Colpo d'ariete e puffer - aiutatemi a capire

[Dastardly]

Chiedo aiuto ai più esperti per quanto riguarda lo schema d'impianto (molto schematizzato) che riporto di seguito.
L'impianto è ad uso industriale ed utilizza due generatori di calore per alimentare le utenze ed un puffer per accumulare energia termica ed utilizzarla quando serve in luogo del generatore n.1 (caldaia).
Il generatore n.2 recupera l'energia dai fumi di combustione di un combustore rigenerativo e tramite uno scambiatore di calore trasferisce energia al puffer.
La parte d'impianto di cui mi sono occupato è il circuito n.2 che dallo scambiatore di calore alimenta il puffer.
Il circuito n.1 fa parte della progettazione e dell'installazione del cliente.
Quando le utenze non necessitano di calore il cliente inverte il senso di circolazione del circuito 1 e va ad accumulare energia all'interno del puffer utilizzando la caldaia n.1.

Il problema che si è vericato è che si sono avuti aumenti di pressione (probabilementi colpi d'ariete) che hanno fatto intervenire la valvola di sicurezza PSV2 dello scambiatore fermando in parte l'impianto, mentre sul circuito del cliente non si sono apprezzate variazioni di pressione.
In un secondo tempo, in attesa della sostituzione di alcune parti del circuito n.2, compresa la valvola di sicurezza, si è dismesso momentaneamente lo scambiatore sostituendolo con un tratto di tubazione. In quel frangente si è verificato un 'altro probabile aumento di pressione che ha piegato le lancette dei manometri e sfondato letteralmente il vaso di espansione, membrana e lamiera esterna (vedi foto).

Ora vorrei sapere se è possibile che una chiusura improvvisa della valvola V4 o V3 possa causare la trasmissione di un onda di pressione che "passando attraverso il puffer" possa trasmettersi direttamente sul circuito n.2 e far saltare l'anello più debole inserito nel circuito (la prima volta la valvola di sicurezza e la seconda volta il vaso di espansione , visto che la valvola era stata rimossa e il suo alloggio tappato).

Il mio dubbio, sul quale vorrei una conferma, è questo:
il puffer essendo sempre pieno svolge la funzione di separatore idraulico in un certo senso ma, se si crea un colpo d'ariete per la chiusura repentina di una delle valvole in questione o per una inversione del senso di circolazione troppo rapida, l'onda di pressione si trasmette rapidamente passando attraverso il puffer al circuito n.2 dello scambiatore. E' corretto secondo voi?

Inoltre poichè non è dato sapere qual'è la logica di regolazione del circuito del cliente (segreti di stato...) come potrei "difendere" da eventuali colpi d'ariete il mio circuito n.2 secondo voi?
a parte suggerire di manovrare le valvole lentamente esistono dispositivi anti-colpo d'ariete magari da installare appena dopo le flange di mandata e ritorno del puffer che mi possano salvaguardare l'intervento della PSV2, il vaso di espansione ed manometri?

Se non sono stato chiaro fatemi sapere che cerco di spiegarmi meglio, per me è molto importante avere un vostro parere.
Grazie a tutti!

[Tom Bishop]

A mio avviso non si tratta di colpi d'ariete.
Dalle temperature in gioco vedo che si tratta di un impianto ad acqua surriscaldata. Che pressione tieni nel circuito? Sei sicuro che non ti si formi vapore? Il vaso di espansione è adatto alle temperature in gioco?

[Dastardly]

A mio avviso non si tratta di colpi d'ariete.

Grazie Tom per l'interessamento.
Provo a rispondere alle tre domande per cercare di capire meglio; come hai giustamente osservato il circuito funziona ad acqua surriscaldata.

Che pressione tieni nel circuito?

il circuito funziona a 4 bar (manometrici)

Sei sicuro che non ti si formi vapore?

sicuro sicuro no ma, ho considerato che a quella pressione (4 barg) l'acqua è satura alla temperatura di circa 151-152°C e al massimo in mandata si arriva a 130°C. Non si dovrebbe formare vapore, ho supposto. Se mi sbaglio correggimi, grazie.
E' possibile verificare che si forma vapore in qualche modo?
Se del caso, per evitare la formazione di vapore che accorgimento si potrebbe adottare?

Il vaso di espansione è adatto alle temperature in gioco?

Direi di si per questi motivi:
1) la membrana del vaso è versione speciale per resistere a 130°C max.
2) è il vaso è montato sul ritorno a 110°C ed è preceduto da un prevaso addizionale di sicurezza (per proteggere la membrana del vaso di espansione da temperature eccessive);
chiedo per mia curiosità: solitamente con acqua surriscaldata che altri sistemi di espansione si potrebbero adottare?

Aggiungo inoltre che il vaso si è danneggiato durante il presentarsi del "fenomeno" per la seconda volta. La volta precedente era montata la valvola di sicurezza ed è intervenuta proteggendo tutto il resto. La seconda volta è stato smontato lo scambiatore dall'impianto ed è stato sostituito da un tratto di tubazione semplice, la sede della valvola è stata tappata e sul circuito n.2 è rimasta solamente la pompa, i termostati settati a 133°C e 134°C, i termometri, i manometri ed il vaso di espansione.
Non era presentete pertanto la fonte di calore dello scambiatore.
Nonostante questo ci si è ritrovati con il vaso letteralmente esploso. I termostati però non sono intervenuti e la registrazione delle temperature sul circuito non ha superato i 130°C. Insomma la seconda volt aper me il vaso si è rotto perchè era il dispositivo più debole. I manometri sono arrivati a fondo scala e una lancetta si è pure piegata.

Ti ringrazio e se ti/vi va di approfondire la questione mi sarai/sarete di gran aiuto.

[NoNickName]

Sei pazzo. L'impianto non è a norma. Spegni tutto prima che qualcuno si faccia male.
Devi fare tutto almeno PN16, se l'acqua è surriscaldata.

Se la pressurizzazione è 4 bar, senza tenere conto delle perdite di carico dei tubi, si possono creare delle zone in cui l'acqua vaporizza istantaneamente, soprattutto a valle di gomiti o riduzioni di sezione e crea degli shock di pressione.

[Dastardly]

Sei pazzo. L'impianto non è a norma. Spegni tutto prima che qualcuno si faccia male.
Devi fare tutto almeno PN16, se l'acqua è surriscaldata.

Ciao NoNickName, ma l'impianto è PN16 e pure PED da dove hai capito che non è PN16?

[NoNickName]

Dalla foto del vaso di espansione e dal tappo quadro con la canapa.

[Dastardly]

Dalla foto del vaso di espansione e dal tappo quadro con la canapa.

immaginavo, in effeti quella parte d'installazione non è proprio a regola d'arte, il resto posso dire che è PN16. Grazie NoNickname per le osservazioni sempre utili.
Non vorrei però distogliere l'argomento dal problema principale, ovvero il verificarsi di picchi di pressione pur avendo una temperatura costante di mandata di 130°C e ritorno di 110°C.
Se si formassero zone in cui l'acqua si vaporizza istantaneamente per quale motivo il problema si manifesta solo nel circuito numero 2 (quello dove era presente lo scambiatore) mentre sul circuito n.1 alimentato dalla caldaia non si sono presentati problemi? (curve e gomiti ci sono anche in quel circuito ed è presente la stessa tipologia di vaso di espansione installato dal cliente che non si è mai danneggiato).
Ripeto , prima di danneggarsi il vaso di espansione la volta precedente è intervenuta la valvola di sicurezza.

[NoNickName]

il problema si manifesta solo nel circuito numero 2 (quello dove era presente lo scambiatore) mentre sul circuito n.1 alimentato dalla caldaia non si sono presentati problemi?

La perdita di carico dello scambiatore, forse?

[Dastardly]

il problema si manifesta solo nel circuito numero 2 (quello dove era presente lo scambiatore) mentre sul circuito n.1 alimentato dalla caldaia non si sono presentati problemi?

La perdita di carico dello scambiatore, forse?

In che senso? il problema si è presentato sia con scambiatore installato che senza.

[Dastardly]

Rieccomi di nuovo.
Volevo ringraziare NoNickname e Tom Bishop per avermi chiarito con le loro osservazioni alcune possibili problematiche sugli impianti ad acqua surriscaldata.
Tra l'altro ne approffitto per chiedere se in rete c'è del materiale sul dimensionamento di reti ad acqua surriscaldata o qualche buon libro da suggerire.
Spiegare tutte le vicende in dettaglio mi viene complicato ma vorrei chiedervi una conferma per effettuare una verifica sulla pressione nel circuito.

Mi confermate che per evitare la vaporizzazione delll'acqua nel circuito la pressione di esercizio del circuito deve essere pari ad almeno:

pressione di saturazione dell'acqua alla temperatura più elevata (di mandata) + altezza idrostatica + fattore di sicurezza (10%)?

nel mio caso a 130°C e con altezza idrostatica di 10 mH20 dovrie ottenere:

Pesercizio = 1,7 bar (Psaturazione a 130°C) + 1 bar (Altezza idrostatica) + 10% = 2,97 bar (circa 3 bar)

La considerazione è corretta o a questa devo aggiungere le perdite di carico del circuito?

[valtbi]

Buongiorno,
un saluto a tutti, sono nuovo del forum e sono capitato per caso seguendo delle ricerche sul web.

Mi permetto una domanda, magari banale che non ho visto, il vaso di espansione è dimensionato correttamente per il volume di acqua dell'impianto?
Se sì, è precaricato correttamente?

chiedo perchè se fosse piccolo, non garantirebbe la compensazione di aumento di volume, quindi la membrana non lavorerebbe più.

Lavorando su impianti industriali, ci capita di incappare in problemi simili, onestamente è la prima volta che vedo un vaso di espansione in questo stato, solitamente la valvola di sicurezza scarica, dipende però dal dimensionamento della stessa e/o da imprevisti.

[Dastardly]

Grazie Valtbi,

le tue osservazioni sono pertinenti.
La risposta è un po' complicata per varie motivi che hanno riguardato quell'impianto.
Il vaso era dimensionato solo per una piccola parte del circuito ed era li più per una ulteriore sicurezza che altro. Per tutto il circuito complessivo esiste un sistema di pressurizzazione dovrebbe essere già diemnsionato correttamente.
Hai ragione quando dici che la valvola di sicurezza avrebbe dovuto intervenire, ma la seconda volta non era proprio presente , il cliente l'ha eliminata tappando la sua sede e inserendo un tubo al posto dello scambiatore. Era rimasto in pratica solo il vaso e una tubazione a "C" che si collegava da un lato del puffer a 4 attacchi.
Dalle considerezioni fatte in precedenza sono sempre più convinto che si tratti in qualche modo di formazione di vapore locale, chiedevo però conferma su come valutare la corretta pressione di esercizio dell'impianto.