Scambiatori di calore a piastre contro scambiatori di calore a tubi e mantello per navi

Da tempo ci viene detto che gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono i re nelle sale macchine delle navi: sono affidabili, ben compresi e in uso da decenni. Tuttavia, lo sviluppo di scambiatori di calore a piastre (PHE) ad alte prestazioni e compatti ha attirato l’attenzione di armatori, progettisti e sovrintendenti tecnici. Ciascuno presenta vantaggi e svantaggi specifici, e la scelta richiede un’attenta valutazione basata sul tipo di nave, sulle esigenze operative, sulle pratiche di manutenzione e sullo spazio disponibile. Qui, presso SME Group, con oltre 20 anni di esperienza nell’ingegneria marina e una gamma di soluzioni ICCP, MGPS, SED e PHE nel nostro portafoglio, analizziamo le opzioni confrontandole tra loro

1. Confronto tra efficienza termica e ingombro

Per quanto riguarda la capacità di trasferimento del calore, gli scambiatori a piastre (PHE) sono nettamente superiori. Il flusso generato dalle corrugazioni sulle piastre provoca una turbolenza elevata anche a portate molto basse, conferendo agli scambiatori a piastre i coefficienti complessivi di trasferimento del calore più alti, tipicamente da tre a cinque volte superiori a quelli di uno scambiatore a fascio tubiero. Questa maggiore capacità significa che uno scambiatore a piastre richiede circa un terzo o la metà dello spazio necessario a uno scambiatore a fascio tubiero per lo stesso servizio. Sulle moderne navi odierne, dove lo spazio nel locale macchine è sempre estremamente limitato, questo risparmio è significativo.

D'altro canto, gli scambiatori a fascio tubiero utilizzano un percorso di flusso rettilineo nei tubi e deflettori per guidare il flusso sul lato mantello. Questi scambiatori offrono prestazioni robuste e prevedibili, ma la loro scarsa efficienza richiede una superficie maggiore e un ingombro fisico più consistente. Se l'applicazione dispone di ampio spazio e non richiede particolare precisione, come in alcuni casi di raffreddamento ausiliario, ciò potrebbe non rappresentare un problema. Tuttavia, in un'applicazione di raffreddamento principale (ad esempio, raffreddamento dell'acqua della giacca del motore principale o del gas di sovralimentazione), l'elevata efficienza degli scambiatori a piastre consente un miglior avvicinamento termico, minore potenza assorbita dalle pompe e maggiore efficienza del carburante.

2. Considerazioni relative alla manutenzione e alla pulizia

Tuttavia, quando entra in gioco la filosofia della manutenzione, questo può diventare il fattore determinante a favore dell’una o dell’altra tecnologia. Gli equipaggi di bordo, storicamente, si trovano molto più a proprio agio nel pulire unità a fascio tubiero, poiché è possibile spazzolare o raschiare un fascio tubiero oppure applicare facilmente un prodotto chimico. Tuttavia, per accedere ai tubi è necessario rimuovere grandi coperture terminali e, per sostituire i tubi, di solito occorre recarsi in un cantiere, soluzione estremamente costosa. Inoltre, pulire il lato mantello richiede notevole sforzo e, in alcuni casi, persino lo smontaggio.

Gli scambiatori di calore a piastre delle SME, detti PHE, offrono un ulteriore approccio alla manutenzione. È possibile smontare il pacchetto di piastre, ispezionarlo e pulirlo in poche ore utilizzando utensili standard. Se singole piastre risultano corrose o danneggiate, è possibile sostituirle senza dover scartare l’intero insieme. Le guarnizioni sono considerate materiali di consumo da sostituire ogni quattro-sei anni circa; tuttavia, con i moderni tipi di guarnizione a clip, le SME rendono questa operazione ancora più semplice. Lo svantaggio, però, è che i PHE richiedono una certa attenzione durante la pulizia per evitare danni alle piastre relativamente sottili (realizzate in acciaio inossidabile o titanio), e gli equipaggi necessitano di una formazione specifica. Le SME forniscono sia manuali dettagliati per la manutenzione sia formazione in loco, e possono garantire la spedizione di guarnizioni originali e piastre di ricambio presso tutti i principali cantieri navali della Cina continentale.

3. Pressioni operative, temperature e compatibilità con i fluidi

Gli scambiatori a fascio tubiero sono una scelta consolidata da tempo per ambienti ad alta pressione e alta temperatura. La forma cilindrica del mantello, abbinata alle pareti robuste dei tubi, consente a questo tipo di scambiatore di calore di gestire pressioni di esercizio superiori a 40 bar; viene pertanto impiegato in applicazioni quali raffreddatori di vapore, olio combustibile e olio idraulico, oltre che nel raffreddamento di fluidi contenenti particelle (poiché i tubi dritti sono meno soggetti a ostruzioni o incrostazioni).

Limitazioni: sebbene i nostri scambiatori di calore a piastre (PHE) diventino sempre più performanti, esistono limiti nelle applicazioni per i PHE. La pressione di progetto tipica dei PHE può raggiungere un massimo di circa 25–30 bar, mentre i limiti di temperatura arrivano solitamente a circa 200 °C (a seconda del materiale delle guarnizioni). Un altro svantaggio dei PHE è la loro scarsa tolleranza nei confronti di particolato nei fluidi: ad esempio, l’acqua di mare contenente sabbia e detriti può danneggiare le piastre e ostruire i canali stretti in cui avviene lo scambio termico. In questi casi entra in gioco una soluzione integrata fornita da SME, dotata di sistemi MGPS (Marine Growth Prevention Systems) e di idonei filtri che proteggono il PHE sia dalla crescita biologica sia da quella particolata. Per applicazioni ad alta pressione, SME fornisce PHE semisaldati o completamente saldati, evitando così perdite dalle guarnizioni ma mantenendo l’ingombro compatto tipico dei PHE. Scegliamo sempre la soluzione più adeguata in base al fluido interessato, che si tratti di acqua dolce o di mare, olio, carburante e altri.

4. Costo totale del ciclo di vita e standardizzazione della flotta

Occorre inoltre considerare i costi complessivi del ciclo di vita, oltre ai prezzi di acquisto iniziali. Le unità a fascio tubiero possono presentare costi iniziali inferiori per applicazioni di piccole e medie dimensioni; tuttavia, la potenza di pompaggio richiesta aumenta a causa della maggiore caduta di pressione e sono necessarie quantità maggiori di acqua di raffreddamento. L’efficienza termica diminuisce con l’incrostazione, e la sostituzione dei tubi è un’operazione ad alto impatto finanziario.

Sebbene inizialmente più costosi (soprattutto con piastre in titanio), gli scambiatori a piastre permettono di ridurre i costi operativi grazie a un minore consumo energetico per il pompaggio, a una minore capacità richiesta delle pompe per acqua di mare e a tempi di manutenzione più rapidi. Inoltre, è possibile aggiungere o rimuovere semplicemente piastre per adattare la capacità richiesta o per eventuali modifiche future. Per i proprietari di flotte con più unità, la standardizzazione offre vantaggi: lo stesso tipo di scambiatore a piastre può essere installato su navi gemelle simili, semplificando la gestione delle scorte di ricambi, la formazione del personale e le procedure di riparazione. SME fornisce linee guida complete per l’installazione, utilizza un design uniforme delle piastre indipendentemente dal modello e il nostro team tecnico è prontamente disponibile per supportare progetti di retrofit su scala di flotta. Che preferiate il collaudato design di uno scambiatore a fascio tubiero oppure la soluzione moderna di uno scambiatore a piastre, SME offre entrambe le opzioni, insieme ai corrispondenti sistemi ICCP (protezione catodica), SED (messa a terra dell’albero) e MGPS (protezione catodica degli aspiratori d’acqua di mare). Ogni anno completiamo oltre 500 nuovi progetti, una qualità testimoniata dalla nostra certificazione ISO, per andare oltre le vostre esigenze.

Scambiatori di calore a piastre contro scambiatori di calore a tubi e mantello per navi

Da tempo ci viene detto che gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono i re nelle sale macchine delle navi: sono affidabili, ben compresi e in uso da decenni. Tuttavia, lo sviluppo di scambiatori di calore a piastre (PHE) ad alte prestazioni e compatti ha attirato l’attenzione di armatori, progettisti e sovrintendenti tecnici. Ciascuno presenta vantaggi e svantaggi specifici, e la scelta richiede un’attenta valutazione basata sul tipo di nave, sulle esigenze operative, sulle pratiche di manutenzione e sullo spazio disponibile. Qui, presso SME Group, con oltre 20 anni di esperienza nell’ingegneria marina e una gamma di soluzioni ICCP, MGPS, SED e PHE nel nostro portafoglio, analizziamo le opzioni confrontandole tra loro

1. Confronto tra efficienza termica e ingombro

Per quanto riguarda la capacità di trasferimento del calore, gli scambiatori a piastre (PHE) sono nettamente superiori. Il flusso generato dalle corrugazioni sulle piastre provoca una turbolenza elevata anche a portate molto basse, conferendo agli scambiatori a piastre i coefficienti complessivi di trasferimento del calore più alti, tipicamente da tre a cinque volte superiori a quelli di uno scambiatore a fascio tubiero. Questa maggiore capacità significa che uno scambiatore a piastre richiede circa un terzo o la metà dello spazio necessario a uno scambiatore a fascio tubiero per lo stesso servizio. Sulle moderne navi odierne, dove lo spazio nel locale macchine è sempre estremamente limitato, questo risparmio è significativo.

D'altro canto, gli scambiatori a fascio tubiero utilizzano un percorso di flusso rettilineo nei tubi e deflettori per guidare il flusso sul lato mantello. Questi scambiatori offrono prestazioni robuste e prevedibili, ma la loro scarsa efficienza richiede una superficie maggiore e un ingombro fisico più consistente. Se l'applicazione dispone di ampio spazio e non richiede particolare precisione, come in alcuni casi di raffreddamento ausiliario, ciò potrebbe non rappresentare un problema. Tuttavia, in un'applicazione di raffreddamento principale (ad esempio, raffreddamento dell'acqua della giacca del motore principale o del gas di sovralimentazione), l'elevata efficienza degli scambiatori a piastre consente un miglior avvicinamento termico, minore potenza assorbita dalle pompe e maggiore efficienza del carburante.

2. Considerazioni relative alla manutenzione e alla pulizia

Tuttavia, quando entra in gioco la filosofia della manutenzione, questo può diventare il fattore determinante a favore dell’una o dell’altra tecnologia. Gli equipaggi di bordo, storicamente, si trovano molto più a proprio agio nel pulire unità a fascio tubiero, poiché è possibile spazzolare o raschiare un fascio tubiero oppure applicare facilmente un prodotto chimico. Tuttavia, per accedere ai tubi è necessario rimuovere grandi coperture terminali e, per sostituire i tubi, di solito occorre recarsi in un cantiere, soluzione estremamente costosa. Inoltre, pulire il lato mantello richiede notevole sforzo e, in alcuni casi, persino lo smontaggio.

Gli scambiatori di calore a piastre delle SME, detti PHE, offrono un ulteriore approccio alla manutenzione. È possibile smontare il pacchetto di piastre, ispezionarlo e pulirlo in poche ore utilizzando utensili standard. Se singole piastre risultano corrose o danneggiate, è possibile sostituirle senza dover scartare l’intero insieme. Le guarnizioni sono considerate materiali di consumo da sostituire ogni quattro-sei anni circa; tuttavia, con i moderni tipi di guarnizione a clip, le SME rendono questa operazione ancora più semplice. Lo svantaggio, però, è che i PHE richiedono una certa attenzione durante la pulizia per evitare danni alle piastre relativamente sottili (realizzate in acciaio inossidabile o titanio), e gli equipaggi necessitano di una formazione specifica. Le SME forniscono sia manuali dettagliati per la manutenzione sia formazione in loco, e possono garantire la spedizione di guarnizioni originali e piastre di ricambio presso tutti i principali cantieri navali della Cina continentale.

3. Pressioni operative, temperature e compatibilità con i fluidi

Gli scambiatori a fascio tubiero sono una scelta consolidata da tempo per ambienti ad alta pressione e alta temperatura. La forma cilindrica del mantello, abbinata alle pareti robuste dei tubi, consente a questo tipo di scambiatore di calore di gestire pressioni di esercizio superiori a 40 bar; viene pertanto impiegato in applicazioni quali raffreddatori di vapore, olio combustibile e olio idraulico, oltre che nel raffreddamento di fluidi contenenti particelle (poiché i tubi dritti sono meno soggetti a ostruzioni o incrostazioni).

Limitazioni: sebbene i nostri scambiatori di calore a piastre (PHE) diventino sempre più performanti, esistono limiti nelle applicazioni per i PHE. La pressione di progetto tipica dei PHE può raggiungere un massimo di circa 25–30 bar, mentre i limiti di temperatura arrivano solitamente a circa 200 °C (a seconda del materiale delle guarnizioni). Un altro svantaggio dei PHE è la loro scarsa tolleranza nei confronti di particolato nei fluidi: ad esempio, l’acqua di mare contenente sabbia e detriti può danneggiare le piastre e ostruire i canali stretti in cui avviene lo scambio termico. In questi casi entra in gioco una soluzione integrata fornita da SME, dotata di sistemi MGPS (Marine Growth Prevention Systems) e di idonei filtri che proteggono il PHE sia dalla crescita biologica sia da quella particolata. Per applicazioni ad alta pressione, SME fornisce PHE semisaldati o completamente saldati, evitando così perdite dalle guarnizioni ma mantenendo l’ingombro compatto tipico dei PHE. Scegliamo sempre la soluzione più adeguata in base al fluido interessato, che si tratti di acqua dolce o di mare, olio, carburante e altri.

4. Costo totale del ciclo di vita e standardizzazione della flotta

Occorre inoltre considerare i costi complessivi del ciclo di vita, oltre ai prezzi di acquisto iniziali. Le unità a fascio tubiero possono presentare costi iniziali inferiori per applicazioni di piccole e medie dimensioni; tuttavia, la potenza di pompaggio richiesta aumenta a causa della maggiore caduta di pressione e sono necessarie quantità maggiori di acqua di raffreddamento. L’efficienza termica diminuisce con l’incrostazione, e la sostituzione dei tubi è un’operazione ad alto impatto finanziario.

Sebbene inizialmente più costosi (soprattutto con piastre in titanio), gli scambiatori a piastre permettono di ridurre i costi operativi grazie a un minore consumo energetico per il pompaggio, a una minore capacità richiesta delle pompe per acqua di mare e a tempi di manutenzione più rapidi. Inoltre, è possibile aggiungere o rimuovere semplicemente piastre per adattare la capacità richiesta o per eventuali modifiche future. Per i proprietari di flotte con più unità, la standardizzazione offre vantaggi: lo stesso tipo di scambiatore a piastre può essere installato su navi gemelle simili, semplificando la gestione delle scorte di ricambi, la formazione del personale e le procedure di riparazione. SME fornisce linee guida complete per l’installazione, utilizza un design uniforme delle piastre indipendentemente dal modello e il nostro team tecnico è prontamente disponibile per supportare progetti di retrofit su scala di flotta. Che preferiate il collaudato design di uno scambiatore a fascio tubiero oppure la soluzione moderna di uno scambiatore a piastre, SME offre entrambe le opzioni, insieme ai corrispondenti sistemi ICCP (protezione catodica), SED (messa a terra dell’albero) e MGPS (protezione catodica degli aspiratori d’acqua di mare). Ogni anno completiamo oltre 500 nuovi progetti, una qualità testimoniata dalla nostra certificazione ISO, per andare oltre le vostre esigenze.

99.71%

https://app.originality.ai/share/1k8ygfz956bod2iv