Come scegliere il materiale giusto per le guarnizioni negli scambiatori di calore a piastre

Lo scambiatore di calore a piastre (PHE) ha acquisito un ruolo di standard industriale per una gestione termica efficiente, non solo nelle applicazioni marittime e offshore, ma anche in una vasta gamma di processi industriali. Tuttavia, la sua efficienza e affidabilità dipendono da un vero e proprio eroe silenzioso: la guarnizione. È proprio grazie a questo eroe silenzioso che il PHE garantisce efficienza e affidabilità. Scegliere una soluzione elastomerica inadeguata comporta rischi di guasti prematuri, costosi tempi di fermo, indesiderate contaminazioni incrociate e, in ultima analisi, sanzioni finanziarie. Basandosi su oltre 20 anni di esperienza e su più di 500 progetti di retrofit e assistenza tecnica ogni anno in diversi settori industriali, SME sa bene che scegliere correttamente non è un’arte, ma una scienza. Questa guida esplorerà i fattori critici necessari per selezionare una soluzione duratura e adeguata.

Comprendere l’ambiente operativo: temperatura e pressione

Il primo e forse il fattore più critico nella scelta della guarnizione è il ciclo termico e meccanico di funzionamento. Poiché ogni elastomero ha un intervallo di utilizzo "effettivo" limitato, in cui il tempo trascorso alle temperature estreme (alta e bassa) ne accelera l'invecchiamento, si verificherà un fenomeno di deformazione permanente per compressione accompagnato da perdite.

Temperature basse (inferiori a 0 °C) : Il comune gomma nitrile-butadiene (NBR) diventa estremamente fragile a queste temperature; in tal caso si consiglia l'uso di gomma etilene-propilene-diene-monometro (EPDM) o di miscele speciali per basse temperature.

Temperature marine standard (-15 °C ÷ 120 °C): L'NBR funziona bene come materiale economico, affidabile e diffuso nei sistemi di raffreddamento ad acqua e di lubrificazione ad olio.

Temperature elevate (superiori a 130 °C): Qui troverete le applicazioni per EPDM (acqua/vapore) o fluorocarburo (FKM/Viton). Tenete presente che la pressione è inversamente proporzionale alla temperatura, quindi all’aumentare della temperatura, la pressione di esercizio massima deve diminuire. Presso SME verifichiamo tale relazione confrontando i dati della nostra gamma di materiali con il picco di pressione rilevante per la vostra applicazione, per garantire l’assenza di problemi di pressione legati alla forza di compressione necessaria.

Compatibilità chimica: la regola del "Media Match"

L’applicazione in cui il fluido scorre attraverso il vostro scambiatore di calore a piastre (PHE) determina la compatibilità dei materiali richiesta. Il mancato rispetto di tale compatibilità può causare un rigonfiamento eccessivo, indurimento o formazione di bolle nel materiale della guarnizione, portando al suo completo guasto! Classifichiamo i fluidi in modo generale in 3 gruppi; le informazioni fornite si riferiscono ai fluidi che presentano buone prestazioni nelle configurazioni di materiale indicate di seguito.

Oli, idrocarburi e carburanti: La scelta preferenziale per olio combustibile pesante, oli lubrificanti e fluidi idraulici è NBR , che mostra una buona resilienza verso la maggior parte dei prodotti a base di petrolio. Per oli caldi e fluidi ad alto contenuto aromatico, utilizzare FKM.

Acqua, vapore e salamoia: L’EPDM è ideale per applicazioni con raffreddamento ad acqua di mare, acqua dolce e vapore, grazie alla sua resistenza all’acqua calda e al vapore. Tuttavia, un errore comune consiste nell’utilizzare l’EPDM in applicazioni con olio: la guarnizione si gonfierà ed estruderà dal kit e dal pacchetto di piastre.

Acidi e basi corrosive: Quando vengono utilizzate navi cisterna chimiche o sono in funzione sistemi di depurazione (scrubber), la concentrazione del mezzo diventa molto importante. L’FKM possiede ampie proprietà di resistenza, ma potrebbero essere necessari composti speciali di butile o HNBR qualora i prodotti chimici siano estremamente aggressivi. Il nostro team richiederà sempre la scheda dati di sicurezza (MSDS) per qualsiasi mezzo chimico prima di fornire un preventivo per la selezione della tenuta e del materiale.

Valutare lo stress meccanico e il ritorno elastico

Mentre la guarnizione deve avere qualcosa che si adatti semplicemente, deve conservare una certa "memoria" per garantire che la forza di serraggio sigilli completamente i fori della piastra contro le guarnizioni. Questo valore viene misurato dalla resistenza alla deformazione permanente.

Vibrazione costante: Nelle imbarcazioni marine avviene una vibrazione continua. Dopo un prolungato compressione, l'elasticità (o recupero, bassa deformazione permanente) di qualsiasi guarnizione risulta compromessa, conferendole quindi la tendenza a scivolare, il che provocherà piccole perdite. Sebbene EPDM e NBR generalmente offrano buone prestazioni nell'intervallo di temperatura appropriato, la natura stessa della formulazione polimerica è in realtà il fattore chiave.

Design della piastra: Diversi design di piastre PHE esercitano sollecitazioni di taglio variabili sulla guarnizione. Nel nostro stabilimento di Nantong, riscontriamo frequentemente guasti in cui la guarnizione, pur essendo chimicamente compatibile, risulta troppo morbida per la specifica geometria della piastra, causando l’estrusione nei canali di flusso. La durezza della guarnizione (scala Shore A) viene sempre specificata in relazione al gioco tra le piastre e alla pressione del sistema.

Considerare la durata di servizio e gli intervalli di manutenzione

Esiste un compromesso tra l’investimento iniziale per la guarnizione e i vantaggi in termini di affidabilità a lungo termine. Pagare significativamente di più per FKM invece che per NBR può essere vantaggioso se il fluido opera a 150 °C e il sistema richiede una pulizia chimica mensile: FKM può durare fino a cinque volte di più o oltre.

Garanzia e certezze: Sebbene la garanzia di 12 mesi copra tutti i lavori del progetto, informiamo inoltre i nostri clienti sulle ore di funzionamento richieste per le loro attrezzature. Nei casi in cui le carene non siano particolarmente frequenti e il progetto in questione riguardi sistemi critici, suggeriamo un miglioramento dei materiali proporzionale al piano di manutenzione della nave.

Realità in loco: Nell'ambiente marino estremo del cantiere navale, la guarnizione deve resistere anche agli spruzzi periodici di solventi per la pulizia e a brevi getti ad alta pressione. Non solo il mezzo interno, ma anche l'ambiente circostante viene preso in considerazione per valutare la sua capacità di tollerare tutte le fonti esterne che, col tempo, potrebbero diventare punti di innesco per crepe che si propagano sulla superficie.

Il valore della conformità certificata e dell'approvvigionamento autentico

Infine, ricordate la tracciabilità: è fondamentale per fornire ogni anno più di 1.000 imbarcazioni con i nostri ricambi. Siamo accreditati secondo le norme ISO 9001, 14001 e 45001. Ciò garantisce che ogni lotto di materiale per guarnizioni venga verificato rispetto al certificato di lotto. Le guarnizioni contraffatte di qualità inferiore contengono meno gomma, una percentuale maggiore di cariche nella formulazione e possono presentare un prezzo iniziale più basso, ma comportano costi operativi aggiuntivi pari al 200% in termini di tempo perso.

Pertanto, ti invitiamo a effettuare una visita sul posto insieme al nostro partner certificato tecnicamente, che eseguirà la misurazione in loco della profondità della superficie di tenuta, della profondità della piastra e della durezza del materiale gommoso. Che si tratti di una rapida riparazione in servizio necessaria in un cantiere navale situato in qualsiasi parte del mondo oppure di un intervento programmato di retrofit sulla terraferma cinese, l’obiettivo finale rimane l’utilizzo della guarnizione corretta per garantire che l’efficienza termica non venga compromessa a lungo termine e che la durata delle tue piastra PHE sia ottimizzata.