ATI PENSOTTI-FCL SCHEDE TECNICHE INTERVENTI CONCLUSI
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- Gianpiero Martini
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1 SCHEDE TECNICHE INTERVENTI CONCLUSI ATI PENSOTTI-FCL - PENSOTTI-Fabbica Caldaie Legnano Spa MI - SICES Spa Lonate Ceppino VA - REMASALD Srl Villasanta MB - CORIMEC Maintenance Srl Cuggiono MI / Roma - EUROIMPRESA Scrl Legnano MI ID4249/2007 PROGETTO R&S ARIMAS. AREA MD NUOVI MATERIALI DURATA MESI 24 QUADRO ECONOMICO PREVISIONE INIZIALE ,00 COSTO FINALE ,95 INTERVENTO FINANZIARIO EROGATO ,54 DESCRIZIONE Negli ultimi anni si è dovuto affrontare il problema dello smaltimento dei rifiuti attraverso la termovalorizzazione, che unisce le necessità di smaltimento alla possibilità di produrre energia. Una problematica connessa a tale tecnologia è dovuta al fatto che l azione corrosiva delle specie presenti nei prodotti di combustione (acido cloridrico, anidride carbonica, solfati,ecc) agisce sui tubi in acciaio degli scambiatori termici riducendone la durata e l efficienza energetica.
2 Per incrementare l efficienza degli impianti e ridurre i costi di manutenzione, una possibilità è quella di migliorare i sistemi protettivi della caldaia dagli agenti corrosivi. L obiettivo iniziale del progetto di ricerca era lo studio di una nuova tecnologia di applicazione di un riporto di materiale nobile su acciaio al carbonio e/o legato, al fine di ridurre l effetto di erosione/corrosione esercitato dal passaggio dei fumi sulle superfici scambianti, caratterizzata da: Riduzione dei costi di produzione del 30%, ottenuta tramite riduzione degli spessori applicati, ed elevata produttività. Durata pari a circa 5 anni ore, contro gli attuali 3 anni con applicazione Inconel 625 di tipo tradizionale e 6-10 mesi senza Inconel 625. Elevata qualità ed uniformità di applicazione dello strato protettivo sui pannelli, con riduzione della percentuale di inquinamento del materiale della metà rispetto ai valori attuali. FASE I - Studio e sviluppo della nuova tecnologia di pannellatura. In questa fase l obiettivo è stato quello di progettare e mettere a punto una macchina pilota in grado di realizzare i pannelli tubieri con maggiore precisione rispetto alle attuali tecnologie. Il pannello tubiero è di solito costituito da 4 tubi di caldaia uniti tramite saldatura con alette intermedie (piattine sagomate), per costituire una quartina. Il raggiungimento di questo obiettivo realizzativo era fondamentale per poter ridurre lo spessore dello strato di lega protettiva. E stata quindi studiata una nuova tecnologia a 6 teste di saldatura in cui, al contrario di quanto avviene oggi, i tubi sono bloccati e la testa di saldatura delle piattine è invece mobile.
3 Piat tine Tubi acciaio in esempio di quartina vista dall alto Le principali attività svolte sono state: - Definizione del nuovo layout e della tecnologia di pannellatura. - Ricerca progettuale relativa alle attrezzature di bloccaggio sicuro dei pannelli. - Studio del sistema di automazione e gestione e controllo della macchina pilota per pannellatura. - Realizzazione delle attrezzature di bloccaggio e dell impianto pilota per pannellatura. - Realizzazione fisica di alcuni prototipi di teste saldanti mobili. - Realizzazione di campioni di pannelli, realizzazione di test e creazione delle procedure di validazione. Dalle prove condotte sulla macchina di pannellatura pilota su pannelli di dimensione elevata (10-12 metri di lunghezza e metri di larghezza), sono emersi diversi problemi in termini di linearità, costanza e precisione. Tali problemi non erano emersi in precedenza nella realizzazione di pannelli tubieri di lunghezza e larghezza inferiore. Tra le problematiche incontrate durante lo svolgimento di questo obiettivo si segnalano: o Problema di dilatazione termica dell insieme tubi-alette, dovuto al calore generato localmente dalle teste saldanti. In particolare la sequenzialità
4 delle 6 teste saldanti ha provocato dei riscaldamenti e dei ritiri non uniformi su tutto il pannello. Ciò ha comportato deformazioni in senso longitudinale (effetto banana) e trasversale. o Nella sperimentazione è stato verificato che le deformazioni incidono negativamente sull uniformità longitudinale (lungo i 12 metri di lunghezza del pannello) dei bagni di saldatura tra le piattine e i tubi. impianto di saldatura a 6 teste saldanti
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9 FASE II - Studio della lega INCONEL 625 e di nuove leghe protettive e relativa caratterizzazione fisico/chimica. L obiettivo di questa fase è stato quello di caratterizzare fisicamente e chimicamente la lega INCONEL 625 allo scopo di poter mettere a punto il successivo processo di applicazione uniforme dello strato protettivo di INCONEL sul pannello. Sono anche state studiate e caratterizzate nuove leghe e ricette allo scopo di trovare valide alternative a tale materiale che è molto costoso e difficile da trattare. In particolare sono state fatte numerose prove su lamiere e su bocchelli con i seguenti materiali: Inconel 625, Inconel 600 e Incoloy 825. Tutte le leghe analizzate e messe a punto garantiscono buona saldabilità e possono considerarsi alternative per la facilità di deposito e per le prestazioni offerte. Inoltre, l Inconel 600 e l Incoloy 825 rispetto all Inconel 625 consentono un risparmio economico legato all inferiore costo del materiale. In particolare sono state svolte le seguenti attività: - Analisi e caratterizzazione fisica e chimica delle nuove leghe e della lega Inconel 625, verifiche e test di controllo delle caratteristiche di protezione, di resistenza alla temperatura e di resistenza meccanica delle leghe in collaborazione con SICES. - Realizzazione di campionature di pannelli tubieri di varie dimensioni. - Applicazioni manuali del riporto in lega Inconel e Incoloy sui pannelli e relativi test funzionali di durata, in collaborazione con SICES. - Studi per la identificazione dei materiali per nuove leghe. In particolare sono stati identificati i materiali suscettibili di essere utilizzati per la creazione delle nuove leghe. - Studi di nuove leghe. In particolare sono stati svolti studi teorici su possibili composizioni di nuove leghe a partire dai materiali suddetti, al variare della tipologia e delle percentuali reciproche.
10 - realizzazione di provini di nuove leghe e relative analisi e caratterizzazioni. - Studi per individuare ulteriori settori di applicazione della nuova tecnologia. - Realizzazione di ulteriori campioni di nuove leghe protettive. - Analisi e caratterizzazione fisica e chimica delle nuove leghe e della lega Inconel 625, verifiche e test di controllo delle caratteristiche di protezione, di resistenza alla temperatura e di resistenza meccanica delle leghe. - A seguito di prove di saldatura, predisposte le necessarie attrezzature, si è proceduto alla messa a punto dei parametri ottimali per ogni processo di saldatura al fine di eseguire riporti su acciaio ferroso di leghe a base Nickel in materiale Inconel 625, Inconel 600 ed Incoloy 825, con lo scopo di soddisfare i requisiti del codice ASME. - Sono stati analizzati i seguenti procedimenti di saldatura manuali e semiautomatici: GTAW SMAW FCAW GMAW. - A seguito dell esecuzione dei saggi di prova si è proceduto ad eseguire prove meccaniche, analisi chimiche, controlli non distruttivi su ogni saggio di prova; in particolare sono state eseguite prove di piega perpendicolari alla direzione del riporto di saldatura, analisi chimiche, prove di durezza, controlli visivi, controlli con liquidi penetranti, controlli ultrasonori. - In alcuni casi le prove di verifica sono state eseguite su saggi sottoposti a trattamento termico di distensione al fine di valutare eventuali distacchi del materiale depositato. - Sono stati emessi i seguenti verbali di qualifica: o Riporto con lega Inconel 625 su materiale a base acciaio al carbonio;
11 o o Riporto con lega Inconel 600 su materiale a base acciaio al carbonio; Riporto con lega Incoloy 825 su materiale a base acciaio al carbonio.
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16 FASE III: Studio e sviluppo della nuova tecnologia di saldatura della lega protettiva sul pannello. In questa fase è stato effettuato lo studio e di un sistema automatico di saldatura della lega protettiva in grado di rendere uniforme l applicazione della stessa (spessore costante dello strato protettivo). Strato di lega protettiva Lato fumi tubo piattina esempio di quartina con strato protettivo vista anteriore I problemi verificatisi nella sperimentazione della pannellatrice hanno tuttavia comportato l impossibilità di mettere a punto una tecnologia di saldatura automatizzata della lega protettiva sul pannello, essendo questa possibile solo in caso di estrema precisione nella costruzione del pannello. Si è pertanto deciso di interrompere gli studi relativi a tale fase e si è proceduto nello svolgimento del progetto effettuando il riporto manuale delle leghe protettive. In estrema sintesi le attività svolte sono state: - Definizione del nuovo layout e della nuova tecnologia di saldatura. - Studio del sistema di automazione e di gestione e controllo della macchina pilota di saldatura. Tale attività non è stata conclusa per quanto detto nel paragrafo precedente. - Studio del sistema di automazione e di gestione e controllo della macchina pilota di saldatura. Tale attività è stata svolta solo parzialmente.
17 - Realizzazione delle attrezzature di supporto per impianto pilota di saldatura e relativo impianto. Tale attività è stata svolta solo parzialmente.
18 FASE IV: Studio della possibilità di ampliare il campo di applicazione della nuova tecnologia e diffusione dei risultati. L obiettivo in questa fase è stato quello verificare la possibilità di ampliare il campo di applicazione della nuova tecnologia/nuove leghe al settore degli scambiatori di calore, reattori, serbatoi per usi petrolchimici e raffinerie. Ciò porterà grossi vantaggi di sistema ai distretti lombardi interessati. In particolare sono state svolte le seguenti attività: - A seguito dell esecuzione dei saggi di prova, sono stati ottenuti buoni risultati che hanno permesso di elaborare specifici verbali di qualifica di procedimento di saldatura, che potranno essere utilizzati anche nel settore degli scambiatori di calore, dei pressure vessel, per applicazioni nel settore chimico e petrolchimico. - Per quanto riguarda l attività di diffusione, questa non si è concretizzata in una campagna diretta con strumenti convenzionali quali pubblicazioni e seminari, ma è stata implementata all interno dell iniziativa per la costituzione del metadistretto della termoelettromeccanica e forniture per l energia (ovvero energy cluster ) portata avanti da Euroimpresa a partire dall estate Questa iniziativa, cui hanno aderito come promotori anche SICES e FCL, ha previsto già nella fase preparatoria un serie di contatti con diverse imprese lombarde, durante i quali sono stati presentati gli obiettivi ed i primi risultati di ARIMAS al fine sia di stimolare applicazioni parallele ed altri progetti di R&D, sia di verificare le possibili ricadute sul sistema produttivo complessivo e sul mercato dei termovalorizzatori. - L attività di diffusione si è concretizzata nella promozione pubblica (convegno, informazione presso centri ricerca e istituzioni, promozione sulla stampa) delle potenzialità del settore forniture per l energia, che include le energie rinnovabili e la termovalorizzazione dei rifiuti, e
19 delle possibili innovazioni ad esso connesse quali l oggetto di ARIMAS. - Anche se i risultati del progetto non sono stati consolidati all interno dello stesso, effetti positivi del lavoro di diffusione svolto si possono riscontrare nella creazione di un network per lo sviluppo di nuovi materiali e di tecnologie applicative per la protezione di superfici metalliche soggette a corrosione ed erosione. Partendo dai risultati e dai problemi riscontrati, il network sta formulando nuove iniziative che coinvolgono altre aziende appartenenti all energy cluster oltre al CNR, al Politecnico di Milano e ai costruttori di macchinari per saldatura e cladding. In conclusione ed in estrema sintesi, l OR1 (Studio e sviluppo della nuova tecnologia di pannellatura) è stato portato a termine, pur con qualche limitazione negli obiettivi effettivamente raggiunti sui pannelli di grandi dimensioni. Tale attività ha comunque permesso di approfondire aspetti tecnici ed aumentare il Know How di tutti i partecipanti. In ogni caso il prototipo preindustriale realizzato è perfettamente funzionante ed è in grado di realizzare fasci tubieri di precisione pari alla tecnologia tradizionale. L OR2 (Studio della lega INCONEL 625 e di nuove leghe protettive e relativa caratterizzazione fisico/chimica) è stato completamente sviluppato, con totale raggiungimento degli obiettivi prefissati. Sono state individuate leghe alternative al materiale Inconel 625; in particolare Inconel 600 ed Incoloy 825, con lo scopo di soddisfare i requisiti del codice ASME riducendo il costo del materiale. L OR3 (Studio e sviluppo della nuova tecnologia di saldatura della lega protettiva sul pannello) è stato parzialmente sviluppato dal punto di vista progettuale. La realizzazione della tecnologia di automazione è risultata inapplicabile ed è stata quindi annullata e sostituita con delle tecniche di riporto manuale delle leghe protettive. L OR4 (Studio della possibilità di ampliare il campo di applicazione della nuova tecnologia e diffusione dei risultati), infine, è stato svolto regolarmente, con il raggiungimento di tutti gli obiettivi prefissati.
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