Come si previene la corrosione in uno scambiatore di calore? Una guida pratica per i generatori

Un gruppo elettrogeno di standby da 500 kW ha superato ogni avvio mensile a vuoto finché un test a pieno carico non ha attivato l'allarme di elevata temperatura del liquido di raffreddamento. Il radiatore perdeva da un foro stenopeico vicino al collettore inferiore. Non era fallito all'improvviso; la corrosione operava da anni in una zona stagnante a basso flusso.

La corrosione in uno scambiatore di calore non è un mistero. Una volta identificato il meccanismo e controllato l’ambiente attorno ai metalli, è possibile prevenire la maggior parte dei guasti. Le azioni più importanti sono la selezione dei materiali, la chimica dell'acqua, la progettazione del flusso, i rivestimenti e l'ispezione programmata.

Perché gli scambiatori di calore si corrodono

La corrosione è un processo elettrochimico che riporta un metallo al suo stato di ossido naturale. In uno scambiatore di calore, il liquido refrigerante è l'elettrolita e i materiali del tubo, del serbatoio e delle alette sono gli elettrodi. Quattro meccanismi sono responsabili della maggior parte dei guasti sul campo: corrosione galvanica, vaiolatura, erosione-corrosione e tensocorrosione. La tabella seguente riassume le cause di ciascuno di essi e dove si trova la difesa principale.

Ogni meccanismo lascia uno schema visivo diverso. Attorno ai punti di contatto si verifica un attacco galvanico; la vaiolatura si presenta come piccoli crateri sulla superficie del tubo; l'erosione-corrosione segue un percorso di flusso. Se riesci a identificare il modello, sai quale controllo preventivo rafforzare.

Materiali e rivestimenti

La selezione del materiale è il controllo della corrosione più duraturo. I nuclei in rame-ottone sono convenzionali e facili da riparare, ma i nuclei in alluminio sono comuni sui moderni gruppi elettrogeni perché sono più leggeri e trasferiscono bene il calore. Ogni metallo necessita di una diversa chimica del refrigerante. L'alluminio richiede un refrigerante inibito con un basso contenuto di cloruro e poco ossigeno libero; le leghe di rame dipendono da una concentrazione costante di inibitori per evitare la vaiolatura. L'acciaio inossidabile offre un'eccellente resistenza alla corrosione, ma i gradi austenitici possono rompersi sotto stress da cloruro a temperature elevate. Non esiste il materiale perfetto, ma solo quello adatto alle tue condizioni di servizio.

Se stai confrontando i tradizionali nuclei in alluminio con i nuclei compositi in alluminio-plastica, questo guida alla corrosione dei materiali per i radiatori dei generatori spiega come la struttura del nucleo cambia il comportamento alla corrosione.

Per un gruppo elettrogeno in cui la manutenzione ordinaria è limitata, an radiatore interamente in alluminio può essere un'opzione pratica: evita interfacce metalliche diverse all'interno del nucleo e funziona in modo affidabile quando viene mantenuto il programma di raffreddamento.

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Rivestimenti per ambienti corrosivi

I rivestimenti aggiungono una barriera protettiva tra il metallo e l'atmosfera. La verniciatura epossidica, poliuretanica e a polvere sono scelte comuni per il servizio marittimo e costiero. Il sistema giusto dipende dall’ambiente reale: aria costiera carica di sale, anidride solforosa industriale o elevata umidità. La superficie esterna dell'aletta, i giunti tra tubo e aletta e i bulloni di montaggio sono spesso i primi punti a cedere. Per i siti vicino all'acqua di mare, a radiatore generatore per ambiente costiero è progettato con un rivestimento più pesante e un pacchetto di alette che resiste all'attacco del sale.

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Chimica dei liquidi di raffreddamento e trattamento delle acque

La qualità dell'acqua è l'aspetto più sottovalutato del controllo della corrosione degli scambiatori di calore. L'acqua del rubinetto può mantenere il motore fresco per alcuni mesi, ma può anche lasciare incrostazioni e provocare attacchi elettrochimici. In un sistema di raffreddamento del generatore a circuito chiuso, utilizzare acqua demineralizzata o addolcita miscelata con la quantità corretta di glicole etilenico o glicole propilenico inibito. L'antigelo fa molto più che proteggere dal congelamento; trasporta inibitori di corrosione e innalza il punto di ebollizione. Nel tempo, il glicole si degrada in composti acidi, quindi la miscela deve essere testata e sostituita nei tempi previsti.

Per la maggior parte dei circuiti chiusi industriali, mantenere il pH nell'intervallo compreso tra 8,0 e 9,5, mantenere i limiti di cloruro che corrispondono al materiale del tubo e monitorare la riserva di inibitore. Quando è presente acciaio inossidabile, il cloruro deve essere mantenuto basso per evitare vaiolature o fessurazioni da tensocorrosione. Nelle torri di raffreddamento aperte con scambiatori di calore, la filtrazione, lo spurgo e il controllo biologico sono importanti tanto quanto l'aggiunta di sostanze chimiche.

Progettazione del flusso e layout meccanico

Il flusso modella la corrosione. Quando la velocità del refrigerante è troppo bassa, lo sporco e i prodotti della corrosione si depositano sul fondo della scatola dell'acqua e creano vaiolature sottodeposite. Quando la velocità è troppo elevata, il fluido strappa la pellicola protettiva di ossido e provoca erosione-corrosione. Il progettista controlla la velocità attraverso il diametro del tubo, la disposizione dei passaggi e la geometria della scatola dell'acqua. L'operatore lo controlla non strozzando troppo la pompa e pulendo regolarmente i filtri. Un'unità sostitutiva dovrebbe mantenere la stessa caduta di pressione e disposizione dei passaggi dell'originale, in modo che il modello di flusso non cambi. A scambiatore di calore progettato per il raffreddamento del generatore adatta le dimensioni del nucleo e la disposizione degli ugelli al pacchetto motore, facilitando il mantenimento delle condizioni di flusso originali.

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Ispezione e monitoraggio

La corrosione non attende una revisione programmata. L'ispezione visiva rileva il danno evidente, ma la chimica del liquido refrigerante rileva i lenti cambiamenti che lo causano. Nel servizio continuo, testare campioni di liquido refrigerante almeno ogni 500 ore ed eseguire sempre il test dopo un lungo periodo di stoccaggio. Ove possibile, utilizzare campioni di corrosione o sonde elettriche per monitorare il tasso di corrosione. Nelle unità di alto valore, il test con correnti parassite può individuare la perdita della parete nei tubi prima che diventi una perdita.

Cosa dovrebbe coprire un'ispezione di routine

• pH del liquido refrigerante, concentrazione dell'inibitore e livello di cloruro
• Condizioni dei tubi flessibili, delle guarnizioni e del tappo del serbatoio
• Faccia centrale per alette piegate, detriti, residui di sale o depositi chimici
• Cassetta dell'acqua o area di testata per fanghi, incrostazioni e vaiolature localizzate
• Anodi sacrificali, isolamento dielettrico o condizione di collegamento elettrico

Quando la riparazione o la sostituzione ha senso

Una piccola perdita in un tubo può essere tappata temporaneamente, ma ogni tubo tappato riduce la superficie e aumenta la caduta di pressione. Se si verificano perdite nella stessa zona o sullo stesso collettore, è probabile che il processo di corrosione abbia interessato più tubi. La saldatura ripetuta sul nucleo del radiatore crea inoltre zone influenzate dal calore che si corrodono più velocemente del materiale di base. A quel punto, la sostituzione è spesso più economica di un’altra riparazione. Quando si sostituisce uno scambiatore di calore, controllare le dimensioni del nucleo, la dimensione dell'ugello, la caduta di pressione, la densità delle alette e il rivestimento ambientale. Un nucleo standard in un sito costiero o desertico fallirà nuovamente se non è stato progettato per quell'ambiente.

Un programma pratico di prevenzione

Prevenire la corrosione in uno scambiatore di calore non è una singola azione; è un sistema di controlli che si rafforzano a vicenda. Segui questi cinque passaggi:

1. Definire i limiti chimici dell'acqua e utilizzare acqua trattata nel sistema di raffreddamento.
2. Mantenere la concentrazione e il pH corretti dell'inibitore.
3. Seleziona materiali e rivestimenti che si adattino all'ambiente.
4. Mantenere la velocità del flusso entro l'intervallo previsto e pulire regolarmente i filtri.
5. Ispeziona secondo un programma fisso e monitora i risultati dei test del liquido di raffreddamento nel tempo.

Se si applicano questi controlli in modo coerente, lo scambiatore di calore durerà più a lungo e il guasto che spegne un gruppo elettrogeno durante un test di carico critico diventa molto meno probabile.