GUARDIAN™: lo scambiatore armato in PTFE con tubi in SiC

 

 

Lo scambio termico è certamente una delle più importanti tra le operazioni dell’industria chimica presentandosi con estrema frequenza praticamente in tutti i processi e trovando applicazione nelle forme più svariate. Gli apparecchi utilizzati sono gli scambiatori di calore.
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero GUARDIAN™ costituiscono un’alternativa obbligata qualora si utilizzino media aggressivi in condizioni di processo critiche. Essi sono costituiti dai seguenti elementi:
· Mantello tubolare. Il mantello, oltre a collegare le piastre per racchiudere nel loro interno il fascio di tubi, è destinato a portare i bocchelli di entrata e di uscita del fluido in esso circolante. La posizione dei bocchelli risulterà vincolata dal tipo di scambiatore, dalla sua funzione e dalla posizione dei setti.
· Calotte. I coperchi o calotte hanno la funzione di racchiudere e distribuire ai tubi del fascio il fluido in arrivo, di invertire il suo moto, se lo scambiatore è a più passaggi, e di raccoglierlo convogliandolo poi al bocchello di uscita. Le calotte possono essere costruite in varie forme a seconda della soluzione di installazione (orizzontale, verticale, multipasso, ecc.)
· Piastre tubiere. Le piastre tubiere sono il punto nevralgico dello scambiatore. Hanno il compito di separare i fluidi di processo garantendo una tenuta duratura e una inerzia chimica a pressochè tutti i fluidi.
· Fascio di tubi. Può essere realizzato in svariati materiali. Lo standard adottato per gli scambiatori GUARDIAN™ è il carburo di silicio (SiC - Hexoloy SA) scelto per le caratteristiche termomeccaniche di assoluto rilievo.
· Diaframmi. L’impiego dei diaframmi deriva dalla necessità di guidare opportunamente la corrente di fluido che scorre nel mantello e di realizzare velocità tali da impedire che il coefficiente di scambio scenda a valori troppo bassi. I diaframmi montati sullo scambiatore sono trasversali cioè disposti su piani normali all’asse dell’apparecchio e debbono essere forati in corrispondenza dei tubi. Per facilitare l’assemblaggio dello scambiatore e le operazioni di manutenzione è necessario lasciare un certo gioco che dipende dalle tolleranze ammesse nella costruzione dell’apparecchio. I diaframmi devono presentare aperture di drenaggio nella parte inferiore per assicurare l’allontanamento del liquido eventualmente raccoltosi per condensazione o, in caso di arresto della marcia dello scambiatore, lo svuotamento dell’apparecchio.
In ogni caso, la scelta dei materiali per la fabbricazione dei diversi componenti dello scambiatore a fascio tubiero dipende dalle specifiche di progetto
Gli scambiatori di calore GUARDIAN™ sono progettati, costruiti e marcati CE in accordo ai requisiti essenziali di sicurezza della Direttiva 97/23/CE PED. Tali attrezzature, in accordo con il punto 2.1.1 della Direttiva e con la linea guida 2/4, sono considerati come recipienti, costituiti da uno o più scomparti, progettati e costruiti per contenere fluidi pressurizzati.
Gli scambiatori di calore GUARDIAN™ possono avere la funzione sia di riscaldare una corrente fredda a spese di una corrente calda sia quella propria dei condensatori ossia apparecchi nei quali avviene la condensazione di vapori (eventualmente parziale o con sottoraffreddamento del condensato e conseguente raccolta).
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero possono essere utilizzati quindi come condensatori. refrigeranti. ribollitori, quench boiler (recuperatori di calore), riscaldatori, vaporizzatori.

GUARDIAN™ 1
Lo scambiatore di calore GUARDIAN™ G 1.0 è particolarmente indicato per applicazioni che prevedano temperature fino a 200 °C e 6 bar di pressione. La speciale piastra in PTFE armato conferisce al sistema una resistenza strutturale unica nel settore degli scambiatori a fascio tubiero con tubi in carburo di silicio. La tenuta tubi-piastra è garantita da un sistema formato da o-ring in perfluoroelastomero Kaflon® (www.kaflon.com) e da boccole in Guaflon™.
Qualora l’applicazione preveda pressioni superiori ai 6 bar (9/10 bar e oltre) è disponibile lo scambiatore modello G 1.0 HD - Heavy Duty (HD), che beneficia di una piastra metallica di supporto posto dal lato mantello della piastra in PTFE.

GUARDIAN™ 2
Qualora il fluido di processo fosse particolarmente pericoloso e il suo confinamento assolutamente critico la G.M.I. ha sviluppato la tecnologia Guardian™ 2 che prevede una ridondanza sul sistema di tenuta con una camera di sicurezza che permette l’inserimento di sonde, spie e allarmi indicativi di un’eventuale perdita.
Gli scambiatori di classe GUARDIAN™ 2 contano su doppio sistema di tenuta montato su altrettante piastre di separazione, di cui una lato processo in PTFE armato e l’altra lato servizio in acciaio. Tra le due piastre una camera di sicurezza può essere all’occorrenza pressurizzata oppure lasciata a pressione atmosferica ed eventualmente collegata ad un circuito per la raccolta di perdite.
Tale accorgimento, oltre al particolarissimo sistema doppio di tenuta, costituisce una barriera insormontabile a eventuali perdite di fluido di processo o di servizio. Il fatto che la seconda piastra di separazione sia in metallo obbliga a conoscere a priori se il fluido di processo sarà posto in circolazione dal lato tubi o dal lato mantello.
Qualora si desiderasse disporre della libertà di porre in circolazione un fluido aggressivo alternativamente dal lato tubi e dal lato mantello, è disponibile la versione Guardian™ 2MP - MutiPurpose che prevede l’utilizzo del PTFE armato per entrambe le piastre.

GUARDIAN™ 3
Come gli scambiatori GUARDIAN™ 2 anche i GUARDIAN™ 3 presentano più punti di tenuta su ogni singolo tubo con interposta camera di sicurezza che può essere pressurizzata o lasciata a pressione atmosferica.
I GUARDIAN™ 3 hanno tre tenute ai fluidi; due di queste sono collocate sulla piastra di separazione principale in PTFE e armato, mentre la terza è collocata sulle piastre di separazione ausiliarie in acciaio inossidabile. Anche per i Guardian™ 3 sarà quindi necessario conoscere a priori se il fluido di processo verrà posto in circolazione dal lato tubi o dal lato mantello al fine di disporre la piastra in PTFE armato di conseguenza.
È però disponibile una versione MutiPurpose con entrambe le piastre in PTFE e armato, versione denominata GUARDIAN™ 3MP. Tale versione costituisce il massimo grado di versatilità e sicurezza raggiungibile dagli scambiatori di calore attualmente in commercio grazie alla doppia ridondanza dei sistemi di tenuta e grazie alla particolare configurazione delle piastre in PTFE armato.

Dal 1973 ICP - Rivista dell’Industria Chimica è il mensile di riferimento dell’industria chimica e farmaceutica e dell’ingegneria di processo in Italia.

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