Rispetto alle caldaie per acqua calda, i generatori di vapore hanno bisogno di qualche importante “accorgimento” in più per preservare la propria salute e garantire la qualità del vapore erogato. Mentre una caldaia ad acqua calda si trova ad operare con acqua in circuito chiuso, i generatori di vapore sono continuamente alimentati da acqua che proviene dall’esterno.
Ma non si tratta solamente di assicurare prestazioni in linea con quelle previste: la qualità dell’acqua, infatti, è fondamentale per la sicurezza stessa dell’impianto. Vediamo perché.
(Per conoscere tutto sull’argomento è disponibile la nostra Guida ai generatori di vapore).
L’acqua erogata dalla rete idrica oltre ad essere a bassa temperatura, contiene normalmente diverse componenti, come particelle sospese e sostanze in soluzione a livello molecolare (tra le quali sali e gas) che, a determinate condizioni di temperatura e pressione, perdono la loro solubilità.
Con un primo livello di filtrazione, sempre necessario, si eliminano le particelle sospese, ma restano sali di iodio, di calcio e di magnesio, oltre a ossigeno e anidride carbonica, che sono tutte sostanze nocive per la salute di una caldaia a vapore.
I sali di calcio e di magnesio, in particolare, determinano incrostazioni sulle superfici (Figura 1) che possono deteriorare la caldaia (Figura 2). In presenza di pochi sali incrostanti, l’acqua è definita “dolce”, mentre al crescere della quantità di sali incrostanti l’acqua diventa via via più “dura”, ed è quindi poco indicata per alimentare un generatore di vapore.
Quando l’acqua supera i 100°C trasformandosi in vapore saturo (come accade nei generatori di vapore industriali), si verifica una condizione particolarmente favorevole alla formazione di incrostazioni (Figura 3), mentre l’ossigeno rimanente nell’acqua instabile diventa causa di corrosioni (Figura 4).
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Figura 1 |
Figura 2 |
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Figura 3 |
Figura 4 |
L’utilizzo di acqua non adeguatamente trattata determina, all’interno della caldaia, precipitazioni di fango, formazione di depositi e schiume, incrostazioni, corrosioni.
Le incrostazioni peggiorano la trasmissione del calore, causando una diminuzione del rendimento del generatore di vapore, e innescano corrosioni da sotto deposito delle lamiere oppure ancora peggio pericolosi surriscaldamenti localizzati delle lamiere. L’eccessiva alcalinità dell’acqua che può determinarsi con l’evaporazione, inoltre, determina fragilità caustica, un fenomeno per cui alcune parti della caldaia diventano fragili e possono deteriorarsi fino allo sfaldamento. I danni di questo fenomeno possono essere gravissimi portando, nel peggiore dei casi, al rischio di esplosione.
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Effetti di esplosioni di generatori di vapore saturo a tubi da fumo.
Lo spurgo continuo e controllato della caldaia è un processo fondamentale per eliminare impurità e ridurre l’alcalinità in caldaia, ma il suo utilizzo eccessivo è inefficiente perché causa un consumo aggiuntivo di combustibile per riscaldare l’acqua di reintegro. È quindi necessario purificare l’acqua in ingresso al generatore di vapore mediante appositi dispositivi.
I sistemi di trattamento dell’acqua sono di diversa tipologia: quelli più indicati vanno scelti a seconda delle esigenze, delle caratteristiche operative della caldaia e dell’acqua.
Degasatore termofisico TWA-V, per produzione di vapore fino a 14 t/h
Esistono norme di riferimento che stabiliscono i requisiti minimi per l’acqua di ingresso del generatore e per l’acqua contenuta in caldaia (in particolare per i generatori a tubi di fumo il riferimento è la norma UNI EN 12952).
Vanno quindi analizzate, con diversa periodicità, l’acqua di caldaia, l’acqua di alimento e le condense.
Viessmann offre per i propri generatori di vapore un set completo di sistemi di trattamento dell’acqua, che comprendono addolcitore, dosaggio chimico, degasatore termico, osmosi inversa e sistemi di demineralizzazione.
L'acqua non trattata contiene sali di calcio e magnesio (responsabili della durezza), silice, ossigeno disciolto, anidride carbonica (CO2) e sali solubili come i cloruri. Se immesse direttamente nella caldaia, queste sostanze causano la formazione di incrostazioni calcaree calde sulle superfici di scambio termico e innescano fenomeni di corrosione chimica e galvanica che aggrediscono le pareti metalliche e i tubi da fumo del generatore.
Il calcare agisce come un potente isolante termico che ostacola il trasferimento di calore dai fumi di combustione all'acqua. Questo costringe il bruciatore a consumare molto più combustibile per produrre la stessa quantità di vapore, riducendo drasticamente il rendimento termico. Dal punto di vista della sicurezza, l'effetto isolante impedisce il corretto raffreddamento del metallo da parte dell'acqua, provocando un surriscaldamento localizzato dei tubi che può portare a deformazioni strutturali, cricche o cedimenti esplosivi dovuti alla pressione.
I gas disciolti più pericolosi sono l'ossigeno e l'anidride carbonica. L'ossigeno provoca la corrosione alveolare (pitting), ovvero la formazione di profondi e localizzati crateri perforanti nel metallo. L'anidride carbonica abbassa il pH dell'acqua rendendola acida e aggredendo in particolare le linee di ritorno delle condense. Questi fenomeni si prevengono attraverso il degasaggio termico dell'acqua di alimento (che espelle i gas per ebollizione prima dell'ingresso in caldaia) e l'idoneo dosaggio di prodotti chimici condizionanti (filmanti e deossigenanti).
Il trascinamento si verifica quando un'elevata concentrazione di sali disciolti e solidi sospesi nell'acqua di caldaia provoca la formazione di schiuma sulla superficie di evaporazione. Questa schiuma fa sì che le goccioline d'acqua liquida vengano trascinate insieme al flusso di vapore verso le utenze esterne. Il vapore umido e contaminato riduce l'efficienza degli scambiatori termici del processo produttivo, causa colpi d'ariete nelle tubazioni e danneggia le valvole di regolazione a causa dei depositi salini.