ITMI980190A1 - Sistema per l'immissione dosata localizzata e mirata di prodotti chimici trasportati da un veicolo solido elastico e poroso sulle - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Dell'invenzione industriale dal titolo:

"Sistema per l'immissione dosata, localizzata e mirata di prodotti chimici, trasportati da un veicolo solido elastico e poroso, sulle superfici interne degli scambiatori di calore a fascio tubiero"

RIASSUNTO

L'invenzione ha per oggetto un sistema che utilizza sfere di materiale elastico e poroso per trasportare prodotti chimici a contatto con le superfici interne dei fasci tubieri degli scambiatori di calore, mediante l'azione congiunta di una attrezzatura meccanica e della pressione dell'acqua.

L'operazione, che si basa sull'alternanza di due fasi, compressione-distensione-assorbimento e compressionespremitura, ha lo scopo di sfruttare l'effètto dei prodotti chimici per la riduzione o il contenimento dei depositi inorganici e organici e della corrosione dei materiali dei tubi.

DESCRIZIONE

Come è noto in molti impianti industriali (chimici, petroliferi, termoelettrici ecc.) si utilizzano scambiatori di calore a fascio tubiero. Sia per trasferire il calore fra due fluidi di processo, sia per eliminare il calore in eccesso cedendolo ad un altro fluido detto refrigerante.

Nel caso delle centrali termoelettriche, ad esempio, sono presenti sia il primo tipo - per preriscaldare l'acqua primaria a spese del calore residuo delle acque di spurgo - sia il secondo tipo - per condensare il vapore a valle della turbina e mantenere più bassa possibile la temperatura del "punto freddo" della caldaia.

In questo modo, coerentemente con quanto espresso dalle leggi della termodinamica, si ottimizza il rendimento della caldaia.

Questi componenti - detti anche condensatori di vapore (v. fig. 1) - sono in genere costituiti da un mantello esterno in acciaio al carbonio in cui circola il vapore condensante, attraversato da un fascio tubiero costituito da migliaia di tubi lunghi 10-20 metri, all'interno dei quali fluiscono grandi portate di acqua di raffreddamento, per mantenere bassa la temperatura della parete interna dei tubi

Le grandi quantità d'acqua sono in genere prelevate dai bacini superficiali: fiumi, laghi, mari e lagune.

Purtroppo in queste acque sono presenti sostanze chimiche sospese e disciolte - specie limo e carbonati -che per effetto dello scambio termico si depositano sulla superficie interna dei tubi riducendo l'efficienza della loro azione refrigerante.

L'importanza di questo fenomeno, generalmente chiamato fouling, è tale che un notevole impegno di risorse è stato dedicato negli anni sia alla valutazione preventiva della capacità incrostante dell'acqua (realizzazione di codici di calcolo basati sui processi chimici ed elettrochimici) , sia alle metodologie di prevenzione (additivi antiincrostazione) o di eliminazione dei depositi (lavaggi chimici o metodologie meccaniche).

Analogo effetto ha la carica biologica delle acque naturali che viene trasportata nell'interno dei circuiti di raffreddamento e che è in grado di iniziare una attività biologica locale, favorita dalle particolari condizioni di temperatura.

Specie nel caso delle acque dolci si può osservare la formazione di feltri biologici sulle superfici di scambio termico; nel caso di acqua marina si può inoltre osservare lo sviluppo di molluschi nei canali di adduzione e sulle piastre tubiere degli scambiatori di calore.

In generale il fouling biologico comporta una perturbazione nelle condizioni di scambio termico e di apporto di ossigeno sulle superfici metalliche, per cui, oltre alle perdite di energia, il fouling dei tubi di scambio termico può indurre fenomeni di corrosione localizzata dei materiali, come conseguenza deliberazione differenziale delle superfici.

Nel caso di tubi in aluminum brass, ad esempio, il fouling (sporcamente biologico o chimico) può provocare un aumento della resistività termica complessiva anche di un terzo. In termini economici, ciò comporta, per un gruppo termoelettrico di media potenza, un aumento annuale per i costi del combustibile di alcuni miliardi di lire.

Stime globali delle conseguenze economiche del fouling nei diversi comparti industriali (termoeletrico, petrolchimico ecc.) indicano cifre pari ad alcuni miliardi di dollari annui a livello mondiale.

Come detto, per eliminare i depositi calcarei si utilizzano pulizie meccaniche o lavaggi periodici con acido, che richiedono la fermata dell'impianto, o l'addizione continua di inibitori.

Questi trattamenti hanno costi anche di centinaia di milioni all'anno per ogni caldaia e, nel caso dei trattamenti acidi, esiste il problema dello scarico di elevate quantità di prodotti inquinanti.

Il Cise, centro di ricerca italiano, ha proposto alcuni anni fa anche l'immissione di piccoli quantitativi di sabbia, con opportuna granulometria, nel flusso dell'acqua di raffreddamento, per ottenere la pulizia dei tubi con un effetto leggermente abrasivo.

Per i depositi dovuti a biofouling le contromisure preventive normalmente adottate prevedono diverse possibilità di trattamenti in linea con biocidi (ipoclorito di sodio, biossido di cloro, biocidi organici) per contenere la crescita del macrofouling nei canali. L'adozione in linea del sistema Taprogge (v. fig. 2), oppure dei già citati metodi di pulizia meccanica fuori servizio, permette di ripristinare l'efficienza del condensatore.

Considerazioni tecniche ed economiche hanno portato gran parte delle centrali termoelettriche italiane ad utilizzare l'ipoclorito di sodio, acquistato o autoprodotto elettroliticamente, come agente biocida per l'intero circuito acqua-mare.

In genere il dosaggio, sottoposto a vincoli di legge che limitano a 0,2 ppm la quantità di cloro residuo alle opere di restituzione, viene effettuato in continua, esclusivamente alle opere di presa, in concentrazioni che dipendono dalla domanda di cloro dell'acqua, che è legata alla localizzazione della centrale ed alla stagionalità.

Tuttavia, questo approccio di sterilizzazione dell'acqua, simile a quello adottato per gli acquedotti, non risponde sempre pienamente alle specifiche esigenze di controllo sia del macro che del microfouling, che presentano tempi di sviluppo e resistenze differenti all'ossidante.

Infatti, a causa della rapida cinetica del consumo di cloro, risulta difficile mantenere un livello medio adeguato in tutti i tratti dei circuiti. In particolare, la progressiva perdita del potere biocida in corrispondenza dei condensatori rende possibile la proliferazione di microfouling sulla superficie dei tubi in scambio termico, con abbassamenti progressivi dell'efficienza.

Per superare queste limitazioni nei trattamenti preventivi di clorazione e il problema della grandi quantità di acido necessario per i lavaggi dei depositi calcarei, nella prima metà degli anni '80 sono state sviluppate attrezzature che consentono il trattamento in sequenza di aree ristrette del fascio tubiero, per periodi di tempo anche brevi (2-15 minuti) e con alte concentrazioni di prodotto chimico.

Che in questo modo, uscendo di volta in volta dal limitato numero di tubi clorati, viene diluito dalla restante porzione di acqua di raffreddamento del condensatore. Per questa ragione, la concentrazione di reagente nella zona interessata del fascio tubiero può essere incrementata rispetto a quella prevista alle opere di presa, ottenendo ugualmente un residuo allo scarico entro i limiti di norma.

Studi concettuali e di progetto hanno portato allo sviluppo di sistemi con ugelli, sia mobili che fissi, di addizione dei reagenti, che penetrano nella cassa d'acqua di ingresso e iniettano direttamente sulla piastra tubiera. A tale scopo ci si è avvalsi di modelli idraulici per determinare la relazione fra diametro degli ugelli, distanza dalla piastra tubiera, velocità di addizione e l'area interessata dalla clorazione.

Apparecchiature prototipali di questo tipo sono state collaudate negli U.S.A. su due unità da 200 MW nel 1983 e 1985. .

Un primo prototipo è stato istallato su un condensatore in ottone ammiragliato, con una configurazione semicircolare del fascio tubiero. Lo schema del sistema di distribuzione sulle due metà della cassa di ingresso è mostrato in fig. 3.

Quanto sopra descritto costituisce lo stato dell'arte nella prevenzione o eliminazione successiva dello sporcamente dei fasci tubieri dei condensatori di vapore.

L'invenzione in oggetto si propone di effettuare un ulteriore e decisivo miglioramento del concetto di "iniezione mirata", eliminando le costose e complesse attrezzature meccaniche che attualmente è necessario istallare all'interno delle casse d'acqua. Ed aumentando considerevolmente la concentrazione locale di prodotti chimici laddove sono necessari: sulla superficie dei tubi.

Ciò è ottenuto mediante l'utilizzo di sfere di materiale plastico, elastico e poroso, aventi densità tale da essere facilmente trascinate dal flusso dell'acqua, ma altrettanto facilmente da essa separabili.

Esse sono inserite nel condotto dell'acqua di raffreddamento prima degli scambiatori e recuperate dopo tali componenti.

Il caricamento delle palline con le soluzioni di prodotti chimici da trasportare è attuato da una apposita attrezzatura che esiste in due versioni che sfruttano, rispettivamente, un'azione meccanica o un'azione idraulica (v. fig. 4 e 5).

Con riferimento a tali figure, in cui a numero uguale corrisponde uguale significato, l'attrezzatura prima comprime le sfere (zona 1), eliminando una parte dell'acqua assorbita, e poi le lascia espandere (zona 2) in presenza della soluzione stessa iniettata nel punto adatto (zona 3) da un apposito sistema di pompaggio (4).

Le sfere così caricate vengono trascinate dal flusso dell'acqua (v. fig. 6) contro la piastra tubiera dello scambiatore (5) e si infilano nei tubi (6). Avendo un diametro leggermente superiore agli stessi, le sfere si schiacciano - quasi una spremitura - quando vengono forzate dall'acqua all'interno dei tubi, rilasciando una parte della soluzione di prodotti chimici di cui sono imbevute (7).

Le sfere vengono poi separate dall'acqua e ricominciano il ciclo.

Le sfere debbono essere realizzate in materiale resistente ai prodotti chimici concentrati utilizzati.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per il trasporto di soluzioni di prodotti chimici all'interno di flussi d'acqua, mediante un supporto solido poroso.
2. 2. Sistema come dalla rivendicazione 1, che utilizza materiale del supporto che sia elastico e resistente ai prodotti chimici utilizzati.
3. 3. Sistema come dalla rivendicazione 1, che utilizza come supporto particelle con densità, dimensioni e forma (sfere di materiale elastico) tali da essere facilmente trasportate dal normale flusso d'acqua.
4. 4. Sistema per l'immissione dei prodotti chimici nel supporto (caricamento) mediante una sequenza di azioni di schiacciamento-spremitura e distensione-assorbimento.
5. 5. Sistema come dalla rivendicazione 4, in cui il caricamento del prodotto chimico è attuato da un apparecchio a trascinamento meccanico che, mediante il moto rotatorio di un tamburo all'interno di una camera con forma cilindrica opportuna e decentrata, provoca prima lo schiacciamento e poi la distensione elastica delle sfere.
6. 6. Sistema come dalla rivendicazione 4, in cui il caricamento del prodotto chimico è attuato da un sistema idraulico a tubi di Venturi (tronchi di cono uniti nelle superfici minori), in cui le fasi di schiacciamento e distensione sono attuate dalla forza del flusso dell'acqua.
7. 7. Sistema come dalla rivendicazione 4, per il trasporto-dosaggio di acidi o prodotti adatti alla disincrostazione delle pareti dei tubi mediante dissoluzione parziale o totale dei depositi.
8. 8. Sistema come dalla rivendicazione 4, per il trasporto-dosaggio di ossidanti per la disinfestazione delle acque.
9. 9. Sistema come dalla rivendicazione 4, per il trasporto-dosaggio di ossidanti (ipoclorito, cloro, biossido di cloro ecc.) per la riduzione del deposito di organismi vegetali o animali.
10. 10. Sistema come dalla rivendicazione 4, per il trasporto-dosaggio di additivi atti a ridurre la corrosione del materiale dei tubi.
11. 11. Sistema come dalla rivendicazione 4, inseribile negli attuali impianti di pulizia, tipo Taprogge, che già utilizzano sfere porose di materiale elastico per la pulizia meccanica della superficie interna dei tubi.