SAFAP 2012, Napoli giugno ISBN

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1 Studio di un tappo per l esclusione dall esercizio di tubi di scambiatori a fascio tubiero in condizioni di effettiva sicurezza per le persone operanti in prossimità. A. Falla *, F. Boella **, A. De Palma**,R. Acerboni **, P. Morucchio ** *Vetroresina Engineering Development S.r.L. Priolo (SR) ** INAIL ex ISPESL Dipartimento di Venezia 1. Oggetto dello studio Il presente studio esamina le problematiche concernenti l esclusione dall esercizio di uno o più tubi scambiatori dello stesso apparecchio, classifica i casi in cui tale pratica viene applicata, e mette in risalto la necessità di migliorare le condizioni di sicurezza in cui l attività stessa viene svolta e di chi si trova in prossimità all apparecchiatura manutenzionata. E in fase di studio una soluzione per prevenire tali accadimenti con l utilizzo di una nuova tipologia di tappo utilizzando soluzioni diverse di connessione fra tubo e tappo. 2. La situazione attuale 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 (fig. 1), con semiangolo al vertice compreso tra 2 e 2,5, solitamente dello stesso materiale del tubo scambiatore, e inserirli a percussione nel tubo da fig. 1 Tappo Conico di Acciaio escludere. Alcuni utilizzatori, dopo che il tappo è stato ben inserito nel tubo, preferiscono eseguire una saldatura che di norma interessa il tappo, il tubo ed anche la piastra tubiera. 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 (fig. 2). Il mercato offre altri sistemi ancora, anche tappi non metallici.(fig. 3). I tappi conici vengono inseriti nel tubo e con un martello vengono percossi fino a che sono penetrati abbastanza (fig. 4) e si ha la sensazione che il tappo non si sfili spontaneamente anche in presenza di pressione all interno del tubo. Appare chiaro che si tratta di una pratica molto approssimativa ed empirica basata quasi esclusivamente su sensazioni. Qualche indicazione di fig. 2 Tappo di Aluminium Bronze fig.3 Tappo di PTFE 1

2 natura geometrica, circa la penetrazione del tappo viene data in funzione della geometria del tappo e del tubo, ma spesso le condizioni del tubo stesso non permettono il loro rispetto e dovendo comunque andare avanti senza indicazioni tecniche adeguate si procede a sensazione, magari si opta per la saldatura del tappo. I tappi ad espansione si prestano alla sola esclusione dal servizio del tubo eventualmente bucato e per isolare fig. 4 montaggio tappo conico il tubo richiedono che la superficie interna di esso sia molto regolare, praticamente in condizioni prossime a quelle di un tubo nuovo, cosa che non sempre ricorre. 3. Quando e come si esclude il tubo scambiatore Si farà ricorso alla esclusione del tubo scambiatore se: nel tubo è presente un foro; un tubo perde dalla mandrinatura (fig. 5) (tubi mandrinati alla piastra tubiera) e non c è la possibilità di tentare una rimandrinatura; un tubo perde dalla saldatura (tubi saldati alla piastra tubiera) e non c è la possibilità di riparare di saldatura. La riparazione della saldatura di un tubo saldato alla piastra tubiera e la rimandrinatura di un tubo mandrinato, fig. 5 perdita da mandrinatura per quanto operazioni possibili, sono anche operazioni non brevi per cui talvolta l esclusione di un tubo è conseguente alla necessità di eliminare la perdita dalla mandrinatura o dalla saldatura. fig. 6 tappo ad espansione su tubo mandrinato fig.7 tappo conico su tubo mandrinato fig.8 Tappo conico su tubo saldato per escludere un tubo scambiatore forato si può fare ricorso a tappi conici (fig. 7) (incuneati o saldati) o a tappi ad espansione; la perdita da mandrinatura si può risolvere applicando un tappo conico (incuneato o saldato) dalla sola parte che perde o in entrambe le estremità; la perdita da saldatura si può risolvere applicando un tappo conico (incuneato o saldato) dalla sola parte che perde o in entrambe le estremità; 4. Pericoli per la sicurezza connessi all esclusione del tubo L attività di esclusione del tubo scambiatore può dare origine a situazioni di pericolo molto serie e di seguito si elencano i casi più ricorrenti. in prova idraulica, in un tubo escluso da entrambe le estremità, perché bucato, l eventuale aria presente in esso, si comprimerà durante la pressatura, e se un tappo 2

3 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; in un tubo mandrinato e tappato solo dalla parte che perde dalla mandrinatura con tappo incuneato o anche con tappo ad espansione, quando il fascio va in pulizia, l inserimento della spina nell altra estremità potrebbe trasformare il tappo in proietto; se sono tappate entrambe le estremità l eventuale gassificazione di prodotti all interno può trasformare in proietto uno dei due tappi; in un tubo saldato e tappato solo dalla parte che perde con tappo incuneato, quando il fascio va in pulizia, l inserimento della spina nell altra estremità potrebbe trasformare il tappo in proietto; se sono tappate entrambe le estremità l eventuale gassificazione di prodotti all interno può trasformare in proietto uno dei due tappi. A seguito della pulizia del tubo scambiatore lo stesso rischio si ha se uno dei due tappi si è rimosso spontaneamente tra la fase di esercizio e il trasporto al parco lavaggi. Pertanto alla proiezione del tappo ne consegue una situazione di rischio reale in quanto chi si trova nella traiettoria del tappo proiettato dalla piastra tubiera è soggetto ad essere colpito con conseguenze talvolta anche molto gravi. 5. Riduzione del pericolo di proiezione dei tappi È buona norma prima di procedere alla esclusione del tubo con qualsiasi tipo di tappo, anche da saldare alla piastra tubiera, tagliare il tubo subito a valle della piastra stessa secondo una procedura che con certezza ne assicuri l esecuzione. 6. Pericoli per la sicurezza e danni tecnici conseguenti l impiego di tappi conici L impiego di tappi conici incuneati e/o saldati nel tubo o di altri tappi che vengono sempre inseriti con percosse (fig. 9) rischia di creare una serie di problemi di non poco conto e qui se ne elencano i più ricorrenti: innesco di effetto domino sulle mandrinature o sulle fig. 9 percosse sul tappo conico saldature dei tubi prossimi a quello escluso; fig.10 e fig.11. distacco, durante l esercizio, spontaneo del tappo incuneato; danneggiamento, a causa della percussione sul tappo, del foro della piastra tubiera con pregiudizio per il successivo ripristino a seguito di manutenzione. Il distacco spontaneo di un tappo dalla piastra tubiera trascinato dal fluido circolante può arrecare grosso danno alle macchine rotanti. fig.10 effetto domino su tappi conici fig. 11 effetto domino 7. Proposta di utilizzo tappo STP Special Tube Plug Il presente lavoro si è prefisso l obiettivo di studiare possibili soluzioni per migliorare le 3

4 condizioni di sicurezza di chi esegue l attività di esclusione del tubo, di chi si trova in prossimità all apparecchiatura manutenzionata e di contenere i tempi programmati di manutenzione. I tappi attualmente utilizzati si ancorano al tubo per attrito o, per espansione e possono incidere il tubo, non avendo la certezza dell ancoraggio. Si è studiato e sviluppato un tappo che offre rispetto ai normali tappi utilizzati, la possibilità di realizzare con il tubo un ancoraggio più solido. Il tappo STP 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 fig.12 Tappo STP di acciaio Inox indebolisce la mandrinatura, anzi la rafforza. La differenza di diametro dovuta alla conicità dell alesatore tra l inizio e la fine della filettatura è di entità così limitata che tecnicamente non comporta irregolarità alcuna nella madrevite. Una porzione della filettatura del tappo è solcata da una scanalatura e ciò è una dotazione di sicurezza del tappo stesso. Il tappo oggetto del presente studio è stato denominato STP, acronimo di Special Tube Plug, richiesta di brevetto VED, Vetroresina Engineering Development S.r.L. fig.13 tappi STP già montati 4

5 8. Vantaggi per la sicurezza con il tappo STP Il collegamento filettato tra tappo e tubo assicura un solido ancoraggio ad esso, impedendone la proiezione accidentale a seguito della spinta della pressione, anziché ricorrere alla saldatura del tappo. Se inavvertitamente si incomincia a rimuovere il tappo mentre all interno del tubo c è pressione, dalla canalina praticata sulla filettatura incomincerà a fuoriuscire fluido e l operazione di rimozione verrà arrestata, mentre il tappo è ancora saldamente collegato al tubo, evitando quindi che venga proiettato; la medesima sicurezza interviene nel caso in cui all interno del tubo sono avvenuti processi di gassificazione; Sarà possibile ispezionare la piastra tubiera durante la prova idraulica senza ricorrere necessariamente all impiego di schermi di protezione. Prima della demolizione di un fascio tubiero sarà sufficiente smontare velocemente i tappi STP installati e non forare più i tappi conici incuneati ed eventualmente anche saldati. L operazione di foratura dei tappi conici incuneati è un pericolo per il fatto che all interno del tubo potrebbe esserci pressione. 9. Vantaggi derivanti dall impiego dei tappi STP Non è più necessario ricorrere alla saldatura del tappo, risparmiando la stessa e tutte le operazioni preliminari e susseguenti ad essa. Ciò comporta un evidente risparmio di tempo. Non innescandosi l effetto domino si interviene su un numero minimo di tubi e non si rischia quindi di diminuire eccessivamente la superficie di scambio; Non danneggiando i fori della piastra tubiera sarà possibile il normale reimpiego della stessa senza riparazione alcuna; Il tappo STP si presta sia per l esclusione di tubi forati che per l eliminazione di perdite da mandrinatura e/o saldatura; Non essendo possibile il distacco dei tappi dai tubi non si arrecano più danni alle macchine dell impianto. 10. Applicazioni e Conclusioni Ad oggi lo studio è stato condotto su 6 fasci tubieri, installando complessivamente circa 200 tappi. Su un fascio tubiero dopo il primo intervento, a distanza di solo qualche mese, per effettuare un nuovo intervento di riparazione, è stato osservato che i tappi precedentemente installati erano in perfetta efficienza. Tale installazione è stata eseguita su tubi scambiatori molto corrosi dove la committente aveva tentato l installazione di tappi ad espansione senza risultati soddisfacenti. Tale esperienza ha permesso di osservare che il tappo STP si può applicare senza problemi anche su tubi fortemente corrosi, al punto che per rendere la superficie interna regolare di alesatura conica è stato necessario fig.14 rimozione tappi ad espansione per insuccesso 5

6 spingere con essa alla misura maggiore. Attualmente sono stati applicati tappi STP su un fascio dove erano presenti perdite dalla saldatura dei tubi alla piastra tubiera; anche tale intervento ha dato buon risultato e al momento non è stata segnalata alcuna anomalia di funzionamento. Per tutti i fasci tubieri su cui è stato avviato lo studio è stato prodotto un report grafico per il monitoraggio dei tappi installati, compresi quelli non STP. fig.15 montaggio tappi STP 6