Sciupare

Un sondaggio sugli arresti non pianificati della rete Prewin del 2021 ha rivelato che i guasti alle apparecchiature negli impianti di termovalorizzazione (WtE) e a biomassa sono stati responsabili di un totale di 22,9 giorni di arresti non pianificati nel 2021. Ha inoltre rilevato che il 43% delle classificazioni di guasti alle apparecchiature erano legati alle caldaie (Figura 1). Inoltre, le sole caldaie sono state responsabili di una media di 9,9 giorni di spegnimenti non programmati nel 2021, con la parte irraggiamento che ha rappresentato il 49% dei guasti alle caldaie (Figura 2), seguita dall’economizzatore (28%), dalla parte convettiva (20%) e altro (3%).

Queste ultime statistiche forniscono informazioni dettagliate sulle prestazioni e sull’affidabilità delle risorse, evidenziando le caldaie come una delle apparecchiature più problematiche da gestire per i proprietari di impianti. Questo articolo discute uno dei fattori che contribuiscono più comuni al guasto della caldaia: la corrosione.

Tipicamente progettate per installazioni di medie o grandi dimensioni, le caldaie WtE producono vapore per la produzione di energia o calore, bruciando biomassa, biomassa riciclata o rifiuti industriali o urbani pretrattati. La flessibilità del combustibile offre riduzioni dei costi correlati, ma comporta un aumento della corrosione della caldaia.

Gli ambienti di combustione di combustibili misti creano condizioni estreme che possono predisporre le apparecchiature a danni. Esiste un'ampia varietà di modelli di caldaie: griglia orizzontale, griglia inclinata, letto fluidizzato gorgogliante, letto fluidizzato circolante e così via. Se la miscela di carburante contiene plastica e altri prodotti chimici, possono essere generati cloro, zolfo e altri metalli alcalini e pesanti, aumentando drasticamente i tassi di perdita di spessore delle parti sotto pressione attraverso meccanismi di corrosione accelerati. Senza un'adeguata assistenza preventiva, queste condizioni possono portare a perdite, interruzioni impreviste e costi operativi e di manutenzione elevati, riducendo la disponibilità, l'efficienza e i vantaggi in termini di emissioni di queste caldaie.

Aumentare l'efficienza delle caldaie WtE significa aumentare la pressione e la temperatura all'interno dei tubi della caldaia. La combinazione di nuovi tipi di carburante contenenti livelli più elevati di agenti corrosivi con temperature e pressioni più elevate può portare all'ammorbidimento del materiale. La corrosione accelerata della caldaia lato fuoco inizia sulle superfici di scambio termico in acciaio non protette dei surriscaldatori e la resistenza all'erosione del metallo base diminuisce.

La maggior parte dei meccanismi di protezione dalla corrosione consistono nel generare una barriera anticorrosione sul metallo base formando uno strato di ossido. La sfida all’interno delle caldaie WtE è che questo strato viene rapidamente eroso, forzando la formazione di un altro strato e di conseguenza portando al fenomeno dell’erosione-corrosione (Figura 3). L'assottigliamento dell'erosione-corrosione può verificarsi rapidamente quando condizioni difficili sono combinate con materiali morbidi o scarsamente resistenti all'erosione a temperature così elevate.

La protezione refrattaria è la prima difesa contro i gas di combustione corrosivi e può anche avere eccellenti proprietà di erosione. Tuttavia, le proprietà di scambio termico sono limitate poiché l’efficienza termica è bassa. È possibile utilizzare leghe refrattarie, ma a causa dei costi eccessivi dei materiali e della limitata resistenza all'erosione, l'utilizzo di uno strato di protezione superficiale è spesso una soluzione più economica.

L'uso di rivestimenti ceramici sottili sembra un approccio interessante, ma spesso la mancata corrispondenza dell'espansione termica e la fragilità di tali rivestimenti rendono questa soluzione inaffidabile. I rivestimenti tendono a rompersi e sotto lo strato protettivo può svilupparsi corrosione che potrebbe staccarsi. Alcune possibili soluzioni includono quanto segue.

Rivestimento metallico saldato (WMO). Molte caldaie sono progettate e fabbricate con protezione Weld Metal Overlay (WMO) installata in aree critiche a rischio di erosione o corrosione. Spesso, nel corso del tempo e durante il funzionamento continuo, si osserva una corrosione accelerata sui tubi non protetti oltre la sezione WMO, ad esempio nel secondo passaggio. Questo è comunemente indicato come "scorrimento della corrosione". In questo caso, è necessario estendere l'ambito dell'area del tubo protetta da una barriera anticorrosione (Figura 4).

In molti casi, la soluzione convenzionale consiste nel rimuovere le sezioni interessate e sostituirle con nuovi pannelli tubolari, che a loro volta vengono protetti con una barriera anticorrosione WMO applicata in officina. Tuttavia, la sostituzione delle sezioni della barriera d'acqua può causare lunghe interruzioni e problemi aggiuntivi, come distorsioni e irregolarità della geometria della superficie in corrispondenza dei giunti delle sezioni dei pannelli e delle saldature di testa, tra gli altri. L'OMM è particolarmente impegnativa nei casi in cui sono coinvolti gli arredi esterni.