SEMINARIO ATI IL SISTEMA FIACCOLA: esigenza operativa, sicurezza ed impatto ambientale. MEMORIA

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1 MEMORIA Relatore: Vincenzo Di Giovine Societa Combustion and Energy srl 1. Sommario L articolo contiene una panoramica sulla evoluzione dei sistemi di accensione piloti di torce. Si fa riferimento ai vari tipi di innesco della fiamma pilota e non da base torcia. Si esamina l aspetto manutentivo e la ridondanza dei sistemi. Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 1

2 2. Evoluzione dei sistemi di accensione torce. 2.1 Palla di fuoco I primi tentativi di accensione a distanza, a mezzo razzi o lancio di fiamme libere, spesso comportarono, nel percorso di ricaduta al suolo, l innesco di fiamme nei serbatoi sottostanti la fiaccola. Un semplice tubo (di solito da 1 ) con uscita libera in prossimità del pilota fu la soluzione adottata dai maggiori costruttori di fiaccole sin dagli anni 40. In pratica il tubo è utilizzato come miccia: alla base della fiaccola si produce una miscela gas/aria, in rapporto stechiometrico, che viene fatta fluire, attraverso un tubo, ed inviata sino alla sommità della torcia, in zona prossimità alla testa del pilota. Considerando una velocita di riempimento del tubo di 15 metri/secondo, si può calcolare (in funzione della lunghezza del tubo) in quanto tempo la miscela raggiungerà il pilota; non appena riempito il tubo, generando una scintilla nella zona di creazione della miscela (per mezzo di trasformatore alta tensione, o piezoelettrico), si innesca una combustione che si propaga molto velocemente, sino al termine del tubo, ove una palla di fuoco si presenterà innanzi alla testa del pilota, accendendo la miscela di gas continuo e aria aspirata in un venturi. C&E ha maturato esperienze positive, con miscele esplosive generate a distanza superiore ai 1000 metri dal terminale di torcia. Schema tipico di Generatore Palla di Fuoco Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 2

3 La Palla di Fuoco può raggiungere diversi piloti, attraverso l uso di valvole deviatrici a tre vie: Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 3

4 Disegno tipico Pilota Schema tipico alimentazione piloti e Generatore Palla di Fuoco Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 4

5 2.2 Alta tensione Il primo tentativo di dotare il pilota di sistema elettrico di accensione a distanza, fu fatto con la creazione della scarica alta tensione (da 6000 a V verso massa) sia all interno che all esterno del pilota, ma in zona soggetta alle intemperie (pioggia e umidità) ed alla fiamma. L impossibilità di accedere in continuazione al terminale di fiaccola, per la sostituzione degli elettrodi, oltre alla pericolosità di questi valori di tensione, hanno reso non più applicabile questo sistema. Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 5

6 2.3 Bullet Questo sistema consiste in un tubo guida in salita lungo la fiaccola, sino alla sommita del Flare Tip, un collettore in Incolloy 800 su cui si infrangerà una pallottola spinta lungo il tubo guida da un pannello utilizzante aria a bassa pressione, un serbatoio Buffer, un serbatoio pallottole, una serie di strumentazione e valvole a 3 vie. L impatto sul collettore surriscalda la pallottola che emette una serie di scintille tutto intorno al Flare Tip, innescando il gas. Il sistema richiede integrità e precisione del tubo guida, altrimenti l impatto risulterà a bassa velocità oppure la pallottola non passerà. La strumentazione a corredo e le procedure per il lancio richiedono personale preparato ed esperto. Le scintille in caduta libera dovrebbero raffreddarsi e non essere pericolose a terra. Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 6

7 2.4 Alta Energia Da alcuni anni si è reso disponibile questo sistema di accensione elettrica a distanza, che utilizza una tensione di circa 2000 V, ma con carica di energia fra i 3 ed i 7 Joule. La scarica termina in una punta (HE) di materiale resistente alla temperatura di fiamma, installata in prossimità o all interno del pilota, ed immune agli agenti atmosferici; sono possibili oltre di scariche prima della necessità di sostituzione della punta HE. SPARK TIP TITLE Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 7

8 La connessione elettrica è realizzata con cavo in Mika, resistente alle alte temperature (700 C), e protetto da una calza di acciaio, sino alla cassetta di giunzione, che è installata sulla sommità della torcia, ma sotto la piattaforma superiore, ad una distanza tale da ridurre la massima temperatura di irraggiamento del cavo elettrico inferiore ai 200 C, temperatura che permette l uso di cavo al silicone sino a base torcia. TITLE Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 8

9 La carica è accumulata in un condensatore ed inviata su richiesta al pilota da accendere. Le prime realizzazioni si basavano sull uso di thyristori che permettevano il controllo delle alte correnti istantanee e una relativa facilità a percorrere lunghe distanze. L assorbimento elettrico è consistente. Esempio di circuito a Thyristori (Combustion & Energy - Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 9

10 Il miglioramento delle tecnologie elettroniche ha permesso la sostituzione dei costosi Thyristori e l aumento delle distanze fra unità generatrice e punta HE. La potenza installata, a parità di energia emessa (7Joule), è stata ridotta a valori tali da permettere l uso di piccole batterie (12V), garantendo lunga autonomia. Esempio di Acenditore HE a bassa tensione (Combustion & Energy - Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 10

11 IL SIATEMA FIACCOLA: esigenza operativa, sicurezza ed inpatto 3. Manutenzione 3.1 Accesso alla Fiaccola Di norma l altezza della fiaccola e funzione del massimo irraggiamento possibile al suolo. Va da se che durante il suo funzionamento non e possibile alcun intervento di manutenzione. In alcune applicazioni s possibile l accesso a piattaforme basse o intermedie. L accensione con palla di fuoco comporta la presenza nel tubo di saluta, di vapore acqueo (risultato della reazione di combustione) che sotto forma di condensa ritorna a terra. Ulteriori tentativi di accensione comporteranno accumulo di condensa che potrebbero impedire l arrivo di successive palle di fuoco. Un periodico drenaggio e soffiaggio della linea di accensione (da terra) è indispensabile per questa applicazione. L accensione Elettrica HE, qualora la lunghezza del cavo di estensione ad alta temperatura sia stata ben calcolata, risulta sin ora la soluzione che richiede il minor intervento manutentivo. Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 11

12 IL SIATEMA FIACCOLA: esigenza operativa, sicurezza ed inpatto 3.2 Ridondanza dei sistemi E in uso la realizzazione di sistemi completamente ridondanti, per migliorare l affidabilità del sistema di accensione, mediante l impiego contemporaneo di Palla di Fuoco e di HE. Spesso solo un pilota e dotato di tubo a Palla di Fuoco, mentre tutti gli altri sono dotati di accensione elettrica HE. Ogni pilota deve avere il proprio sistema di accensione HE; un unico sistema che permetta la scarica elettrica HE a più piloti, oltre a non comportare necessariamente un risparmio, in caso di guasto impedirà l accensione della torcia. Vincenzo Di Giovine, marzo 2011 pag 12