Impianto di produzione e distribuzione di vapore tecnologico

CAPITOLO 5

IMPIANTO DI PRODUZIONE E DISTRIBUZIONE DI VAPORE TECNOLOGICO

• 5.1 Schema dell'impianto di produzione e distribuzione di vapore tecnologico e rappresentazione del ciclo termodinamico sul diagramma (T,S)
• 5.2 Scelta del generatore di vapore
• 5.3 Dimensionamento della rete di distribuzione del vapore
• 5.4 Organi di regolazione
• 5.5 Dimensionamento della rete delle condense
• 5.6 Scarico delle condense e scaricatori

CAPITOLO 5

IMPIANTO DI PRODUZIONE E DISTRIBUZIONE DI VAPORE TECNOLOGICO

• 5.1 Schema dell'impianto di produzione e distribuzione di vapore tecnologico e rappresentazione del ciclo termodinamico sul diagramma (T,S)
• 5.2 Scelta del generatore di vapore
• 5.3 Dimensionamento della rete di distribuzione del vapore
• 5.4 Organi di regolazione
• 5.5 Dimensionamento della rete delle condense
• 5.6 Scarico delle condense e scaricatori

5.1 Schema dell'impianto di produzione e distribuzione di vapore tecnologico e rappresentazione del ciclo termodinamico sul diagramma (T,S)

In molti processi industriali è necessario l'apporto di energia termica in grandi quantità. Si pensi al ciclo tecnologico per la produzione dello zucchero e più in generale ai processi di concentrazione per l'ottenimento di prodotti alimentari, in cui la separazione della fase liquida dal solido avviene attraverso la sua evaporazione mediante l'apporto di energia termica.

Il fluido più adatto a trasportare e scambiare grandi quantità di calore è certamente il vapore di acqua in condizione di saturazione secca con titolo pari a 1. Indicando con Q (kW) una generica potenza termica trasportata dal vapore saturo secco di portata G (kg/s), il calore scambiato per kg di vapore che si condensa integralmente da vapore saturo secco a liquido saturo vale:

Q/G = r,

essendo r (kJ/kg) il calore di vaporizzazione del vapore d'acqua alla pressione generica p. Ad esempio, per pᵥ = 5 bar, risulta rᵥ = 2.107,4 kJ/kg.

Utilizzando invece come vettore del calore acqua in fase liquida, si avrebbe:

Q/G = cᵥ · (Tᵥ - Tᵤ) = 4,186 · (90 - 60) = 125,58 kJ/kg

dove cᵥ indica cᵥ il calore specifico dell'acqua pari a 4,186 kJ/kg·°C e con Tᵥ e Tᵤ le temperature in °C dell'acqua calda all'inizio e alla fine dello scambio termico supposte, ad esempio, a 90°C e 60°C. Come si vede la differenza di energia termica trasportabile dell'unità di massa fluidica è di quattro volte a vantaggio del vapore.

Nel seguito verrà analizzato il funzionamento tipico di un impianto di distribuzione di vapore saturo.

Si fa riferimento allo schema di impianto di produzione e di distribuzione di vapore tecnologico (Fig. 5.1) e al successivo diagramma (T,S), (Fig. 5.2).

Il vapore viene prodotto in caldaia alla pressione pᵥ, viene decompresso alla pressione pᵤ dalla valvola di regolazione (VRP) a comando presso-statico (cfr. linea tratteggiata), per garantire un volano termico (come verrà illustrato nel seguito), e raggiunge infine gli utilizzatori alla pressione pᵤ, leggermente inferiore, essendo Δp = (pᵥ - pᵤ) la caduta di carico ammessa per il calcolo delle tubazioni di distribuzione.

La valvola regolatrice di pressione (VRP) è preceduta dal filtro (F). Le valvole di intercettazione (Vl), normalmente aperte, possono essere chiuse per isolare il tronco di tubazione contenente (F) e (VRP) per consentire l'esecuzione di interventi di manutenzione sulla (VRP) o di sostituzione del filtro senza svuotare l'impianto o interromperne il funzionamento. In questa situazione il fluido fluisce agli utilizzatori attraverso una valvola di by-pass di regolazione manuale della pressione (VM) a basso costo. A valle del gruppo di decompressione del vapore, una valvola di sicurezza (VS), per esempio a molla, garantisce di accasiva sovra-pressioni oltre il valore nominale pᵤ. Una lunga tubazione di mandata porta il vapore saturo secco agli utilizzatori, che, per esigenze di lay-out dell'impianto produttivo, sono di norma lontani dalla sala macchine, ai capi della tubazione di mandata e di gruppo di decompressione. Alla fine della tubazione di mandata e prima degli utilizzatori, sono previsti uno scaricatore d'aria (SA) per eliminare dall'impianto eventuali bolle di aria che ostacolerebbero lo scambio termico dentro i generatori utilizzatori (U) e uno scaricatore di condensa (SC), che raccoglie le gocce di acqua formatesi per la condensazione di una piccola porzione di vapore lungo la tubazione di mandata dovuta alla perdita di calore verso l'esterno.

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Fig. 5.1 - Impianto per la produzione e la distribuzione di vapore tecnologico

GrupPO DI DECOMPRESSIONE

Sezionatore d’aria

mandata vapore alle utenze

ritorno delle condense

• Vs
• VRT
• VI
• _F
• VM

• V1
• P₀
• T_s, p_s, t_s
• p