Cause comuni di perdite negli scambiatori di calore a piastre

Tra tutte le visualizzazioni di un locale macchine, una piastra a scambiatore di calore (PHE) che perde, gocciola o spruzza è forse la più inquietante. Non solo si perde fluido, ma una perdita rappresenta una violazione inaccettabile tra due sistemi fondamentali — solitamente tra il circuito di raffreddamento del motore e il sistema dell’acqua di mare, oppure tra l’olio lubrificante e il circuito di raffreddamento del motore. Una perdita da foro microscopico non rilevata o gestita in modo inadeguato può rapidamente trasformarsi in un evento di contaminazione incrociata, generando olio lubrificante emulsionato, componenti del basamento del motore corroso o addirittura un completo guasto del sistema di raffreddamento a giacca. Negli ultimi 22 anni SME Group ha completato ogni anno oltre 500 progetti di assistenza e retrofit marittimi, e i nostri esperti tecnici hanno individuato centinaia di perdite su PHE installate su tutti i tipi di imbarcazioni, riconducibili a circa mezza dozzina di cause radice comuni. L’articolo qui sotto illustra le cause più frequenti e fornisce consigli pratici per ridurre al minimo il rischio di perdite dalla vostra PHE.

Degrado della guarnizione: invecchiamento, indurimento ed estrusione

Le guarnizioni sono gli elementi di tenuta primari dello scambiatore di calore a piastre (PHE) e rappresentano il punto debole. Con l’invecchiamento e l’esposizione a temperature elevate, all’acqua di mare clorurata corrosiva e alle compressioni cicliche, il materiale elastomerico perde la capacità di recuperare dalla deformazione permanente da compressione. Una guarnizione in nitrile (NBR) utilizzata nei raffreddatori olio si è rivelata diventare fragile se esposta continuativamente a temperature superiori ai 90 °C e non riesce ad adattarsi alle imperfezioni superficiali. Una guarnizione in EPDM è adatta per il lato acqua di mare, ma può gonfiarsi o ammorbidirsi (causando l’estrusione attraverso gli spazi tra le piastre) a causa della contaminazione da nebbia oleosa o grasso. L’estrusione è un problema particolarmente grave, poiché la deformazione assume la forma di un sottile lembo di materiale che deforma permanentemente il profilo della guarnizione: una volta estrusa, una guarnizione in EPDM non garantirà mai più la tenuta, nemmeno dopo un nuovo serraggio. Presso SME, i nostri ingegneri di assistenza riscontrano spesso guarnizioni con fino a cinque anni di servizio, che hanno subito una perdita di recupero dalla deformazione permanente superiore al 30 % (indipendentemente dall’aspetto esteriore). Preferiamo un programma proattivo di sostituzione basato sulle ore totali di funzionamento e sull’esposizione termica pregressa della guarnizione, anziché un approccio reattivo che preveda la sostituzione solo quando lo scambiatore perde liquido e le prestazioni risultano gravemente compromesse. La data di installazione e i cicli termici (sequenze di avvio-fermo) vissuti consentono di valutare la vita utile in modo molto più accurato rispetto a un semplice riferimento cronologico.

Coppia di montaggio errata e compressione non uniforme

Un PHE è un'apparecchiatura meccanica di precisione, non semplicemente un sistema di tubazioni che richiede coppia fino all'estremo. Una delle cause più comuni di perdite riscontrate durante interventi di manutenzione su impianti realizzati da piccole e medie imprese riguarda il grado di serraggio dei bulloni di fissaggio al momento del rimontaggio, dopo la pulizia o lo smontaggio per ispezione. Ogni telaio presenta una dimensione definita di compressione — spesso indicata come spessore complessivo della guarnizione e delle piastre — che deve essere raggiunta in modo uniforme su tutte le piastre, applicando la coppia secondo uno schema diagonale. Un serraggio eccessivo provoca la schiacciatura e la compressione della guarnizione, danneggia le piastre corrugate estremamente sottili (spesso solo 0,5–0,6 mm di spessore) e sollecita eccessivamente la barra attraverso i cuscinetti del telaio. Uno serraggio insufficiente genera una pressione inadeguata sulla guarnizione, consentendo il passaggio laterale del fluido attraverso i singoli canali e causandone la fuoriuscita ai lati; ancor più criticamente, un serraggio asimmetrico provoca un’asimmetria nelle piastre, generando microfessure che si ampliano ulteriormente con l’espansione termica. Quando raccomandiamo valori di coppia, prescriviamo l’uso calibrato di una procedura a croce/a stella per ogni fase di montaggio, con almeno tre incrementi progressivi fino al raggiungimento della lunghezza di compressione specificata, misurando la lunghezza totale del pacchetto guarnizione prima e dopo l’applicazione della coppia (se tale valore differisce di oltre 2 mm dalla specifica riportata sulla targhetta, consigliamo di interrompere l’operazione e riesaminare il pacchetto piastre per verificare la presenza di contaminanti tra le piastre o di piastre deformate nel punto di contaminazione).

Corrosione localizzata sulla superficie della piastra

Anche gli scambiatori di calore a piastre (PHE) marini moderni realizzati in titanio o acciaio inossidabile 316L non sono completamente resistenti alla corrosione localizzata. La corrosione per pitting, caratterizzata da piccoli fori profondi sulle superfici delle piastre, tende ad insorgere nella scanalatura della guarnizione o nelle zone di ristagno create dalla zona di distribuzione del flusso. Le concentrazioni aggressive di cloruri (prevalenti nelle acque marine tropicali o nelle acque salmastre) e la bassa velocità del fluido sono le due principali cause del pitting, poiché un deposito sedimentato può formare una cella di concentrazione al di sotto di sé quando la velocità del flusso è sufficientemente bassa da consentire il deposito dei sedimenti. Una volta che il pitting ha perforato l’intero spessore della piastra, la separazione tra i due flussi di fluido viene meno e si verificano perdite sia interne (mescolamento) che esterne. Presso SME abbiamo riscontrato che il pitting viene spesso diagnosticato erroneamente come guasto della guarnizione, portando a sostituzioni periodiche non necessarie della guarnizione senza affrontare la causa radice. Un rilevamento precoce del pitting consiste nell’eseguire un test con liquido penetrante sulle piastre durante la manutenzione manuale, in particolare sulla superficie di scambio termico intorno alle bocche di ingresso. Inoltre, non permettere mai che la velocità dell’acqua di mare attraverso lo scambiatore a piastre scenda al di sotto di 1,5 m/s per prevenire il deposito. Se la vostra imbarcazione opera prevalentemente a carico ridotto, prevedete una linea di by-pass o di ricircolo per mantenere la velocità di flusso al di sopra di questa soglia.

Disallineamento della piastra e fuoriuscita della guarnizione durante il rimontaggio

Un problema ancora più grave – e certamente il più facile da evitare – è la perdita causata da un rimontaggio scorretto dell’unità. Le piastre devono essere orientate nella giusta direzione (con le guarnizioni sulle facce anteriore/posteriore alternate) e devono essere aggiunte alla pila in sequenza precisa. Se una piastra viene inserita a rovescio o, molto più spesso, in senso inverso (con la guarnizione sulla faccia sbagliata), i canali per il fluido sulle piastre adiacenti non risulteranno allineati e la guarnizione non potrà creare un vero contatto metallo-su-metallo con la piastra vicina. In molti casi, ciò provoca non solo un by-pass interno immediato, ma, se la piastra adiacente si avvicina sufficientemente, può causare una perdita dall’angolo estremo opposto della guarnizione verso l’aria esterna. Infine, è fin troppo facile che la guarnizione, durante l’aggiunta delle piastre successive alla pila, si sollevi semplicemente e “si sieda” fuori dalla sua sede (soprattutto se quest’ultima contiene ancora adesivo residuo o detriti). Uno spostamento verso l’alto di appena 2–3 mm è sufficiente a rendere inefficace la guarnizione, provocando sia un by-pass interno sia potenziali perdite esterne. Per questo motivo, nelle procedure operative del laboratorio SME ogni piastra viene accuratamente pulita, la sede della guarnizione ispezionata al microscopio e ogni guarnizione viene leggermente battuta in posizione (con un martello a testa morbida) prima di inserire la piastra successiva. Una freccia permanente che indica la parte superiore e inferiore della pila consente al nostro team ingegneristico di verificare visivamente l’orientamento corretto delle pile.

Conclusione: la vigilanza è il miglior sigillante

Non si tratta di se o quando il vostro scambiatore di calore a piastre perderà, ma piuttosto di quando lo farete in modo completamente controllato. Applicando con attenzione un approccio pianificato per gestire l’usura progressiva delle guarnizioni, utilizzando le corrette procedure di serraggio, ispezionando con attenzione la fatica dei materiali e i segni di sollecitazioni meccaniche, e infine riassemblando con estrema cura e precisione, è possibile estendere di decenni la vita operativa del vostro PHE e prevenire costose contaminazioni e interventi d’emergenza. Presso SME Group, che dispone di oltre 100 ingegneri e opera nel rispetto degli standard ISO9001, ISO14001 e ISO45001, possiamo effettuare interventi direttamente a bordo, comprensivi di ispezioni complete, fornitura di ricambi e revisioni complete in cantieri navali sparsi in tutto il mondo – tra cui, in particolare, quelli della Cina continentale. La garanzia di 12 mesi sui servizi riflette i nostri standard qualitativi; e applicando la nostra filosofia «oltre la vostra preoccupazione», ci riteniamo soddisfatti solo quando ogni guarnizione è stata esaminata, ogni linea di usura registrata e ogni potenziale percorso di perdita identificato.