi del pavimento del serbatoio esistente.
