Il problema del colpo d'ariete
Uno scambiatore di calore in PTFE che funziona con vapore a 4 barg avverte improvvisamente forti colpi nella linea di ritorno della condensa. I tubi flessibili in PTFE tremano. Nel corso delle settimane, i colpi si ripetono con crescente frequenza. Alla fine un tubo sviluppa una perdita stenopeica in corrispondenza di un morsetto di supporto, affaticato da ripetuti shock idraulici.
Il colpo d'ariete negli impianti a vapore non è un rumore fastidioso. Si tratta di un picco di pressione che raggiunge centinaia di psi e viaggia a velocità sonica attraverso tubazioni piene di condensa. Il tubo in PTFE, flessibile e resistente, resiste a questi shock meglio del metallo rigido. Ma ripetuti colpi di martello accumulano danni da fatica nei punti di concentrazione delle sollecitazioni-morsetti, raccordi e connessioni multiple.
La causa principale è riconducibile allo scaricatore di vapore. Il tipo di scaricatore sbagliato, o uno scaricatore di dimensioni corrette installato in modo errato, trattiene la condensa nella serpentina in PTFE. Quando questo pezzo di condensa viene improvvisamente spinto dal vapore in entrata, si verifica un colpo d'ariete.
In che modo gli scaricatori di condensa influiscono sulle prestazioni dello scambiatore di calore in PTFE
Uno scaricatore di condensa ha una funzione: scaricare la condensa trattenendo il vapore vivo. L'esecuzione di questa funzione determina se lo scambiatore di calore in PTFE funziona in modo efficiente o distruttivo.
L'accumulo di condensa all'interno dei tubi in PTFE crea due problemi. Innanzitutto, ricopre la superficie di trasferimento del calore. La sezione del tubo riempita di condensa trasferisce molto meno calore rispetto alla sezione riempita di vapore. La superficie effettiva si riduce. Il controller della temperatura del bagno apre ulteriormente la valvola del vapore per compensare, aumentando la pressione e la velocità del vapore.
In secondo luogo, la condensa accumulata forma una lumaca. Quando la pressione del vapore si accumula dietro la lumaca, questa accelera rapidamente. Alla prima curva o restrizione, il proiettile si ferma di colpo. L'energia cinetica si converte in un picco di pressione. Questo è un colpo d'ariete. Nei sistemi in PTFE, la punta sollecita le pareti del tubo e i punti di supporto.
Tabella 1: Idoneità del tipo di scaricatore di condensa per il servizio con scambiatore di calore in PTFE
| Tipo di trappola | Risposta al cambiamento del carico | Capacità di ventilazione | Rischio colpo d'ariete | Idoneità per bobine in PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Termodinamico (disco) | Scarso (scarica ciclica) | Povero | Alto (scarica intermittente) | Non raccomandato |
| Termostatico (pressione bilanciata) | Buono (continua) | Eccellente | Basso | Adatto per bobine piccole |
| Galleggiante e Termostatico | Eccellente (continuo, modulante) | Eccellente (presa d'aria separata) | Molto basso | La scelta migliore per tutte le applicazioni PTFE |
| Secchio rovesciato | Moderare | Richiede una presa d'aria separata | Moderato (intermittente) | Accettabile con un'adeguata ventilazione dell'aria |
Idoneità basata sulle caratteristiche di drenaggio della condensa e sull'esperienza sul campo con scambiatori di calore ad immersione in PTFE.
La logica della selezione della trappola
Gli scaricatori a galleggiante e termostatici forniscono il drenaggio della condensa più stabile per gli scambiatori di calore in PTFE. Il meccanismo a galleggiante apre la valvola di scarico proporzionalmente al flusso di condensa. Non sono presenti cicli, né scarichi intermittenti di residui, né colpi d'ariete. La presa d'aria termostatica integrata-rimuove automaticamente i gas non-condensabili che altrimenti coprirebbero la superficie di trasferimento del calore.
Le trappole termodinamiche sono le meno adatte. Funzionano secondo un ciclo di apertura-azione rapida-chiusa. La condensa si accumula fino all'apertura della trappola, quindi si scarica a raffica. Il flusso intermittente favorisce il colpo d'ariete. L'avvio a freddo genera grandi carichi di condensa che gli scaricatori termodinamici non sono in grado di gestire senza problemi.
Gli scaricatori a secchiello rovesciato sono ampiamente utilizzati nei sistemi a vapore generali, ma richiedono un'attenta applicazione su serpentine in PTFE. Si scaricano a intermittenza. Una presa d'aria separata è essenziale per evitare che l'aria si accumuli. Senza di esso, l'aria si accumula nella bobina, bloccando l'ingresso del vapore e la trappola non si apre.
Dettagli di installazione che prevengono problemi
Anche il tipo di trappola corretto fallisce se installato in modo inadeguato. Il sifone deve essere posizionato sotto l'uscita della condensa più bassa della serpentina in PTFE. Il drenaggio per gravità dal serpentino allo scaricatore è essenziale. Un sifone montato sopra l'uscita della bobina consente alla condensa di accumularsi nel tubo.
Un filtro a monte della trappola impedisce ai detriti o alle incrostazioni di PTFE di bloccare il meccanismo. Una spia a valle dello scaricatore consente la verifica visiva del flusso di condensa. Una valvola di ritegno sulla linea di ritorno della condensa impedisce il riflusso quando più serpentine condividono un collettore di ritorno comune.
Per i serpentini in PTFE con più passaggi del tubo, ciascun passaggio deve scaricare individualmente in un collettore di condensa comune, quindi nello scaricatore. Il collettore degli ingressi del vapore e degli scarichi della condensa riduce il rischio di allagamento di un passaggio mentre un altro scorre liberamente.
Riepilogo
Le specifiche corrette dello scaricatore di condensa prevengono il colpo d'ariete nei sistemi di condensa con scambiatori di calore in PTFE. Gli scaricatori termostatici e a galleggiante forniscono il drenaggio della condensa più fluido e stabile con scarico modulante continuo e ventilazione dell'aria integrata-. Le trappole termodinamiche dovrebbero essere evitate a causa delle scariche cicliche e del rischio di colpi d'ariete.
Una corretta installazione sotto l'uscita della batteria, con filtro, vetro spia e valvola di ritegno, garantisce che lo scaricatore correttamente specificato funzioni come progettato. Le batterie multi-passo richiedono un drenaggio a passaggio singolo per prevenire l'allagamento della condensa.
I consigli tecnici per la scelta dello scaricatore di condensa dello scambiatore di calore in PTFE sono disponibili previa presentazione dei dettagli relativi alla pressione del vapore, alla configurazione della bobina, al carico di condensa e al sistema di ritorno della condensa esistente.
