Prima di affrontare l’argomento citato nel titolo di questo articolo, riteniamo opportuno parlare delle generalità riguardanti il generatore di vapore e lo facciamo partendo proprio dalla sua definizione.

Si definisce generatore di vapore un assieme di organi che servono a produrre calore e a trasferirlo al fluido che deve essere riscaldato e vaporizzato. È bene rilevare subito che, in pratica, si è soliti parlare indifferentemente di caldaie o di generatore di vapore. Ma va precisato che i due vocaboli hanno in effetti significato diverso. Caldaia è, come la parola stessa lascia intendere, la parte del generatore di vapore in cui avviene la trasformazione del fluido (passaggio di stato) da liquido a vapore; è quindi una parte del generatore.

Il vapore d’acqua fu utilizzato dapprima soprattutto per il funzionamento delle motrici a vapore. Fu proprio l’uso del vapore che rese possibile la trasformazione dell’energia termica in energia meccanica, avviando così il moderno processo di trasformazione industriale.

Il vapore, negli impianti di notevole potenza, serve ancora per ottenere energia meccanica, soprattutto per la ulteriore generazione di energia elettrica. Negli impianti di piccole e medie dimensioni, il vapor d’acqua è però soltanto un valido veicolo del calore necessario nei processi industriali (apparecchi elaboratori per industrie chimiche, autoclavi, cilindri asciugatori per cartiere e tessiture, radiatori per riscaldamento di ambienti ecc.). Il vapore, negli impianti di notevole potenza, serve ancora per ottenere energia meccanica, soprattutto per la ulteriore generazione di energia elettrica. Negli impianti di piccole e medie dimensioni, il vapor d’acqua è però soltanto un valido veicolo del calore necessario nei processi industriali (apparecchi elaboratori per industrie chimiche, autoclavi, cilindri asciugatori per cartiere e tessiture, radiatori per riscaldamento di ambienti ecc.).

Altri fluidi (mercurio, difenile, ossido di difenile, glicol etilenico ecc.) vengono utilizzati, invece dell’acqua, quali veicoli di calore allo stato liquido o di vapore. Sono d’altra parte non numerosi gli impianti che utilizzano tali fluidi al cui impiego si ricorre, in genere, solo per determinate esigenze.

La manutenzione dei generatori di vapore

L’esigenza di mantenere in buono stato le proprie cose è nata con l’uomo. Col progredire della civiltà questa esigenza si è ancora di più accentuata sotto lo stimolo di diversi fattori di carattere sociale, economico, tecnico ecc. La manutenzione, quindi, non è altro che il mezzo per preservare e conservare un certo bene il più a lungo possibile. Nel campo specifico delle apparecchiature, la manutenzione ha una funzione importantissima perché, oltre a conservare nel tempo il valore dell’impianto, agisce come una vera e propria prevenzione.

Fanno parte di una corretta manutenzione tutti quei provvedimenti che evitano, allontanano, rendono meno frequenti le riduzioni di produzione o lo fermate degli impianti o anche ne ripristinano, ne conservano, ne migliorano le originarie capacità produttive.

Il fenomeno corrosivo

Le incrostazioni lato acqua-vapore

Le varie parti di un impianto di produzione di vapore o di energia via vapore (alimentazione, caldaia, surriscaldatore, condensatore ecc.) dal lato umido, acqua-vapore, sono soggette a condizioni diverse di fase, di pressione e di temperatura dell’acqua. Le superfici metalliche interessate sono generalmente a base di ferro (acciaio al carbonio più o meno legato) e in alcune zone a base di rame, alluminio ecc.

Il controllo dei depositi, necessario per i problemi che ne derivano sia dal punto di vista termico sia come causa dei fenomeni di corrosione, è ottenuto principalmente con un opportuno trattamento dell’acqua di alimentazione. Nel campo delle centrali termiche per la produzione di energia elettrica il controllo è ottenuto utilizzando acqua a elevata purezza, mentre nel campo industriale (pressioni inferiori a 70 bar) operano soddisfacentemente acque contenenti apprezzabili quantità di sali disciolti.

Il trattamento, in ogni caso, deve essere un equilibrato compromesso fra la necessità della rimozione delle sostanze disciolte, la convenienza (soprattutto economica) di tollerarle e l’opportunità di aggiungerne altre.

Ovviamente è necessario rimuovere i solidi sospesi, gli ioni Ca++ e Mg++ perché principali responsabili dei depositi, lo ione Cl- e l’O2 quali responsabili della corrosione. Questo avviene grazie ad idonei trattamenti chimici effettuati da personale esperto.
Una volta eliminati i depositi, il controllo della corrosione viene ottenuto misurando il pH e la quantità di ossigeno presente nell’acqua.

La manutenzione delle superfici

Le superfici soggette a degradazione che necessitano di periodica manutenzione sono soprattutto le superfici di scambio; ma il problema si pone anche per certe superfici attraverso cui non avvengono scambi termici, per esempio le superfici interne delle tubazioni di ritorno delle condense.

Per la manutenzione delle superfici delle caldaie dal lato acqua oggi il metodo meccanico è stato praticamente sostituito dai metodi chimici. La disincrostazione meccanica è ormai riservata solo alle caldaie di vecchio tipo e costruzione, che ricevevano questo tipo di manutenzione anche agli inizi della loro vita.

È opportuno analizzare le ragioni dell’affermazione dei metodi chimici a scapito di quelli meccanici.
Esse sono sostanzialmente due:

• L’evoluzione costruttiva delle caldaie, la cui parte evaporante non consiste più di pochi tubi di grande diametro, diritti, sub-orizzontali, accessibili alle due estremità attraverso portine autoclavi, bensì di tubi di piccolo diametro con configurazioni complicate, poco accessibili o non accessibili alle estremità, quindi costruttivamente inadatti all’impiego dei mezzi meccanici.
• Le mutate condizioni di esercizio sia dal punto di vista della qualità dell’acqua di alimento, sia da quello dei carichi termici, per le quali i depositi di durezza sono divenuti un problema secondario rispetto a quello dei depositi di magnetite e rame e della corrosione.

Di fatto, mentre la sezione di un tubo parzialmente ostruito da un deposito calcareo può più o meno facilmente essere ripristinata con mezzi meccanici, con essi non è possibile rimuovere depositi di ossidi di ferro e rame dello spessore di qualche decimo di millimetro.

Il trattamento chimico, invece, rimuove completamente i depositi e lascia tutte le superfici in una condizione di reattività favorevole al formarsi di una pellicola di magnetite compatta e ben ancorata al metallo e quindi realmente protettiva su tutta la superficie di scambio (sia come barriera alla diffusione sia per seguire le dilatazioni del metallo).

L’importanza del trattamento chimico

Il trattamento chimico, non solo dà un risultato più completo, essendo inoltre per molti tipi di generatore e depositi l’unica soluzione possibile, ma arresta i fenomeni di corrosione in corso e previene il verificarsi di nuovi fenomeni; ciò manca completamente nei procedimenti meccanici.
La tecnica del trattamento chimico delle superfici è oggi largamente nota, almeno nelle sue linee generali. Il trattamento chimico di manutenzione delle superfici consiste nel portarle in contatto con opportuni reagenti o, più generalmente, sostanze attive le quali dissolvono e distaccano il deposito o reagiscono con la superficie metallica.
Nella stragrande maggioranza dei casi i reagenti vengono usati in fase liquida, generalmente in soluzione, qualche volta in emulsione acquosa. Si possono impiegare soluzioni acide o alcaline o più raramente neutre o emulsioni in acqua di solventi e in casi speciali anche emulsioni in acqua di solventi e in casi speciali anche emulsioni di solventi in soluzioni acide o alcaline. Eccezionalmente si usano un solvente o una miscela di solventi non diluiti, eventualmente additivati con tensioattivi o disperdenti.

In certi casi, per scopi particolari, la soluzione può essere trasformata in una densa schiuma, mediante l’aggiunta di schiumogeni e l’impiego di appositi apparecchi generatori di schiuma.
In altri casi le sostanze attive possono essere evaporate o iniettate in una corrente di vapore d’acqua oppure si può evaporare la soluzione acquosa (trattamenti “in fase vapore”).
Concludendo questo capitolo sulla manutenzione, riteniamo fondamentale ricordare i molti vincoli ed esigenze che devono essere rispettati e tra gli altri:

• Adempimento alle leggi e alle disposizioni prescritte dagli Enti pubblici di controllo che impongono ispezioni interne e prove di esercizio a frequenza prestabilita;
• Disponibilità operativa dell’apparecchiatura aderente alle effettive esigenze dell’utenza;
• Minimo consumo di combustibile;
• Garanzia adeguata all’attività produttiva dell’azienda e alle esigenze della sicurezza sul lavoro;
• Ritenere che l’ottemperanza alle normative di legge è condizione necessaria ma non sufficiente.

L’operazione capace di ottimizzare queste esigenze attraverso una sequenza di idonei interventi è la manutenzione preventiva programmata. Infatti, programmando le operazioni di pulizia, controllo (ispezioni, prove e sostituzioni preventive di componenti), ripristino (sostituzione dei componenti o dell’unità avariata) ecc., si ottengono molti vantaggi e precisamente:

• Sotto il profilo economico – Si contiene il costo di esercizio, riducendo al minimo il consumo di combustibile per effetto dell’imbrattamento e dei depositi.
• Sotto il profilo operativo – Si può immediatamente stabilire, in relazione alle scadenze dell’Ente pubblico di controllo, un piano di interventi predeterminati che, con largo anticipo di tempo, armonizzi le esigenze delle utenze con quelle della manutenzione (ore/uomo, eventuali imprese esterne e/o noleggio di attrezzature speciali, orari di lavoro ecc.). Si possono poi definire compiutamente le risorse di manutenzione necessarie e le modalità di esecuzione degli interventi ripetitivi che diventano “standard operativi”.
• Sotto il profilo tecnologico – Si migliora la conservazione delle parti interne del generatore (preriscaldatore, economizzatore ecc.), poiché gli interventi manutentivi conseguono non solo il “ripristino”, ma esercitano contemporaneamente anche un effetto preservante dai fenomeni corrosivi, che di fatto aumenta la vita utile dell’unità.
• Sotto il profilo ecologico – Si mantiene agevolmente il tasso di ossidi di zolfo e degli altri elementi inquinanti presenti nei gas di scarico entro i limiti stabiliti dalle disposizioni di legge, praticamente senza oneri supplementari.
• Sotto il profilo della sicurezza sul lavoro – Si riducono sensibilmente sia le probabilità di guasto casuale che di guasto per usura, ottenendo così un aumento del grado di “prevenzione infortuni” grazie a ispezioni più frequenti e ad azioni di mantenimento preventivo più tempestive. Si auspicano e si consigliano dunque manutenzioni “opportunamente dosate” come strumento per una corretta gestione dei generatori di vapore.

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