I ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile guadagnano popolarità nelle applicazioni industriali corrosive di trattamento dell'aria

I sistemi di ventilazione industriale si trovano ad affrontare condizioni operative più impegnative poiché le fabbriche gestiscono gas corrosivi, aria di processo umida, vapori chimici e scarichi contaminati. In queste applicazioni, i ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile vengono sempre più presi in considerazione quando la struttura convenzionale in acciaio al carbonio non è in grado di fornire una resistenza sufficiente alla corrosione. Il punto importante, tuttavia, è che specificare semplicemente “acciaio inossidabile” non risolve il problema. Il grado di acciaio inossidabile, la composizione del gas, la temperatura, il contenuto di umidità, la pressione e la struttura della ventola devono tutti corrispondere alle effettive condizioni di processo. 

Perché l'acciaio inossidabile è importante nei sistemi di scarico industriali

Un ventilatore centrifugo può funzionare ininterrottamente per migliaia di ore e anche piccole aree di corrosione possono compromettere l'affidabilità meccanica. La corrosione della girante è particolarmente grave perché la perdita di materiale modifica la distribuzione della massa della girante e può creare squilibri. La corrosione dell'involucro, invece, può ridurre lo spessore della parete e eventualmente causare perdite.

Questo è uno dei motivi per cui i ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile sono comunemente considerati per scarichi chimici, sistemi di lavaggio a umido, trattamento delle acque reflue, ventilazione per la lavorazione alimentare e altre applicazioni industriali umide. La struttura in acciaio inossidabile non rende un ventilatore immune alla corrosione, ma la scelta di una lega appropriata può migliorare significativamente la resistenza all'ambiente specifico. 

304 o 316L? Inizia con il gas reale

Uno degli errori più comuni nell’acquisto dei ventilatori è selezionare il materiale prima di definire il gas di processo. L'acciaio inossidabile 304 può essere una scelta pratica per l'aria umida in generale e gli scarichi leggermente corrosivi, ma non è automaticamente adatto per ambienti umidi ricchi di cloruri o aggressivi. 316 e 316L generalmente forniscono una migliore resistenza in molte applicazioni contenenti cloruro e umide a causa del loro contenuto di molibdeno.

Per i ventilatori centrifughi in acciaio inox consiglio di raccogliere almeno questi dati prima di confermare il materiale:

Composizione del gas

Concentrazione di gas

Temperatura operativa

Temperatura massima

Umidità relativa o contenuto di umidità

Concentrazione di cloruro, se applicabile

Presenza di condensa

Contenuto di polvere o particelle solide

Flusso d'aria richiesto

Pressione statica o totale richiesta

Ad esempio, dire “il gas è corrosivo” non è sufficiente per un produttore per determinare se l’acciaio inossidabile 304, 316L, duplex, FRP o un altro materiale è appropriato. La compatibilità chimica deve essere verificata rispetto al mezzo e alle condizioni operative effettive.

Non ignorare la condensa

La condensazione è spesso più importante della composizione nominale del gas. Un flusso di gas può sembrare relativamente innocuo mentre è caldo e secco, ma una volta che la temperatura scende al di sotto del punto di rugiada, può formarsi del liquido all'interno della ventola e delle condutture. La condensa risultante può essere sostanzialmente più aggressiva nei confronti delle superfici metalliche.

Per i ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile, la progettazione dovrebbe quindi considerare i punti in cui può verificarsi la condensa. Le porte di drenaggio nei punti più bassi, una geometria adeguata dell'involucro, un isolamento adeguato e una scelta adeguata dei materiali possono impedire la permanenza del liquido all'interno dell'alloggiamento. Nelle applicazioni con scrubber a umido, anche la posizione della ventola rispetto allo scrubber è importante perché le goccioline di liquido e la condensa possono modificare in modo significativo le condizioni di corrosione.

La girante merita più attenzione dell'involucro

Quando gli ingegneri discutono di ventole resistenti alla corrosione, spesso si concentrano sull'involucro perché è facile da vedere. La girante merita almeno lo stesso livello di attenzione.

La girante ruota ad alta velocità e può essere esposta direttamente al gas di processo. La vaiolatura o la corrosione irregolare sulle pale possono influenzare l'equilibrio dinamico. Per questo motivo, i ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile dovrebbero essere specificati con un chiaro ambito di applicazione del materiale piuttosto che indicare semplicemente "costruzione in acciaio inossidabile".

Una specifica adeguata dovrebbe identificare se i seguenti componenti sono in acciaio inossidabile:

Involucro

Girante

Cono di ingresso

Lancia

Alloggiamento del cuscinetto

Elementi di fissaggio

Drenare i componenti

Porte di ispezione

Tenute a contatto con il gas

In alcuni progetti, solo i componenti a contatto con il gas richiedono acciaio inossidabile, mentre la base e altri componenti strutturali senza contatto possono utilizzare acciaio al carbonio. Questo approccio può ridurre i costi dei materiali non necessari senza compromettere le parti resistenti alla corrosione del sistema.

La pressione della ventola è importante quanto il flusso d'aria

Un altro errore di acquisto comune è scegliere un ventilatore basandosi solo sul flusso d’aria. Un ventilatore che richiede 20.000 m³/h a 1.500 Pa è una scelta completamente diversa da uno che richiede 20.000 m³/h a 3.000 Pa.

Quando si scelgono i ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile, calcolare la resistenza completa del sistema, includendo:

Condotto di aspirazione

Gomiti

Ammortizzatori

Filtri

Scrubber

Scambiatori di calore

Silenziatori

Condotto di scarico

Resistenza allo stack

Eventuali apparecchiature di processo aggiuntive

Ad esempio, supponiamo che un sistema di scarico chimico richieda 20.000 m³/h a 2.500 Pa. Se il calcolo originale considerasse solo la resistenza del condotto e ignorasse uno scrubber che aggiungesse altri 800 Pa, il fabbisogno effettivo del sistema diventa circa 3.300 Pa. La selezione del ventilatore a 2.500 Pa potrebbe comportare un flusso d'aria insufficiente dopo la messa in servizio.

Il materiale risolve il problema della corrosione; non risolve un calcolo errato della pressione del sistema.

Caso pratico: scarico chimico umido

Consideriamo un impianto di trattamento chimico con un flusso di gas di scarico umido contenente umidità e una moderata concentrazione di composti corrosivi. Il sistema originale utilizzava una ventola in acciaio al carbonio verniciato. Dopo diversi mesi, attorno alla girante e all'involucro è apparsa della corrosione, in particolare in prossimità delle aree in cui si accumulava condensa.

Il team di ingegneri ha sostituito la ventola con ventole centrifughe in acciaio inossidabile e ha rivisto l'intero sistema invece di modificare solo il materiale della ventola. Le specifiche riviste includevano un grado inossidabile più adatto, componenti a contatto con il gas resistenti alla corrosione, dispositivi di drenaggio e accesso per l'ispezione.

La lezione importante che si può trarre da questo tipo di progetti è che la sostituzione dell’acciaio al carbonio con l’acciaio inossidabile è solo una parte della soluzione. Se la condensa continua ad accumularsi all'interno dell'alloggiamento, anche una ventola resistente alla corrosione può deteriorarsi prematuramente.

Caso pratico: scarico contenente cloruro

Consideriamo un'altra installazione situata vicino ad un impianto industriale costiero. La ventola gestiva l'aria umida con esposizione al cloruro. La proposta iniziale utilizzava l’acciaio inossidabile 304 perché le specifiche del progetto indicavano semplicemente “acciaio inossidabile”.

Dopo aver esaminato le condizioni del processo, il team di ingegneri ha riconosciuto che l'esposizione al cloruro creava un rischio di corrosione più elevato. La specifica del materiale è stata aggiornata a 316L per i relativi componenti a contatto con il gas.

Ciò illustra un'importante regola di acquisto: i ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile non dovrebbero mai essere selezionati solo in base al nome del materiale. È necessario considerare l'effettivo meccanismo di corrosione. 304 e 316L non sono intercambiabili in ogni ambiente.

Controllare la saldatura e le condizioni della superficie

Il grado inossidabile in sé non è tutta la storia. La qualità della fabbricazione può influenzare la resistenza alla corrosione attorno alle aree saldate. Per le strutture inossidabili saldate, è necessario considerare la zona termicamente alterata e le condizioni della superficie post-saldatura, in particolare in ambienti corrosivi impegnativi.

Per i ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile, gli acquirenti devono richiedere i certificati dei materiali quando il progetto richiede la tracciabilità. A seconda delle specifiche del progetto, la documentazione utile può includere certificati dei materiali, registrazioni di ispezioni dimensionali, rapporti di bilanciamento dinamico e documentazione di saldatura o fabbricazione.

Per le applicazioni di processi chimici di alto valore, è anche utile definire esattamente quali componenti richiedono la certificazione dei materiali piuttosto che richiedere semplicemente un generale “certificato di acciaio inossidabile”.

La manutenzione è ancora importante

L’acciaio inossidabile riduce il rischio di corrosione, ma non elimina la manutenzione.

Durante le ispezioni di routine, i tecnici dovrebbero controllare:

Condizioni della superficie della girante

Depositi di lame

Pozzi di corrosione

Giunti saldati

Aperture di scarico

Condizioni dell'albero

Temperatura del cuscinetto

Vibrazione

Corrente del motore

Accoppiamento o allineamento della cinghia

Flusso d'aria e pressione effettivi

Se sulla girante si accumulano depositi corrosivi, la pulizia non deve essere posticipata finché le vibrazioni non diventano eccessive. Anche una piccola quantità di accumulo irregolare può influenzare l'equilibrio dinamico.

Per i ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile, il monitoraggio delle vibrazioni è particolarmente utile perché l'aumento delle vibrazioni può fornire un'indicazione precoce di depositi, squilibrio correlato alla corrosione, problemi ai cuscinetti o disallineamento meccanico. Quali informazioni devono essere inviate al produttore del ventilatore? Per un preventivo accurato, inviare una quantità superiore alla potenza richiesta del ventilatore o alle dimensioni del motore. Una richiesta utile dovrebbe contenere:

Portata d'aria: 20.000 m³/h

Pressione statica: 2.500 Pa

Temperatura del gas: 80°C

Composizione del gas: scarichi di processo/vapori chimici

Umidità: alta

Polvere: bassa

Requisiti materiali: parti a contatto con il gas 316L

Installazione: interna

Azionamento: diretto o ad accoppiamento

Alimentazione: 400 V / 50 Hz / trifase

Orari di funzionamento: 24 ore su 24

Con questi parametri, il produttore può selezionare in modo molto più accurato la dimensione della ventola, il design della girante, la velocità di rotazione, la potenza del motore, la configurazione del materiale e la disposizione della trasmissione.

Considerazioni finali

Il crescente utilizzo di ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile non è semplicemente una tendenza verso materiali più costosi. In molte applicazioni industriali, è una risposta a problemi reali che riguardano umidità, vapori chimici, esposizione a cloruri, condensa e durata delle apparecchiature.

L'approccio corretto consiste nel lavorare a ritroso partendo dal processo: identificare il gas, calcolare il flusso d'aria e la pressione, determinare la temperatura e le condizioni di condensazione, selezionare il tipo di materiale appropriato e quindi confermare la progettazione meccanica.

Per un'applicazione leggermente umida, l'acciaio inossidabile 304 può essere sufficiente. Per il servizio umido o a rischio di cloruro, il 316L può essere un punto di partenza più appropriato. Per gli ambienti chimici più aggressivi, tuttavia, l’acciaio inossidabile potrebbe non essere affatto il materiale migliore e potrebbe essere necessario valutare alternative come FRP, PPH, PVDF, acciaio inossidabile duplex o titanio.

La chiave non è semplicemente acquistare ventilatori centrifughi in acciaio inossidabile. L'obiettivo è quello di specificare un ventilatore il cui materiale, prestazioni, costruzione e condizioni operative siano abbinati fin dall'inizio. Questo approccio riduce la corrosione prematura, evita la sostituzione ripetuta delle apparecchiature e offre al sistema di ventilazione maggiori possibilità di mantenere prestazioni stabili per tutta la sua durata di servizio.