IT201800010604A1 - Metodo di esclusione di tubi danneggiati in fasci tubieri di scambiatori di calore mediante tappi filettati - Google Patents

Description

TITOLO:

METODO DI ESCLUSIONE DI TUBI DANNEGGIATI IN FASCI TUBIERI DI SCAMBIATORI DI CALORE MEDIANTE TAPPI FILETTATI

DESCRIZIONE

L'ambito di applicazione preferito della presente invenzione riguarda manutenzione di scambiatori di calore a fascio tubiera. In particolare, viene indicata una speciale tipologia di tappo filettato che consente di escludere dalla normale operatività un tubo danneggiato, appartenente ad un fascio tubiera di uno scambiatore di calore.

La pratica di tappare le estremità del tubo scambiatore, con l’intento di isolarlo dal servizio dello scambio termico è molto diffusa e si adotta fondamentalmente quando nel tubo è presente un difetto che crea miscelazione dei fluidi, quello interno con quello esterno ad esso, e quando la giunzione del tubo alla piastra tubiera non garantisce più una buona tenuta, sia che si tratti di tubo semplicemente mandrinato o mandrinato e saldato.

Il sistema di esclusione oggi maggiormente diffuso è quello di ricorrere a tappi tronco-conici, con semi-angolo al vertice compreso tra 2° e 2,5°, solitamente dello stesso materiale del tubo scambiatore, inseriti a percussione nel tubo da escludere. Alcuni utilizzatori, dopo che il tappo è stato inserito nel tubo, preferiscono eseguire una saldatura che di norma interessa il tappo, il tubo e la piastra tubiera. L’impiego di tappi conici incuneati a percussione nel tubo può causare dei problemi, quali ad esempio l'innesco di effetto domino sulle mandrinature o sulle saldature dei tubi prossimi a quello escluso, il distacco, durante l’esercizio, spontaneo del tappo incuneato.

Altro sistema di esclusione meno diffuso è quello di ricorrere a tappi ad espansione, di materiale compatibile con la metallurgia del tubo e con le condizioni operative, composti di più pezzi, che si montano a mezzo chiavi di manovra con coppie di serraggio fornite dal costruttore in funzione delle condizioni di esercizio dell’apparecchiatura.

L’attività di esclusione del tubo scambiatore può dare origine a situazioni di pericolo, soprattutto durante le fasi di la pulizia e pressatura di fasci tubieri.

Durante le attività di idro-pulizia, nel caso di un tubo tappato solo dal lato che perde dalla mandrinatura e/o saldatura con tappo incuneato o ad espansione, l'inserimento della spina nell'altra estremità potrebbe trasformare il tappo in proietto.

Durante la prova idraulica, nel caso di tubo escluso da entrambe le estremità, perché bucato, l’eventuale aria presente in esso, si comprimerà durante la pressatura, e se un tappo incuneato o ad espansione non regge alla pressione, può diventare un proietto. Anche in assenza di aria, si può verificare la proiezione del tappo a causa dell’energia elastica comunque accumulata dalle membrature in pressione.

E’ evidente che l’eventuale proiezione del tappo rappresenti una situazione di rischio elevato per tutti coloro che si potrebbero trovare nella sua traiettoria con conseguenze talvolta anche molto gravi.

Le soluzioni sopra esposte presentano quindi significative controindicazioni che hanno dato luogo all’introduzione di uno speciale tappo filettato che consente di mettere in atto una metodologia di manutenzione in modo sicuro. Tale metodo è descritto nel brevetto Italiano nr. IT0001403556, concesso allo stesso proponente della presente invenzione.

Detto tappo filettato è stato progettato con l’obiettivo di migliorare le condizioni di sicurezza di chi esegue l’attività di esclusione del tubo e di chi si trova in prossimità all’apparecchiatura durante le attività di manutenzione e verifica. Inoltre il suo impiego consente di evitare l’insorgere di danni a carico della piastra tubiera.

I normali tappi disponibili sul mercato si ancorano al tubo per attrito o per espansione; l’installazione di tali tappi è affidata alla sensibilità dell’operatore, ma non è misurabile, né visibile e non si ha la certezza dell’ancoraggio del tappo al tubo. Il tappo filettato, invece, rispetto ai normali tappi disponibili e impiegati, offre la possibilità di realizzare con il tubo un ancoraggio più solido.

Detto tappo filettato si ancora al tubo previa la filettatura interna delle sue estremità. Il tappo STP va in battuta sul tubo e il contatto con una porzione praticata tra la testa e la filettatura assicura la tenuta alla pressione.

La filettatura nel tubo viene eseguita per rullatura, previa una leggera alesatura conica di calibratura del foro stesso ai fini di permettere la maschiatura alla misura prestabilita.

La maschiatura per rullatura è notoriamente molto resistente e ciò consente un ottimo ancoraggio tra tappo e tubo. Inoltre l’operazione di filettatura per rullatura non indebolisce la mandrinatura, anzi la rafforza.

Una porzione della filettatura del tappo è solcata da una scanalatura e ciò è una dotazione di sicurezza del tappo stesso.

L'utilizzo dei tappi filettati ha però evidenziato alcune problematiche.

Durante la preparazione della filettatura delle estremità del tubo da escludere dal servizio, in presenza di materiali a basso indice di lavorabilità e diametri superiori a 3/4", è difficoltoso realizzare la filettatura per rullatura.

Inoltre, a volte, a causa dell'irregolarità del diametro interno del tubo, la filettatura ottenuta per rullatura non consente di ottenere il carico di serraggio richiesto per realizzare la tenuta tra estremità del tubo e colletto del tappo.

Inoltre, soprattutto nel caso di tubi scambiatori con forti ed irregolari corrosioni nelle estremità da tappare, il contatto della sede di tenuta tronco-conica del tappo non si realizza correttamente, impedendo di fatto l’esclusione del tubo.

La successione di argomentazioni fin qui presentate giunge, pertanto, all'individuazione di un problema tecnico che richiede un ulteriore sviluppo tecnico del tappo filettato, che comunque dovrà garantire i requisiti di seguito esposti, che quindi costituiscono gli scopi dell'invenzione.

Il collegamento deve essere filettato per assicurare un solido ancoraggio del tappo al tubo, impedendone la proiezione accidentale a seguito della spinta della pressione.

La rimozione dei tappi installati deve essere un’operazione semplice e sicura, anche nel caso limite di tubo ancora in pressione.

Non deve essere necessario ricorrere alla saldatura del tappo.

L’intervento deve compromettere un numero minimo di tubi, senza innescare un effetto domino per evitare quindi di diminuire eccessivamente la superficie di scambio.

I fori della piastra tubiera devono essere preservati da danneggiamenti che compromettono il reimpiego della piastra stessa, o richiedono l'intervento con riparazioni.

La criticità del problema tecnico indicato trova riscontro nel fatto che non sono ancora state proposte soluzioni pienamente soddisfacenti.

Per risolvere le problematiche tecniche riscontrate in campo e mantenere i vantaggi propri del tappo filettato, sono state concepite alcune nuove caratteristiche sostanziali i tappi da impiegare e, soprattutto al metodo con cui procedere all’esclusione dei tubi danneggiati in un fascio tubiero di uno scambiatore di calore.

La prima caratteristica individuata riguarda la filettatura del tappo che, anziché cilindrica è conica; la seconda, riguarda la filettatura del tubo da escludere che, oltre ad essere ovviamente anch’essa conica (per accoppiarsi al tappo), è eseguita per asportazione di truciolo anziché per rullatura.

L’introduzione di queste varianti ha comportato una ridefinizione delle dimensioni del tappo e dei metodo di installazione.

Di conseguenza, nuovo è anche il metodo per la tappatura di almeno una estremità di almeno un tubo facente parte di un fascio tubiero che prevede l’applicazione di un tappo filettato conico e caratterizzato almeno dalle seguenti fasi:

a) filettatura conica per asportazione di truciolo della parte interna di detta estremità del tubo da tappare;

b) applicazione di detto tappo filettato conico mediante avvitatura dello stesso tappo all’interno di detta estremità di detto tubo

Si nota che l’adozione della filettatura conica permette di ottenere la tenuta anche in presenza di forti irregolarità dell’estremità del tubo, perchè la tenuta alla pressione viene assicurata dal contatto tra i filetti e non più dal contatto tra la sede tronco-conica del tappo e l’estremità del tubo.

Prove di messa a punto sperimentale hanno permesso di individuare per ciascuna tipologia di tubo i parametri di filettatura ottimali (tipicamente conicità 1:16 secondo ANSI B2.1) La filettatura viene eseguita di norma con maschi conici per asportazione di truciolo. Il passaggio dalla maschiatura a rullare alla classica per asportazione di truciolo si è reso necessario per l’eccessivo sforzo manuale che richiedeva l'operazione, in particolare su materiali a bassa lavorabilità e su tubi di diametro superiore a 3⁄4".

li profilo conico della filettatura garantisce, durante le fasi di rimozione, l’eventuale depressurizzazione controllata del tubo escludendo la proiezione accidentale del tappo, espletando la funzione di sicurezza della feritoia del vecchio tappo con filettatura cilindrica.

In generale, comunque, il vantaggio principale della presente invenzione è dato dal fatto che il tappo STP filettato conico realizzato secondo gli insegnamenti della presente invenzione, soddisfa gli scopi principali per cui è stata concepito.

Tale invenzione presenta anche ulteriori vantaggi che saranno resi maggiormente evidenti dalla seguente descrizione che ne evidenzia ulteriori dettagli, dalle rivendicazioni allegate che costituiscono parte integrante della descrizione stessa e dall’illustrazione di alcuni esempi di realizzazione pratica descritti, a titolo non limitativo, nel seguito e nei disegni allegati in cui:

• Figura 1 mostra una semplificazione di uno scambiatore di calore a fascio tubiero;

• Figura 2 un fascio tubiero di uno scambiatore di calore a testa flottante • Figura 3 mostra un particolare della giunzione tubo piastra tubiera

• Figura 4 mostra uno schema del tappo filettato conico a testa esagonale.

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero, come mostrato in Figura 1, è di norma composto da un distributore (100) in cui sono presenti un bocchello di ingresso (101) e un bocchello di uscita (102) del fluido che transita all’interno dei tubi, denominato appunto “lato tubi”, da una o due piastre tubiere (110, 120) a cui sono mandrinati e/o saldati i tubi (130) che compongono il fascio tubiero, il mantello (140) con un bocchello di ingresso (141) ed un bocchello di uscita (142) in cui transita il fluido all’esterno dei tubi, cosiddetto “lato mantello”.

Lo scambio termico avviene all’interno del mantello (140).

Se nel tubo è presente un difetto che crei miscelazione dei fluidi o quando la giunzione del tubo alla piastra tubiera non garantisce più una buona tenuta, occorre riparare il fascio tubiero. Quando non è possibile eseguire la sostituzione del tubo, o dei tubi, danneggiati; oppure quando non è possibile effettuare una nuova mandrinatura o una nuova saldatura del tubo sulla piastra tubiera, si ricorre all’esclusione dal servizio dei tubi scambiatori mediante l'impiego di tappi di vario tipo.

Il fascio tubiero mostrato in Figura 2 è di norma composto da una piastra tubiera fissa (110) e, nel caso di scambiatori a testa flottante, da una piastra tubiera mobile (120) a cui sono uniti mediante mandrinatura o saldatura i tubi (130), da una serie di diaframmi (150) il cui scopo è aumentare lo scambio termico.

La Figura 3 mostra una sezione della piastra tubiera (110) in cui è evidenziata l’unione ottenuta mediante mandrinatura (105) e saldatura (106) di un tubo (130) de! fascio tubiero.

In Figura 4 è mostrato il tappo filettato conico, indicato con il numero 200, rappresentato in due versioni tipiche: nelle tipologie a testa esagonale e a testa cilindrica con esagono incassato.

Nel dettaglio, il metodo di esclusione del tubo scambiatore, con l’intento di isolarlo dal servizio dello scambio termico, mediante l'inserimento del tappo filettato conico 200 prevede con le seguenti fasi: a) pulizia accurata del foro, b) verifica dimensionale del diametro interno, c) verifica del size del tappo previsto, d) realizzazione eventuale foratura cilindrica, e) realizzazione maschiatura conica NPT speciale, f) lubrificazione con sigillante idoneo, g) installazione del tappo, h) serraggio del tappo alla coppia di serraggio prestabilita.

Il principale risultato tecnico conseguito mediante l'impiego del tappo filettato conico 200 è quello di assicurare un solido ancoraggio del tappo al tubo, impedendone la proiezione accidentale a seguito della spinta della pressione, sia durante il normale esercizio, sia durante le attività di manutenzione e verifiche, anche nel caso di tubi irregolari o di materiali a bassa lavorabilità, senza arrecare danni alla piastra tubiera e senza ricorrere all’intervento di saldatura.

Tali prestazioni, di non banale conseguimento, sono possibili grazie all’adozione di alcune sostanziali modifiche rispetto al tappo cilindrico, descritto nel brevetto Italiano nr. IT0001403556, precedentemente citato.

In particolare, l’adozione della filettatura conica permette di ottenere la tenuta anche in presenza di forti irregolarità dell’estremità del tubo, perchè la tenuta alla pressione viene assicurata dal contatto tra i filetti, che vengono realizzati ex-novo durante l’operazione di tappatura, e non più dal contatto tra la sede tronco-conica del tappo e l’estremità del tubo.

Inoltre, la filettatura viene eseguita con maschi conici per asportazione di truciolo. La maschiatura per asportazione di truciolo consente di intervenire tutte le tipologie di tubi, con ogni diametro (ad es. su tubi di diametro superiore a che hanno evidenziato criticità nella filettatura per rullatura), e compresi i tubi realizzati con materiali a bassa lavorabilità

Il montaggio di tappi con filettatura conica comporta una sorta di ravvivamento “definitivo” della mandrinatura. A differenza del tappo STP, in cui tale azione veniva eseguita temporaneamente durante la maschiatura per rullatura.

L’invenzione appena descritta si può prestare inoltre a numerose varianti che possono offrire vantaggi aggiuntivi rispetto a quelli precedentemente citati. E tali ulteriori varianti possono essere apportate dall’uomo esperto dei ramo senza per questo fuoriuscire dall’invenzione quale essa risulta dalla presente descrizione e dalle rivendicazioni qui allegate.

In particolare ciascun elemento può essere realizzato in diversi materiali, forma o dimensione; così come l’invenzione stessa può essere implementata in modo parziale e molti dettagli descritti sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. Ad esempio, sono attesi sviluppi significativi nella realizzazione dei maschi speciali per la realizzazione della filettatura sull’estremità del tubo, con l'intento di standardizzare la gamma dei tappi filettati conici.

Infine, l'invenzione descritta si presta ad incorporare ed a integrarsi con ulteriori tecniche volte a migliorare ancor più l'affidabilità e la semplificazione delle fasi di manutenzione di uno scambiatore di calore a fascio tubiero.

Tali accorgimenti che non risultassero compresi nella presente descrizione potranno allora essere descritti in ulteriori domande di brevetto associabili a questa invenzione.

Claims (4)

1. TITOLO: METODO DI ESCLUSIONE DI TUBI DANNEGGIATI IN FASCI TUBIERI DI SCAMBIATORI DI CALORE MEDIANTE TAPPI FILETTATI RIVENDICAZIONI 1. Metodo per l’esclusione dalla circolazione di fluido di almeno un tubo (130) facente parte di un fascio tubiero di uno scambiatore di calore, e detta esclusione è realizzata mediante la tappatura di almeno una estremità di detto almeno un tubo (130) che deve essere escluso dalla circolazione di fluido, e detto metodo è caratterizzato almeno dalle seguenti fasi: a. filettatura conica per asportazione di truciolo della parte interna di detta estremità del tubo (130) da tappare, b. applicazione di un tappo filettato conico (200) atto ad adattarsi alla filettatura realizzata come nella fase precedente, e detta applicazione avviene mediante avvitatura di detto tappo filettato conico (200) all’interno di detta estremità di detto tubo (130), in modo tale che la tappatura risulti ermetica per effetto della tenuta sulla filettatura.
2. 2. Metodo per la tappatura di almeno una estremità di almeno un tubo (130) facente parte di un fascio tubiero di uno scambiatore di calore come nella rivendicazione 1, in cui la fase “a)’’ è preceduta da un’accurata pulizìa di detta di almeno una estremità di almeno un tubo (130) che deve essere escluso dalla circolazione di fluido.
3. Metodo per la tappatura di almeno una estremità di almeno un tubo (130) facente parte di un fascio tubiero di uno scambiatore di calore come nella rivendicazione 1, in cui la fase “b)” è preceduta da una fase di lubrificazione con un sigillante idoneo a migliorare la tenuta ermetica di detto tappo filettato conico (200) installato come previsto nella fase "b)”.
4. 4. Metodo per la tappatura di almeno una estremità di almeno un tubo (130) facente parte di un fascio tubiero di uno scambiatore di calore come nella rivendicazione 1, in cui la fase "b)" comprende una manovra di serraggio del tappo sottoponendolo ad una coppia prestabilita.