Il generatore di vapore

I tubi del vaporizzatore, che costituiscono le pareti (schermi) della camera di

combustione, sono affiancati l’uno all’altro e uniti da membranature.

La soluzione delle pareti di caldaia a pannelli con membrane saldate ha portato

diversi vantaggi:

• fabbricazione di buona parte dei pannelli con saldature automatizzate;

• preassiemaggio in officina;

• abolizione quasi completa di rivestimenti refrattari per alte temperature con

esposizione alla fiamma;

• conseguimento di buone tenute alla pressurizzazione;

• ottenimento di bassi eccessi d’aria.

I tubi sono in genere verticali, ma possono anche essere realizzati a spirale per

ottenere una omogenea ed equilibrata distribuzione dei flussi termici afferenti ogni

singolo tubo nel suo percorso

in camera di combustione, evitando così l’interposizione di miscelatori intermedi. 8

In talune caldaie sono stati adottati, per la zona vaporizzante in prossimità dei

bruciatori, dei tubi rigati internamente a elica: per tubi di piccolo diametro, utilizzati

nelle caldaie UP, detta rigatura è costituita da un’elica a semplice principio, mentre

per tubi di diametro maggiore, utilizzati nelle caldaie a circolazione naturale di

grande potenzialità, l’elica interna è a più principi.

Con tale accorgimento si contrasta l’ebollizione a film e la conseguente

sovratemperatura del metallo e si riducono i fenomeni di instabilità nella

circolazione dell’acqua nei tubi, spostando il DNB a valori piu elevati di titolo di

vapore. 9

Dal vaporizzatore si passa nel surriscaldatore, che ha lo scopo di innalzare la

temperatura del vapore a pressione costante, in modo da realizzare un maggiore

salto entalpico in turbina.

Il surriscaldatore è costituito da fasci di tubi, collegati alle estremità ad appositi

collettori: dal collettore d’entrata il vapore alimenta in parallelo i tubi e li attraversa

a forte velocità, a vantaggio del coefficiente di trasmissione tra la parete del tubo e

il vapore. Il surriscaldatore primario o di bassa temperatura è in genere collocato

nella prima parte del condotto verticale dei gas, al di sopra dell’economizzatore,

mentre il surriscaldatore secondario o finale si trova in corrispondenza della parte

alta della caldaia, al di sopra del naso.

Nel primo caso il surriscaldatore è formato da serpentine orizzontali in

controcorrente, nel secondo caso è formato da serpentine in equicorrente, sospese

verticalmente, sostenute dall’alto e ancorate all’esterno del cielo di caldaia.

Si ricorre talvolta all’adozione di un banco di serpentine o di una parete completa di

surriscaldatore (radiant roof e platen) esposta all’irraggiamento della camera di

combustione in quanto, al cresceredella potenzialità e della pressione della caldaia,

diminuiscono le calorie necessarie per la vaporizzazione e quindi il calore da cedere

all’acqua nei tubi del vaporizzatore.

Il fluido nelle serpentine può circolare in equicorrente o in controcorrente rispetto ai

gas.

Normalmente il sistema equicorrente viene impiegato per poter meglio raffreddare il

metallo delle serpentine a contatto con i fumi a più alta temperatura. In

controcorrente il fluido da riscaldare viene posto inizialmente a contatto con la zona

finale dove i fumi sono meno caldi: in tal modo si ottiene il raffreddamento 10

massimo del fluido riscaldante e, nel contempo, un’elevata differenza di

temperatura tra i due fluidi a vantaggio dello scambio termico.

Tra il surriscaldatore primario e quello secondario è inserito un attemperatore o

desurriscaldatore. Il desurriscaldatore è costituito da un tubo attraversato

dal vapore nel quale, tramite un iniettore, può venire spruzzata acqua di alimento

che abbassa la temperatura

Il vapore in uscita dal surriscaldatore finale confluisce in collettori, dai quali si

dipartono le tubazioni di collegamento con la turbina

Dopo una prima parziale espansione nella turbina il vapore ritorna in caldaia per

risurriscaldarsi. 11

. Il risurriscaldatore è formato da banchi di serpentine ed è generalmente sistemato

nel condotto orizzontale dei gas, dopo i banchi del surriscaldatore finale, e talora,

parzialmente,anche in quello verticale discendente.

La regolazione della temperatura del vapore risurriscaldato comporta alcuni

problemi perché, al diminuire del carico, diminuisce la temperatura del vapore ed è

quindi necessario cedere al risurriscaldatore una percentuale di calore maggiore che

ai carichi più alti.

E’ evidente che proporzionare le superfici di scambio per il carico minimo significa

dare ad esse dimensioni eccessive per il carico nominale; d’altra parte il

desurriscaldamento del vapore risurriscaldato è un fatto negativo per il rendimento

di caldaia.

Si regola perciò la temperatura con l’inclinazione variabile dei bruciatori e con la

ricircolazione dei gas, prelevati all’uscita di caldaia ed immessi sul fondo della

camera di combustione.

Circolazione dell’acqua in caldaia

Assicurare un’efficace circolazione della miscela acqua-vapore nei tubi del

vaporizzatore è un problema di importanza fondamentale nel progetto di un

generatore di vapore in quanto la insufficiente circolazione in un tubo crea un

ristagno di bolle di vapore sulla sua superficie interna,con conseguente aumento

locale della temperatura del metallo.

Inoltre nelle zone di ristagno del vapore, così come nelle zone di maggiore

evaporazione, tendono a depositarsi gli ossidi trasportati dall’acqua e dal vapore:

hanno così inizio fenomeni di incrostazione e corrosione che portano in breve

tempo alla rottura del tubo.

Qualora la circolazione fosse particolarmente insufficiente, si correrebbe il rischio

di una forte diminuzione del coefficiente di scambio termico fra superficie interna

del tubo ed acqua, con il raggiungimento, per i tubi esposti alla fiamma, di

temperature inaccettabili per la vita dei tubi stessi.

L’analisi di tutti i fattori che influenzano la circolazione è assai complessa e le

soluzioni adottate per il suo perfezionamento hanno portato alla costruzione di

caldaie sostanzialmente differenti tra di loro, che possono essere raggruppate in

quattro tipologie principali:

• a circolazione naturale,

• a circolazione controllata o assistita,

• a circolazione forzata,

• a circolazione combinata. 12

Classificazione degli acciai

Gli acciai sono suddivisi in due gruppi principali:

Gruppo 1: Acciai designati in base al loro impiego e alle loro caratteristiche

meccaniche o fisiche.

Gruppo 2 : Acciai designati in base alla loro composizione chimica.

Gruppo 1: Acciai designati in base al loro impiego e alle loro caratteristiche

meccaniche o fisiche.

Questi acciai sono generalmente impiegati allo stato grezzo di laminazione o, in

casi eccezionali, dopo ricottura di normalizzazione.

La destinazione deve comprendere i seguenti simboli principali:

E = acciai per costruzioni meccaniche

L = acciai per tubi di condutture

P = acciai per impieghi sotto pressione

S = acciai per impieghi strutturali

Ciascuno seguito da un numero pari al carico unitario di snervamento prescritto, in

N/mm2,corrispondente alla gamma di spessore più ridotto;

B = acciai per cemento armato, seguito da un numero pari al carico unitario di

snervamento caratteristico, in N/mm2 13

Y = acciai per cemento armato precompresso, seguito da un numero pari al

carico unitario di rottura minimo prescritto, in N/mm2;

R = acciai per o sotto forma di rotaie, seguito da un numero pari al carico

unitario di rottura minimo prescritto, in N/mm2;

H = prodotti piani laminati a freddo di acciaio ad alta resistenza, per

imbottitura a freddo, seguito da un numero pari al carico unitario di snervamento

minimo prescritto, in N/mm2; qualora venga specificato soltanto il carico unitario di

rottura, occorre aggiungere la lettera T seguita da un numero pari al carico unitario

di rottura minimo prescritto, in N/mm2;

D = prodotti piani per formatura a freddo (esclusi quelli considerati in e),

seguito da una delle seguenti lettere:

C per prodotti laminati a freddo;

D per prodotti laminati a caldo destinati alla formatura a freddo;

X per i prodotti il cui stato di laminazione non è specificato.

Per ragioni di spazio si omettono i simboli T (relativo alla banda nera per

imballaggio, stagnata e cromata) ed M (relativo agli acciai magnetici).

Gruppo 2 : Acciai designati in base alla loro composizione chimica

Questo gruppo è suddiviso nei seguenti quattro sottogruppi:

Sottogruppo 2.1: acciai non legati (ad eccezione degli acciai per lavorazioni

meccaniche ad alta velocità) con tenore medio di manganese < 1%,

La designazione deve comprendere i seguenti simboli, nell’ordine indicato:

- la lettera C;

- Un numero pari a 100 volte il tenore percentuale di carbonio medio prescritto.

Sottogruppo 2.2: acciai non legati con tenore medio di manganese ≥ 1%,

acciai non legati per lavorazioni meccaniche ad alta velocità ed acciai legati (ad

eccezione degli acciai rapidi) il cui tenore in massa di ciascun elemento di lega è <

5%.

La destinazione deve comprendere i seguenti simboli, nell’ordine indicato:

- un numero pari a 100 volte il tenore percentuale di carbonio medio prescritto;

- I simboli chimici che indicano gli elementi di lega che caratterizzano l’acciaio;la

successione dei simboli deve essere in ordine decrescente rispetto al valore dei

corrispondenti tenori;

- I numeri indicanti i valori dei tenori degli elementi di lega; ciascun numero,

separato da un trattino, rappresenta il tenore percentuale medio dell’elemento 14

corrispondente moltiplicato per i fattori riportati nel seguente prospetto ed

arrotondato al numero intero più vicino.

Elementi chimici fattore

Cr, Co, Mn, Ni, Si, W ____________________________________ 4

Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr _______________________10

Ce, N, P, S ___________________________________ 100

B ___________________________________1000

Sottogruppo 2.3: acciai legati (ad eccezione degli acciai rapidi) il cui tenore in

massa di almeno un elemento di lega è ≥ 5%.

La designazione deve comprendere i seguenti simboli, nell’ordine indicato:

- La lettera X;

- Un numero pari a 100 volte il tenore percentuale di carbonio medio prescritto;

- I simboli degli elementi di lega che caratterizzano l’acciaio; la successione dei

simboli deve essere in ordine decrescente rispetto al valore dei corrispondenti

tenori.

- I numeri indicanti i valori dei tenori degli elementi di lega; ciascun numero,

separato da un trattino, rappresenta il tenore percentuale medio dell’elemento

corrispondente, arrotondato al numero intero più vicino.

Sottogruppo 2.4: acciai rapidi

La designazione deve comprendere i seguenti simboli, nell’ordine indicato:

- Le lettere HS;

- I numeri indicanti i valori percentuali degli elementi di lega, riportati nel seguente

ordine:

Tungsteno ( W ) ;

Molibdeno ( Mo ) ;

Vanadio ( V ) ;

Cobalto ( Co ) ;

ciascun numero ,separato da un trattino, rappresenta il tenore medio percentuale

dell’elemento corrispondente, arrotondato al numero intero più vicino. 15

Saldatura TIG

La Saldatura TIG (Tungsten Inert Gas) o GTAW (Gas Tungsten Arc Welding),

con elettrodo

secondo la terminologia AWS, è un procedimento di saldatura ad arco

infusibile (di tungsteno), sotto protezione di gas inerte, che può essere eseguito con

o senza metallo di apporto. La saldatura TIG è uno dei metodi più diffusi, fornisce

giunti di elevata qualità, ma richiede operatori altamente specializzati. Questa

tecnologia di saldatura fu sviluppata inizialmente per l'industria aeronautica nel

Seconda guerra mondiale per sostituire sugli aerei i rivetti con saldature

corso della

(molto più leggere a parità di resistenza).

[1]

Linee generali del procedimento

Il procedimento si basa su una torcia in cui è inserito l'elettrodo in tungsteno,

attorno a cui fluisce il gas di protezione che, attraverso un bocchello di materiale

ceramico, è portato sul bagno di fusione. L'operatore muove la torcia lungo il giunto

per spostare il bagno di fusione, mentre, nel caso che sia richiesto materiale

d'apporto, contemporaneamente sposta la bacchetta del materiale in modo tale da