Tubi per vapore e raccordi per vapore
Tubi per vapore – informazioni generali
Sebbene l’epoca del vapore sia terminata molti anni fa con le navi e le locomotive a vapore, il vapore rimane ancora oggi uno dei mezzi più importanti nell’industria e nella produzione di energia. Viene utilizzato per la generazione di energia elettrica nelle centrali elettriche, per il riscaldamento (vapore di potenza – teleriscaldamento, riscaldamento di apparecchiature industriali come essiccazione del legno, vulcanizzazione di prodotti in gomma), come vettore di calore nei processi industriali (vapore di processo – tintura dei tessuti, lavanderie, stampaggio di prodotti in plastica), per la lavorazione degli alimenti nell’industria alimentare (vapore pulito), per la sterilizzazione, per l’umidificazione dell’aria in camera bianca, per la pulizia di apparecchiature e macchinari industriali in vari settori.
Nei sistemi a vapore, il vapore scorre attraverso tubazioni rigide – linee del vapore. Quando sono necessarie connessioni flessibili, si utilizzano tubi flessibili per vapore.
Per il trasferimento del vapore si utilizzano i seguenti tubi:
- tubi speciali in gomma per vapore;
- tubi metallici;
- tubi in PTFE;
I tubi metallici e in PTFE sono utilizzati principalmente su apparecchiature e macchinari in cui entrambe le estremità dell’assieme flessibile sono fissate alla macchina (movimento prevedibile dell’assieme imposto dal funzionamento della macchina). I tubi in gomma per vapore sono generalmente utilizzati come assiemi di tubi lunghi, di diversi metri, per la movimentazione manuale. Ciò è dovuto alla maggiore resistenza dei tubi in gomma alle condizioni operative esterne e alla convenienza economica (raccordi speciali e costosi per tubi in gomma per vapore, tubo in gomma più economico; tubo metallico o in PTFE costoso, raccordi per questi tubi più economici).
| TEMPERATURA (T) DEL VAPORE SATURO IN FUNZIONE DELLA PRESSIONE (P) IN ECCESSO NEL SISTEMA | ||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P[bar] | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| T[ºC] | 100 | 120 | 134 | 144 | 152 | 159 | 165 | 171 | 175 | 180 | 184 | 188 | 192 | 195 | 198 | 201 | 204 | 207 | 210 | 213 | 215 | |
Per la resistenza alle alte temperature, il materiale di base dello strato interno dei tubi in gomma per vapore è la gomma EPDM o la gomma butilica (IIR). Composti SBR/EPDM o gomma NBR sono utilizzati per tubi per vapore a bassa pressione (fino a pochi bar) o per tubi destinati a un uso temporaneo con vapore a bassa pressione. I tubi sono rinforzati con corda morbida o treccia tessile (vapore a bassa pressione fino a circa 6 bar) oppure con rinforzo in filo d’acciaio (tubi per vapore ad alta pressione fino a 18 bar). I fili d’acciaio devono essere rivestiti in ottone per resistere alla corrosione. Lo strato esterno è realizzato in gomma EPDM come standard, oppure – per ottenere resistenza all’ambiente esterno, ad esempio olio, grasso – in NBR, gomma CR o composti idonei. Lo strato esterno deve essere microforato per evitare la formazione di bolle sotto la copertura.
La norma tecnica di riferimento per i tubi flessibili in gomma per vapore è la EN ISO 6134. La norma suddivide i tubi in:
-
- Tipo 1: bassa pressione (pressione di esercizio massima 6 bar, temperatura di esercizio +164ºC);
- Tipo 2: alta pressione (pressione di esercizio massima 18 bar, temperatura di esercizio +210ºC);
Ogni tipo è suddiviso in due classi:
- Classe A: strato esterno non resistente agli oli;
- Classe B: strato esterno resistente agli oli;
e in due versioni per le proprietà elettriche:
- elettricamente continuo (con filo di rame), contrassegnato con “M”;
- elettricamente conduttivo (gomma conduttiva), contrassegnato con “Ω”.
La norma specifica numerosi requisiti per i tubi e gli assiemi di tubi flessibili completi, tra cui: diametro interno ed esterno, costruzione, materiali, resistenza al vapore, marcatura, prove, ecc. I tubi a bassa pressione hanno un rinforzo tessile, quelli ad alta pressione hanno un rinforzo in filo d’acciaio. Lo strato esterno è microforato. Il fattore di sicurezza per i tubi vapore è 10 (cioè, per una pressione di esercizio massima di 18 bar, la pressione di scoppio è almeno 180 bar, la pressione di prova è 90 bar). In generale, molti tipi di tubi vapore presenti sul mercato o già in uso sono solo parzialmente conformi alla norma EN ISO 6134. Il loro utilizzo corretto è sicuro e solitamente giustificato dal punto di vista economico, poiché sono più economici. Tuttavia, l’utilizzo di tubi più costosi che rispettano pienamente la norma EN ISO 6134 aumenta la sicurezza operativa, l’affidabilità e la durata degli assiemi di tubi flessibili per vapore.
| principali forme di attacco del vapore sui tubi in gomma | causa |
|---|---|
| sfogliatura (popcorning), separazione dello strato interno | penetrazione del condensato attraverso lo strato interno |
| corrosione del rinforzo in acciaio | penetrazione di condensato e gas attraverso lo strato interno e il rinforzo |
| effetto termoplastico | effetto dell’acqua calda a temperatura troppo elevata |
| surriscaldamento, ossidazione e fessurazione dello strato interno | vapore surriscaldato, vapore secco |
Popcorning e separazione dello strato interno – penetrazione del condensato
L’effetto noto come popcorning si verifica quando il condensato (acqua) penetra attraverso la parete interna del tubo. Questo effetto è tipico durante il funzionamento a bassa temperatura con un’elevata percentuale di frazione di condensato nel vapore (vapore umido) o quando il vapore si raffredda e il tubo non viene svuotato. Fondamentalmente, la comparsa dell’effetto popcorning è determinata principalmente da come viene utilizzato il tubo. Il vapore deve essere scaricato dal tubo dopo l’uso per evitare l’accumulo di condensato. Il condensato penetra nel materiale elastomerico, riempiendo i suoi micropori. Quando il vapore fluisce nuovamente, il condensato intrappolato nei pori viene riscaldato e si trasforma in vapore. La conversione in vapore provoca una rapida espansione (si produce molto più vapore da un singolo volume di condensato), e un’espulsione “esplosiva” del condensato dal materiale, lacerando lo strato interno e causando danni che assomigliano alla superficie del popcorn o del cavolfiore. Un meccanismo simile si verifica nel caso della separazione (delaminazione) dello strato interno, che può infine causare l’ostruzione del flusso attraverso il tubo.
Il condensato di vapore freddo non deve mai essere lasciato all’interno del tubo in gomma, ma deve essere scaricato dopo l’uso (“DRAIN AFTER USE” – raccomandazione spesso fornita dai produttori di tubi per vapore).
Corrosione del rinforzo in acciaio – penetrazione di condensato e gas
La corrosione del rinforzo in filo d’acciaio può essere causata dall’esposizione della treccia attraverso fessurazioni dello strato esterno e dalla penetrazione del condensato attraverso i micropori dello strato interno. Inoltre, i gas provenienti dall’aria disciolta nell’acqua (ossigeno e anidride carbonica), presenti nel vapore, entrano anch’essi nel materiale del tubo e sono agenti fortemente corrosivi; la corrosione può progredire molto rapidamente ad alte temperature. Pertanto, i fili di rinforzo dovrebbero essere protetti, ad esempio, con un rivestimento in ottone. Inoltre, è molto importante un adeguato trattamento chimico dell’acqua della caldaia da cui viene generato il vapore e la sua deaerazione (rimozione dell’aria).
Effetto termoplastico – acqua calda vs. vapore saturo
L’effetto termoplastico consiste nella plastificazione e nella perdita delle proprietà meccaniche del materiale della parete del tubo dovute al riscaldamento causato dal flusso di calore dal vapore o dall’acqua calda verso la parete del tubo. I tubi in gomma per vapore sono progettati per gestire il vapore saturo. Il vapore saturo è un mezzo specifico in cui sia il gas (vapore) che il liquido (condensato) possono coesistere alla stessa temperatura e pressione. Quando il vapore saturo fluisce attraverso un tubo o una tubazione, cede il suo calore alla superficie interna più fredda della parete del tubo e condensa sotto forma di goccioline o di uno strato sottile di condensato che separa il vapore caldo dalla parete del tubo. Inoltre, l’acqua utilizzata per generare il vapore contiene solitamente aria disciolta, che durante il riscaldamento viene rilasciata e forma uno strato molto sottile tra il vapore e il condensato. Questi due strati (aria e condensato), con bassa conducibilità termica, isolano il vapore caldo dalla superficie interna della parete del tubo in gomma (fig. A).
Nel caso dell’acqua calda, questi strati isolanti sono assenti. Pertanto, la temperatura della gomma sulla superficie interna della parete del tubo e in tutta la sezione trasversale della parete e sulla superficie esterna del tubo può essere molto più elevata, anche quando il tubo funziona con acqua calda a una temperatura inferiore rispetto al vapore saturo (fig. B). Il risultato è una grande diminuzione della resistenza alla pressione del tubo, nonché una rapida, significativa e permanente deformazione della gomma sotto le fascette dei raccordi del tubo.
I tubi in gomma per vapore possono essere utilizzati per acqua calda con una temperatura massima di circa 90 ÷ 100ºC, salvo diversa indicazione del produttore.
Surriscaldamento, ossidazione e fessurazione dello strato interno – vapore secco, vapore surriscaldato
L’ossidazione è l’invecchiamento del materiale del tubo causato dall’ossigeno presente nel vapore. Questo processo è molto rapido ad alte temperature, causando l’indurimento e la fessurazione della gomma dello strato interno. È evidente in presenza di vapore secco e vapore surriscaldato, poiché non è presente uno strato sottile di condensato liquido direttamente sulla parete del tubo che ne abbassi la temperatura (fig. C); di conseguenza, la gomma dello strato interno è esposta direttamente al vapore secco, gassoso e caldo, che la fa “cuocere”, indurire e fessurare. Alcuni tipi di tubo sono approvati per un uso temporaneo in condizioni di vapore surriscaldato (fino a 18 bar, fino a 232ºC), ma un uso prolungato in queste condizioni ridurrà drasticamente la durata del tubo. Il vapore surriscaldato o il vapore secco distruggono rapidamente il tubo, anche a temperature inferiori alla temperatura massima di esercizio del tubo.
Ecco perché:
- Non utilizzare tubi in gomma standard per vapore saturo con vapore surriscaldato o vapore secco. Questo può essere consentito solo temporaneamente, se le specifiche del tubo lo permettono.
- Evitare la conversione spontanea da vapore saturo a vapore surriscaldato nell’impianto a causa di un cambiamento improvviso, ad esempio l’aumento della sezione trasversale (diametro) dell’impianto o l’apertura di una valvola, che comportano una caduta di pressione.
Si possono utilizzare tubi metallici o tubi in PTFE per il vapore surriscaldato – entro i rispettivi parametri di prestazione.
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FAQ – Tubi per vapore e raccordi per vapore
I tubi in gomma per vapore possono essere utilizzati per acqua calda con una temperatura massima di circa 90 ÷ 100ºC, salvo diversa indicazione del produttore.
Per i tubi per vapore, utilizzare raccordi progettati e destinati specificamente al vapore. La norma EN 14423 è la più diffusa. Esistono fascette di sicurezza speciali per vapore realizzate secondo la stessa norma, destinate a questo tipo di raccordi. I raccordi pressati in modo permanente con boccole non devono essere utilizzati per tubi in gomma per vapore. Questo tipo di montaggio non consente di serrare nuovamente la fascetta durante la vita utile del tubo e, poiché la gomma perde gradualmente le sue proprietà elastiche, può causare perdite o addirittura la rottura catastrofica del raccordo dal tubo. I raccordi possono essere pressati con boccole solo se montati su tubi in PTFE. Per i tubi metallici si utilizzano raccordi saldati.
I tubi per vapore possono essere utilizzati su avvolgitubi a condizione che vengano seguite le procedure operative appropriate. Prima dell’utilizzo, il tubo deve essere completamente svolto. È inoltre importante controllare periodicamente lo stato del tubo e assicurarsi che le fascette di sicurezza siano ben serrate. Durante il funzionamento, il tamburo può diventare molto caldo, quindi occorre prestare attenzione per garantire la sicurezza dell’operatore.
Solo i tubi appositamente progettati per ambienti oleosi possono essere utilizzati in tali condizioni. Deve essere chiaramente indicato nelle specifiche del prodotto che lo strato esterno del tubo è resistente all’olio. Se il tubo è prodotto secondo la norma EN ISO 6134, assicurarsi che la classe del tubo sia indicata come “B”. I tubi di classe “A” non sono resistenti agli ambienti oleosi.
I tubi in gomma per vapore devono essere svuotati dopo ogni utilizzo. Il condensato che rimane nel tubo può essere assorbito dallo strato interno della parete del tubo. Quando il tubo viene riscaldato nuovamente, il condensato si trasforma in vapore ed espandendosi danneggia lo strato interno (effetto “popcorning”). Se il condensato entra in contatto con la treccia in acciaio, può causare corrosione e un grave deterioramento della struttura del tubo.
