Cosa è il colpo d'ariete?
Colpo d'acqua o shock idraulico è un fenomeno che può essere compreso come una collisione improvvisa di un solido in rapido movimento all'interno del sistema di tubazioni con qualsiasi ostacolo, come una curva o una valvola. Quindi, il colpo d'acqua è definito come un aumento improvviso della pressione a causa dell'ostacolo al movimento o al cambio di direzione del fluido.
Esempio: Si verifica durante la carica o il riscaldamento di una linea di vapore più lunga durante l'avvio iniziale e anche a causa della miscela di vapore e condensato. Il colpo d'acqua è qualcosa che avviene spesso consapevolmente e inconsapevolmente nella nostra vita quotidiana - quando apriamo e chiudiamo improvvisamente il rubinetto dell'acqua in bagno mentre ci stiamo lavando, si verifica un colpo d'acqua. (azione di aprire/chiudere rapidamente la valvola della doccia).
Concetto mal compreso sul colpo d'acqua
Molti fenomeni termoidraulici, come indicato nella tabella, sono spesso caratterizzati erroneamente come colpi d'acqua. I danni risultanti da tali incidenti includono shock idraulici e termici. Il colpo d'acqua avviene principalmente a causa della mancanza di consapevolezza e pratiche di operazione e manutenzione inappropriate. Nel caso del colpo d'acqua, il proverbio "è meglio prevenire che curare" è vero.
Fenomeno termodinamico |
Luogo di occorrenza |
Colpo d'acqua |
Nei tubi e nei capilinea di vapore |
Pistone d'acqua (onde orizzontali instabili) |
Serbatoio di stoccaggio (come il deaeratore) |
Shock di condensazione e vaporizzazione flash |
Nei deaeratori |
Induzione d'acqua, distorsione del rotore o della carcassa |
Nelle turbine a vapore e nelle tubazioni di vapore |
Verifica del colpo d'acqua
Quando il vapore lascia la caldaia, deve percorrere una certa distanza prima di raggiungere il punto di utilizzo (turbina a vapore o altro scambiatore di calore) e, durante il processo di percorrenza, il vapore inizia a perdere calore. Di conseguenza, il vapore nel tubo inizia a condensarsi. Durante l'avvio della pianta, la velocità di formazione del condensato (formato dalle gocce d'acqua) è molto alta, poiché l'intero sistema parte da freddo o da un avvio a freddo.
Durante l'operazione, queste gocce di condensato iniziano a formarsi lungo la lunghezza della rete di tubi di vapore, formando così uno slug solido di condensato come mostrato nella figura data
La condensazione porta alla formazione di gocce d'acqua. Gradualmente, il condensato inizia a formarsi lungo la lunghezza del tubo e forma uno slug solido. Quando questo slug incontra un ostacolo come un orifizio, una valvola o una curva, questi ostacoli provocano un arresto improvviso dello slug solido. Durante questo processo, l'energia cinetica dello slug solido si trasforma in energia di pressione e la rete di tubi deve farvi fronte.
Impatto del colpo d'acqua
È necessario comprendere l'impatto serio del colpo d'acqua sugli impianti utilizzati nelle piante. L'esempio riportato di seguito esplica chiaramente la natura distruttiva del colpo d'acqua:
Per il vapore saturo, la velocità consigliata è di 25 a 35 metri al secondo
Per l'acqua in una rete di tubi, la velocità consigliata è di 2 a 3 metri al secondo
Quando si verifica un colpo d'acqua, lo slug di condensato viene trascinato dal vapore e quindi lo slug d'acqua viaggia con una velocità uguale a quella del vapore, che è dieci volte superiore a quella dell'acqua. Pertanto, il colpo d'acqua è sempre associato a una pressione molto alta.
Fattori che aiutano a evitare il colpo d'acqua
Il sistema di vapore è molto complesso e dinamico, pertanto evitare il colpo d'acqua è un compito impegnativo. Tuttavia, adottando le migliori pratiche ingegneristiche, la sua occorrenza può essere facilmente superata adottando:
Dovrebbe essere fornita una corretta inclinazione nelle linee di vapore nella direzione del flusso.
Installazione di trappole di vapore a intervalli regolari e, in particolare, nei punti più bassi. L'installazione delle trappole di vapore nei punti più bassi assicura la rimozione del condensato dal sistema.
L'afflosciamento dei tubi provoca la formazione di condensato nella rete di tubi e può aumentare le possibilità di colpi d'acqua. Pertanto, i tubi di vapore dovrebbero essere adeguatamente supportati per evitare afflosciamenti.
Sono richieste procedure standard di avvio per l'avvio a freddo della pianta. Gli operatori dovrebbero essere adeguatamente formati per gestire l'apertura lenta della valvola di isolamento.
Dimensionamento corretto delle tasche di drenaggio, per assicurare che il condensato non possa saltare o passare facilmente. Lo scopo della tasca di drenaggio dovrebbe essere quello di raccogliere tutto il condensato e farlo passare attraverso la trappola.
I riduttori dovrebbero essere eccentrici invece che concentrici.
Colpo d'acqua nelle centrali elettriche
Colpo d'acqua si verifica quando l'acqua, accelerata dalla pressione del vapore o da un vuoto a bassa pressione, viene improvvisamente fermata dall'impatto su una valvola o un accessorio, come una curva o un bivio, o sulla superficie di un tubo. Le velocità dell'acqua possono essere molto superiori alla normale velocità del vapore nel tubo, specialmente quando il colpo d'acqua si verifica all'avvio.
Quando queste velocità vengono distrutte dall'impatto, l'energia cinetica nell'acqua si converte in energia di pressione e viene applicato un urto di pressione all'ostacolo. Nei casi lievi, c'è rumore e forse movimento del tubo.
Nei casi più gravi, si verifica la frattura del tubo o degli accessori con un effetto quasi esplosivo e la conseguente fuoriuscita di vapore vivo alla frattura. La frattura di tubi o componenti del sistema di vapore può proiettare frammenti che possono causare ferite o perdita di vite umane.
