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L’acqua di mare ad alta salinità è uno degli ambienti più impegnativi per il funzionamento di uno scambiatore di calore marino. In zone come il Golfo Arabico, il Mar Rosso e alcune aree del Mediterraneo, la salinità dell’acqua può superare i 40 ppt, oltre a presentare temperature elevate, alti livelli di ossigeno disciolto e un’intensa attività biologica: tutti fattori che, in combinazione, accelerano la corrosione, incrementano la formazione di incrostazioni e causano un notevole intasamento dello scambiatore a piastre (PHE). Gli operatori di navi che navigano in queste acque particolarmente aggressive non possono fare affidamento su progettazioni tradizionali. SME Group, con oltre vent’anni di esperienza nell’ingegneria marina, offre soluzioni specifiche per soddisfare questa esigenza, integrando diversi prodotti: ICCP, MGPS, SED e PHE, nonché una versione di PHE progettata appositamente per acque ad alta salinità.
1. Selezione avanzata dei materiali per salinità estreme
La selezione dei materiali costituisce la base per qualsiasi scambiatore di calore a piastre (PHE) progettato per servizi ad alta salinità. L’acciaio inossidabile 316L può risultare adeguato nelle normali condizioni di acqua di mare, ma è soggetto facilmente a corrosione localizzata (pitting) e interstiziale (crevice corrosion) in condizioni ad alta salinità. SME raccomanda il titanio come scelta ideale per le piastre degli scambiatori di calore a piastre (PHE) in applicazioni ad alta salinità. In effetti, il film passivante di ossido sul titanio è così eccezionalmente stabile anche nei cloruri ad alta temperatura che gode di una durata teoricamente infinita in acqua di mare, garantendo l’assenza di rischio di perforazione catastrofica dei tubi.
Laddove il titanio risulterebbe troppo costoso per alcune applicazioni, proponiamo l’uso di acciai inossidabili superaustenitici come il 254 SMO o di leghe a base di nichel come l’Alloy C-276. Sebbene ciò garantisca una resistenza migliorata alla corrosione localizzata indotta da cloruri, è necessario prestare attenzione sia alla temperatura sia alla velocità di impiego. I nostri ingegneri collaborano con ciascun cliente per analizzare singolarmente ogni apparecchiatura, tenendo conto del profilo di salinità, degli intervalli di temperatura e delle velocità operative, al fine di effettuare la scelta più conveniente dal punto di vista economico. Nel nostro impianto produttivo di Nantong, certificato ISO 9001 e di superficie pari a 5.000 m², rispettiamo le specifiche materiali più rigorose per la costruzione del PHE, in modo da soddisfare le condizioni estreme cui sono sottoposte le navi che operano negli ambienti più severi del mondo.
2. Prevenzione dell’incrostazione e gestione termica
Maggiore è la concentrazione di sale nel fluido, maggiore è la quantità di carbonato di calcio, idrossido di magnesio e altri agenti formatori di incrostazioni disciolti. Quando l’acqua di mare viene riscaldata su entrambi i lati dello scambiatore a piastre (PHE), queste sostanze precipitano sulle piastre formando uno strato di incrostazioni che riduce il trasferimento di calore e aumenta le perdite di pressione. Se l’accumulo di incrostazioni non viene controllato, tale strato può addirittura causare un ostruzione.
SME affronta il problema delle incrostazioni mediante diversi approcci progettuali. I profili di corrugazione delle piastre sono progettati per generare un’elevata turbolenza del fluido, incrementando lo sforzo di taglio sulla superficie di scambio termico e riducendo così la probabilità che le incrostazioni aderiscano. Inoltre, le piastre presentano canali di flusso sovradimensionati nelle zone più calde del pacchetto di piastre, per limitare il surriscaldamento locale e prevenire la precipitazione. SME fornisce inoltre linee guida relative alle temperature di ingresso dell’acqua di raffreddamento, basate sulla temperatura di saturazione della precipitazione del carbonato di calcio nella zona di navigazione.
In ambienti con condizioni particolarmente aggressive di acqua di mare, SME è in grado di specificare scambiatori di calore a piastre autonetto (PHE) o di proporre opportune procedure di pulizia chimica sicure per i nostri materiali a piastre. In abbinamento a un sistema MGPS (Marine Growth Prevention System) per il controllo della crescita biologica, che può intensificare i fenomeni di incrostazione, l’operatore dispone del metodo più efficiente per mantenere le prestazioni termiche in ambienti marini estremi.
3. Riduzione della velocità di flusso e controllo dell’erosione
Queste elevate velocità di flusso ridurranno in parte l’incrostazione, ma d’altra parte aumenteranno il tasso di erosione-corrosione. In acque ad alta salinità, dove i cloruri attaccano con particolare vigore, questo può risultare particolarmente problematico. SME progetta tali sistemi per raggiungere un compromesso ottimale tra un buon tasso di scambio termico e un’usura eccessivamente rapida delle piastre. I parametri che possono essere bilanciati tra alta velocità ed erosione-corrosione sono molto più favorevoli per le piastre in titanio rispetto a quelle in acciaio inossidabile.
Utilizziamo la modellazione CFD dei profili di flusso attraverso il pacchetto di piastre per verificare se alcune zone del pacchetto possano subire elevate velocità di flusso in punti specifici. Gli esperti di settore (SME) quindi applicano la propria esperienza relativa alla geometria delle piastre, alle dimensioni dei porti e alla configurazione delle guarnizioni per ottimizzare la distribuzione del flusso, riducendo così l’erosione pur garantendo che la velocità rimanga sufficientemente elevata per controllare l’incrostazione biologica. Ciò consente di ridurre il numero di piastre nelle unità operative in regioni ad alta salinità, dove l’incrostazione può rappresentare un problema.
4. Protezione integrata contro la corrosione per un'affidabilità globale del sistema
Anche i materiali per piastre di massima qualità possono essere compromessi da attacchi iniziati altrove sulla nave, causati da fenomeni elettrochimici dovuti all’acqua ad alta salinità a contatto con tubazioni, raccordi e connessioni. Correnti parassitarie generate da sistemi di protezione catodica, guasti elettrici o persino da potenziali indotti dagli alberi motore possono entrare nelle tubazioni contenenti acqua di mare e provocare un’erosione corrosiva rapida sulle parti dello scambiatore di calore, indipendentemente dal materiale della piastra.
Rischi affrontati dall’approccio integrato di protezione delle PMI. Una protezione mirata dello scafo è garantita dal sistema ICCP (Impressed Current Cathodic Protection), che assicura che nessuna corrente parassita proveniente dallo scafo possa raggiungere i PHE e influenzarli. L’accumulo di carica statica sull’albero di trasmissione, causato dalla rotazione, può generare livelli di tensione in grado di provocare corrosione nel circuito di raffreddamento a acqua di mare. Il dispositivo SED (Shaft Earthing Device) neutralizza l’elettricità statica sull’albero, prevenendo così il flusso di correnti corrosive potenziali nell’acqua di mare tramite l’albero, il generatore sull’albero e infine attraverso la carcassa esterna del generatore sull’albero. In combinazione con un sistema MGPS (che impedisce l’insediamento biologico sulle superfici, fenomeno che può causare celle di aereazione differenziale sulle superfici metalliche), l’intero sistema contrasta efficacemente sia le minacce corrosive sia quelle biologiche in condizioni di elevata salinità.
Il team di supporto tecnico di SME collabora con voi per analizzare l’intera imbarcazione, compresi i materiali delle tubazioni, il collegamento equipotenziale e la protezione esistente, progettando una soluzione completa per massimizzare la durata dei vostri PHE. Con oltre 500 progetti nuovi ed esistenti all’anno e più di 100 ingegneri elettrici e meccanici, SME Group è perfettamente posizionata per sviluppare per voi una soluzione personalizzata per PHE, anche per gli ambienti salini più estremi, garantendovi la tranquillità di cui avete bisogno. Con noi, la vostra soluzione va oltre le vostre preoccupazioni.