Le perdite nelle valvole si verificano comunemente in tre posizioni critiche: guarnizioni dello stelo, connessioni a flangia e corpi delle valvole. Le perdite non trattate per un periodo prolungato causano un’erosione grave sugli steli delle valvole e sulle superfici di tenuta delle flange, portando infine allo scarto definitivo della valvola. Inoltre, la perdita del fluido di processo aumenta il consumo energetico dell’impianto, i costi operativi e riduce l’efficienza economica complessiva.
Le perdite diventano estremamente pericolose quando il fluido trasportato è tossico, infiammabile, esplosivo o corrosivo. Perdite esterne non controllate possono innescare incidenti di avvelenamento, incendio ed esplosione, accelerare la corrosione delle apparecchiature, ridurne la durata utile e causare inquinamento ambientale. Inoltre, le perdite dalle valvole aumentano la frequenza di arresti non pianificati e costituiscono gravi minacce per la sicurezza operativa industriale.
Questo articolo analizza sistematicamente le cause comuni delle perdite esterne dalle valvole, illustra i principi, i vantaggi e i metodi pratici di sigillatura delle perdite in esercizio (sigillatura a caldo), e fornisce linee guida professionali per la manutenzione delle valvole negli impianti termoelettrici, a scopo di riferimento industriale.
2. Forme e cause principali delle perdite esterne dalle valvole
2.1 Perdita dal dado di tenuta del fusto
Durante il funzionamento quotidiano si verificano continuamente movimenti relativi, compresi spostamenti rotazionali e assiali, tra lo stelo della valvola e la guarnizione di tenuta.
Le cause principali includono il graduale calo della pressione di contatto della guarnizione di tenuta, l’invecchiamento del materiale e la degradazione dell’elasticità. Il fluido in pressione fuoriesce all’esterno attraverso gli interstizi tra la guarnizione di tenuta e lo stelo. L’erosione prolungata rimuove parzialmente la guarnizione di tenuta e genera solchi e graffi sullo stelo della valvola, aggravando ulteriormente la gravità delle perdite.
2.2 Perdite alla giunzione a flangia
La tenuta della flangia si basa sulla forza di prestringimento dei bulloni di collegamento, che comprime le guarnizioni generando una pressione specifica di tenuta sufficiente a impedire la fuoriuscita del fluido. Numerosi fattori contribuiscono alle perdite alla flangia:
• Forza di compressione insufficiente sulle guarnizioni di tenuta e rugosità superficiale della flangia non conforme alle specifiche;
• Deformazione della guarnizione, vibrazione meccanica, invecchiamento, perdita di elasticità e crettature superficiali;
• Deformazione ed allungamento del bullone sotto pressione operativa prolungata;
• Errori operativi umani: posizionamento errato della guarnizione, forza di serraggio non uniforme sui bulloni e allineamento sfalsato degli assi delle flange, con conseguente compressione apparente.
2.3 Perdite dal corpo della valvola
Le perdite dal corpo della valvola sono principalmente attribuibili a difetti intrinseci di fabbricazione, quali porosità da sabbia, inclusioni d’aria e fessurazioni da colata o forgiatura. Inoltre, l’erosione prolungata causata dal fluido in circolazione e l’erosione da cavitazione danneggiano progressivamente il corpo metallico, generando passaggi permanenti di perdita.
3. Principi di funzionamento e vantaggi fondamentali della sigillatura in servizio
3.1 Principio di funzionamento
La sigillatura in servizio delle perdite è una tecnologia di manutenzione continua basata sul meccanismo di tenuta solida in condizioni dinamiche di mezzo liquido. Vengono installati appositi supporti nei punti di perdita per formare una cavità chiusa e sigillata. Strumenti di iniezione ad alta pressione immettono nel vano un sigillante personalizzato fino a quando la pressione di estrusione interna bilancia la pressione del mezzo. Si stabilisce così una nuova struttura di tenuta stabile, che blocca definitivamente le fessure di perdita e i canali di fuoriuscita del mezzo.
3.2 Principali vantaggi tecnici
Rispetto alla manutenzione tradizionale offline, la sigillatura in servizio delle perdite offre vantaggi industriali insostituibili, particolarmente adatta a sistemi di produzione continua come le centrali elettriche:
1. Nessuna interruzione richiesta: non è necessario fermare il funzionamento dell’unità né isolare le tubazioni di processo;
2. Nessun sfiato di pressione: mantenere la pressione operativa originaria dell’intero sistema senza riduzione della pressione;
3. Risparmio sui costi: riduce notevolmente i consumi energetici e i costi di manodopera per la manutenzione.
4. Ridurre le perdite di potenza: evitare ingenti perdite di potenza causate dall'isolamento e dall'arresto dell'equipaggiamento;
5. Minimizzare le perdite economiche: eliminare le perdite economiche provocate da fermi produttivi non pianificati.
4. Metodi pratici di sigillatura in servizio per i punti di perdita più comuni delle valvole
Per le perdite convenzionali, in condizioni di manutenzione accessibile, le soluzioni più comuni comprendono la sostituzione della valvola, il rinnovo del materiale di tenuta (packing), la sostituzione della guarnizione e la riparazione saldata. Tuttavia, per le valvole in funzionamento continuo con tubazioni di fluido non isolabili, sono indispensabili tecnologie professionali di sigillatura in servizio per garantire un funzionamento stabile dell’impianto. Questo capitolo riassume i metodi consolidati di intervento sul campo, integrati con casi applicativi provenienti da centrali elettriche.
4.1 Soluzioni per le perdite dal dado di tenuta (packing gland)
La sigillatura in servizio basata su iniettabili è la tecnologia più sicura e affidabile per la tenuta delle camere di tenuta. Con appositi dispositivi di fissaggio e attrezzature idrauliche per l'iniezione, il sigillante viene iniettato nella cavità sigillata per riempire rapidamente i difetti. Quando la pressione di iniezione supera la pressione del mezzo, la fuoriuscita viene bloccata forzatamente. Il sigillante passa in breve tempo da uno stato plastico a uno stato elastico solido, formando una struttura di tenuta elastica duratura senza influenzare la funzione originale di commutazione della valvola.
I sigillanti industriali sono classificati in due categorie: sigillanti termoindurenti (solidi a temperatura ambiente, indurenti a specifiche alte temperature) e sigillanti non termoindurenti (idonei per applicazioni di tenuta dinamica a bassa, normale e alta temperatura).
4.1.1 Metodo di iniezione con perforazione diretta (spessore della parete ≥ 8 mm)
Per i raccordi di tenuta con uno spessore della parete superiore a 8 mm, praticare direttamente sulla parete esterna del raccordo fori di iniezione riservati. Le fasi operative dettagliate sono le seguenti: lasciare uno spessore residuo di parete di 1–3 mm dopo la foratura preliminare effettuata con una punta da 8,7 mm o 10,5 mm; filettare con filetto M10 o M12 e installare una valvola di chiusura dedicata; perforare lo spessore residuo della parete con una punta da 3 mm di lunghezza e installare una piastra di protezione per impedire che il mezzo ad alta temperatura, alta pressione e tossico schizzi causando lesioni personali. Dopo la foratura, chiudere la valvola di chiusura e collegare una pistola ad alta pressione per l’iniezione del sigillante.
Caso applicativo: Nel giugno 2003 questa tecnologia ha risolto con successo la fuoriuscita dal raccordo di tenuta autostagnante della valvola principale del vapore elettrico dell’Unità 3 della Centrale Elettrica della Panzhihua Iron and Steel Power Plant, evitando un fermo non necessario.
4.1.2 Metodo di tenuta con dispositivo ausiliario (raccordi a parete sottile)
Per i raccordi di tenuta a parete sottile non adatti alla foratura diretta, vengono utilizzati dispositivi ausiliari personalizzati come connettori esterni per pistole ad iniezione ad alta pressione. Lucidare la parete esterna per garantire un montaggio stretto; inserire fogli di gomma-asbesto negli interstizi delle carcasse a forma complessa per eliminare i giochi. Dopo l’installazione, iniettare il sigillante seguendo il processo standard. Non azionare arbitrariamente la valvola fino al completo indurimento del sigillante.
Caso applicativo: Nel novembre 2002, i dispositivi ausiliari sono stati utilizzati per riparare la fuoriuscita dalla flangia della valvola di bilanciamento della valvola di ingresso del riscaldatore ad alta pressione presso la centrale elettrica della Panzhihua Iron and Steel Power Plant, ottenendo con successo una sigillatura monofase.
4.2 Tecnologia di sigillatura in esercizio per fuoriuscite da flange
4.2.1 Metodo di avvolgimento con filo di rame
Condizioni di applicabilità: Piccoli e uniformi spazi tra le flange e pressione media bassa. Installare almeno due raccordi di iniezione sui bulloni smontati, senza allentare contemporaneamente tutti i dadi (per evitare il soffiaggio della guarnizione). Inserire un filo di rame di dimensioni corrispondenti allo spazio tra le flange nel gioco della flangia per formare una cavità chiusa e stagna. Iniettare il sigillante dalla posizione opposta al punto di perdita e procedere gradualmente verso la fonte della perdita.
Caso applicativo: Nel giugno 2003, questo metodo ha riparato la perdita alla flangia verticale della tubazione di collegamento a bassa pressione dell’Unità 1 della Centrale Elettrica Panzhihua Iron and Steel, evitando un arresto non programmato.
4.2.2 Metodo di fasciatura con nastro d’acciaio
Condizioni di applicabilità: Gioco tra le flange ≤ 8 mm e pressione media ≤ 2,5 MPa. Utilizzare nastri d’acciaio dello spessore di 1,5–3,0 mm e larghezza di 20–30 mm, fissati mediante saldatura o rivettatura. Aggiungere guarnizioni di transizione nei punti di giunzione per formare una cavità stagna integrale. Questo metodo richiede un’elevata coassialità delle flange e ha requisiti ridotti riguardo all’uniformità del gioco.
4.2.3 Metodo con dispositivo di serraggio per flange bombate
Condizioni di applicabilità: Gioco tra le flange di 8 mm o pressione media di 2,5 MPa. Personalizzazione di supporti per flange integrali ad alta precisione resistenti alla pressione, con valvole a tappo preinstallate. L'operatore deve posizionarsi nella direzione del vento in arrivo; mantenere il gioco del supporto inferiore a 0,5 mm dopo il serraggio dei bulloni. Iniettare il sigillante a partire dal punto più distante rispetto al punto di perdita fino a quando la perdita non cessa. Questo metodo versatile è applicabile anche alla riparazione di perdite su tubazioni ed è ampiamente utilizzato nella manutenzione ordinaria delle centrali elettriche.
Scenari applicativi tipici: Perdite da flange sulle valvole di scarico di riscaldamento della pompa di alimentazione e sulle valvole di isolamento del deaeratore a vapore ausiliario nelle Unità 1, 2 e 3 della Centrale Elettrica di Panzhihua Iron and Steel.
4.3 Metodi di riparazione delle perdite del corpo valvola
La tecnologia per il trattamento delle perdite del corpo valvola è universalmente applicabile alle tubazioni industriali. Per diverse condizioni operative vengono adottati due processi consolidati e diffusi:
4.3.1 Metodo di sigillatura mediante incollaggio
Per perdite a bassa pressione su piccola scala da fori di sabbia: lucidare l'area di perdita fino a ottenere lucentezza metallica, inserire perni conici nei punti di perdita per ridurre il flusso in uscita e applicare un adesivo ad alta resistenza intorno ai perni per formare uno strato di tenuta solido.
Per perdite ad alta pressione e ad alto flusso: fissare uno strumento di bloccaggio esterno per comprimere i punti di perdita mediante rivetti. Riempire gli interstizi con guarnizioni in metallo morbido, quindi applicare un adesivo sulla superficie e rinforzare con tessuto in fibra di vetro dopo aver rimosso ruggine e olio, al fine di migliorare la resistenza alla pressione.
4.3.2 Metodo di riparazione mediante saldatura
• Perdite microscopiche a bassa pressione: saldare un dado di dimensioni maggiori rispetto al foro di perdita sul corpo della valvola e sigillarlo mediante viti e guarnizioni in gomma;
• Perdite gravi ad alta pressione: adottare la saldatura con drenaggio. Saldare una valvola di isolamento su una piastra d'acciaio perforata, applicare la piastra sul punto di perdita per consentire il drenaggio e sigillare la piastra mediante saldatura prima di chiudere la valvola di isolamento;
• Microperdita ad alta temperatura e alta pressione: saldare innanzitutto i giunti periferici del punto di perdita, quindi collegare un tubo di by-pass personalizzato dotato di valvola abbinata per coprire il punto di perdita e interrompere il flusso del mezzo chiudendo la valvola di by-pass.
4.4 Metodo universale di sigillatura mediante avvolgimento
Come soluzione polivalente per punti di perdita complessi, il metodo di avvolgimento prevede la realizzazione di scatole metalliche personalizzate che avvolgono l’area interessata dalla perdita e vengono saldate in modo sicuro al corpo della valvola. Per operazioni di saldatura particolarmente difficoltose, si prevedono appositi fori di sfiato e il sigillaggio viene completato mediante saldatura con drenaggio. Questo metodo si distingue per elevata stabilità ed eccellente adattabilità sul campo.
Casi applicativi: applicato con successo al sistema di scarico del vapore principale e alle tubazioni di scarico dei riscaldatori ad alta pressione delle unità 1, 2 e 3 della centrale termoelettrica Panzhihua Iron and Steel. Si tratta del processo di manutenzione più diffuso ed efficace per le revisioni quotidiane di tubazioni e valvole.
5. Conclusioni e raccomandazioni per il settore
La sigillatura in esercizio offre notevoli benefici economici per le centrali termoelettriche. Un singolo ciclo di avviamento-fermata di un’unità da 100 MW comporta perdite economiche dirette superiori a 300.000 RMB. L’applicazione ragionevole della tecnologia di sigillatura in esercizio riduce efficacemente i fermi non programmati e i costi operativi. Sulla base dell’esperienza acquisita nei cantieri sul campo, per gli utenti industriali sono state sintetizzate quattro conclusioni chiave:
1. Manutenzione temporanea d’emergenza: la sigillatura in esercizio costituisce una misura di intervento d’emergenza con efficacia limitata nel tempo. Quando le condizioni produttive lo consentono, è comunque necessario effettuare una revisione completa a impianto fermo per eliminare definitivamente i rischi nascosti.
2. Rigido controllo della sicurezza: le operazioni di sigillatura si svolgono in condizioni lavorative severe, con elevata intensità di lavoro e rischi non completamente prevedibili. È obbligatoria una valutazione completa dei rischi antecedente all’intervento e l’adozione di misure di protezione completa.
3. Elevati requisiti professionali: Questa tecnologia richiede solide conoscenze meccaniche, adattabilità sul campo e un’abile gestione di strumenti professionali per la sigillatura.
4. Continuo miglioramento tecnologico: A causa di limitazioni legate ai materiali e alla struttura, la sigillatura in esercizio non è in grado di risolvere tutti i problemi di perdita. La tecnologia è tuttora oggetto di ottimizzazioni iterative al fine di ampliare il proprio campo di applicabilità in termini di condizioni operative.
6. Chi siamo – Shanghai Xiazhao Valve
Shanghai Xiazhao Valve Co., Ltd. è un produttore e fornitore di servizi professionale di valvole industriali, specializzato in valvole ad alte prestazioni per i settori dell’energia, della chimica, del petrolio e delle tubazioni. Offriamo soluzioni chiavi in mano, comprensive di personalizzazione delle valvole, rilevamento delle perdite in loco e manutenzione di sigillatura in esercizio.
Rispettando rigorosi standard internazionali di produzione, i nostri prodotti offrono elevata resistenza alla pressione, resistenza alla corrosione e prestazioni di tenuta stabili. Offriamo valvole personalizzate per condizioni operative estreme e forniamo servizi tecnici globali post-vendita. Per la selezione delle valvole, consulenze tecniche e collaborazione per la manutenzione in loco, non esitate a contattare Shanghai Xiazhao Valve.
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