Tubi della caldaia: proteggere e servire

Gary Heath spiega come utilizzare rivestimenti avanzati per prolungare la durata dei tubi delle caldaie nelle centrali elettriche alimentate a carbone e rifiuti

La tipica caldaia per la produzione di energia rappresenta un ambiente aggressivo in termini di usura erosiva e corrosione ad alta temperatura per i materiali dei tubi dello scambiatore di calore. Le molteplici forme, dimensioni, design, marche, ecc. delle caldaie, insieme alla diversità dei combustibili utilizzati (carbone, petrolio, rifiuti, biomassa, ecc.) e dei regimi di funzionamento danno origine ad una gamma ampia e complessa di problemi di usura/corrosione .

L'erosione o la corrosione possono portare ad un assottigliamento della sezione trasversale della parete del tubo di quello che è un recipiente a pressione. Quando lo spessore della parete del tubo diventa troppo sottile, il tubo scoppia ed è necessario chiudere le operazioni per sostituirlo.

Esistono varie filosofie per ridurre gli sprechi dei tubi a livelli accettabili, che includono modifiche alla progettazione, alla temperatura operativa e al flusso di gas (che possono ridurre l'efficienza della caldaia) o modifiche al materiale dei tubi (che possono essere costosi e di solito significano sacrificare altre proprietà). I metodi disponibili includono coestrusione, calorizzazione, nitrurazione, cromatura, boronizzazione, preossidazione, riporto di saldatura e rivestimenti spruzzati termicamente.

Oggi, la tecnologia più utilizzata contro la corrosione è costituita dal rivestimento saldato (solitamente spesso 2 mm) di una lega complessa a base di nichel (solitamente Inconel 625, 622).

Contro l'erosione vengono utilizzati rivestimenti termospruzzati che in genere sono duri, sottili (0,3-1,0 mm), veloci da applicare e possono essere applicati come la vernice. I processi di spruzzatura utilizzati nella protezione delle caldaie sono: combustione della fiamma (con polvere o filo), filo ad arco elettrico, plasma ad aria (APPS), combustibile a ossigeno ad alta velocità (HVOF), spruzzo e fusibile (S&F) e rivestimenti verniciati di composti inorganici a base ceramica (rivestimenti in impasto liquido).

In Europa e sempre più anche in Asia, il passaggio a fonti di produzione di energia alternative e la richiesta di minori quantità di NOx e CO2 hanno portato a un funzionamento più rigoroso delle caldaie e all'uso di combustibili alternativi (rifiuti urbani, biomassa). Queste tendenze, oltre alla combustione di carbone di bassa qualità, hanno aumentato la quantità di corrosione e usura riscontrata nei tubi della caldaia.

La qualità e le prestazioni del rivestimento, i costi del rivestimento, la riduzione dei tempi di inattività per l'applicazione dei rivestimenti in loco, i nuovi tubi rispetto alla riparazione in loco dei tubi usurati, ecc. stanno diventando problemi critici nell'economia di molte centrali elettriche. L'aggiunta della società statunitense WherTec al gruppo Castolin Eutectic nel 2014 ha portato nel portafoglio 16 anni di esperienza nel rivestimento di caldaie, nonché tecnologie innovative di rivestimento laser e rivestimento con liquame.

Densificazione e rivestimento laser

Castolin Eutectic ha sviluppato un processo termochimico che 'densifica' il rivestimento spruzzato termicamente. Questo processo di densificazione accoppiato al processo di spruzzatura ad arco (utilizzando le gamme di prodotti di rivestimento BTC e TubeArmor) è particolarmente adatto per rivestire le pareti d'acqua nelle caldaie per la termovalorizzazione e a biomassa dove la corrosione è un importante meccanismo di usura.

Nel frattempo, la tecnologia del laser a diodi ad alta potenza (HPDL) ha consentito alla tecnologia di rivestimento laser, precedentemente promettente ma costosa, di diventare una soluzione anticorrosione economicamente vantaggiosa per le grandi superfici delle caldaie nelle officine dell'azienda. Vengono prodotti materiali di tipo Inconel con spessori fino a 0,7 mm che offrono proprietà migliori (diluizione inferiore, zona interessata dal calore più piccola, struttura più fine, superficie di rivestimento liscia) rispetto al tradizionale rivestimento per caldaie con rivestimento saldato. Negli Stati Uniti nelle caldaie vengono installate diverse centinaia di metri quadrati di tubi per caldaie rivestiti con laser.

Casi di studio del mondo reale

Nella più grande centrale elettrica a lignite da 5.053 MW d'Europa, in Polonia, dove l'usura da erosione nei tubi del surriscaldatore era prevalente, le prove con vari rivestimenti a spruzzo termico per un periodo di otto anni hanno identificato un chiaro vincitore, il rivestimento Eutronic Arc 595 spruzzato con l'attrezzatura Castolin Eutectic presso l'impianto officina di servizio dell'azienda. Arc 595 è una lega molto dura a base di Fe e ha prolungato la durata del tubo del surriscaldatore fino a sette anni rispetto ai tubi originali in acciaio nudo. Per ciascuna delle sei caldaie sono stati rivestiti oltre 46 km di tubi e gomiti.