EN
Nei moderni mezzi commerciali marittimi, gli scambiatori di calore a piastre (PHE) costituiscono un componente fondamentale del circuito di raffreddamento e svolgono un ruolo cruciale nei sistemi centrali di raffreddamento principale, nel raffreddamento della giacca del motore principale, nel preriscaldamento dell’olio combustibile e negli impianti di produzione di acqua dolce. Le condizioni marine, tuttavia, espongono tali apparecchiature a sollecitazioni estreme: vibrazioni continue, interazione con l’ambiente aggressivo dell’acqua di mare, cicli termici elevati e bioincrostazione cronica. L’impiego di un PHE inadeguato può causare periodi di indisponibilità della nave, costi aggiuntivi, perdita di efficienza termica e perdite premature. Dal 2000, SME Group supporta il settore marittimo con oltre 500 progetti all’anno, compresi interventi di retrofitting, manutenzione e riparazione. La nostra fabbrica di Nantong, estesa 5.000 m², e il nostro team di oltre 100 ingegneri elettromeccanici offrono soluzioni certificate ISO 9001, 14001 e 45001 (ANAB/IAF/UKAS) a armatori ed operatori in tutto il mondo. Per aiutarvi ad evitare queste fonti di frustrazione, in questa guida analizzeremo alcune delle considerazioni più importanti da tenere in conto per garantire che il vostro scambiatore di calore a piastre abbia una lunga durata e prestazioni ottimali in ambienti marini estremi.
Selezione del materiale della piastra e resistenza alla corrosione
La durata di servizio di uno scambiatore di calore a piastre (PHE) in un ambiente marino può essere determinata quasi interamente dalla scelta del materiale delle piastre. Tuttavia, le applicazioni raffreddate ad acqua di mare rappresentano le migliori applicazioni per il titanio (grado 1 o 2), grazie alla sua eccezionale resistenza alla corrosione da pitting e da fessurazione indotta dai cloruri, anche a temperature elevate. Il costo iniziale del titanio può essere superiore, ma questo materiale possiede una vita utile sostanzialmente infinita qualora l’applicazione preveda il servizio in acqua di mare e lo stato del mare in cui opera la nave sia tropicale o salmastra, condizioni nelle quali i tassi di corrosione risultano aumentati. In un sistema a circolazione chiusa (acqua di giacca/olio lubrificante) o con acqua dolce, si scelgono spesso tipi standard come l’acciaio inossidabile 316L o l’acciaio inossidabile 904L, dotato di maggiore resistenza alla corrosione. È tuttavia fondamentale verificare la resistenza del materiale alla corrosione sotto sforzo, in particolare in ambienti ad alto contenuto di cloruri e in caso di esposizione intermittente a contaminazione da acqua di mare. I nostri ingegneri del supporto tecnico comprendono appieno la necessità di effettuare un’analisi del fluido e una valutazione del rischio di corrosione prima di selezionare il materiale delle piastre, al fine di garantire che quest’ultimo sia adeguato alle specifiche condizioni operative di ciascuna imbarcazione presso SME.
Tipo di guarnizione, compatibilità con l’elastomero e prevenzione delle perdite
Le guarnizioni sono considerate il punto più debole di uno scambiatore di calore a piastre, poiché la compressione dovuta alla pressione può influenzarne le proprietà e possono essere soggette all’azione del calore e dei prodotti chimici durante il funzionamento termico. Per le applicazioni marittime, il materiale delle guarnizioni deve resistere alla temperatura e alla pressione del fluido, nonché all’esposizione a detergenti, oli combustibili e lubrificanti. La resistenza delle guarnizioni in nitrile (NBR) e delle guarnizioni in etilene-propilene-diene-monometro (EPDM) consente il loro utilizzo rispettivamente in operazioni correlate agli oli fino a temperature moderate e in acqua di mare e miscele acqua-glicole. Se la temperatura supera i 150 °C, potrebbero essere necessari Viton® (FKM) o elastomeri fluorocarbonici speciali. Oltre ai materiali, anche la progettazione delle guarnizioni riveste un ruolo fondamentale: le guarnizioni incollate garantiscono una tenuta eccellente ma risultano difficili da sostituire sul campo; le guarnizioni a clip o a innesto sono facilmente sostituibili sul campo, ma possono essere soggette a spostamenti causati dai cicli termici. Si raccomanda inoltre l’uso di una doppia guarnizione di tenuta sugli scambiatori di calore a piastre (PHE) nei raccordi di ingresso e uscita, per creare una barriera aggiuntiva tra i due circuiti fluidi e prevenire contaminazioni incrociate. I tecnici addetti al servizio delle PMI vengono formati sull’applicazione corretta del momento di serraggio delle guarnizioni e sulle modalità per prevenirne le perdite. Ciò garantisce prestazioni affidabili, prolunga la vita utile delle guarnizioni di ricambio e ritarda la necessità di rimuovere il coperchio.
Configurazione del flusso, caduta di pressione e prestazioni termiche
Le caratteristiche termiche e idrauliche di uno scambiatore di calore a piastre (PHE) dipendono dalla progettazione delle sue piastre, dall’angolo a zigzag utilizzato e dalla configurazione del flusso. Ad esempio, nei sistemi marini, dove l’energia richiesta dalle pompe rappresenta un costo operativo rilevante, la scelta appropriata di un PHE deve considerare il rapporto tra la caduta di pressione della pompa e l’efficienza del trasferimento termico. Le piastre ad alto angolo a zigzag (solitamente 60°) generano una turbolenza significativa, migliorando il coefficiente di scambio termico, ma comportando una maggiore caduta di pressione. Al contrario, le piastre a basso angolo a zigzag (circa 30°) producono meno turbolenza, riducendo sia lo scambio termico sia la caduta di pressione. In molte applicazioni che impiegano acqua di mare come fluido termovettore, la combinazione effettiva di piastre ad alto e basso angolo a zigzag sullo stesso telaio — denominata configurazione "mista" o "L/H" — costituisce un compromesso ottimale. Inoltre, il numero di passaggi (singolo passaggio rispetto a passaggio multiplo) deve essere determinato in base allo spazio disponibile e alla caduta di pressione desiderata. Le configurazioni a passaggio multiplo offrono una superficie maggiore per lo scambio termico, ma risultano più complesse e difficili da pulire. Presso SME, il nostro team di ingegneri utilizza software di modellazione termica per simulare le prestazioni con diverse temperature dell’acqua di mare e diversi fattori di incrostamento, garantendo che la pompa non venga sovraccaricata e che il carico termico richiesto venga soddisfatto con lo scambiatore di calore a piastre selezionato.
Manutenibilità, accesso per la pulizia e disponibilità dei ricambi
Tra i molti fattori da considerare nella scelta di uno scambiatore di calore a piastre (PHE) per impiego marittimo, forse il più pratico è la manutenibilità. Le navi operano in luoghi remoti e risulta fondamentale poter pulire o sostituire le guarnizioni direttamente a bordo e in tempi rapidi. Il telaio del PHE deve essere sufficientemente robusto da garantire la compressione delle altre piastre in caso di successive espansioni; inoltre, le piastre principali devono poter essere facilmente compresse mediante allungamento dei tiranti e le piastre terminali del telaio devono essere abbastanza resistenti da evitare deformazioni durante ripetute operazioni di apertura e chiusura. Poiché l’acqua di mare viene regolarmente utilizzata per la pulizia, a causa della formazione di incrostazioni e dell’incrostazione biologica, lo scambiatore deve essere dotato di punti di collegamento per circuiti di pulizia chimica e il pacchetto di piastre deve essere facilmente accessibile per interventi di pulizia meccanica, realizzabili anche con getti d’acqua ad alta pressione. Ancora più importante, il fornitore deve tenere in magazzino piastre e guarnizioni di ricambio prontamente disponibili, fornendo tempi di consegna certi e precisione nei lotti. Disponiamo di una gamma completa di guarnizioni e piastre per le dimensioni di telaio più comuni e il nostro magazzino di Nantong garantisce consegne rapide di guarnizioni e piastre alle navi in bacino di carenaggio o all’ancora. La garanzia di 12 mesi sui servizi progettuali assicura agli operatori di flotta serenità, garantendo che gli interventi sul progetto saranno eseguiti con rapidità e perfezione.
Scegliere lo scambiatore di calore a piastre giusto per l’uso in ambienti marini estremi è un compito che coinvolge la scienza dei materiali, la dinamica termica e la logistica operativa. Una strategia chiave per i proprietari di navi per assicurarsi la soluzione adeguata consiste nel valutare le leghe delle piastre, la compatibilità delle guarnizioni, il design idraulico e la manutenibilità. SME Group è facilmente il vostro partner di fiducia in questo processo di selezione, grazie ai suoi molti anni di esperienza nell’ingegneria marina e alla sua ampia rete di servizi presente in tutto il mondo. Il nostro obiettivo non è semplicemente risolvere problemi, ma fornire soluzioni di scambio termico che funzionino in modo affidabile viaggio dopo viaggio.