Rigenerazione scambiatori di calore passo per passo

In questo periodo dell’anno riceviamo moltissime richieste di intervento e manutenzione per la rigenerazione e il revamping di scambiatori di calore a piastre. Il vantaggio che in particolare offrono gli scambiatori a piastre ispezionatili è la possibilità di aprirli per poter procedere al lavaggio completo e al controllo di tutti i componenti, oltreché a possibili ampliamenti.

Vediamo allora di ripercorrere passo passo tutte le operazioni che solitamente seguiamo in un intervento di rigenerazione degli scambiatori, che ha lo scopo di riportare a nuovo lo scambiatore ripristinandone l’efficienza e le performance termiche iniziali.

Spesso gli scambiatori quando ci arrivano per gli interventi di revamping si trovano in condizioni disastrose, venendo da anni di funzionamento. Lo scambiatore viene quindi innanzitutto aperto, per controllare lo stato di usura dei tiranti, dei port lining e delle guarnizioni. Quando facciamo interventi di rigenerazione completa degli scambiatori, solitamente suggeriamo di sostituire completamente le guarnizioni con un kit di guarnizioni nuove, anche se l’operazione è costosa e invasiva, ma conviene farlo nel momento in cui si procede al lavaggio delle piastre.

Altra operazione che solitamente facciamo, una volta che le piastre sono state lavate e pulite, è quindi il controllo con liquidi penetranti sul 100% delle piastre, che serve ad assicurare che non vi siano micro-forature o cricche nelle piastre. Queste potrebbero essere dovute a fenomeni di corrosione, rivelando un problema grave di incompatibilità con i fluidi, o di erosione o magari dovute a uno scorretto serraggio da parte del cliente. Andare a cercare una perdita o una miscelazione una volta che lo scambiatore sia stato richiuso diventa infatti complicato.

 

Quindi, lavaggio delle piastre, controllo con liquidi penetranti ed eventuale scarto delle piastre danneggiate. Questa operazione permette anche di capire se ci sono delle problematiche di compatibilità dei fluidi che circolano nello scambiatore con i materiali delle piastre.

Si procede quindi alla ri-guarnitura dello scambiatore, mettendo le guarnizioni nuove, e si sostituiscono gli eventuali port lining danneggiati, nel caso di scambiatori flangiati, o dei bocchelli filettati danneggiati. Lo scambiatore viene quindi richiuso, con l’accortezza di sostituire i tiranti o almeno di pulire quelli esistenti. Si rimette quindi lo scambiatore in quota di serraggio corretta e si fa il test in pressione, per garantire che i due circuiti siano correttamente a tenuta e che non vi siano perdite nello scambiatore.

A test effettuato, lo scambiatore è pronto per essere riconsegnato al cliente. Una nuova etichetta viene quindi apposta, riportante la data della revisione e i codici identificativi delle varie operazioni effettuate.

Un’altra operazione che solitamente facciamo è anche quella di chiedere al cliente se abbia necessità di adeguare le prestazioni dello scambiatore alle eventuali nuove esigenze del suo impianto. In tal caso è infatti anche possibile intervenire con degli ampliamenti dello scambiatore o con delle modifiche al design delle piastre, dando di fatto nuova vita allo scambiatore di calore.

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Revamping nella regolazione reattori per life science

Buon Anno e un buon inizio 2021 a tutti!
Approfittando della pausa natalizia, in Tempco abbiamo eseguito un intervento di revamping e potenziamento dello scambiatore di interfaccia per regolazione della temperatura dei reattori nel reparto produttivo di un cliente che opera nel life science e farmaceutico.

Tempco revamping scambiatori pharma

Il cliente ci ha interpellati dopo che lo scambiatore ha lavorato senza interruzione per oltre 15 anni, contribuendo alla corretta regolazione delle temperature di processo nella produzione di API, principi attivi farmaceutici. In particolare, l’intervento ha comportato la rigenerazione a nuovo delle piastre dello scambiatore di calore.

piastre scambiatori di calore revamping

Al fine di sopperire alle nuove esigenze produttive dell’impianto del cliente abbiamo inoltre provveduto a incrementare la superficie di scambio termico, possibile con questa tipologia di scambiatori grazie al semplice aumento del numero di piastre nello scambiatore.

Tempco revamping scambiatore pharma

 
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Buone Feste e un Sereno 2021 da Tempco

Il 2020 volge al termine, e ogni anno in questo periodo siamo impegnati a pensare a una frase per preparare una mail emozionale da inviare a una lista di contatti, per ringraziare tutti quanti hanno collaborato e collaborano con noi.

Quest’anno ho voluto fare qualcosa di diverso. Ho pensato di fare un video, simile a quelli che in questo anno così particolare, e difficile, ci siamo abituati a utilizzare per relazionarci socialmente.

Preparando questo video mi sono allora chiesto cosa ci aspetta in questo 2021. E credo che sicuramente ci sarà un forte aumento delle applicazioni dell’intelligenza artificiale, per il controllo e il monitoraggio degli impianti industriali. Tutti parlano di Industria 4.0, ma è qualcosa che nel settore delle utilities in cui Tempco opera ancora fatica a decollare.

Ebbene credo che in questo 2021 potremo assistere a un incremento di queste applicazioni, per il monitoraggio degli impianti e delle loro performance, con un obiettivo importantissimo che è quello della gestione dell’energia. Ritengo quindi che ci sarà un incremento dei sistemi di controllo intelligenti per utilizzare l’energia solo quando effettivamente serve, e solo nelle quantità realmente richieste.

Credo che questa potrebbe essere la nostra mission per il Nuovo Anno.
Auguro allora a tutti delle Serene Feste e un Felice 2021!

Incidente Grosjean, quando (anche) il controllo della temperatura fa la sicurezza

L’incidente occorso al pilota di Formula 1 Grosjean poco tempo addietro mi ha dato lo spunto per un interessante approfondimento. Legato anche alla cruciale importanza del controllo delle temperature nella realizzazione delle odierne strutture di sicurezza in fibra di carbonio.

Guardando alcune foto della scocca in fibra di carbonio dopo l’incidente, mi sono infatti tornati alla mente alcuni incidenti del passato, penso a Ronnnie Peterson a Monza, ma anche Ayrton Senna e Alex Zanardi. Incidenti in cui purtroppo le conseguenze per i piloti sono state molto diverse rispetto al recente episodio di Grosjean, che è probabile potrà già tornare a correre al prossimo Grand Prix.

Un enorme miglioramento nella sicurezza dei piloti è sicuramente dovuto alla cellula di sopravvivenza delle macchine di Formula 1 odierne (chiamata anche Halo), che offre estrema resistenza. Mi sono quindi imbattuto in una intervista all’amministratore delegato di Dallara, compagnia che detiene l’esclusiva per la realizzazione dei telai della Formula Indy. Qui viene spiegato come ogni singola fibra di carbonio serva a dissipare energia generata da un eventuale incidente, che altrimenti andrebbe a scaricarsi sul pilota, con gravissime conseguenze a livello di fratture ma anche a carico degli organi interni.

Ebbene, nel nostro piccolo ho realizzato come anche noi in Tempco svolgiamo il nostro ruolo, in quanto abbiamo fornito dei sistemi di raffreddamento e regolazione accurata della temperatura per forni di cottura di strutture in carbonio ad alte prestazioni. Nello specifico, l’applicazione richiedeva un controllo della temperatura con raffreddamento del forno onde evitare che vengano superati dei livelli limite di temperatura.

Un tipo di raffreddamento verso il basso, dunque, simile a un’altra applicazione analoga che sviluppiamo per il raffreddamento e la termoregolazione fine dei forni per la realizzazione di freni carboceramici, impiegati per auto ad alte prestazioni e aerei. Un passaggio cruciale nella produzione di questi freni, sia per prepararli alle lavorazioni meccaniche successive che per garantirne le prestazioni meccaniche che ne determinano la perfetta funzionalità.

 

Raffreddamento quasi-criogenico nel pharma

Consegna di un secondo impianto di refrigerazione a bassissime temperature per un cliente svizzero che opera nel comparto pharma. L’applicazione comporta il raffreddamento di reattori farmaceutici utilizzati nella produzione di principi attivi, che deve avvenire a temperature quasi criogeniche, -25° C. Il nuovo impianto è stato consegnato dopo il successo della prima installazione avvenuta qualche anno addietro presso lo stesso cliente.

Tempco chiller cryogenic cooling

 

Avendo difatti incrementato la produzione dell’impianto pilota del 50%, l’azienda ci ha chiesto di poter aumentare la potenza con una soluzione che avesse caratteristiche simili, ma di metà potenza della prima.

Si tratta quindi di un impianto che impiega gruppi frigoriferi condensati ad aria, con capacità di raffreddamento a temperature fino a -30° C. Realizzazione completamente in acciaio inox e con speciale coibentazione per bassa temperatura. Sistema automatico per la regolazione della condensazione, onde garantire piena efficienza dell’impianto durante tutto l’anno, scongiurando rischi di fermi macchina indesiderati.

Tempco raffreddamento pharma

 

Abbiamo quindi accettato la sfida e completato la richiesta, pur restando entro i limiti imposti dalle attuali normative relative ai gas frigoriferi.

Tempco chiller pharma

tempco cryogenic cooling pharma

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Come comandare i riscaldatori elettrici in una centralina di termoregolazione?

Quali sono le possibili soluzioni per comandare i sistemi di riscaldamento elettrico nelle centraline di termoregolazione? Le possibilità sono sostanzialmente tre, ottenendo mano a mano una regolazione della temperatura sempre più fine.

Un primo modo per comandare e pilotare i riscaldatori elettrici nelle unità di termoregolazione è con un termoregolatore elettronico, che per garantire la precisa regolazione dei set point di temperatura fa intervenire un teleruttore, e quindi le resistenze elettriche, con una certa frequenza. Chiaramente, se occorre far intervenire le resistenze con una frequenza elevata, e soprattutto in caso di resistenze con potenze sostenute, il teleruttore avrà una durata più limitata.

I contatti di un teleruttore sono infatti progettati per garantire una certa vita utile. Oltre un certo numero di cicli i contatti del teleruttore si rovinano. In gergo si usa dire che il teleruttore si ‘impasta’, ovvero i contatti al suo interno si saldano tra loro. In tal modo i contatti non si aprono più e non rispondono più al termoregolatore, mandando la centralina in alta temperatura.

In questo caso vi sono dei sistemi di sicurezza che intervengono, come dei termostati di sicurezza che provvedono a interrompere la tensione e arrestare il sistema.
La termoregolazione ha quindi in questo primo caso dei limiti fisici legati al numero di interventi che può fare un teleruttore elettro-meccanico.

Una seconda possibilità è usare dei relè statici, che vengono governati elettronicamente e senza contatti elettro-meccanici. Questa soluzione permette anche di fare delle micro-aperture e micro-chiusure, ottenendo una regolazione della temperatura ancora più fine e sofisticata.
Di contro anche un relè statico può guastarsi e rimanere chiuso, facendo salire la centralina oltre le temperature di sicurezza. Anche in tal caso interviene il termostato di sicurezza, e solitamente nelle nostre centraline Tempco aggiungiamo un teleruttore di linea comandato dal termostato di sicurezza, che mette in blocco il sistema in caso di superamento delle temperature.

Infine, una terza possibilità è usare dei relè statici SCR (silicon controlled rectifier), o tiristori, con potenza regolabile. Questi permettono un controllo della temperatura ancora più accurato e preciso. Anziché infatti operare con un azionamento on-off del termoregolatore, è possibile avere una potenza che modula da un valore minimo a un valore massimo della temperatura. Come se fosse un inverter ma applicato a delle resistenze di riscaldamento.

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Online la guida Tempco alla gestione dell’energia termica

La lunga esperienza di Tempco nel campo della gestione dell’energia termica ha portato qualche anno fa alla stesura di un libro dedicato, Energia termica e processi industriali, manuale tecnico che ora approda in una apposita sezione del sito web di Tempco.

Abbiamo infatti deciso di mettere a disposizione online i vari contenuti per aiutare operatori e aziende a orientarsi tra le principali macchine termiche, e a familiarizzarsi con concetti essenziali quali la determinazione del carico termico, fondamentale per la corretta progettazione di soluzioni di regolazione della temperatura, riscaldamento o dissipazione di calore.

La sezione principale del libro è dedicata alla definizione delle diverse tipologie di macchine termiche, e a come procedere alla scelta della macchina termica più adatta in base alle proprie esigenze di produzione. Dai classici scambiatori di calore alle torri evaporative e ai chiller, alle centraline di termoregolazione aggiornate ai più avanzati sistemi IoT di condition monitoring, fino a soluzioni intelligenti che incrementano il risparmio energetico come free cooler e dry cooler.

Il manuale comprende infine una ricca e dettagliata panoramica di casi applicativi realizzati da Tempco in una varietà di settori, quali farmaceutico, chimico e alimentare, oil & gas, comparto siderurgico e delle macchine utensili, e fino alla produzione di componentisca automotive, cogenerazione e power generation e alle nuove frontiere del liquid cooling nel raffreddamento dei data center.

La pubblicazione dei contenuti avverrà a cadenza settimanale, a partire dal mese di novembre e per i tre mesi a seguire. Non ci resta allora che augurarvi una buona lettura, augurandoci possa fare da spunto per ulteriori domande e approfondimenti da sviluppare ed esplorare insieme!

 

Energia termica e processi industriali

Tempco Energia termica

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Cosa sono e dove servono gli scambiatori a doppia parete

Prendendo spunto da un bellissimo e interessante video pubblicato sul canale Youtube di Kaori, nostro storico partner per gli scambiatori a piastre saldobrasati, parliamo di scambiatori di calore a doppia parete.

Gli scambiatori di calore a doppia parete sono degli scambiatori di sicurezza, che hanno la peculiarità di avere una doppia piastra, da cui la denominazione ‘double wall’, doppia parete. Ciò fa sì che anche in caso di rottura di una piastra, per foratura, per corrosione o altro, non ci può essere miscelazione tra il fluido primario e quello secondario.

Questo tipo di costruzione è applicabile sia su scambiatori a piastre saldobrasati che su scambiatori a piastre con guarnizioni, ma anche negli scambiatori a fascio tubiero. Vengono applicati laddove è assolutamente necessario garantire che in nessun caso vi possa essere miscelazione tra i due fluidi. Esempi sono l’industria alimentare, dove bisogna scongiurare che il prodotto da raffreddare prima di essere imbottigliato, ad esempio acqua minerale, bibite, latte o vino, possa mischiarsi con l’acqua di raffreddamento, magari nemmeno potabile.

Altre applicazioni degli scambiatori di calore a doppia parete sono con olio idraulico e olio diatermico, dove la presenza di acqua all’interno dell’olio sarebbe dannosa se non estremamente pericolosa. Ancora, il raffreddamento dell’olio nei trasformatori di potenza, dove la miscelazione di acqua e olio potrebbe portare danni molto costosi.

Negli scambiatori con guarnizioni, la rottura di una guarnizione non comporta la miscelazione dei fluidi, in quanto in tal caso questi fuoriescono dallo scambiatore. La miscelazione può avvenire solo in caso di rottura di una piastra. Con gli scambiatori a doppia parete, in caso di rottura di una piastra la perdita va verso l’esterno, e quindi è immediatamente visibile. Questa visibilità non è invece così immediata in uno scambiatore a fascio tubiero. In tal caso, si ha una camera di raccolta dove finiscono le eventuali perdite, e al cui interno possono essere installati dei sensori che allertano il personale di manutenzione della perdita e quindi della rottura di un tubo.

Ovviamente si tratta di una tipologia costruttiva molto più costosa, in quanto come minimo viene raddoppiato il materiale. Inoltre, il raddoppio delle piastre, con una intercamera d’aria che si crea tra fluido primario e secondario, diminuisce i coefficienti di scambio termico. Ciò richiede di conseguenza che venga aumentata la superficie di scambio. Effetto che è ancora più evidente negli scambiatori a fascio tubiero, dove già in partenza si lavora con coefficienti di scambio termico molto bassi, che diminuiscono ulteriormente a causa dell’inserimento di un tubo nel tubo e di una camera d’aria addizionale.

D’altra parte gli scambiatori a doppia parete sono inevitabili in tutte quelle applicazioni dove è necessario scongiurare a tutti i costi la miscelazione tra i fluidi.

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Raffreddamento in torre per test convertitori di potenza

Quello che vedete in queste immagini è un sistema di raffreddamento per sala prove di convertitori di potenza da poco realizzato per un cliente. L’azienda in questione produce convertitori di alta potenza, di tipo a diodi, tiristori o IGBT, che impiegano elettronica e tecnologie di regolazione digitale avanzate.

Torre evaporativa test convertitori

Nella fattispecie l’impianto di raffreddamento dedicato alle operazioni di test e verifica dei convertitori che abbiamo realizzato consta di un sistema prefabbricato, costituito da:

Torre evaporativa
– Gruppo di pompaggio
Scambiatore a piastre
– Sistema di dosaggio e addolcimento
– Quadro elettrico di controllo con inverter sui ventilatori della torre

Quest’ultimo provvede a regolare e adattare il funzionamento dei ventilatori in funzione delle temperature esterne, assicurando la massima resa di raffreddamento con il minor consumo energetico possibile.

Scambiatore test power converters

 

Si tratta per Tempco di un tipo di applicazione ben consolidata, dove l’ampia esperienza che abbiamo maturato ci rende un punto di riferimento per lo specifico ambito del raffreddamento nei test di strumentazione di potenza. Qualche mese addietro avevamo già parlato di un’altra applicazione, identica a questa, per la dissipazione dei carichi nel collaudo di inverter, realizzata con dry-cooler su potenze più contenute.

 

Tempco scambiatori test convertitori

 

Tempco test convertitori

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Vantaggi e caratteristiche della termoregolazione monofluido

La termoregolazione monofluido è una soluzione che offre notevoli vantaggi in applicazioni per l’industria farmaceutica e chimica. Qui la termoregolazione viene fatta per controllare la temperatura di maccchine di produzione, come reattori, pressofiltri, miscelatori, mescolatori. In tutti questi apparecchi occorre mantenere temperature con rampe di salita e di discesa, dunque con un range di lavorazione del prodotto che va da temperature alte a basse e viceversa.

Prendiamo il caso tipico di un reattore per produzione di un principio attivo farmaceutico. Partendo dalla temperatura ambiente, il prodotto va riscaldato e quindi mantenuto a una certa temperatura. Sarà poi necessario a un certo punto raffreddarlo, e poi magari nuovamente riscaldato e così via.

In genere vengono usati reattori incamiciati con semitubo o con camicia di scambio termico. Un fluido caldo o freddo viene fatto circolare all’interno della camicia, a seconda del livello di temperatura richiesto per il prodotto all’interno del reattore.

In passato, ma ancora oggi, a seconda del ciclo termico si faceva passare un fluido caldo all’interno della camicia per riscaldare, vapore o olio diatermico ad esempio. Quando poi si doveva raffreddare, si scaricava completamente il vapore e la condensa per poi far passare nella stessa camicia acqua refrigerata o acqua con antigelo. Tutte queste operazioni di riempimento e svuotamento richiedono naturalmente tempo, e possono rallentare la produttività. Inoltre, questa soluzione offre un controllo della temperatura solo relativamente preciso e accurato.

Negli anni si è quindi sviluppata la tecnologia monofluido. Questa impiega in pratica gli stessi fluidi come utility – vapore, olio diatermico, acqua calda, acqua refrigerata e acqua con antigelo -, che lavorano però su una batteria di scambiatori. All’interno degli scambiatori circola un unico fluido in grado di sopportare il range di temperatura richiesto dall’intero processo di termoregolazione.

Questo fluido viene quindi fatto circolare all’interno della camicia del reattore. I vantaggi sono evidenti: eliminazione dei tempi morti, dovuti alle operazioni di svuotamento e caricamento dei diversi fluidi, e soprattutto si evita il rischio di miscelazione dei fluidi in caso di errori in queste operazioni. Ovvero, avere acqua glicolata che finisce nella caldaia, o condensa che entra nel chiller, diluendo l’acqua con antigelo esponendo al rischio di congelamento.

Notevoli sono i vantaggi, cui chiaramente si accompagna qualche svantaggio. Si perde infatti qualcosa in termini di scambio termico, in quanto servono utilities a temperatura un poco più alta o più bassa del fluido che scorre nella camicia. Dal punto di vista operativo i vantaggi sono però tali da farne una soluzione largamente adottata. Infine, non c’è paragone sotto il profilo del controllo della temperatura che si riesce a ottenere: si può agire con valvole modulanti o con un sistema di valvole bypass o di regolazione che consente di avere un livello di controllo della temperatura estremamente fine.

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