PROGETTO CORR Relazione tecnica sul funzionamento dell impianto di dearsenificazione del Centro della Casaccia. Premessa Ing. Giuseppe Corallo SSPT-STS Ottobre 2015 La normativa vigente prevede che l acqua potabile non contenga più di 10 ppb di Arsenico, per tale motivo il centro Casaccia è dotato di un Dearsenificatore costruito dalla Zilio S.p.A.. Fig.1 : Il dearsenificatore del centro ENEA Casaccia Tale impianto, ubicato alle spalle dell edificio della mensa, dovrebbe operare con le seguenti specifiche: -Portata massima: -Pressione di ingresso: 59 m3/h ~3 Bar ; Max 3.6 Bar Da notare che le due grandezze sono indipendenti l una dall altra e vanno perciò regolate con altrettanti sistemi indipendenti.
Situazione iniziale (marzo 2015) Fig. 2: schema semplificato del circuito del Dearsenificatore Con riferimento alla fig. 2, la situazione attuale prevede che l acqua pompata dalle pompe sommerse PS1 con gestione ad inverter della centrale idraulica 2, CI2, venga regolata in portata tramite una valvola regolatrice della portata VRPo1, mod. Saint Gobain E2114 DN 100, fig. 3, Fig.3: la valvola regolatrice di portata Saint Gobain
E che la pressione nel dearsenificatore sia regolata tramite una valvola manuale V1, fig.4, posta sulla tubazione in uscita verso la vasca della centrale idrica 1, CI1. Fig. 4 : la valvola di regolazione manuale della pressione Una sola delle pompe sommerse PS1, mod. KSB UPA 150C-60/5 con motore UMA 150D 13/21, è teoricamente in grado di fornire la massima portata voluta con una prevalenza di ~4 Bar in mandata. Le pompe sommerse della CI2 vengono spente in automatico se la pressione di mandata supera un valore impostabile sul pressostato PA, oppure se lo switch a galleggiante LA della vasca della CI1 raggiunge il massimo livello consentito. In realtà la valvola VRPo1 appare mal funzionante (sempre aperta al minimo) il che causa la necessità di operare entrambe le pompe sommerse della Centrale Idrica 2, con un grave dispendio di energia elettrica, per ottenere una pressione di mandata di ~ 5.5 Bar per avere una portata di circa 59 m3/h con ~3 Bar all ingresso del dearsenificatore. Da notare che le pompe PS1 sembrano erogare una portata di circa 1/3 minore di quella prevista dalla loro curva caratteristica, fig 5, per motivi ancora da appurare. Per questo motivo il pressostato PA è attualmente tarato a ~ 6 Bar e potrebbe non proteggere il dearsenificatore dalla sovrappressione in alcune situazioni. Gli inverter di comando delle PS1 non sono correttamente limitati in frequenza e possono causare surriscaldamento e rottura dei motori elettrici delle pompe che possono essere azionate con 30 Hz al minimo, in base alle specifiche. Anche la valvola manuale V1, di tipo a farfalla con comando a demoltiplica, svolge male la funzione in quanto con un piccola frazione di giro si ottiene una variazione di pressione a monte esagerata, inoltre non è presente alcun manometro vicino alla valvola, per verificare cosa si stia facendo. A complicare il tutto c è il by pass della mensa che deve ricevere acqua (100 % dearsenificata) ad almeno 3 Bar e che se la vasca della CI1 è già piena non può essere servito.
Fig.5 : curva caratteristica UPA 150C-60/5 Soluzioni proposte Per migliorare la funzionalità dell impianto di dearsenificazione, evitando le soluzioni con regolazioni di tipo attivo, maggiormente complesse e delicate, con riferimento alla fig. 6, si propone di:
Fig. 6 : Schema semplificato, punti di intervento Soluzione A 1-Sostituire la valvola VRPo1 con un tronchetto di tubo DN 100, dal momento che nonostante l intervento della Saint Gobain funziona sempre quasi chiusa creando un inutile perdita di carico al sistema di pompaggio. 2-Sostituire la valvola di regolazione manuale V1, con altra più adatta, ad es.: mod. CALEFFI 135 DN 65 (Kv=61) 3-aggiungere un manometro a lancetta PI, 0-6 Bar, a monte della valvola V1 4-Sistemare il set point del pressostato PA a 4.5 Bar 5-Impostare gli inverter di azionamento delle pompe PS1 in modo da non poter scendere con la frequenza sotto il valore limite di 30 Hz, per evitare rotture ai motori delle pompe. 6-Non sarà possibile alimentare la mensa con acqua completamente dearsenificata in modo corretto ed automatico salvo: 1- azionando la pompa PS1 mediante un secondo pressostato di minima PA, tarato a ~3 Bar e posizionato sul by pass, insieme ad un idoneo vaso di accumulo a membrana, che aziona a sua volta un sistema di controllo capace di eludere lo switch a galleggiante LA della CI1 e contemporaneamente di chiudere la valvola pneumatica VP1 a monte della valvola V1. 2-in alternativa, installando una seconda vasca di raccolta di acqua dearsenificata al 100% ed inviata alla mensa tramite un sistema ad autoclave tarato a 3 Bar (i costi la complicazione e gli ingombri salirebbero). 3- come al punto 1 ma azionando una seconda pompa aggiuntiva PS1 a portata più bassa.
Soluzione B 1-Sostituire la VRPo1 con un molto più semplice riduttore di pressione RP1 del tipo a molla, ad es.: mod. SAINT GOBAIN PAM DRVD DN 100, tarato a 3.0-3.2 Bar, dotato di manometri a monte e valle 0-6 Bar. Il delta di pressione durante il funzionamento con un passaggio di 59 m3/h deve essere < 1 Bar (Kv=60). 2-Sostituire la valvola di regolazione manuale V1, con altra più adatta, ad es.: mod. CALEFFI 135 DN 65 (Kv=61) 3-aggiungere un manometro a lancetta PI, 0-6 Bar, a monte della valvola V1 4-Sistemare il set point del pressostato PA a 4.5 Bar 5-Impostare gli inverter di azionamento delle pompe PS1 in modo da non poter scendere con la frequenza sotto il valore limite di 30 Hz, per evitare rotture ai motori delle pompe. 6-vedi punto 6, soluzione A Situazione attuale (maggio 2015) Alla fine si è optato per la soluzione A, più semplice ed economica, limitatamente al punto 1 (aprile 2015): si è ottenuto un miglior funzionamento delle pompe PS1 con decrescita della pressione di mandata di ~ 1 Bar alla portata corretta di 59 m3/h. Tale intervento parziale non ha tuttavia permesso di tenere spenta in riserva una delle due pompe sommerse PS1 perché si successivamente notato che le tubazioni di mandata verso il dearsenificatore sono di diametro non sufficiente: tubo di mandata DN 100 (con tratti DN 80) anziché DN 150. infatti la velocità dell acqua nel primo tratto dalla pompa alla centrale idrica 2 è di circa 3.5 m/sec mentre dalla centrale idrica 2 al dearsenificatore è di 2 m/sec, contro il valore desiderabile di 1 m/sec. Pompe Dearsenificatore UPA 150C 60 5 90 80 70 60 m3/h 50 40 30 20 Pompa 1 Pompa 2 Curva caratter istica 10 0 0 10 20 30 40 50 60 mca Fig. 7: prestazioni attuali delle pompe PS1
Dal grafico di fig.6 si nota che le due pompe PS1 presentano un apparente decremento di prestazioni rispetto alla curva caratteristica nominale, verosimilmente dovuto alle perdite di carico eccessive causate dai diametri troppo piccoli nel collettore di mandata DN 80 posto subito a monte del manometro di mandata. Il minor consumo elettrico, evitabile abbassando a 4 Bar la pressione di mandata è stimabile in circa 40000-60000 kwh/anno pari a 7200-10800 /anno. L assenza di una linea separata per acqua potabile e servizi costringe attualmente ad alimentare tutto il centro Casaccia con acqua dearsenificata. Il consumo complessivo di acqua è tale da dover diluire con acqua non trattata quella in uscita dal dearsenificatore, stando attenti (procedura manuale) a non superare il contenuto limite di arsenico: sarebbe pertanto quanto mai utile eliminare sprechi e perdite per rimanere al di sotto della portata erogata dal dearsenificatore.