di fasi operative obbligate, seppur differenziate per tipologia di impianto, partendo dalla scelta del sito e proseguendo progressivamente con la progettazione, costruzione, prove e collaudi fino alla entrata in esercizio commerciale dell'impianto e conseguente consegna finale dell'impianto stesso al Committente/Owner.
Sequenza ed organizzazione delle varie fasi.
Centrale termoelettrica a ciclo combinato (CCGT power plant - Combined Cycle Gas Turbine)
Verifica disponibilità acqua per usi interni della futura centrale termoelettrica e raffreddamento condensatori di vapore scarico turbine e macchinari. Necessaria la vicinanza al mare/fiume/canale derivato o, in alternativa, necessità di pianificare costruzione torri di raffreddamento. Verifica anche della necessaria distanza da insediamenti urbani, nonché della presenza e/o vicinanza ad infrastrutture quali porti/ferrovie/strade;
Studi di fattibilità del sito ed emissione documentazione relativa alla Valutazione di Impatto Ambientale (VIA)modifica
Verifiche effettuate direttamente in sito comprendenti tests e prove geotecniche e chiusura del processo autorizzativo di costruzione incluso l'ottenimento del parere favorevole sulla Valutazione di Impatto Ambientale (VIA)[1][2] .
Adattamento al sito, dell’ingegneria di base disponibile dalle precedenti realizzazioni, se disponibile, o sviluppo ex novo del progetto per il nuovo sito.
Sviluppo ingegneria di dettaglio relativa a tutte le fasi di costruzione, alle sequenze fondamentali di commissioning ed alla futura manutenzione d’impianto. Normalmente l’ingegneria di dettaglio è completata in parziale sovrapposizione con la costruzione dell’impianto stesso.
Procurement (Approvvigionamento) per emissione ordini di acquisizione macchinari, apparecchiature e materialimodifica
Risponde all’acquisto di componenti di base (bulk material)[3]da sagomare e lavorare in cantiere quali tubazioni, cavi elettrici, strutture metalliche, etc. portato avanti, spesso, direttamente dal committente (Owner). Detti componenti saranno consegnati ai relativi appaltatori per il successivo montaggio. Riguardo le tubazioni ed i cavi che sono gli elementi di collegamento, rispettivamente, meccanico ed elettrico fra tutti i macchinari, apparecchiature e componenti di centrale è utile sottolinearne i parametri fondamentali di riferimento.
spessore (schedula) e tipologia di materiale. Normalmente al crescere della pressione del fluido trasportato corrisponderà una crescita proporzionale dello spessore del tubo, mentre al crescere della temperatura di esercizio del fluido e/o del tipo di fluido stesso cambierà la composizione del materiale. Saranno, quindi, temperatura di esercizio, pressione, tipo di fluido convogliato a determinare le caratteristiche fisico/chimiche e conseguenti proprietà meccaniche di resistenza a corrosione, fenomeni di ossidazione/riduzione, abrasività delle tubazioni rispetto ai fluidi convogliati. Nell'evidenziare il largo impiego dei tubi negli usi sia industriali che civili, si descrivono di seguito i principali materiali per tubazioni (ed altri componenti) utilizzati nella costruzione delle centrali termoelettriche:
acciai al carbonio[4] per fluidi non corrosivi, strutture, serbatoi, pipe-rack, tubazioni fluidi freddi. Particolarmente utilizzate nelle caldaie le tubazioni ASTM A106 gr.B per temperature di progetto entro i 430 °C;
acciai bassolegati[4] di tipo ferritico per utilizzo di tubazioni, collettori, apparecchiature in pressione e componenti di caldaia e turbina quali gli ASTM A209 gr.T1a per temperature di progetto sino a 482 °C ed ASTM 335 P11 ed ASTM P22 per temperature di progetto del vapore superiori a 482 °C e sino a 538 °C per le tubazioni in P22 (temperatura vapore surriscaldato negli standard termoelettrici delle precedenti generazioni);
acciai altolegati[4] quali gli acciai inossidabili;(con materiali di lega tipo cromo, nichel, titanio, molibdeno, Vanadio, etc.) per temperature di progetto del vapore surriscaldato e risurriscaldato sino a 538 °C per la serie ASTM A312-75 TP304 - TP316, sino a 649 °C per la serie ASTM A312-75 TP 304N - 316N e sino ad 816 °C per la serie ASTM A312-75 304H - 316H, L'uso degli acciai inossidabili si rende particolarmente indicato quando, a parità di temperature di esercizio, si rende necessario ridurre i pesi delle tubazioni tramite riduzione degli spessori rispetto alle tubazioni di acciaio debolmente legato. Gli acciai inossidabili austenitici sono anche utilizzati per il trasporto di acqua demineralizzata, aria strumenti, olio di lubrificazione cuscinetti delle grandi macchine, etc;
acciai corten per condotti trasporto fumi-gas, elettrofiltri, apparecchiature faccia vista fumi-gas;
acciai duplex/nirosta per componenti desolforatori;
acciai al carbonio ricoperti internamente (teflonati, vetrificati, basaltati, gommati,con applicazione di cicli epossidici per il trasporto di fluidi acidi, abrasivi, sospensioni, ceneri, etc;
materie plastiche quali polietilene ad alta densità (PEAD) per trasporto acque potabili, industriali e fluidi antincendio;
resine epossidiche (vetroresine) di tipo isoftalico, bisfenolico, vinilestere per trasporto acqua mare, fluidi acidi e contenenti sosspensioni tipici dei sistemi di desolforazione;
rame per tubi di strumentazione od in lega (cupronichel) per fasci tubieri dei condensatori.
tubi bonna (cemento armato strato interno/esterno con anima in acciaio) per trasporto acque meteoriche e varie;
titanio/aluminum brass/cupronichel per fasci tubieri dei condensatori;
alluminio fondamentalmente per serbatoi di accumulo.
Centrale termoelettrica. Cavi e vie cavo in montaggio.classificazione e struttura relativa alla tensione elettrica di esercizio (bassa, media, alta), al tipo di rivestimento impiegato (elastomerico,termoplastico,minerale, carta impregnata) funzionale al grado di isolamento, al numero di anime (unipolari, bipolari, tripolari, multipolari) e della presenza o meno del collegamento di terra, della classe di appartenenza in funzione della flessibilità, nonchè della appartenenza alla tipologia di cavi armonizzati o non armonizzati;
caratteristiche funzionali relative alla tensione nominale con grado di isolamento elettrico crecente in funzione dell'aumento della tensione, alla portata in termini di amperaggio, alle temperature ammissibili in esercizio, alla massima temperatura di corto circuito ed infine ad altre caratteristiche fisico/tecniche quali resistenza al fuoco, emissione gas e fumi, propagazione di fiamma ed incendio;
tipologia costruttiva che disciplina il tipo di isolamento in funzione dell'utilizzo dei cavi in bassa, media ed alta tensione e per quest'ultima tipologia si menzionano anche i cavi ad olio fluido di maggiore difficoltà esecutiva ma capaci di assicurare il trasporto di una potenza maggiore a parità di tensione e sezione del cavo. Le tensioni di utilizzo raggiungono i 380 kV (altissima tensione) nel caso di trasporto della trifase a mezzo di cavi unipolari. Si citano, infine, per il trasporto dell'alta tensione anche i cavi a pressione di gas, di norma utilizzanti, in qualità di gas dielettrico, l'esafluoruro di zolfo SF6, comunque meno comuni rispetto ai cavi ad olio fluido;
sigle di designazione ed altri contrassegni. In base alle norme per impianti elettrici CEI 20-27 (Comitato Elettrotecnico Italiano) vengono designati i cavi armonizzati la cui produzione è conforme rispetto agli standard previsti dalla normativa europea CENELEC (Comitato Europeo di Normazione Elettrotecnica) riguardo ai parametri di tensione nominale di progetto, isolanti e guaine non metalliche, armature metalliche, costruzioni speciali, materiale e forma del conduttore, numero e sezione dei conduttori. I cavi non armonizzati fanno invece riferimento normativo alla tabella UNEL 35011[6] che fissa per la produzione dei cavi il rispetto dei parametri di formazione del cavo,materiale e flessibilità dei conduttori,tipo di isolante, schermo, forma e struttura del cavo, guaine e rivestimenti protettivi, grado di isolamento e tensioni nominali di progetto.
Risponde all’acquisto, da parte del committente (owner) di apparecchiature da consegnare sempre, per il loro montaggio, agli appaltatori meccanici e di elettroautomazione quali valvole, pompe, ventilatori, compressori, strumentazione di controllo e regolazione, con l’obbligo o al minimo l’opzione da parte del Fornitore delle apparecchiature, di supervisione al montaggio, in carico all’Appaltatore.
Risponde all’acquisto delle apparecchiature, macchinario, sistemi di trattamento acque in ingresso/uscita dalla centrale, unità di trattamento aria, sistemi elettrici e di regolazione, sostanzialmente packages che saranno forniti, installati e messi in servizio dal fornitore stesso.
Procurement per emissione appalti di montaggiomodifica
Emissione, da parte del Procurement, dei bandi di gara per le successive aggiudicazioni delle varie tipologie di appalto quali civile, meccanico, di elettroregolazione (a cui si affiancheranno i fornitori in opera sopra menzionati) per la realizzazione della centrale termoelettrica. Quanto sopra rappresenta la configurazione tipica dello schema contrattuale nel caso di Direzione Lavori gestita direttamente in proprio dal committente (owner).
Nel caso in cui si configuri l'assegnazione, da parte del Committente (Owner), dei lavori ed attività ad un solo contrattore si avranno i seguenti schemi contrattuali:
Un Main Contractor o General contractor, normalmente affiancato da più subcontractors, che avrà la responsabilità, nei confronti del committente (owner), di coordinare il lavoro anche dei subcontractors stessi. Si ha questo schema operativo quando una parte delle attività di progettazione e/o di procurement resta nella gestione diretta del Committente e tutta la realizzazione operativa assegnata al Main Contractor;
Un EPC Contractor (Engineering-Procurement-Construction) quando tutta la fase di ingegneria, procurement e costruzione dell'impianto viene completamente affidata dal Committente ad una società/Contractor dotata di capacità ed organizzazione tali da realizzare l'impianto in accordo a modalità di "chiavi in mano". Risulta utile, in considerazione della fondamentale importanza dell'utilizzo dell'appalto nella costuzione degli impianti, citare gli aspetti fondamentali che lo connotano.
Significa realizzare un’ opera partendo da valori di materie prime del 20/30% con grande sviluppo di attività per la maggior parte in cantiere, dove l’appaltatore si organizza con officine temporanee di prefabbricazione e preassiemaggio. In realtà il committente/owner spinge molto anche per una prefabbricazione presso le officine esterne dell’appaltatore per due motivi: prefabbricazioni svolte in migliori condizioni operative con maggior resa e sostanziali attività in parallelo fra officine e cantiere.
Una citazione utilizzata per esternare con una sintesi immediata la differenza fra i due tipi di contratto è sempre stata:
Ordini di fornitura = Dare (un componente);
Appalto = Fare (realizzare un assieme non riproducibile nelle officine)
Gli appalti tipici sono:
Civili con le ralizzazioni di tutte le opere civili di cantiere compresi gli edifici;
Meccanici con la prefabbricazione ed il montaggio di tubazioni e supporti secondari, ed il montaggi di componenti di linea, valvole, pompe etc. (normalmente queste ultime acquistate dal committente/owner, a mezzo di ordini di fornitura semplice e consegnate all’appaltatore), lasciando a quest’ultimo l’onere di acquisto tubazioni, iraccorderia idraulica (fittings), materiali per la carpenteria secondaria di ancoraggi supporti e sospensioni sulla base dei documenti di progetto (disegni e specifiche tecniche);
Elettrici con montaggio di vassoi portacavo, conduits, stesura e collegamento di tutti i cavi (di norma forniti dal Committente/Owner), montaggio quadri di bassa tensione, sistemi di illuminazione, installazione di strumentazione e di CPU, bus di campo (field bus), etc.
L'appalto è quindi quel contratto con il quale un soggetto, detto appaltatore, si obbliga nei confronti di un altro soggetto, detto committente, a compiere una determinata opera o un servizio dietro corrispettivo in denaro, con propria organizzazione di mezzi e con gestione a proprio rischio.
Considerata la fondamentale importanza degli appalti nella realizzazione degli impianti ed, in generale, per qualsiasi tipo di attività, si fa cenno ai fondamentali criteri normativi che definiscono un appalto di tipo privato (gli appalti pubblici sono disciplinati a fronte di legislazione speciale d.lgs. n. 50/2016[7] cd. codice dei contratti pubblici).
La nozione di appalto, più in particolare, è contenuta nell'articolo 1655[8]codice civile, il quale così recita: "L'appalto è il contratto con il quale una parte assume, con organizzazione dei mezzi necessari e con gestione a proprio rischio, il compimento di un'opera o di un servizio verso un corrispettivo in danaro".
L’appalto quindi è sempre di natura onerosa e vincola ambo i contraenti, ognuno per la sua parte a rispettare i dettami del contratto. La disciplina dell'appalto contempla anche ia possibilità del subappalto, la cui regolamentazione è sottoriportata:
"Se il contratto d'appalto, per regola generale, deve nascere e svilupparsi solo tra committente e appaltatore, è tuttavia anche possibile dare in subappalto l'esecuzione dell'opera o del servizio: a tal fine è però necessaria l'autorizzazione del committente e non è possibile per l'appaltatore autodeterminarsi in tal senso[9].
In tema di subappalto va chiarito che l'appaltatore ha la possibilità, in caso di responsabilità, di agire in regresso nei confronti dei subappaltatori, purché comunichi loro, a pena di decadenza, la denuncia entro sessanta giorni da quello in cui la ha ricevuta. Il subappaltatore, però, non ha alcuna responsabilità se ha agito come mero esecutore delle direttive dell'appaltatore"
Normalmente, relativamente agli impianti termoelettrici, gli appaltatori ricorrono ad uno o più subappaltatori per le seguenti principali motivazioni:
aumentare la manodopera impiegata in cantiere incrementando le proprie risorse dirette, con personale del subappaltatore avente esperienze similari;
conferire quote parte di lavoro la cui tipologia (evidentemente limitata) differisce rispetto ai lavori portanti del contratto, ad esempio piccole attività civili comprese in un appalto meccanico od elettrico, limitate attività elettriche previste in appalti meccanici o viceversa;
conferire lavori molto specialistici compresi nei lavori oggetto dell’appalto, ad esempio esecuzione di controlli non distruttivi per un appalto meccanico od esecuzione di prove e misure per un appalto elettrico. Di norma è contrattualmente fissato un limite percentuale massimo da non superare in termini di subappalto che, comunemente, è stabilito intorno al 40%. La necessità di non incrementare oltre le quote di subappalto è fondamentalmente legata alla concreta possibilità di sfilacciamento organizzativo che ne deriverebbe dovuto all'eccessivo frazionamento di responsabilità interne all’appalto che andrebbero a compromettere tempistiche, sicurezza, qualità e, in definitiva, i costi realizzativi. Infatti aumentando la quota dei lavori subappaltati, l’appaltatore è di fatto obbligato ad aumentare proporzionalmente la propria capacità organizzativa di coordinamento per garantire gli impegni contrattuali verso il committente/owner.
Ne consegue, quindi, la grande importanza delle esecuzioni in appalto nelle medie/grandi realizzazioni. Sono, infatti, più comunemente gli appalti a poter generare criticità in fase di realizzazione piuttosto che i fornitori. Infatti il fornitore in ritardo sulla fornitura creerà, eventualmente, criticità in una area specifica dell’impianto, viceversa l’appaltatore, in caso di difficoltà, lascerà tanti fronti incompleti, inclusi i collegamenti meccanici (linee di tubazioni) od elettrici (vie cavo e relativi cavi) fra diversi sistemi/packages, apparecchiature ed edifici, sparsi in tutto il cantiere influenzando, in questo modo, i completamenti impiantistici e successive prove di avviamento e funzionali di ogni fornitore di sistemi e packages. Una citazione, infine, per le Associazioni Temporanee d’Impresa (ATI), di fatto un raggruppamento di imprese diverse che associandosi in termini di risorse, esperienze e capacità, trovano la dimensione operativa ed economica per gareggiare per grandi appalti e, di conseguenza realizzare grandi lavori. A rispetto della norma di legge vi è, comunque, sempre una impresa dell’ATI responsabile verso il committente, denominata “Mandataria” con le altre che rappresentano i “Mandanti”.
La struttura documentale tipica di un appalto, largamente utilizzata in Italia per la realizzazione di centrali termoelettriche è sotto riportata:
A) Convenzione - Descrive l’oggetto dell’appalto, il costo complessivo (presunto) dei lavori, la suddivisione in partite di lavoro, i riferimenti del Committente/Owner e dell’Impresa appaltatrice, i responsabili di cantiere e le figure chiave, le persone abilitate alla firma dei documenti contabili di avanzamento lavori e l’organizzazione attesa per parte dell’appaltatore;
B) Capitolato di Appalto – E’ il documento che riferendosi agli articoli di legge descrive e fissa le regole contrattuali e le responsabilità per ambo i contraenti, comprese le regole per l’accettazione delle opere, di fatto il documento di riferimento in caso di dispute o contenziosi;
C) Capitolato Tecnico – Descrive nel dettaglio l’oggetto dell’appalto, le norme e codici di riferimento per la fornitura dei materiali, le modalità operative dei montaggi, tolleranze nei montaggi, norme di riferimento per l’esecuzione delle saldature, quantità e tipologie di controlli da effettuare, modalità di stoccaggio e corretta conservazione dei materiali sia che siano forniti dal Committente/Owner sia che siano forniti dall’appaltatore, etc;
D) Elenco Prezzi – Descrive il prezzo unitario per unità di misura di ogni singolo item, di fatto il prezziario dell’appalto, oltre agli eventuali prezzi a forfeit o per milestone contrattuale;
E) Programma Cronologico – Riporta le partite di lavoro con le relative date di inizio e fine lavori per ognuna di essa, con la descrizione dei lavori facenti parte della singola partita;
F) Elenco disegni – Riporta l’elenco puntuale di tutti i disegni, specifiche tecniche e documenti vari, sviluppati dal Committente/Owner o da sviluppare a cura dell’ Appaltatore necessari a realizzare lo scopo dell’appalto.
Installazione del precantiere con il compito di preparare la logistica e l’infrastrutturazione del sito propedeutici al successivo arrivo massivo di fornitori ed appaltatori con i loro mezzi e maestranze.
rendere disponibile acqua potabile per tutti gli usi di cantiere quali beverini, docce per le maestranze, sistemi di lavaggio, WC;
rendere disponibile acqua industriale (in ambito termoelettrico si intende acqua non potabile da utilizzare per il raffreddamento dei macchinari o in processi di lavaggio) che può essere fornita dal fiume, lago, canale di adduzione, dallo scarico degli impianti previo trattamento o dal mare previo dissalazione (quest’ultima si realizza, comunque, con il cantiere vero e proprio). Ove ne ricorra la necessità l’acqua industriale viene fornita anche, a mezzo emungimento, dai pozzi artesiani/pozzi freatici allo scopo trivellati. È utile specificare che la qualità delle acque industriali dovrà rispondere alle varie necessità di utilizzo garantendo i parametri qualitativi attesi in funzione del prodotto o processo necessitante di acqua. Attenzione particolare va posta, ad esempio, al tenore dei cloruri;
realizzare le aste fognarie di cantiere e loro collegamento con i sistemi esterni o, in mancanza, alla realizzazione di sistemi temporanei di cantiere di trattamento acque nere;
installare un impianto luce nel cantiere a mezzo pali luce e torri faro;
installare una portineria di controllo con sistema badge di accesso;
Installare la rete di recinzione perimetrale del cantiere;
installare una pesa (bilancia) di cantiere per le necessarie pesate in ingresso ed uscita;
installare il sistema di interfono, anche finalizzato alle evacuazioni di emergenza;
preparare aree scoperte per lo stoccaggio di materiali all’aperto quali tubazioni (piping), cavi elettrici, carpenterie metalliche, etc;
preparare aree coperte, shelters (tettoie) o magazzini, per lo stoccaggio di tutti i materiali e macchinari più sensibili e, per questi ultimi, provvedere anche alla climatizzazione delle relative aree di stoccaggio;
preparare aree di parcheggio auto e mezzi maestranze;
preparare aree per la successiva installazione degli uffici degli Appaltatori, quest’ultimi installati, di norma, a cura degli Appaltatori stessi;
preparare gli uffici di cantiere per ospitare i dipendenti della Direzione Lavori (siano essi appartenenti al Committente od ad un EPC/EPCM Contractor), responsabile della successiva supervisione dei lavori di realizzazione impianto;
preparare mensa, docce, WC per tutte le maestranze di cantiere, ove ne ricorra l’obbligo sulla base degli accordi contrattuali fra Committente (Owner) ed Appaltatori/Fornitori;
realizzare l'impianto centralizzato temporaneo di riscaldamento uffici e magazzini oggi comunemente costituito da sistema a pompe di calore.
Quanto sopra ricade sul committente (owner) se è quest’ultimo a farsi carico della organizzazione e gestione del cantiere, avendone ovviamente competenze ed esperienze. Ove la realizzazione dell’impianto passasse attraverso un Main Contractor (EPC), in accordo all’impegno contrattuale del "chiavi in mano", di norma il cliente lascerà al Main Contractor stesso la responsabilità di infrastrutturare il cantiere, in accordo comunque, fondamentalmente, ai passaggi sopra descritti.
Resta, di norma, a carico del committente l’onere di ottenere tutte le autorizzazioni per la costruzione[10], avviamento[11] e successiva messa in servizio definitiva[12] dell’impianto. Normalmente il committente crea, allo scopo, un ufficio dedicato operante in stretto contatto con l’Ingegneria, guidato da un responsabile che si occupa della preparazione di tutta la documentazione necessaria a supporto delle richieste autorizzative. La denominazione dell’ufficio può essere: Ufficio Autorizzazioni, Ufficio Relazioni Esterne, etc.
È utile evidenziare che quanto sopra riportato è il riferimento organizzativo nella realizzazione delle centrali termiche di media e grande taglia, costruite partendo da Greenfield[13] e, di norma, situate non in prossimità dei centri abitati. Nei casi di costruzione degli impianti in prossimità di preesistenti unità termiche o nei casi di importanti revamping[14] o ripotenziamenti sempre di unità esistenti, ci si avvale, il più possibile delle strutture esistenti delle centrali operanti, riferito a mense, spogliatoi, docce portinerie etc. in questo modo riducendo di molto i costi di infrastrutturazione del cantiere.
Organizzazione cantiere
L’installazione del cantiere vero e proprio segue le fasi del precantiere od è in parziale sovrapposizione con questo stesso. Normalmente l'organizzazione di cantiere è un team guidato da un Responsabile di Cantiere anche detto Site Manager, raccordato direttamente con il responsabile del progetto Project Manager (PM)/Project Director (PD), a cui fanno capo le varie strutture di cantiere quali:
Ingegneria di cantiere;
Construction;
Commissioning.
Ingegneria di cantiere (Site Technical Office -STO-)modifica
Raccordata con l’ingegneria di sede, che può avere in carico il completamento di una serie di dettagli, ragionevolmente più vantaggiosi da completare in sito anziché in sede, la risoluzione di clash (interferenze fisiche) e modifiche rivenienti dall’esecuzione dei montaggi, supporto nella risoluzione dei deficit rivenienti dalle interfacce fra le ingegnerie di fornitori diversi, risoluzione di modifiche richieste dal committente, supporto nella risoluzione di problematiche rivenienti durante le prove di commissioning, supporto nella risoluzione delle punch list (lista delle cose da fare) necessitanti di integrazione ingegneristica, emissione diretta o supporto verso l'Ingegneria di sede nella emissione degli "As built" finali per i disegni di propria progettazione o supporto nella verifica degli "As built" emessi dai fornitori/appaltatori. Infine, sempre in contatto con l’Ingegneria di sede, anche modifiche ed implementazioni sviluppatesi lungo il prosieguo della realizzazione stessa;
Centrale a ciclo combinato - Montaggio tubi all'interno del generatore di vapore (GVR)
Parte fondamentale della Direzione Lavori (DL) ha in carico, di norma, oltre ai lavori di construction, anche la gestione dei servizi comuni, la gestione della sicurezza in cantiere e l'interfacciamento verso le Autorità territoriali. La supervisione dei montaggi è suddivisa in specialisti civili, meccanici, elettrici, di automazione, supportati da specialisti di contabilità industriale e di programmammazione lavori, nonché da esperti di qualità e di salute e sicurezza sul lavoro. L'area di construction ha la responsabilità di coordinare la copresenza dei vari appaltatori e fornitori all’interno delle varie aree di lavoro, nonchè di supervisionare, nel corso della loro esecuzione, i lavori effettuati dai fornitori ed appaltatori e verificarne la rispondenza a fronte dei documenti di progetto, specifiche tecniche e prescrizioni contrattuali. Tale rispondenza deve coprire anche gli aspetti di tipo qualitativo, programmatico e di costi, garantendo, al contempo, che i lavori di realizzazione siano eseguiti nel rispetto delle normative di sicurezza previste dalle leggi vigenti. Per garantire l’ottemperanza di quest’ultimo punto, in cantiere è richiesta anche la presenza del Coordinatore della Sicurezza in Fase di Esecuzione dei Lavori (CSE) così come previsto dal decreto legislativo D.Lgs 81/2008[15][16] e successivi decreti, che hanno progressivamente integrato i decreti legislativi 626/1994[15] e 494/1996[15] precedentemente applicati in materia di sicurezza nei cantieri, rispettivamente, in fase di revisione/manutenzione/revamping e nelle nuove costruzioni.L'attività di Construction si esplica attraverso meetings (riunioni) programmati allo scopo di:
Verificare da subito attraverso kick off meeting la rispondenza organizzativa dei singoli fornitori ed appaltatori in termini di mezzi, maestranze, staff organizzativo ed organizzazione dei ruoli;
Verificare che le attività procedano sempre in accordo alle ultime revisioni di progetto;
Verificare che la realizzazione proceda in accordo sia alla schedula (programma) generale che a quelle di dettaglio ed ove si manifestassero problemi o scostamenti, mettere in atto azioni correttive e/o di recupero;
Verificare l’avanzamento dei lavori dal punto di vista Interdisciplinare, vale a dire, fondamentalmente, disponibilità delle opere civili per la prosecuzione dei lavori meccanici, disponibilità delle opere meccaniche per la prosecuzione dei lavori elettrici e di automazione;
Verificare in modo specifico, partendo dai programmi esecutivi di dettaglio dei singoli Fornitori ed Appaltatori l’effettiva messa in campo di modalità di lavoro, comportamenti ed attrezzature atte a prevenire infortuni o danni;
Attuare azioni sinergiche fra Construction e Commissioning con l’obiettivo di guidare l’ordine di approntamento costruttivo dei circuiti, sistemi, apparecchiature e macchinari tale che le successive sequenze di prove, avviamento e messa in servizio, a carico del Commissioning, siano eseguite in accordo alla schedula ed ove possibile, anche ottimizzate.
Quanto sopra descritto avviene con meetings su base programmatica mensile, settimanale, giornaliera (all'occorrenza, anche straordinaria), fra le diverse discipline dei Team di construction (civile, meccanica, elettrostrumentale) con le rispettive discipline di ingegneria, nonchè con i reparti di programmazione, sicurezza e commissioning,coinvolgenti sia l' organizzazione del committente che quella degli appaltatori e fornitori.
Le attività di cui sopra insieme al programma di ispezioni periodiche sul campo, permettono di rilevare il reale stato di avanzamento lavori dei vari circuiti/sistemi, apparecchiature e macchinari in fase di montaggio permettendo, nel caso, di prendere tempestive decisioni correttive sulla base degli scostamenti via via emergenti.
Riguardo le imprese esse sono chiamate a realizzare, con adeguata organizzazione di risorse, mezzi ed attrezzature, quanto oggetto del proprio scopo contrattuale nel rispetto di costi, tempistiche e qualità previste dal contratto. I documenti di riferimento contrattuale sono prezzario, programmi cronologici, specifiche tecniche, disegni e schemi (fluogrammi[17] o schemi elettrici), conducendo i lavori nel pieno rispetto delle norme di sicurezza. Allo scopo l’impresa deve necessariamente avere nella propria organizzazione un responsabile di cantiere (Site Manager/ Capocantiere), un vicecapocantiere, un responsabile di sicurezza ed un numero adeguato di capi squadra/capi area (foreman) in funzione del proprio numero di risorse, normalmente un responsabile ogni 10÷15 operai, oltre ad avere responsabili per specifiche attività, quali ad esempio un responsabile per tutto il processo di saldatura per le imprese meccaniche con grandi attività di saldatura, un responsabile per la gestione dello stoccaggio dei cavi (parco cavi) per le imprese elettriche con grande attività di posa cavi.
Le attività civili (edili) partono, naturalmente, come prime. Esse saranno necessariamente del tipo end/to start, significa che le successive attività meccaniche od elettriche potranno iniziare solo a completamento dell'opera civile stessa.
Fondazioni di sala macchine, includenti le fondazioni del turboalternatore e condensatore, turbopompe, ed in generale le fondazioni di tutte le strutture di sostegno tubazioni ed apparecchiature del ciclo termico;
Fondazioni dei pipe racks di sostegno tubazioni e vassoi portacavi (canaline di alloggio cavi);
Fondazioni opera di presa acqua a mare/fiume/, torri di raffreddamento (se presenti) necessaria al raffreddamento dei condensatori, all’alimentazione degli scambiatori (lato raffreddamento), all’alimentazione delle apparecchiature di desalinizzazione e di trattamento delle acque per tutti gli scopi di centrali. Normalmente questo step del progetto civile, è tipico di ogni centrale, dovuto alla specificità della costruzione frutto deli’adattamento al singolo sito, e rappresenta una delle parti più impegnative della progettazione civile;
Fondazioni degli edifici vari di centrale quali servizi logistici, locali elettrici, portineria;
La progettazione civile prosegue poi con l’emissione degli elaborati e disegni relativi alla esecuzione degli edifici stessi, relizzati sia in carpenteria che in muratura, i pipe racks e tutti gli edifici destinati ad ospitare apparecchiature elettriche e meccaniche, compreso l’edificio ausiliare ospitante la sala controllo[19] e zona retroquadri e, la già citata sala macchine, normalmente l’edificio più imponente di centrale;
La progettazione della ciminiera stessa, se realizzata in calcestruzzo od, al minimo la progettazione del basamento per le ciminiere metalliche;
Particolarmente importanti in termini di programma generale temporale (PTG) sono i montaggi relativi ai grandi componenti e grandi apparecchiature quali caldaie, turbine a vapore, turbogas (nei cicli combinati), cicli termici, sistema acqua di raffreddamento, sistema alimentazione combustili, generatori elettrici, sistema a 6kV, sottostazione elettrica oltre al montaggio di tutte le linee di interconnesione meccanica a mezzo tubi ed alla installazione di tutti i cavi e relative vie cavo di interconnessione elettrica fra le varie apparecchiature. Questi ultimi montaggi sono eseguiti, di norma, tramite appalti dedicati.
Il confronto fra centrali a ciclo combinato e centrali convenzionali mostra alcune differenze impiantistiche fondamentalmente legate alle modalità di generazione del vapore per la parte termica convenzionale oltre, naturalmente, all'installazione del turbogas e relativi ausiliari propri della centrale a ciclo combinato.
Montaggi della centrale a ciclo combinato (CCGT-Combined Cycle Gas Turbine)modifica
In primo luogo si specifica che il grande successo ottenuto da questi impianti, comunemente chiamati, cicli combinati o più semplicemente turbogas, a partire dalla seconda metà degli anni 90 è stato dovuto a:
· Rapidità di costruzione;
· Costo di installazione per MW ridotto, comparato con gli impianti tradizionali;
· Minore impatto ambientale durante l’esercizio;
· Flessibilità di esercizio nelle partenze, rapida modulazione della potenza in dipendenza della richiesta della rete;
· Netta diminuizione di personale necessario, a parità di potenza elettrica erogata;
· Consumo di area limitato;
Per contro si ha, in particolare, l’elevato costo del combustibile, che da solo arriva a rappresentare fino all’80% dei costi di esercizio della centrale.
La dicitura impianti a ciclo cominato rappresenta la combinazione funzionale di una turbina a gas che negli impianti termoelettrici, di norma, brucia metano accoppiata ad un proprio alternatore, con una turbina a vapore, propria degli impianti termoelettrici a carbone/lignite/olio combustibile, dove il vapore è generato non dalla combustione prodotta in una caldaia munita di propri bruciatori ecamera di combustione, bensì dallo scambio termico fra acqua alimento e gas di scarico (dal turbogas) ad alta temperatura che avviene nel Generatore di Vapore a Recupero GVR (od HRSG - Heat Recovery Steam Generator). La turbina a vapore a sua volta aziona, come detto, il proprio alternatore generante energia elettrica. Dal punto di vista termodinamico il ciclo del turbogas è il ciclo dell’ aria-gas di Brayton-Joule e quello del vapore è il ciclo di Rankine. Si evidenzia che il turbogas con il Generatore di Vapore a Recupero (GVR) sono posizionati su uno stesso asse, con il GVR posto subito dietro il turbogas stesso di modo che i gas di scarico di quest’ultimo (con temperature di c.a. 550°- 600°C) investano dopo un percorso di soli pochi metri, i banchi di surriscaldamento (SH) e di risurriscaldamento (RH) della caldaia a recupero e via via gli altri banchi, aumentando il contenuto entalpico del vapore tale da ottenere vapore saturo secco. E’ opportuno anche segnalare che, il GVR puo’ avere propri bruciatori (post combustione) situati, di norma, lato ingresso GVR stesso in 1 o 2 file. Non è un sistema diffuso in Italia od in Europa, quanto piuttosto nei paesi arabi (ad esempio nella centrale di Ras Laffan in Qatar). Si segnala inoltre che in alcuni cicli combinati, allo scopo di poter aumentare la flessibilità di impianto, per indisponibilità di parte di esso, è presente il diverter, sistema composto da una grossa serranda in materiale di acciaio austenitico e propri ausiliari di comando e controllo, posta sul circuito gas di scarico a monte del GVR, che bypassa completamente il GVR stesso, deviando i gas di scarico ad alta temperatura direttamente all’atmosfera a mezzo di una ciminiera dedicata, alta intorno a circa 40÷50 metri (ad esempio l’impianto di Ballylunford in North Ireland). E’ ovvio che nella condizione di diverter attivato, normalmente per indisponibilità del GVR o della turbina a vapore od uno dei loro ausiliari, sarà il solo alternatore del turbogas a produrre energia in quanto l’alternatore accoppiato alla turbina a vapore sarà fermo e con rendimento totale che crolla drasticamente dal 55% al 35% c.a.
La turbina a gas è un blocco unico con il compressore a formare il turbocompressore. Questo tipo di turbina è una macchina di tipo endotermico in quanto la combustione avviene all’interno della macchina stessa a mezzo di propri combustori. Il combustibile è, di norma (nelle centrali termoelettriche), gas metano, trasportato in centrale attraverso metanodotto ed immesso nella stazione di decompressione dove si iduce drasticamente la sua pressione permettendo al contempo il passaggio da fase liquida a fase gassosa necessaria all’alimentazione dei bruciatori del turbogas. In Italia, durante il periodo di massima espansione degli impianti a ciclo combinato (periodo 1999-2006) per la produzione di energia elettrica con oltre 10.000 Mw installati nel periodo, lo standard delle potenze dei turbogas si era attestata sui 250 Mw elettrici (Mwe) prodotti dagli alternatori accoppiati direttamente ai turbogas, più i c.a. 130 Mwe ottenuti dalla turbina a vapore. La configurazione di montaggio dei turbogas è stata fondamentalmente realizzata in accordo a 2 tipologie di moduli (multishaft): ·
Modulo semplice con una unità turbogas + una turbina a vapore. Nello standard delle centrali elettriche sopra descritte ha significato 250 Mwe (alternatore del turbogas) + 130 Mwe (alternatore della turbina a vapore); ·
Modulo a forchetta con due unità turbogas in parallelo + una turbina a vapore. Sempre in accordo allo standard di cui sopra, ha significato 500 Mwe (2 alternatori dei 2 turbogas) + c.a. 280 Mwe (alternatore della turbina a vapore). Come già in precedenza menzionato, la potenza termica generata dal turbogas, in accordo alla taglia e configurazione sopra descritta, è di c.a. 750 Mw termici.
Lo standard di queste macchine è di alimentare alternatori di tipo unipolare (una sola coppia di poli) e pertanto di ruotare a 3000 rpm e quindi in accoppiamento diretto con l’alternatore generando energia a 50 herz. E’ anche utile evidenziare che parallelamente alla combinazione multishaft dei turbogas, nei cicli combinati si ha anche la soluzione single shaft (albero singolo). Questa soluzione tecnica prevede il montaggio seriale su un solo albero, della turbina a gas + alternatore + turbina a vapore. L’alternatore è solo uno, di più grande taglia. Ne consegue una unità molto compatta ed uno spazio impegnato veramente ridotto, con conseguente semplificazione impiantistica e riduzione dei costi di installazione e manutenzione. Risulta utile anche evidenziare che lo sviluppo tecnologico dei turbogas ha reso possibile il raggiungimento di rendimenti attuali del 60% ed oltre negli ultimi anni (dal 53-55% di 15 anni fà) grazie allo sviluppo del materiale delle palette e materiali ceramici in zona camera di combustione;
Che opera per la filtrazione aria in ingresso del compressore. E, quindi, la presa d’aria esterna con diverse batterie di filtri in serie per la rimozione dall’aria di ogni tipo di particella solida, in particolare le polveri, come pure la rimozione delle particelle d’acqua, potenzialmente pericolose per l’integrità delle palettature del compressore. L’air intake fornisce quindi aria filtrata e pulita al compressore posto subito a valle. Nell’air intake trova posto anche il sistema antighiaccio (antiicing), sostanzialmente batterie di collettori alettati alimentati a vapore. Oltre alla filtrazione dell’aria l’air intake opera per l’attenuazione del rumore prodotto dal turbogas, attenuazione ottenuta sia con materiali isolanti o pannelli fonoisolanti di insonorizzazione, sia anche con dei silenziatori a setti;
Compressore multistadio, che nelle versioni più potenti, può arrivare ad avere fino anche a c.a. 20 file di palette, di diametro via via decrescente nel senso del flusso d’aria (compressori assiali) allo scopo di aumentare progressivamente la pressione dell’aria fra uno stadio e l’altro e sovralimentare in questo modo, la combustione all’interno della turbina a gas. Immediatamente all’ingresso del compressore c’è il sistema IGV (inlet guide vanes) vale a dire l’insieme delle pale statoriche calettate sul corpo compressore variabili angolarmente, con lo scopo di modulare la portata dell’aria, supportando tutte le fasi di operabilità del gruppo turbogas. Normalmente il compressore arriva in cantiere già accoppiato in un unico blocco con la turbina a gas ed insieme rappresentano certamente il cuore degli impianti a ciclo combinato.
Generatore elettrico (Alternatore) accoppiato a turbogasmodifica
Gli alternatori montati nelle centrali a ciclo combinato sono del tipo sincrono trifase, corredati dai loro sistemi ausiliari. Gli alternatori delle centrali a ciclo combinato come pure, delle centrali termoelettriche sono, generalmente, alternatori “unipolari” cioè ad una sola coppia di poli, a differenza degli alternatori montati, ad esempio, nelle centrali idroelettriche dove gli alternatori presentano una doppia o quadrupla coppia di poli, girando rispettivamente a 1500 e 750 rpm che garantiscono la frequenza a 50 Hz secondo la nota relazione f = np/60 Le turbine a gas/vapore, infatti, non hanno problemi a raggiungere i 3000 rpm necessari a far ruotare l’alternatore “unipolare”. Dall’alternatore viene rilasciata l’energia prodotta che attraverso il condotto sbarre (bus duct) arriva al trasformatore elevatore interconnesso alla rete esterna attraverso la sottostazione elettrica di centrale. Nelle moderne centrali la tensione di uscita dall’alternatore varia fra i 15-20 Kv elevata poi dal trasformatore di unità a 380 KV o 220KV ed immessa in rete.
Generatore di vapore a recupero GVR (HRSG)modifica
ll GVR (HRSG[20]) è sostanzialmente, uno scambiatore di calore, non avendo una propria camera di combustione e propri bruciatori (sistema unfired). E’ fondamentalmente formato da un involucro (casing) isolato/refrattariato lato interno che alloggia le serpentine [21] (nel linguaggio tecnico di cantiere denominate “arpe”). Le temperature di scarico gas alla ciminiera sono funzione del combustibile utilizzato, del n° di livelli di pressione utilizzati, nonchè della ottimizzazione del bilancio energetico. Per gli impianti in considerazione, vale a dire di grossa taglia per generazione elettrica, con 3 livelli di pressione e risurriscaldamento, i fumi scaricati alla ciminiera presentano una temperatura compresa nel range 90÷120°C.
I gas di scarico del turbogas nella cappa di ingresso del GVR hanno una temperatura in un range compreso fra i 550÷600 C°. Lo scambio di calore fra gas e tubi acqua/vapore, all’interno del GVR, è fondamentalmente di tipo convettivo con scarso apporto di scambio per irraggiamento (sopra i 600°C aumenta l’influenza di quest’ultimo sullo scambio). Allo scopo di efficientare al massimo lo scambio termico fra fumi e fluido acqua/vapore, tutti i banchi di scambio presentano tubi alettati per aumentare detta superficie di scambio. Le alettature inizialmente costruite completamente piene, sono progressivamente diventate seghettate (serrated), per via della maggiore efficienza di scambio di queste ultime. Si evidenzia inoltre che la configurazione dei tubi all’interno del casing può seguire solo 2 criteri di installazione:
Configurazione in-line o con passo rettangolare che assicura una buona accessibilità ed una accettabile lavabilità dei tubi stessi. Non ottimizza, però lo scambio termico in quanto non si creano, per effetto della geometria suddetta, le migliori condizioni di turbolenza dei fumi atte ad efficientare il massimo scambio termico;
Configurazione staggered o con passo triangolare che assicura una migliore efficienza dello scambio termico come conseguenza dell’aumentata turbolenza e velocità dei fumi e quindi con miglioramento dei coefficienti di scambio termico permettendo, conseguentemente, una riduzione delle superfici di scambio di c.a. il 15%. Di contro si hanno condizioni di accessibilità e di lavabilità più criticizzate rispetto alla configurazione in-line.
La tipologia dei GVR che si è standardizzata con le taglie dei cicli combinati in uso nelle moderne centrali di produzione elettrica, è quella con 3 livelli di pressione del vapore in ammissione turbina (HP-IP-LP) e risurriscaldamento vapore (RH) di scarico turbina HP per successiva ammissione negli stadi di media pressione della turbina stessa. Sempre in termini di standardizzazione, a seconda che il flusso dei gas attraversi le serpentine [21]montate in verticale od in orizzontale, il GVR sarà rispettivamente denominato di tipo a flusso (dei gas) orizzontale o verticale. Non ci sono differenze funzionali fra le 2 tipologie, ci sono però differenze costruttive sensibili. Il GVR a flusso verticale è tecnicamente consigliato per quelle realizzazioni di ammodernamento (retrofitting) ove le strutture di sostegno siano già disponibili in quanto rivenienti dalla demolizione di caldaie esistenti (brown field) ed in generale per le realizzazioni che presentano vincoli dovuti a spazi ristretti e sono dotati di circolazione assistita per ogni livello di pressione. Il GVR a flusso orizzontale viene montato, di norma, nei progetti green field. Il lay-out verticale di tutte le serpentine dei banchi ECO e banchi evaporanti, assicura la circolazione naturale all’interno degli evaporatori (non è richiesta circolazione assistita a mezzo pompe addizionali) ed il deflusso lineare della miscela evaporante verso il corpo cilindrico, posto in sommità del GVR. La scelta finale è funzione delle considerazioni tecniche definitive del progetto dell’impianto. Dal punto di vista delle installazioni c.a. il 90% dei GVR installati sono del tipo orizzontale. Nella casistica dei GVR è anche compresa la tipologia ad attraversamento forzato once through (OTSG Once Through Steam Generator), in cui l’acqua/vapore prosegue senza soluzione di continuità dallo stato iniziale di liquido a quello finale di vapore surriscaldato, senza la presenza dei corpi cilindrici (drums). Questa soluzione tecnica, assenza di corpi cilindrici (drums) od almeno di quello di alta pressione HP) conferisce al GVR una maggiore flessibilità di esercizio, conseguentemente il turbogas potrà essere chiamato a più rapide e frequenti richieste di partenza (start-up) e spegnimento (shutdown) e più repentini adeguamenti di carico. Si precisa che i turbogas dei cicli combinati possono essere alimentate anche a cherosene, benzina, petrolio, olio combustibile a seconda dei loro altri campi di utilizzo. E’ anche utile precisare che le centrali a ciclo combinato, possono avere utilizzi misti quale ad esempio la cogenerazione producendo, quindi, oltre all’elettricità anche vapore (a mezzo del GVR) utilizzato per altri usi quali dissalazione di H2O mare, teleriscaldamento, differenti necessità industriali.
Una menzione particolare merita il processo di cogenerazione per la produzione mista di elettricità e vapore utilizzato per la dissalazione dell’acqua mare, particolarmente utilizzato nei paesi arabi. Qui le centrali a ciclo combinato, fermo restando la produzione di elettricità dell’alternatore accoppiato al turbogas, presentano diversi stadi di spillamento lato ciclo vapore, indirizzati verso batterie di dissalatori d’acqua mare per la produzione di distillato ed acqua industriale.
Balance dei macchinari, apparecchiature e packages a completamento della centrale a ciclo combinatomodifica
Il completamento dei sistemi fondamentali di una centrale a ciclo combinato comprende ancora il circuito termodinamico con: turbina a vapore e suo alternatore, condensatore, tubazioni del ciclo di alta pressione (tubazioni vapore alta pressione AP, tubazioni vapore risurriscaldato caldo VRC, vapore risurriscaldato freddo VRF), tubazioni del ciclo termico di bassa pressione con il il sistema del condensato. Il BOP (balance of plant) dell'impianto comprenderà l’insieme delle tubazioni, delle pompe, degli organi di manovra quali valvole manuali, valvole on-off motorizzate, valvole attuate di regolazione dei processi nonchè dagli elementi di misura del processo quali misuratori di portata, di pressione, di temperatura, pressostati, termostati, flussostati, etc. relativi ai sistemi di vuoto condensatore, vapore ausiliario, H2O demineralizzata, aria compressa servizi e strumenti, acqua industriale raffreddamento macchinari, sfiati e drenaggi, CO2 ed H2 interconessi con i sottoelencati packages e stazioni:
Impianto di trattamento H2O grezza in ingresso centrale riveniente da fiumi, laghi, pozzi a mezzo di chiarificatori, flocculatori;
Impianto di produzione acqua demineralizzata per l'alimentazione del ciclo acqua-vapore;
Impianto di filtrazione continua dell’acqua ciclo H2O/vapore con sistema di resine a scambio ionico (filtri powdex);
Impianto di potabilizzazione H2O (se non disponibile da acquedotto);
Impianto di trattamento H2O reflue (ITAR) acide ed oleose;
Caldaia ausiliaria per la produzione di vapore ausiliario di partenza;
Stazione di arrivo e decompressione metano per l’alimentazione dei turbogas (e per centrali policombustibili);
Impianto di produzione aria compressa;
Impianto antincendio con installazione di motopompe, elettropompe, linee di trasporto H2O, apparecchiature di intervento, circuiti di rilevazione per la protezione delle apparecchiature e parti di impianto;
Impianto di raffreddamento condensatori con l’installazione delle griglie di filtrazione, pompe opera di presa, condotte di adduzione e restituzione acqua di raffreddamento od in alternativa del sistema torri di raffreddamento;
Serbatoi di stoccaggio H2O per le varie necessità della centrale termoelettrica;
Impianto fosse bombole CO2 ed H2 per l’alimentazione di idrogeno agli alternatori;
Impianti di ventilazione edifici vari;
Trasformatore di avviamento;
Trasformatori di unità;
Condotti sbarre (bus ducts);
Stazione elettrica;
Sistema di controllo emissioni;
Power center 6KV e quadri di distribuzione ;
Power center 0,4KV e quadri di distribuzione;
Sistema batterie, raddrizzatori ed inverter;
Sistema DCS (Distributed Control System);
Sistema elettrico composto da cavi di Potenza, regolazione e controllo, cavi dei sistemi di illuminazione, insieme della strumentazione elettrica di campo.
Montaggi della centrale termoelettrica policombustibile/carbone/lignite/olio pesantemodifica
Come già evidenziato l’impianto a carbone è certamente, nella gamma delle centrali termoelettriche, il più complesso in termini di realizzazione e relative tempistiche. Ciò è dovuto fondamentalmente alla quantità e dimensioni dei componenti che compongono l’unità termoelettrica. Si aggiunge a questo anche il differente ciclo termodinamico relativo alla fisica del vapore.
Fisica del vapore
A differenza dei cicli combinati, infatti, che sommano 2 cicli termodinamici diversi, le centrali termoelettriche a vapore fondano la loro piena funzionalità sul solo ciclo acqua vapore e, quindi, sul Ciclo Rankine.
Una prima importante suddivisione, anche connessa a quanto sopraccitato, relativamente allo standard di taglia degli impianti (inclusi quelli italiani) è legata alle pressioni di progetto ed esercizio dei generatori di vapore che, si suddividono in:
Generatori di vapore a pressione subcritica;
Generatori di vapore a pressione ipercritica (e super-ipercritica).
Dai diagrammi del vapor d’acqua di Mollier nei piani (h,s) e (T,s) od a mezzo delle tabelle del vapore, saturo e surriscaldato si ricava la pressione limite che suddivide il campo subcritico dall’ipercritico corrispondente al valore pcr = 221,2 bar, a cui corrisponde una tTcr = 374.15°C. Questo punto rappresenta il vertice della “campana”e, quindi, il punto critico nel diagramma (T,s).
Al di sopra del punto critico il passaggio di stato avviene direttamente senza la fase intermedia liquido + vapore (condizione esistente all’interno della “campana” del diagramma).
Ne consegue che i generatori di vapore a pressione ipercritica e super-ipercritica lavorano con pressione superiore ai 221,2 bar corrispondente ai 225 Kg/cm2. (Di seguito i diagrammi di Mollier del sistema acqua-vapore). Quanto sopradescritto aiuta ad instradare la descrizione delle tipologie funzionali dei generatori di vapore.
I componenti principali del sistema generatore di vapore - turbina a vapore sono:
Il generatore di vapore comunemente detto caldaia, ha la funzione di trasformare l’energia chimica posseduta dal combustibile in energia termica e di trasmetterla al fluido acqua in modo da trasformarlo in vapore con determinate caratteristiche di pressione e di temperatura.
I suoi componenti principali sono:
Sistema di alimentazione carbone (in area caldaia) ai mulini con nastri, bunkers di stoccaggio, bilance ed alimentatori dei mulini;
Mulini (in Italia del tipo anelli/sfere - tazze/rulli) per la macinazione del carbone a ridurlo in polverino;
stema trasporto polverino ai bruciatori che include i ventilatori aria primaria mulini (APM), tubazioni e valvole;
Sistema dei bruciatori carbone che possono essere del tipo verticale, tangenziale, frontale e loro posizionamento frontale a doppia od a quadrupla parete, su più livelli, sugli angoli di parete;
Bruciatori (lance) per olio pesante/con sistemi di atomizzazione combustibile meccanica o supportata con aria/vapore. La posizione dei bruciatori nafta pesante è del tipo frontale o tangenziale.
Bruciatori gas (centrali policomustibili);
Sistema delle torce pilota (gasolio) per l’accensione di caldaia e delle torce a gasolio di avviamento insieme al sistema elettrico di accensione ed al sistema di rilevamento fiamma;
Ventilatori di ricircolo gas;
Sistema aria tenuta e sbarramento per portine, bruciatori (caldaie pressurizzate);
Sistema di soffiatura banchi per la soffiatura periodica con aria o vapore della cenere/fuliggine dai banchi di serpentine;
Guardia idraulica di fondo caldaia;
Tramoggia di fondo caldaia raccolta ceneri pesanti
Lo standard che si era imposto in Italia, fra la fine degli anni 60 ed inizio anni 80 del XX secolo, per la generazione di vapore da gas,olio pesante e da carbon fossile ha guardato ad impianti con unità di taglia 320 MW, costruiti per funzionare, appunto, a gas, olio pesante (bunker “C”) e carbone a cui si sono affiancati impianti con unità da 660 MW.
I generatori di vapore, nel lessico comune dette caldaie, si distinguono dal punto di vista funzionale in:
Caldaie a circolazione naturale;
Caldaie a circolazione forzata.
Costruttivamente e circuitalmente le 2 tipologie di caldaie sono sensibilmente diverse.
Includono all’interno del circuito delle parti in pressione anche il corpo cilindrico, sostanzialmente un grosso e lungo collettore, posto in posizione alta di caldaia con all’interno dei setti separatori detti cicloni, capaci di separare l’umidità residua dal vapore.
In questa tipologia di caldaia il processo del ciclo acqua vapore è con soluzione di continuità, è cioè, di fatto, diviso in 2 parti ed il corpo cilindrico fa da componente di separazione fra la fase acqua e la fase vapore:
Fase acqua con ingresso nell’economizzatore (inizio caldaia) di acqua pompata dalla pompa alimento (acqua in arrivo dal condensatore con l’aspirazione delle pompe estrazione condensato al degasatore (deareator), quindi pompa alimento, riscaldatori alta pressione (AP), ingresso economizzatore) con incremento della sua temperatura ed alimentazione del corpo cilindrico (c.c.) posto in alto della caldaia, quindi mescolamento con l’acqua già presente nel corpo cilindrico stesso e mantenimento del livello all’interno del corpo cilindrico. Dalla parte inferiore del c.c. fuoriesce acqua man mano più calda che attraverso un tubo/i di caduta (down comer/s) alimenta i collettori di ingresso dei tubi schermanti la camera di combustione e cioè i tubi vaporizzatori. Da questi la miscela aria-vapore, formatasi lungo il percorso nei tubi vaporizzatori, entra nel corpo cilindrico dalla parte superiore dello stesso;
Fase vapore con partenza dal c.c. dove avviene la fase di separazione del vapore saturo secco dall’acqua per mezzo dei separatori di umidità (cicloni) che fuoriesce da una linea dedicata parte superiore del c.c. ad alimentare i banchi di surriscaldamento primario e secondario con reintegro continuo di acqua (condensato) in arrivo acqua dal condensatore, sulla spinta della pompa alimento.I banchi di surriscaldamento, innalzano la temperatura del vapore sino alla condizione di vapore surriscaldato saturo secco per la successiva ammissione nel corpo di alta pressione di turbina. Il nome del tipo di caldaia (a circolazione naturale) deriva dal fenomeno fisico della diminuzione del peso specifico dell’acqua a seguito del suo riscaldamento nei tubi vaporizzatori, dovuto al calore prodotto in camera di combustione . Per effetto del fenomeno fisico sopradescritto viene innestata e garantita continuità alla circolazione naturale dal basso verso l’alto.
La caldaia a circolazione naturale, trova dei limiti funzionali man mano che aumentano le pressioni di esercizio. Infatti l’aumento della pressione richiederebbe un progressivo adeguamento del diametro tubi di parete (schermo) allo scopo di mantenere basso il valore delle perdite di carico, con aggravio di pesi e costi.
La diversità funzionale di questo tipo di caldaia si basa essenzialmente sulla continuità del percorso acqua che, entra in caldaia nell’economizzatore sotto la spinta delle pompe acqua alimento, con attraversamento progressivo di tutte le pareti vaporizzanti (schermi, cielo, naso, gabbie) e successivo attraversamento dei banchi di surriscaldamento primario e secondario, arrivando alla condizione di vapore surriscaldato per l’alimentazione della turbina a vapore, senza ripartizioni circuitali fra le fasi acqua e vapore. Il processo della caldaia è, quindi, del tipo “one through” (OTSG Once Through Steam Generator), in cui il fluido acqua/vapore prosegue, appunto, senza soluzione di continuità dallo stato iniziale di liquido a quello finale di vapore surriscaldato e quindi, fondamentalmente, in assenza di ricircolazione. Viene conseguentemente a mancare il componente principale che permette la ricircolazione e, cioè, il corpo cilindrico (drum). Le pompe alimento hanno il compito di fornire all’acqua la prevalenza totale che, al netto delle (consistenti) perdite di carico subite dall’acqua stessa, sia per l’attraversamento dei preriscaldatori di alta pressione (AP) che di tutti i circuiti in pressione di caldaia, assicuri il raggiungimento della pressione di esercizio del vapore, in uscita surriscaldatore di caldaia e successiva ammissione in turbina.
L’utilizzo delle caldaie ad attraversamento forzato è particolarmente indicato quando occorra produrre vapore con elevate caratteristiche di pressione e di temperatura. Fra i suoi vantaggi ingloba la possibilità di utilizzare tubi vaporizzatori di sezione minore e quindi, conseguentemente, di peso e costo minori. Le pareti sono formate da pannelli membranati, che assicurano una tenuta ottimale sia per le caldaie operanti in pressione che in depressione, semplificando le prefabbricazioni di officina e velocizzando i montaggi per via dell’assenza totale o quasi dei mattoni refrattari. Questo tipo di caldaia ha bisogno dell’installazione di un dedicato circuito di avviamento.
La turbina a vapore che, ritroviamo anche negli impianti a ciclo combinato, può essere montata in sala macchina con asse disposto sia longitudinalmente che trasversalmente, rispetto alla sala macchine stessa. Ognuna delle due disposizioni ha vantaggi e svantaggi:
La disposizione longitudinale restringe la larghezza della sala macchine alleggerendo significativamente il sistema strutturale di copertura del fabbricato, nel contempo aumentandone la lunghezza. Di norma, con la presenza impiantistica di turbine con un asse macchina molto lungo si è obbligati all’adozione della disposizione longitudinale;
La disposizione trasversale risulta ottimizzata in termini di simmetria generale dell’unità e dei suoi ausiliari oltre a richiedere un percorso minore delle varie tubazioni di collegamento tra caldaia e turbina. Per contro bisogna realizzare uno sbalzo maggiore delle arcate di sala macchine trascinandosi il problema di una ampia luce anche per gli appoggi dei carriponte e relativi momenti flettenti.
Le turbine a vapore sono macchine nelle quali l’energia termica si trasforma in energia meccanica, utilizzando vapore in pressione che fa ruotare una o più corone di palette mobili specificatamente sagomate e riportate circolarmente su dischi o su tamburi solidali a un albero. Il tutto costituisce il rotore. Il rotore è supportato da una serie di cuscinetti alloggiati nella cassa statore. Lo statore a sua volta comprende i condotti di adduzione e di scarico del vapore e i distributori (diaframmi di turbina). I distributori sono condotti a sezione variabile opportunamente calcolati e dimensionati, disposti in modo che allo sbocco il vapore venga indirizzato, a rendimento ottimizzato sulle palette rotoriche. In dipendenza della direzione del vapore, la turbina può essere assiale (il deflusso del vapore avviene secondo l’asse della turbina) o radiale (il deflusso avviene in direzioni perpendicolari all’asse). Esse possono processualmente funzionare ad azione od a reazione. Nelle turbine ad azione la trasformazione dell’energia termica in energia cinetica avviene esclusivamente nel distributore; nelle turbine a reazione tale trasformazione avviene in parte nel distributore e in parte nella girante. Le turbine attualmente impiegate nelle centrali termoelettriche sono tutte del tipo assiale e lavorano con modalità mista, cioè ad azione e reazione utilizzando più stadi che possono essere raggruppati in una sola cassa (turbina monocorpo) o in più casse (turbina a più corpi). Per quanto attiene le potenze standardizzate di 320 e 660 MW, la configurazione della turbina è composta da un corpo (cilindro) di alta pressione (AP), da uno di media pressione (MP) e da uno o 2 corpi di bassa pressione (BP). A questi si aggiunge una cassa comando e regolazione. La cassa comando contiene gli organi di regolazione e poggia sul cemento della fondazione (cavalletto di turbina) tramite una piastra metallica, saldamente ancorata al cavalletto di turbina e perfettamente levigata, il cui scopo è quello di permettere lo scorrimento della stessa cassa a seguito delle dilatazioni termiche. Le controcasse servono a sostenere i diaframmi (distributori fissi) all’interno delle casse e sono centrate mediante apposite chiavette di bloccaggio.Si hanno poi i cuscinetti che sostengono l’albero turbina, del tipo a strisciamento, lubrificati e raffreddati da olio in pressione. Il viradore è un altro importante componente della macchina, costituito da un motore elettrico che aziona un treno di ingranaggi che permette alla turbina di ruotare lentamente (circa 3 giri/min) prima dell’avviamento per eliminare eventuali eccentricità dell’albero e favorire lo spunto della macchina ed al contrario, per raffreddarsi uniformemente, subito dopo essere usciti dalla condizione di parallelo con la rete elettrica. La turbina è munita, oltre alla serie di cucinetti radiali, anche di un cuscinetto reggispinta, atto a reggere la spinta assiale. La lubrificazione, di tipo forzato, è garantita da una serie di pompe in corrente alternata ed anche una di emergenza in corrente continua, che pescano da un cassone e supportano la pompa coassiale azionata direttamente dal rotore. Altra importante componentistica di turbina sono le tenute vapore normalmente del tipo a labirinto, costruite differentemente a seconda della pressione da contrastare.
Al fine di poter controllare il flusso di vapore e, conseguentemente, regolare la potenza della turbina essa è corredata di valvole. Dette valvole sono di due tipi:
Valvole di emergenza o di stop che hanno il compito di isolare la turbina rispetto al flusso di vapore. Questo in fase di avviamento o per scatto turbina richiesto dal sistema di regolazione. In alcuni casi le valvole di stop possano avere anche una doppia funzionalità e cioè attraverso un piccolo otturatore alloggiato sull’otturatore principale, di poter laminare una quantità limitata di vapore per permettere l’avviamento della turbina (in questo caso la valvola è denominata valvola di presa) oltre alla funzione di emergenza;
Valvole parzializzatrici o di regolazione, che hanno lo scopo di regolare al valore richiesto la portata del vapore alla camera ugelli della turbina, seguendo le richieste del sistema di regolazione turbina, a sua volta interconnesso con il sistema di regolazione coordinata. La regolazione avviene attraverso parzializzazione (piuttosto che laminazione).
Naturalmente la turbina dispone anche di una serie di dispositivi di controllo e protezione. In primo luogo è protetta a mezzo di termocoppie installate nelle parti principali delle casse, in modo da controllare i gradienti di riscaldamento del materiale e non superare determinati coefficiente in qualsiasi condizione di funzionamento. Il sistema di supervisione della turbina controlla varie funzionalità, intervenendo in caso di anomalie che potrebbero danneggiare la macchina. In particolare sono oggetto di continuo controllo:
l’eccentricità dell’albero in fase di avviamento e di arresto, provocata dalla diversa entità di riscaldamento nelle zone di turbina;
l’espansione differenziale, cioè la variazione di lunghezza dell’albero rispetto allo statore;
la dilatazione assoluta della cassa;
l’ampiezza delle vibrazioni dei supporti;
le temperature del metallo della cassa turbina e della cassa valvole.
la velocità della turbina;
Normalmente in cantiere, appena disponibile il cavalletto (fondazione di turbina) e stabilita la posizione precisa di montaggio della macchina a seguito di una serie di rilievi topografici, partendo da capisaldi (benchmarks) noti in sala macchine, si ottengono le coordinate planimetriche ed altimetriche degli assi di turbina. Il primo step sarà il posizionamento delle sottopiastre di appoggio dei piastroni di ancoraggio e scorrimento delle casse di turbina, insieme al piastrone di appoggio della cassa comando di turbina. Come summenzionato è proprio su questo piastrone che la turbina produce la sua massima dilatazione (c.a. 30 mm per le macchine da 320 MW). Una volta inghisate con malte speciali antiritiro queste piastre e sottopiastre (embedded parts), si procede con il posizionamento delle casse inferiori. A seguire si monteranno i semigusci inferiori di tutti i cuscinetti e si procederà alla loro verifica di allineamento longitudinale. Quando l’allineamento di tutti i cuscinetti sarà rientrato all’interno delle tolleranze progettuali sarà possibile bloccare in posizione le casse inferiori ed i cuscinetti stessi. Queste fasi sono fondamentali per garantire, successivamente, il normale funzionamento ed i consumi delle parti striscianti entro i limiti previsti. La lunghezza dell’asse, nelle turbine di grande potenza, raggiunge e può superare i 30 metri, di conseguenza le frecce (flessioni) dell’albero che ne derivano sono molto pronunciate. L’aspetto importante che ne consegue è che ai fini del montaggio la turbina e l’alternatore, collegati in solido attraverso i rispettivi rotori, diventano di fatto una macchina unica, questo perchè le dilatazioni sono interconnesse, in quanto la turbina scarica sull’alternatore la quota parte di dilatazione partendo dal suo punto fisso. Pertanto la catenaria di allineamento a freddo posizionerà i cuscinetti ad altezze diverse (nell’arco della differenza di decimi di mm) precalcolate, in modo tale che l’albero venga a formare (a freddo) una freccia che si annulla con la presa progressiva della temperatura ed il numero di giri. Si precisa anche che l’albero turbina non è un pezzo unico ma formato da 3-4 spezzonature accoppiate per mezzo di flangioni rigidamente accoppiati fra loro a mezzo di grossi bulloni perfettamente lavorati detti “calibrati”. La fase fisica dell’allineamento comporta tolleranze sull’allineamento sia assiale che radiale in un range di 0,01÷0,015 mm. in modo da evitare, in funzionamento, alte vibrazioni dell’albero che portano conseguenze meccaniche sui cuscinetti, tenute vapore ed, in definitiva, al probabile arresto della macchina per intervento stesso delle protezioni.
Il condensatore è il componente finale che chiude il percorso termodinamico del vapore. Esso è posto fisicamente al di sotto del corpo (o dei corpi) di bassa pressione della turbina ed è collegato alla stessa attraverso un giunto di dilatazione che permette le dilazioni differenziali turbina-condensatore. Il condensatore ha la funzione di condensare il vapore scaricato dalla turbina di bassa pressione. Il calore di condensazione del vapore viene ceduto all’acqua condensatrice, che circola all’interno del fascio tubiero del condensatore. La temperatura dell’acqua condensatrice influenza la temperatura del condensato, che a sua volta determina la pressione esistente nel condensatore, normalmente inferiore alla pressione atmosferica. La variazione di pressione all’interno del condensatore fa variare il rendimento del ciclo termodinamico. In particolare con la diminuizione o l’aumento della pressione nel condensatore aumenta o diminuisce il rendimento. Diminuizione pressione significa aumento lavoro di espansione del vapore e quindi maggior rendimento, aumento della pressione significa diminuizione espansione vapore e quindi minor rendimento. La pressione nel condensatore dipenderà quindi dalla temperatura dell’acqua in entrata. Acqua più fredda significa maggiore cessione di temperatura dal vapore all’acqua di raffreddamento, circolante nel fascio tubiero e, conseguentemente, maggiore espansione e maggior rendimento; maggior temperatura acqua in ingresso condensatore porterà a condizioni opposte.
E' sostanzialmente uguale all'alternatore accoppiato al turbogas dei cicli combinati.
Balance dei macchinari, apparecchiature e packages a completamento della centrale termoelettrica policombustibile/carbone/lignite, oliopesantemodifica
Sistema di scarico e stoccaggio del carbone con banchine, gru a benna/coclea/tazze per lo scarico, nastri di trasporto, torri di ripresa nastri con funzioni anche di comando e controllo, parco di stoccaggio carbone (coal dome), macchine di scarico (stacker) e carico (reclaimer), nastri trasporto sino in caldaia;
Sistema di scarico, stoccaggio e ripresa nafta pesante, con serbatoi a tetto galleggiante, stazione di pompaggio nafta che include filtri, pompe a vite di spinta nafta ai bruciatori, riscaldatori nafta, linee di arrivo in caldaia;
Stazione arrivo gas, sistema di decompressione, apparecchiature e linee di arrivo in caldaia;
Sistema di drenaggio olio da ghiotte bruciatori, condense varie, acque acide;
Sistema vapore ausiliario;
Sistema trasporto ceneri pesanti e leggere.
Captatori di cenere quali elettrofiltri o filtri a manica;
Sistemi di denitrificazione e desolforazione.
Materiali (Caldaie e cicli termici) e rendimentimodifica
La necessità di aumentare i rendimenti negli impianti a vapore ha comportato un progressivo aumento delle temperature di esercizio passando dai 538÷540°C agli oltre 600°C con realizzazioni di centrali passate da funzionamento subcritico ad ipercritico e poi a quello ultra-supercritico. Questo ha richiesto, di conseguenza, la continua evoluzione dei materiali relativi ai componenti funzionanti ad alte pressioni e temperature in particolare le tubazioni del vapore surriscaldato e risurriscaldato di caldaie e dei cicli termici. Fermo restando l'uso degli acciai al carbonio, degli acciai debolmente legati al molibdeno ed dei legati al cromo-molibdeno, nella seconda metà degli anni “90” si sono resi disponibili materiali ferritici più avanzati quali il P91 e P92 rispetto ai precedenti acciai ferritici P11-P22 (in gergo cantieristico rispettivamente chiamati Cromo1 e Cromo2). Questi nuovi tipi di acciai ferritici presentava una migliore resistenza alla ossidazione e corrosione a caldo, nonchè l'aumento della resistenza alla rottura per scorrimento. Infatti il P91 seguito poi dal P92 sono materiali che legano un alto tenore di cromo e molibdeno (il cromo migliora la resistenza alle alte temperature e aumenta la resistenza all'ossidazione, mentre il molibdeno aumenta la resistenza al creep). Il creep (scorrimento viscoso a caldo) è sostanzialmente la deformazione permanente del materiale sottoposto ad alta temperatura a sforzo costante. E' un fenomeno complesso riconducibile allo scorrimento dei piani cristallini e/o riconfigurazione dei grani cristallini o del loro bordo grani che nel tempo generando un impoverimento resistente della struttura del materiale porta, attraverso anche possibile formazione di cricche, alla rottura del materiale stesso. Il materiale P91 ha avuto anche il vantaggio di diminuire il peso dei tubi dovuto, a parità di condizioni, alla riduzione degli spessori di parete che, conseguentemente, hanno abbassato le sollecitazioni sui supporti strutturali del sistema delle tubazioni. Alla disponibilità dell’acciaio P91 si è affiancato, in breve tempo, la disponibilità del P92, anch’esso appartenente alla famiglia degli acciai resistenti allo scorrimento viscoso per l’impiego negli impianti termoelettrici. Questo materiale è stato studiato per operare alle elevate temperature tipiche dei gruppi termoelettrici ultra-ipercritici (600°C ed oltre), per le quali il P92 esibisce valori della sollecitazione ammissibile nettamente superiore agli acciai più tradizionali quali, appunto, il 2,25 Cr-1Mo (P22) e migliorativi, anche, rispetto allo stesso P91 (9Cr-1Mo). Questa differenza di sollecitazione ammissibile tra P92 e P91 a temperature di 600°C ed oltre, consente ancora una significativa riduzione degli spessori e dei pesi dei componenti operanti in regime di creep, quali collettori e tubazioni di linee vapore, limitando al contempo anche l’entità degli sforzi da fatica termica.
I codici materiali sono:
ASTM A335 Gr. P91 EN standard X10CrMoVNb9-1 - UNS K91560
ASTM A335 Gr. P92 EN standard X10CrWMoVNb9-2 - UNS K92460
I materiali ferritici sono poi sempre affiancati dagli acciai inossidabili austenitici anch'essi resistenti alla ossidazione a caldo oltre che al creep. Sono frequentemente utilizzati per tubazioni di caldaia e recipienti in pressione operanti oltre i 600°C. Il grado di difficoltà in saldatura è nella norma e non necessitano di trattamenti termici dopo saldatura stesssa. Nelle centrali termoelettriche sono comunque frequentemente utilizzati gli acciai inossidabili a basso contenuto di carbonio quali gli AISI 304L e 316L (L= Low Carbon) capaci di minimizzare la precipitazione di carburi di cromo prodotti durante la esecuzione della saldatura e conseguentemente la suscettibilità alla corrosione intergranulare ed infragilimento in zona di saldatura ZTA (Zona Termicamente Alterata). Il basso tenore di carbonio riduce anche la possibilità di legame fra carbonio stesso ed idrogeno, legame che peggiora le caratteristiche dell’acciaio particolarmente alle alte temperature. La designazione AISI origina dall'American Iron and Steel Institute, poi recepita dall'ASTM con codifica ASTM A 240 Grade 304L-316L corrispondentI alle codifiche europee EN X2CrNi18-9 – X2CrNiMo17-12-2.
I rendimenti degli impianti a vapore si sono, quindi, evoluti efficientando il ciclo Rankine con un progressivo incremento delle pressioni e temperature di lavoro del vapore, passando da pressioni e temperature del vapore all’ingresso in turbina di circa 13 bar e 250°C di inizio ‘900 (prime unità termoelettriche) ai c.a 145 bar e 538°C degli anni “50÷60”, con potenze che dai 35 MW precedenti si assestarono sui 150 MW per unità (semplice surriscaldamento) per portarsi negli anni “60” su uno standard di centrali con vapore in ammissione turbina a c.a. 165 bar e 538°C e risurriscaldamento a 538°C, sostanzialmente la taglia di 320 MW, che ha formato l’ossatura del parco termoelettrico italiano. L'evoluzione impiantistica e la capacità di innovazione dei grandi costruttori mondiali, hanno permesso la realizzazione di impianti con parametri del vapore sino ai 300 bar di pressione e 600°C di temperatura in ammissione turbina, sostanzialmente i cicli ultrasupercritici USC (condizioni di vapore con pressione > 276 bar e temperatura > 552°C), realizzati in vari paesi del mondo grazie, appunto, alla evoluzione dei materiali ed alla implementazione dei cicli rigenerativi (splillamenti vapore dalla turbina) con un rendimento attuale degli impianti pari a:
impianti con turbine a vapore con potenza unitaria massima che arriva a circa, negli ultimi impianti, a 1300 MW. Il rendimento globale della centrale con turbine a vapore, che adotta cicli standard con semplice risurriscaldamento e 7-8 spillamenti, raggiunge al massimo carico il 40%. Adottando cicli USC il rendimento può giungere fino al 46% circa.
impianti con turbine a gas in ciclo semplice con potenza unitaria di 250÷300 MW Le moderne turbine a gas in ciclo semplice hanno rendimenti intorno al 38%.
impianti a ciclo combinato con potenza unitaria di 750÷900 MW. Con questa configurazione il rendimento supera il 55% fino al 60% nei cicli più moderni.
L'installazione di un tipo di impianto rispetto ad un altro passa attraverso diversi parametri quali tipo di combustibile da utilizzare, risorse da impiegare, manutenzione da espletare, etc. oltre, particolarmente per gli impianti a ciclo combinato, alla flessibilità di impiego dell’impianto che è determinata dalla sua rapidità di avviamento e dalla possibilità di compiere ampie e veloci variazioni di carico. Nei cicli combinati la turbina a gas non ha infatti problemi a coprire i carichi di punta, seguendo le richieste del ripartitore nelle accensioni e spegnimenti, la cui limitazione nella rapidità di risposta deriva dall’inerzia termica dell’area impiantistica del vapore. Gli impianti a carbone, compresi gli USC, sono progettati per il carico di base delle reti elettriche (al pari del nucleare). Gli studi recenti sui cicli combinati sono orientati a progettare e realizzare cicli sempre più flessibili e sempre pù rapidi nel seguire le richieste della rete.
La saldatura è il punto di unione fra stessi materiali (omogenei) od anche diversi (eterogenei). I materiali a seconda delle pressioni e delle temperature di lavoro saranno composti da acciai al carbonio con spessore adeguato a contrastare gli sforzi dovuti a pressione o carichi e da acciai progressivamente più legati per contrastare gli effetti della temperatura o del tipo di fluido trasportato. La saldatura è un processo fondamentale di tutte le attività di montaggio relative ai montaggi di caldaie, turbine, cicli termici di alta e bassa pressione, componenti in pressione, strutture portanti, etc. articolata in diversi passaggi tali da garantire nella zona saldata le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche equivalenti al materiale base. Se così non fosse, tutte le saldature verrebbero ad essere dei punti molto deboli del componente, della struttura o della tubazione saldata. Gli appaltatori e fornitori dovranno quindi avere adeguata organizzazione per eseguire e garantire tutto il processo di saldatura relativo all’oggetto del proprio appalto/ordine, vale a dire:
Responsabile del processo di saldatura;
Saldatori qualificati in base alle tipologie di procedimenti e materiali da saldare con evidenza della certificazione;
Procedure di saldatura aziendali quali WPQR-WPS (Welding Procedure Qualification Report-Welding Procedure Specification);
Documenti organizzativi aziendali del processo di saldatura quali modalità di stoccaggio elettrodi, tipologie di forni di mantenimento della temperatura per la conservazione degli elettrodi, fornelli portatili, responsabile del controllo, attrezzature necessarie alla esecuzione delle saldature e loro manutenzione e controllo periodico, etc.
L’impresa sarà responsabile della esecuzione e dei controlli (CND) delle saldature, la Direzione Lavori avrà il compito di sorvegliare la corretta rispondenza di tutto il processo.
Giova dare una sintetica panoramica circa la tematica delle saldature. Il primo passaggio è quello della titolarità della certificazione relativa alla qualifica dei procedimenti (WPQR), significa aver fatto prove di saldatura su determinati materiali in accordo alle relative norme di riferimento, averle controllate tramite CND ed aver prodotto in laboratori terzi specializzati tutta una serie di prove/tests sui provini prodotti, normalmente anche di tipo distruttivo. Se le prove avranno dato esito positivo il laboratorio rilascerà apposita certificazione che entrerà a comporre il dossier della relativa WPQR. Ogni WPQR andrà a coprire una determinata gamma di materiali (acciai al carbonio, acciai inossidabili, acciai eterogenei) ed una gamma di configurazioni geometriche dei materiali da saldare (tubazioni e relativi diametri/spessori, lamierati e relativi spessori, tipologie di strutture. Da ogni WPQR l’impresa deriverà una o più WPS. La WPS è una procedura applicativa caratterizzata dall’essere sempre disponibile per il saldatore, il welding inspector e per il responsabile del processo di saldatura dell’impresa. Essa fà obbligatoriamente riferimento alla WPQR madre e riporta la tipologia dei materiali a cui si applica, nonchè configurazione geometrica e relativi spessori, eventuali obblighi di preriscaldo – postriscaldo e trattamento termico della saldatura, tipologia dei CND, tipologia della saldatura (elettrodo, TIG, TIG+elettrodo, semiautomatica etc.), tipologia e diametro degli elettrodi (basico, cellulosico, filo), temperatura di interpass fra una passata e l’altra , nonchè parametri esecutivi della saldatura quali l’amperaggio e tensione.
Il settore della saldatura fa riferimento a diverse norme a seconda della locazione nel mondo degli impianti in costruzione. Nel mondo anglosassone si fà, certamente, riferimento al codice ASME e specificatamente alla sezione ASME IX (Boiler and Pressure Vessel Code) per la qualifica dei processi di saldatura e per la qualifica dei saldatori, normalmente con aggiornamento biennale, come pure alle norme del codice AWS, (di particolare riferimento è la D1.1/D1.1M Structural Welding Code-Steel, riferita alle carpenterie metalliche), oltre che alle norme API nel processo di costruzione di serbatoi gasolio, olio pesante e simili, queste ultime, comunque, specificatamente utilizzate nelle costruzioni degli impianti petrolchimici. Dette norme sono, ad ogni caso, utilizzate anche in Italia ed Europa. Nell’ultimo decennio le normative europee, riguardo la tematica della saldatura, sono state riorganizzate significativamente e recepite in Italia attraverso l’ente unificatore italiano UNI. Vista la fondamentale importanza delle saldature nei processi di montaggio nei cantieri (oltre naturalmente le attività di saldatura nelle officine) si descrive sinteticamente il quadro di assieme di dette norme:
La norma standard internazionale di riferimento per quanto attiene l’organizzazione aziendale riguardante le qualifiche e certificazioni atte a garantire il processo di progettazione, esecuzione e controllo delle saldatura è la norma ISO 3834 Saldatura da cui è derivata la norma UNI EN ISO 3834.
La norma ISO 3834 che definisce i “Requisiti di qualità per la saldatura per fusione dei materiali metallici” è oggi uno degli standard internazionale più conosciuti ed applicabile a qualsiasi organizzazione erogante servizi di saldatura siano essi manuali, semiautomatici, automatici o robotizzati, indipendentemente dalla tipologia e dal settore industriale di appartenenza ed è strutturata in modo da poter essere utilizzata sia per la fabbricazione (che includa qualsiasi tipo di costruzione saldata per fusione) sia per la valutazione propedeutica all’assegnazione di un contratto da parte ad esempio del committente sia, infine, per valutare l’abilità di un “costruttore di manufatti saldati” nel soddisfare i requisiti facenti parte del contratto. La norma è utilizzata, sia nelle officine che nei cantieri, dalle aziende che operano nei campo delle apparecchiature a pressione sotto la Direttiva PED 97/23/CE, delle apparecchiature ricadenti sotto la Direttiva Macchine 2006/42/CE ecc. od anche dalle aziende che operano nel settore delle carpenterie strutturali metalliche per le quali è imposta la marcatura CE secondo Il Regolamento (UE) 305/2011 (copre, quindi, lle svariate applicazioni industriali dai radizionali settori del chimico, petrolchimico, energetico, siderurgico, al settore dell'edilizia, a quello ferroviario, etc.)
La norma ISO 3834 è composta da 5 parti:
Parte 1: Criteri per la scelta del livello appropriato dei requisiti di qualità.
Parte 2: Requisiti di qualità estesi (oggetto di certificazione).
Parte 3: Requisiti di qualità normali (oggetto di certificazione).
Parte 4: Requisiti di qualità elementari (oggetto di certificazione).
Parte 5: Documenti ai quali è necessario conformarsi per poter dichiarare la conformità ai requisiti di qualità di cui alle parti 2, 3 o 4 della ISO 3834.
A supporto e completamento della UNI EN ISO 3834 ci sono infine le seguenti norme:
UNI EN ISO 9606-1 – Prove di qualificazione dei saldatori -- saldatura per fusione – Acciai;
UNI EN ISO 15614-1 – Specifica e qualificazione delle procedure delle procedure di saldatura per materiali metallici;
UNI EN ISO 15614-1: 2017 - 7.5 Livelli di accettabilità delle imperfezioni delle saldature ad arco e a gas degli acciai e saldatura ad arco del nichel e sue leghe (riferimento a UNI EN ISO 5817 e UNI EN ISO 6520-1);
UNI EN ISO 4063 – Nomenclatura e codificazione dei processi di saldatura;
Le norme della serie UNI EN ISO 17660-1; -- Saldatura degli acciai d'armatura - Parte 1: Giunti saldati destinati alla trasmissione del carico.
Restano comunque utilizzabili, come già in precedenza richiamato, anche:
La Sezione IX dell’ASME - Boiler and Pressure Vessel Code;
Il codice AWS fra cui la D1.1/D1.1M Structural Welding Code-Steel;
American Petroleum Institute (API) 1104 Welding of Pipelines and Related Facilities;
Nella tabella Sottostante sono indicati i principali procedimenti di saldatura utilizzati nei cantieri, con la denominazione italiana, ISO 4063, quella dell'AWS (American Welding Society) e la sigla usata dall'AWS. In realtà l’arco sommerso e la saldatura al plasma restano procedimenti di saldatura sostanzialmente utilizzati nelle officine.
Nel processo di saldatura uno dei parametri fondamentali da rispettare è la corretta preparazione della cianfrinatura detta anche bisellatura. Essa è la preparazione meccanica che smussa gli angoli creando degli inviti sui bordi stessi. Possono essere eseguite con utensili manuali oppure con macchine cianfrinatrici elettriche. Questa operazione mira sia a facilitare la saldatura, sia ad assicurare una buona penetrazione del bagno fuso, ma anche a creare un buon posizionamento del giunto saldato, nonché pulire i lembi da eventuali scorie presenti. Il tipo di cianfrinatura che viene fatta dipende dal tipo di giunto che si vuole fare, dalla resistenza ed anche dalla forma stessa del giunto. Se gli oggetti hanno spessore molto fine, circa 3 mm, l'operazione di cianfrinatura non è necessaria.
Risponde alla norma UNI EN ISO 9692 e può essere eseguita in diverse forme:
I se lo spessore è tra i 3 e 6 mm;
Y con spessore tra i 6 e 16 mm;
V con smusso di 60°, indicato per spessori compresi tra 5 e 20 mm, con una distanza tra i lembi di 2,5-3,5 mm;
X per spessori mediamente superiori a 15 mm, quando è possibile saldare anche dal lato opposto (rovescio). La distanza tra i lembi può essere di 3-4 mm in base al procedimento di saldatura e alla posizione;
Doppia Y: con spessore maggiore di 16 mm;
U detta anche preparazione a bicchiere, per spessori maggiori a 20 mm. Questa preparazione non può essere realizzata mediante ossitaglio;
Doppia U: con spessore maggiore di 20 mm; Queste preparazioni si utilizzano per la saldatura delle giunzioni di testa a piena penetrazione.
Sono invece utilizzati per saldature di giunti a T in cui sia comunque richiesta la piena penetrazione i cianfrini a:
“1/2 V” per spessori fino a circa 15 mm. Va eseguita ponendo attenzione a non sfondare lo spigolo vivo. Per questo si può utilizzare un sostegno, se ammesso dalle specifiche del progetto o dalla normativa di riferimento in base alle condizioni di servizio del giunto;
“K” indicata sopra i 12 mm e quando la zona da saldare è accessibile da entrambi i lati;
“J” indicata per spessori maggiori a 20 mm. La distanza tra i lembi oscilla da 3 a 4 mm;
Sopra: tipiche preparazioni dei cianfrini
Nell’ambito della progettazione si sceglie la tipologia di giunti in base alle prestazioni che il giunto stesso deve garantire e vanno, quindi, tenuti presenti alcuni aspetti significativi, particolarmente la possibilità di effettuare controlli non distruttivi secondo la normativa o le specifiche del progetto, avendo a vista che, di norma, i giunti testa a testa a piena penetrazione sono più facilmente ispezionabili rispetto ai giunti a “T” e quelli con parziale penetrazione.
Si è anche accennato alle maggiori difficoltà operative presenti nei cantieri rispetto alle condizioni standard delle officine. E’ utile rievidenziare, ai fini di una buona saldatura, l’assoluta necessità di una perfetta pulizia dei cianfrini, che non devono presentare untuosità, particelle solide incollate, velature di ossido, tracce di diluenti e men che meno umidità. E’ buona norma per tutte le saldature per le quali non è previsto un preriscaldo registrato provvedere, specie in fase di partenza giornaliera e con saldature in aree esterne in presenza di umidità, scaldare con un torcione di preriscaldo le superfici da saldare per eliminare completamente ogni residuo di umidità che darebbe luogo a difettosità diffusa di porosità e soffiature ed, anche, di cricche a freddo. Altro fondamentale parametro in gioco durante il processo di saldatura è l’apporto termico. L'apporto termico specifico è l’energia introdotta nel bagno di saldatura per unità di lunghezza, quindi viene misurato in J/m (joule per metro) o, più spesso, in J/cm (joule per cm). L'apporto termico specifico in saldatura determina la velocità di raffreddamento del materiale saldato e quindi le sue trasformazioni di fase e la formazione di tensioni residue durante il raffreddamento stesso, tensioni che possono assumere valori elevati (ad esempio, lungo l’asse del cordone si giunge spesso allo snervamento). Dette tensioni interne, risultanti da dilatazioni impedite, sono tanto maggiori quanto più elevati sono il grado di autovincolo e di vincolo esterno della saldatura e non possono essere eliminate durante il processo di saldatura. L'adozione del preriscaldo in fase esecutiva della saldatura, intervenendo sulla velocità di raffreddamento del giunto, attenua la formazione e l'intensità delle tensioni residue come pure la formazione di strutture di tempra. L'adozione di opportuni accorgimenti tecnici o determinate sequenze di saldatura e montaggio, fra cui sequenze alternate (a passo di pellegrino), temperature minime di interpass che non permettano il raffreddamento della passata al di sotto di una temperatura minima, esecuzione a passate multiple, eventuali predeformazioni geometriche imposte, azzerate con l’esecuzione della saldatura od anche con dei vincoli meccanici possono aiutare il controllo e la riduzione sia delle tensioni residue sia delle deformazioni dei materiali. Le saldature più impegnative in termini di alto spessore o di qualità del materiale richiedono, quindi, un preriscaldo effettuato a mezzo resistenze elettriche con registrazione su diagramma, del preriscaldo stesso (200 ÷ 300°C). Dopo saldatura può seguire una fase di post riscaldo e poi di trattamento termico (anche PWHT) o direttamente la fase di esecuzione trattamento termico. Il trattamento termico si rende necessario, quindi, fondamentalmente per eliminare al massimo, le tensioni residue interne presenti nel giunto saldato, particolarmente se di alto spessore, per effetto dei cicli termici generatisi con la saldatura. Le temperature raggiunte con i TRT sono dell’ordine di c.a. 600°C per gli acciai al carbonio fino ai 720÷780°C, per i materiali ferritici maggiormente legati. I trattamenti termici possono essere eseguiti con macchine a resistenza o ad induzione. Tutto il periodo di esecuzione del trattamento viene registrato per avere evidenza del processo e lasciare traccia grafica nel dossier di ogni specifica saldatura. Naturalmente il progettista nel definire i parametri dei TRT delle varie saldature avrà avuto cura di riferirsi alle relative norme di riferimento, alle prescrizioni del fornitore dei materiali ed avendo comunque sempre a vista le trasformazioni metallurgiche a mezzo delle curve tipiche dei materiali oggetto di saldatura quali le curve TTT (Temperature - Time - Transformation) bain S-curve, le curve CCT (Continuous - Cooling - Transformation), insieme al diagramma di stato dei materiali.
Sopra: Esempio (didattico) di registrazione di un trattamento termico su acciaio. In ascissa si hanno le temperature in °C ed in ordinata li tempo espresso in ore. Linea AB = curva di riscaldamento; Linea BC = permanenza o stasi (temperatura costante); Linea CD = curva di raffreddamento. Il grafico registrato mostra una temperatura raggiunta di 720°C ed un tempo di esecuzione totale pari a c.a. 8 ore. La registrazione della curva di raffreddamento si ferma intorno ai 300°C come normalmente avviene in quanto sotto questa temperatura non vi è possibilità di trasformazioni strutturali dell’acciaio ed il materiale continua a raffreddarsi sotto coibente con lo stesso gradiente di discesa sino alla temperatura ambiente. Conseguentemente al tempo totale registrato di esecuzione del TRT di cui all’esempio (c.a. 8 ore) va aggiunto il tempo di raffreddamento fra i 300°C e la temperatura ambiente.
In definitiva, quindi, le conseguenze dei cicli termici derivanti dal processo di saldatura sono di due tipologie:
meccanico con l’instaurarsi di tensioni residue o ritiri di materiale;
strutturali della ZF e ZTA. Nella prima (ZF) è l’area di penetrazione in cui la temperatura ha determinato la fusione di parte del materiale base e la sua compenetrazione col materiale di apporto dell’elettrodo, nella seconda (ZTA) la zona avrà subito un'elevazione della temperatura, a seguito dei cicli termici di saldatura, tale da non far iondere il materiale ma da determinare delle modifiche a livello microstrutturale, quali formazione di nuovi costituenti strutturali, e di variazioni dimensionali del grano cristallino. Il materiale base (MB) non è invece interessato a trasformazioni strutturali o variazioni dimensionali del grano cristallino.
A completamento della panoramica del mondo della saldatura in cantiere si fà presente che per tutti i giunti saldati di testa per i quali non sia possibile la ripresa al rovescio (in buona sostanza le tubazioni non di grande diametro), la prima passata si effettua in TIG (Tungsten Inert Gas) per avere certezza di buona fusione al vertice e regolarità di cordone (previo ingasamento interno con argon), seguita poi dal completo riempimento ad elettrodo rivestito, normalmente di tipo basico (rivestimento dell’anima metallica con carbonati di calcio, magnesio ed aggiunta di fluorite). Con l’elettrodo basico il bagno fuso viene depurato dalla presenza di impurità quali zolfo e fosforo permettendo l’ottenimento di giunti con ottime proprietà meccaniche. A questo si aggiunge la proprietà del rivestimento basico di essere essiccato ad alte temperature, conseguentemente non presentando umidità e quindi idrogeno, pericoloso per la saldatura per possibili formazioni di cricche a freddo. Deve però essere garantita la catena dell’essiccamento.
Vi sono poi elettrodi con rivestimento acido (ossidi di ferro e silicati), rutilico (rivestimento con biossido di titanio), cellulosico (rivestimento con cellulosa integrata da ferro leghe), etc. molto utilizzati per la loro velocità di deposito, saldabilità nelle posizioni più problematiche, per l’estetica dei cordoni ed in generale quando è privilegiata la resa rispetto alla garanzia di assenza di idrogeno in saldatura e garanzia di determinate proprietà meccaniche. Giova evidenziare comunque che qualsiasi saldatura deve essere protetta contro l’assorbimento di ossigeno dell’aria da parte del bagno fuso, per evitare ossidazioni del metallo molto nocive per le proprietà meccaniche in saldatura. Questo avviene, appunto, attraverso il rivestimento per gli elettrodi e miscele di gas, quali argon o CO2 per processi di saldatura come il TIG, MIG/MAG od uno strato di scoria galleggiante nel caso dell’arco sommerso.
Di seguito la codifica completa di un elettrodo, secondo la norma UNI, composta da una simbologia suddivisa di 9 parti, così come listato prima e tabellato dopo, nell’esempio sottostante:
1) lettera distintiva degli elettrodi rivestiti;
2) resistenza a trazione (kg/mm2) minima dopo distensione;
3) tipo di applicazione;
4) classe di qualità;
5) tipo di rivestimento (0= ossidante A = acido R= rutile B = basico C= cellulosico RC = rutilcellulosico RB = rutilbasico SB = semibasico V= altri tipi);
6) posizione di saldatura (1 = elettrodi per la saldatura in tutte le posizioni 2 = elettrodi per la saldatura in tutte le posizioni esclusa la verticale discendente 3 = elettrodi per la saldatura solo in piano e in piano frontale 4 = elettrodi per la saldatura solo in piano);
7) condizioni di alimentazione elettrica;
8) rendimento;
9) simbolo aggiuntivo per caratteristiche di resistenza a bassa temperatura;
10) riferimento di conformità alla norma UNI 5132-74.
E' utile, infine, accennare la problematica circa l’invecchiamento del materiale dei componenti soggetti a scorrimento viscoso (creep) che, come già visto, è dovuto alla continua operatività ad alte temperature che progressivamente contribuisce al deterioramento del materiale stesso fino al suo possibile completo inutilizzo. Fermo restando la costituzione di una necessaria “Baseline” iniziale di riferimento costituita a vita zero dell'impianto, riguardante i componenti soggetti a creep quali, in particolare, collettori di caldaia, tubazioni di collegamento caldaia-turbina, barilotti vapori, la zona valvole di ammissione in turbina, relative al vapore surriscaldato (VP) e risurriscaldato (VRC). le modalità esecutive di controllo iniziale e periodico avvengono con l'ausilio di tecniche non distruttive molto utilizzate dall'industria quali le repliche metallografiche sostanzialmente consistenti nel fissare a mezzo di idonei preparati la replica strutturale del materiale in esame su pellicola di acetato di cellulosa che viene successivamente a sua volta fissata su vetrino e quindi osservata e studiata al microscopio ottico e/o elettronico. A questo si aggiungono anche controlli dimensionali e geometrici di precisione.
Il controllo con repliche metallografiche che riguarda sia il materiale base che l'area delle saldature risulta, quindi, particolarmente utile alla periodicità delle verifiche per quei componenti i quali per effetto di norme tecniche o di legge debbano sottostare a dette verifiche allo scopo di determinarne la vita residua rilevando potenziali fenomeni di danneggiamento o invecchiamento microstrutturale.
In particolare dette verifiche sono tese a:
Rilevare danneggiamenti microstrutturali dovuti all’esercizio in temperatura del materiale;
Rilevare danneggiamenti microcavitazionali dovuti all’esercizio in regime di Creep (Scorrimento Viscoso);
Rilevare la presenza di fasi intermetalliche dure e fragili;
Rilevare la presenza di fenomeni di sensibilizzazione del materiale quali, ad esempio, sensibilizzazione a bordo grano di acciai inossidabili austenitici;
Verificare la dimensione del grano del materiale in esame;
Supportare l’interpretazione circa la natura di fenomeni di criccabilità (fatica, corrosione, attacco da idrogeno, ecc.).
Esempio di micrografia di un acciaio al carbonio
Construction - Piani di Controllo qualità (PCQ) e controlli principali:modifica
I piani di controllo qualità o Quality Control Plan (QCP) sono lo strumento fondamentale nella gestione della Direzione Lavori per gestire tutti i controlli di cantiere relativi ai montaggi di componenti, macchinari, ed apparecchiature, previsti dalle specifiche tecniche, dai disegni e dalle prescrizioni delle normative di legge e normative di riferimento tecnico. Tutti i materiali che entrano in cantiere, a cominciare dai componenti di fornitura semplice quali bobine di cavo, barre di tubo, fittings, profilati, strutture (materiale da catalogo) ed a maggior ragione apparecchiature meccaniche, elettriche e di automazione costruite in fabbrica devono mandatoriamente essere corredate della documentazione che ne certifica tutto il processo di fabbricazione, compresi i controlli effettuati in fabbrica e ne permette lo svincolo e l’invio in cantiere. La documentazione di fabbrica è la prima fase ad essere controllata e svincolata al momento dell’arrivo del materiale od apparecchiatura in cantiere e rappresenta, difatti, il primo od uno dei primi step di ogni PCQ.
Per le attività civili oltre ai controlli dimensionali di ferri ed armature e tipologie di calcestruzzo utilizzate, ha particolare rilevanza il prelievo di cubetti direttamente dalle betoniere per ottemperare ai disposti della legge 1086, particolarmente per tutte le opere portanti quali, basamenti, colonne, solai, etc. necessari alla esecuzione di prove di laboratorio atte a confermare e garantire la rispondenza del calcestruzzo posto in opera alle specifiche tecniche e disegni progettuali;
Riguardo le attività meccaniche oltre alle verifiche di corretto posizionamento di strutture ed apparecchiature, planarità, verticalità, corrette coppie di serraggio, corretto accoppiamento tubazioni, corretti parametri di esecuzione saldature etc. hanno particolare importanza i controlli CND (Controlli Non Distruttivi) o NDT (Non Destructive Test), tesi a garantire l’integrità delle giunzioni saldate, siano esse, strutture, lamiere o tubazioni.
Controlli Non Distruttivi (CND) principalmente utilizzati nei cantieri per il controllo delle saldature di tubazioni o strutture:
Controlli superficiali e subsuperficiali:
Controlli con Liquidi Penetranti (Penetrant Test, PT nella codifica internazionale) per controlli di difettologia superficiale delle saldature. Grazie alla loro capillarità dovuta alla bassa tensione superficiale riescono a penetrare nelle discontinuità del materiale ed attraverso il contrasto di colore fra penetrante e rivelatore mettono in evidenza, appunto, le discontinuità e/o difetti superficiali delle saldature;
Controlli con Magnetoscopia (Magnetic Test, MT nella codifica internazionale) per controlli di difettologia superficiale o subsuperficiale sui soli materiali ferromagnetici che, a mezzo di magneti permanenti o elettromagneti creano la magnetizzazione del pezzo da controllare, la quale in presenza di discontinuità, devia le sue linee di forza verso l’esterno (flusso disperso). La visualizzazione della discontinuità è resa possibile dall’uso di polveri metalliche ferromagnetiche del tipo a secco o in sospensione liquida che, seguendo le linee di flusso del campo magnetico si concentrano nel punto della discontinuità rendendo, così, fisicamente evidente il difetto. La rilevazione della discontinuità/indicazione/difetto risulta massima quando la discontinuità stessa è posta trasversalmente rispetto al campo magnetico stesso. Non sono possibili i controlli dei materiali di rame e sue leghe, leghe di alluminio, acciai inossidabili austenitici, leghe di magnesio, titanio e sue leghe.
Controlli a correnti indotte o parassite (Eddy Currents, ET nella codifica internazionale). La tecnica, utilizzata nei cantieri per casi specifici, si basa sulla generazione di un campo magnetico alternato da parte di una bobina che induce nel pezzo metallico delle correnti indotte, le quali in presenza di discontinuità e/o difetti cambiano il loro percorso e la loro intensità e di conseguenza l’impedenza nel circuito, che si è venuta di fatto a generare. Il cambio del valore di impedenza va esplorato attentamente in quanto indice di possibile difettologia.
Controlli volumetrici (a pieno spessore) delle saldature:
Controlli radiografici (RT, Radiography Test) comprendenti ambo le tecniche di impressione dei films, vale a dire con apparecchiature a raggi x ed a raggi gamma. Le apparecchiature a raggi x, alimentate elettricamente includono una sorgente emettitrice di radiazioni con lunghezza d’onda propria dei raggi x. Le immagini ottenute sulla pellicola sono generalmente nitide e ben contrastate. Per misurare la qualità dell’esposizione e la conseguente leggibilità della pellicola, ognuna di essa deve mandatoriamente contenere l’indicatore di qualità di immagine IQI (detto anche penetrametro) che viene posizionato sul pezzo da radiografare dal lato sorgente. Esso serve fondamentalmente a valutare la sensibilità della tecnica radiografica utilizzata, cioè il contrasto e la definizione radiografica finale. Una maggiore definizione della pellicola significa, naturalmente, beneficiare di una migliore individuazione dei possibili difetti presenti in saldatura e conseguentemente di una più precisa valutazione di accettabilità o no dei difetti stessi. Si applicano su saldature di piccoli tubi, anche su più tubi in contemporanea (ad esempio tubi di parete di caldaie con tecnica ad ellisse) o su tubi di più grosso diametro con tecnica panoramica (quando è possibile posizionare la sorgente internamente al tubo e le lastre esternamente), nonchè per controllo saldature di strutture. Ne è possibile l’utilizzo su diversi materiali ad eccezione di quelli opachi alle radiazioni.
Controlli gammagrafici con apparecchiature ad emissione di raggi Ύ (gamma). Sono apparecchiature contenenti radioisotopi, particolarmente schermate in quanto contengono una sorgente radioattiva. Si è già accennato alle tipologie di sorgenti industrialmente utilizzate per l’esecuzione gammagrafiche delle saldature in cantiere, principalmente iridio-192 con 20 curies di carica massima ed eccezionalmente sorgenti al cobalto-60 o selenio-75. Il vantaggio che hanno rispetto al tubo catodico per la generazione di raggi x è una dimensione più compatta dell’apparecchiatura e la mancanza di alimentazione elettrica e quindi di cavi a 220 o 380 Volts il cui utilizzo nei cantieri può generare pericoli in presenza di grandi masse metalliche. Le immagine fornite sulle lastre sono appena meno nitide rispetto alle corrispettive fatte con i raggi x. Sono di larghissimo utilizzo nei cantieri. Si evidenzia, anche, che ogni operatore coinvolto nei processi di esecuzione radiogammagrafica, deve costantemente indossare la piastrina dosimetrica che misura il livello di radiazione assorbita dalla pesona nel tempo.
Controlli con ultrasuoni (UT, ultrasonic Test). Sono impiegate apparecchiature utilizzanti la tecnica della propagazione delle onde ultrasonore ad alta frequenza (intervallo compreso fra 500 KHz-20 MHz a seconda degli spessori da scansionare) all’interno del materiale, generate da una sonda emittente/ricevente (trasduttore). Attraverso la propagazione nel materiale l’onda che incontra una discontinuità/indicazione genera una impedenza acustica visualizzata sul monitor. Per il controllo delle saldature è necessario l’uso di sonde angolate (45°-60°-70°) per scansionare l’intero volume del materiale al fine di localizzare e dimensionare correttamente le eventuali discontinuità/indicazioni.
Ultimo, ma non ultimo per importanza, è il controllo visivo (VT Visual Test eseguito in accordo alla UNI EN ISO 17637 e/o similari) che, anzi, è il primo e basilare controllo da effettuarsi prima di procedere con il supporto dei CND sopra brevemente descritti. Il VT è il controllo minimo previsto per il controllo di ogni saldatura in cantiere (ed in generale per ogni tipo di manufatto fabbricato), siano esse saldature di tubi o o di strutture o di lamiere. Grazie al VT è possibile correggere le eventuali discontinuità/indicazioni che appaiono superficialmente quali incisioni marginali, raccordature dei cordoni, presenza di scorie, porosità superficiali, avendo l’obbligo di emettere anche per il VT un report di fine ispezione. Il controllo può essere eseguito ad occhio nudo o con l’ausilio di strumenti quali lenti di ingrandimento od anche boroscopi ed endoscopi sempre rispettando, in fase ispettiva, parametri quali distanza massima di osservazione, angolature di ispezione, condizioni di illuminazione e pulizia della saldatura.
Evidenziando che le condizioni di lavoro in cantiere riguardo l'accesso e le posizioni di lavoro, nonchè le condizioni metereologiche (ventosità, polverosità, umidità) sono normalmente più difficoltose rispetto alle condizioni di lavoro in officina di conseguenza influenzanti gli indici della difettosità delle saldature, le tipologie di controllo che verranno utilizzate dipenderanno dalla importanza della singola saldatura e dallo stress che essa andrà a sostenere durante il processo funzionale di tipo meccanico, chimico, termico, fluodinamico, corrosivo, etc. La combinazione di controlli più impegnativa si applica, di norma, nel controllo di saldature ad alto spessore eseguite in cantiere quali le connessioni fra tubi e collettori di caldaia (sottoposti a stress termico, ossidazione a caldo e conseguente fenomeno nel tempo di creep).
Di seguito lo schema di alcune tipologie di controllo.
Controllo UT di saldatura con sonda angolata
RT con tecnica a doppia parete “bruciata” Controllo RT con tecnica ad ellisse
Controllo RT con tecnica panoramica (sorgente interna al tubo).
Le principali indicazioni/difettologie che è possibile riscontrare durante l’ispezione delle saldature con l’ausilio dei vari controlli sopradescritti e che possiamo così riassumere: Incisioni marginali, inclusioni di scoria, porosità, tarli, soffiature, mancanza di penetrazione al vertice, cricche, mancate fusioni od incollature. E’ necessario sottolineare che non tutte le indicazioni/difettologie riscontrate nelle saldature portano alla non accettabilità delle stesse. Nel considerare, quindi, la pericolosità di una indicazione/difetto e nel fissare un criterio di accettabilità della stessa (anche in funzione delle sue dimensioni), è necessario, come già evidenziato, considerare il tipo di sollecitazione cui il giunto è sottoposto, l'importanza e le condizioni di servizio della struttura di cui il giunto fa parte, le caratteristiche del materiale base, l'ispezionabilità del giunto, precisando altresì che l’accettabilità dei difetti presenti, nel rispetto delle dimensioni previste, è piuttosto volta verso difetti di tipo tondeggiante quali ad esempio le porosità o soffiature, anziche’ verso indicazioni di tipo bidimensionale quali mancanze di fusione/incollature, difetti di tipo allungato od anche mancate penetrazioni. Le cricche non sono mai accettabili in nessun livello di qualità della saldatura.
Gli aspetti più significativi della valutazione, al fine della accettabilità, risultano pertanto:
riduzione della sezione resistente del giunto, anche per effetto della dimensioni delle indicazioni/difetti;
diminuzione della resistenza del giunto a causa delle alterazioni metallurgiche locali;
effetto di intaglio (aumento di tensione locale) per i giunti sollecitati a fatica o a scorrimento viscoso a caldo;
In caso di esercizio a bassa temperatura, innesco e propagazione delle rotture, che possono portare ad una rottura fragile.
I codici e le norme più correntemente utilizzate, al fine di stabilire i criteri di accettabilità delle indicazioni/difettologie presenti nelle saldature partono dall’aver stabilito a monte, da parte del progettista, il riferimento di qualità del singolo giunto. Ogni tipologia di controllo ha le sue norme internazionali di riferimento. Per l’esecuzione delle saldature i criteri di accettabilità, riferiti al controllo radiografico RT, sono contenuti nella norma UNI EN ISO 10675 “Controlli non distruttivi delle saldature - Livelli di accettazione per il controllo radiografico - Parte 1: Acciaio, nichel, titanio e loro leghe”.
Altro importante e fondamentale controllo è quello delle prove idrauliche delle linee di caldaie, apparecchiature in pressione, tubazioni, nonchè le prove idrostatiche di serbatoi e vasche. La progettazione, fabbricazione ed installazione comprese le prove idrauliche, di tutto quanto definito come apparecchiature e sistemi in pressione avviene a fronte della normativa PED (Pressure Equipment Directive) che ha sostituito la precedente normativa nazionale Ispesl e valida in tutta l’Europa Comunitaria. Nel mondo il codice di riferimento più utilizzato è l’americano ASME. Le prove idrauliche da eseguirsi tassativavamente con acqua dolce/acqua industriale controllata nei parametri chimico/fisici e chimicamente additivata con idrazina o prodotti equivalenti, consistono nel riempimento e successiva pressurizzazione dei sistemi e tubazioni metalliche, raggiungendo nelle caldaie e cicli termici (lato alta pressione) valori di prova anche prossimi ai 500 bar. E’ una fase sempre critica che necessita di personale specializzato ed attrezzature sempre correttamente tarate. Particolare attenzione va riposta con le pressature di apparecchiature contenenti tubi mandrinati, di tubazioni in PEAD (PoliEtilene ad Alta Densità) od in vetroresina PRFV (Plastica Rinforzata con Fibra di Vetro). Si evidenzia, anche, la necessità tecnica di drenaggio di linee ed apparecchiature subito dopo prova idraulica seguita da un processo di asciugatura a mezzo soffiatura, se necessario con aria calda. Per quanto attiene la prova idraulica di caldaia, spesso si rende necessario il supporto del Commisssioning per stabilire le modalità di conservazione della caldaia stessa dopo bagnatura delle superfici interne, in quanto se le operazioni di lavaggi chimici e soffiatura arrivassero dopo tempi relativamente lunghi (di norma è questa la situazione più comune) potrebbe essere necessario una conservazione ad umido (acqua additivata in circolazione periodica) od una conservazione a secco (drenaggio dopo prova idraulica, asciugatura e conservazione in azoto) per inibire fenomeni di ossidazione/corrosione all'interno dei tubi. Utile anche menzionare che il completamento della prova idraulica di qualsiasi sistema, normalmente, dà il via libera all’inizio della coibentazione del sistema stesso, se prevista.
Per quanto riguarda le attività elettriche i controlli principali a fronte dei PCQ sono relativi al controllo delle tipologie di cavi utilizzati, alla verifica dei collegamenti (schema delle connessioni), verifica della continuità ed in generale alla integrità dei componenti, quali quadri, strumenti, pannelli e cavi stessi prima, della loro installazione. Tutte le apparecchiature elettriche assemblate in fabbrica vengono mandatoriamente testate in fabbrica stessa ed arrivano in cantiere corredate della documentazione di conformità emessa sulla base di tutte le prove eseguite. Certamente fra le fasi più importanti del controllo in fase di montaggio vi è la verifica di isolamento dei singoli cavi (battitura detta anche “megeraggio”) e dell’ isolamento verso terra delle apparecchiature prima della loro messa in tensione, rimandando poi alla fase di commissioning tutte le prove ed i test con cavi ed apparecchiature sotto tensione.
La punch list è sostanzialmente una lista che si implementa progressivamente durante il corso dei lavori e che raccoglie l’elenco di difetti/carenze/incompletezze costruttive/realizzative, difetti della componentistica, difetti o carenze di progettazione. Detta lista, normalmente, comincia ad essere stilata nel periodo appena precedente l’inizio consegna dei vari sistemi/ gruppi funzionali dal reparto Construction al reparto Commissioning. L’impostazione deriva dai contratti anglosassoni ed all’estero il sistema di punch list ha un forte vincolo contrattuale (i contratti per la realizzazione di centrali termoelettriche, nel mondo, sono fondamentalmente in lingua inglese e la struttura dei contratti stessa è anglosassone). Si precisa, comunque, che la consegna del gruppo funzionale al Commissioning può avvenire solo dopo aver mandatoriamente risolto i punti importanti ai fini funzionali o di integrità delle apparecchiature. Infatti mano mano che la punch list si riempie con gli items (punti di punch list) ne viene discussa anche la priorità risolutiva. Può avere 2 priorità di risoluzione (A-B) od anche 3 (A-B-C):
Priorità “A” richiede soluzione mandatoria entro una certa data, per poter procedere, ad esempio, con la consegna di un sistema/sottosistema/gruppo funzionale al commissioning (si intuisce che il non procedere o procedere a rilento nella soluzione del problema, significa allungamento del programma e, quindi, incremento dei costi. Appartengono a questa priorità tutti i punti (items) che come summenzionato afferiscono all’integrità e sicurezza del macchinario, come pure alla sicurezza degli operatori in fase di Commissioning ed Operation;
Priorità “B” richiede soluzione che può essere dilazionata nel tempo, anche a dopo le prove di commissioning della parte di sistema inglobante quell’item, ma ad esempio entro la messa in servizio commerciale dell’impianto;
Priorità “C”, (di fatto una sottopriorità “B”) non sempre presente nella preparazione concordata della punch list. Nei casi più articolati viene utilizzata per indicare gli items che possono arrivare sino alla fine del cantiere per essere risolti (ad esempio ritocchi di verniciatura, problemi di intonaci, etc.) richiedendo la risoluzione dei punti “B”, evidentemente più importanti, ad esempio entro le prime prove di avviamento o la prima messa in esercizio. Naturalmente sono items che non compromettono nell’immediato la funzionalità di sistemi od apparecchiature come gli items di priorità “A”. Appartengono, ad esempio, alla priorità “B” passerelle aggiuntive di asservimento valvole, resinature epossidiche di pavimento mal riuscite, opere civili da risistemare, etc. Infine un accenno al caso di, concordato, mancato completamento della punch list items “B/C” con lascito al Cliente/Owner/Committente dell’incombenza del completamento. Sarà necessario procedere, congiuntamente al Cliente/Owner, alla valorizzazione economica di ogni singolo item residuale e quindi alla quotazione economica complessiva degli items restanti, per il trasferimento definitivo al Cliente/Owner/Committente con relativo storno economico dal compenso finale.
È il team che supervisiona le attività di avviamento in carico ai fornitori per tutte le apparecchiature e sistemi dagli stessi installati, coordinandone tempistiche ed interfacce verso sistemi terzi, provvedendo direttamente alla esecuzione di prove e messa in servizio di macchinari e circuiti montati dagli Appaltatori. Anche questo team è multidisciplinare con suddivisione in specializzazioni meccaniche, elettriche, di automazione supportate di norma, dalla presenza della disciplina chimica. L'attività di commissioning per portare al PAC-FAC ogni singola unità (gruppo/blocco) della nuova centrale sostanzialmente si esplica nel:
Verificare passo dopo passo la completezza dei circuiti sia elettrici che di automazione che meccanici prima di avviare qualsiasi energizzazione od immettere fluidi nei circuiti;
Verificare attraverso strumenti campione e banchi di taratura, la corretta taratura degli strumenti montati in campo, dai quali dipenderà, in primo luogo, la corretta gestione di tutte le fasi di avviamento, anche in termini di sicurezza delle persone e salvaguardia della integrità dei sistemi e macchinari e, successivamente, la corretta operabilità durante tutte le fasi fino alla messa in servizio definitiva;
Verificare attraverso le “prove in bianco” che i circuiti e sistemi siano effettivamente approntati, sempre in accordo alle ultime modifiche di progetto, riportate nelle progressive revisioni di disegni e documenti, per essere energizzati o pressurizzati. Prove in “bianco” sono le verifiche dell’allineamento e corretta sequenza di intervento degli strumenti, simulazione degli interventi delle protezioni, verifica dei sensi rotazione dei motori, apertura/chiusura serrande e tutte le altre prove in assenza di energia. Il tutto allo scopo di prevenire al massimo problematiche ed incidenti nelle fasi, appunto, di energizzazione. Detta energizzazione partirà in prima battuta, attraverso la messa in servizio del trasformatore di avviamento che andrà ad energizzare a valle le sbarre 6 KV e progressivamente le sbarre 0,4 KV e quindi tutta la catena a seguire. A monte di qualsiasi attività di energizzazione è necessario avere la disponibilità della sala controllo (control room), significa quindi la disponibilità, seppur parziale, del DCS (quadri montati, software installato,connessioni dal campo e per il campo completate relativamente almeno al sistema oggetto di prova). E’ difatti nella sala controllo anche detta sala manovra che vengono convogliati tutti i segnali di qualsiasi attività funzionale d’impianto e da dove parte qualsivoglia comando del processo meccanico, elettrico e della catena di automazione qui, appunto, risiedendo la funzione centrale del DCS composto dall’insieme di monitors, software, quadri di regolazione, PLC (programmable logic control), quadri marshalling di connessione dei segnali da/per il campo, cavi profibas di raccolta segnali che arrivano dal campo e partono per il campo stesso, per sua stessa definizione un sistema ramificato e distribuito in tutto l’impianto.
Anche il commissioning nel portare avanti tutti gli steps sopra descritti si avvale di meeting continui ai vari livelli fra: team di commissioning (Direzione Lavori), team di ingegneria di sede e STO, team di commissioniong fornitori ed appaltatori, team dei programmatori della Direzione Lavori, meeting interni alle varie discipline di commissioning, meeting con coordinatore di sicurezza e con relativi responsabili lato fornitori ed appaltatori; meeting fra team di costruzione e team di commissioning ed infine meeting con rappresentanti del cliente finale, se ne si configura il caso.
Al fine della consegna al committente/Owner il commissioning esegue tutte le prove, le verifiche e messa in servizio di apparecchiature, macchinari e sistemi, sopra descritte in accordo ad un programma organizzato e strutturato:
Programma di tutte le prove di corretto funzionamento e di capacità operativa atte a preparare il singolo macchinario, sistema o parte di sistema alle successive prove di affidabilità funzionale;
Programma di affidabilità con i sistemi chiamati a funzionare, continuativamente, in accordo ad una schedula prestabilita con variazione dei parametri operativi in salita e discesa al/dal carico massimo per un determinato numero di ore senza problemi. In caso di insorgenza di problematiche, si provvede alla risoluzione delle stesse e ripetizione del programma in tutto od in parte in dipendenza del tipo di problema emerso;
Programma di verifica del raggiungimento delle prestazioni previste in contratto che, sistema dopo sistema porta allo step finale riguardante la prestazione della unità nel suo complesso. Verranno verificati determinati parametri contrattualmente prestabiliti quali consumi specifici, consumo energetico degli ausiliari interni, potenza massima netta immessa in rete, consumi di combustibile a carichi parziali ed a carico totale, tempi di risposta dell’unità rispetto alle richieste di rete, etc.
Superati con successo i programmi di cui sopra si provvede alla consegna dell’unità al Committente/Owner per la sua presa in carico definitiva, secondo i disposti contrattuali.
Coordinamento attività Construction - Commissioningmodifica
Si descrivono, infine, alcune importanti fasi che durante il periodo di costruzione richiedono stretto coordinamento e complementarità fra i dipartimenti di Constructione e Commissioning, chiamati ad operare in sovrapposizione progressivamente sempre più spinta con l’avanzare complessivo dei montaggi. Dette fasi riguardano:
la verifica periodica della corretta conservazione di circuiti, macchinari, sistemi ed apparecchiature dal momento della loro installazione, sino alla loro messa in funzione in accordo alle procedure dei singoli fornitori od anche a procedure elaborate internamente all’organizzazione. Allo scopo si citano alcune delle pratiche più comuni in uso nelle centrali termoelettriche quali: iniezione di gas inerti[22](argon - azoto) all'interno di apparecchiature meccaniche per preservarle dalla ossidazione, rotazione degli alberi dei macchinari rotanti per evitare flessioni permanenti degli alberi stessi, attivazione di circolazione di fluidi chimicamente additivati per inibire fenomeni di corrosione e/o ossidazione dei metalli, particolarmente dopo le prove idrauliche di caldaia, tubazioni ed apparecchiature, messa in servizio di scaldiglie (resistenze) elettriche all'interno di quadri e motori per prevenire fenomeni di condensazione, mantenimento di atmosfera essiccata all'interno dei corpi di turbina a mezzo di munters.[23]Per tutti gli aspetti di conservazione, le relative procedure vedono normalmente un supporto del Commissioning verso la Construction, in termini di preparazione delle stesse e, non infrequentemente, una presa diretta in carico da parte Commissioning della verifica esecutiva di dette operazioni con emissione periodica della certificazione, naturalmente coadiuvati in questo dai fornitori/appaltatori.
l'organizzazione e gestione delle punch list;
la gestione dei lavaggi chimici e soffiature (chemical cleaning – steam blowing). Si premette che il primo step della fase di messa in servizio di ogni linea è il flussaggio, naturalmente in accordo al proprio fluido fuzionale, vale a dire i sistemi acqua saranno flussati con acqua stessa eventualmente additivata, i sistemi di aria compressa con aria compressa ed il vapore ausiliario con proprio vapore di bassa pressione, sino a raggiungere il grado di pulizia atteso e, quindi, pronti per la circolazione definitiva dei rispettivi fluidi. Per le linee e circuiti del vapore principale che interessano la turbina, quindi sostanzialmente caldaia e ciclo termico, questa fase è sensibilmente più articolata e complessa. E’ infatti richiesta la perfetta pulizia di tutti i circuiti e tubazioni interessate affinchè non arrivino sulle palette di turbina particelle solide quali scaglie, pallini metallici residui di saldatura, granelli di ossido, a vario titolo presenti nelle tubazioni in quanto situazione inammissibile per i certi danneggiamenti fisici che ne deriverebbero sulle palette con sbilanciamento del rotore di turbina. Pur essendoci diversi sistemi di pulizia delle tubazioni, dall’insieme dei lavaggi acidi alla soffiatura con aria compressa ad altri sistemi in combinazione fra loro, il sistema più collaudato e diffuso mette insieme un lavaggio chimico seguito dalla soffiatura. Il lavaggio chimico effettuato come primo step provvederà a rimuovere detriti sciolti, silicati, ossidi di ferro, scaglie di laminazione e ricottura da trattamenti termici, oli e grassi protettivi applicati durante il processo di montaggio in cantiere e garantirà una rimozione di solidi incoerenti e grado di pulizia raggiunto prima della successiva soffiatura a vapore tale da assicurare una sensibile riduzione dei cicli di soffiatura e relative tempistiche (e costi). La tipologia del lavaggio chimico dipende anche dal grado di sporco e di untuosità delle tubazioni rilevato attraverso ispezioni con endoscopi e boroscopi che supporterà la decisione delle modalità di pulizia dei circuiti. La soffiatura (steam blowing) a vapore è un'operazione di pulizia che utilizza la potenza (energia) e la velocità del vapore per rimuovere le (ulteriori) impurità ed incrostazioni dalle pareti tubazioni sia in caldaia sia dalle linee del ciclo termico, operando sulla differenza di temperature e conseguenti dilatazioni e contrazioni provocate dai cicli di soffiatura. L’operazione di soffiatura a vapore richiede un'attenta ingegnerizzazione del sistema di soffiatura stessa. Il passaggio fondamentale di questa fase progettuale è la determinazione della velocità del vapore di soffiatura all'interno del sistema. Questo parametro è chiamato fattore K (fattore di disturbo). Solo a partire da una certa velocità il vapore ha energia sufficiente per rimuovere le particelle dal sistema delle tubazioni. Il fattore K dipende dai dati di progetto della caldaia quali portata di produzione vapore, pressione, temperatura, diametro e lunghezza delle linee vapore del ciclo termico, etc. Con la determinazione del fattore K è possibile poi procedere al calcolo delle dimensioni del circuito di tubazioni temporanee e dei silenziatori, corredate da valvole a rapida apertura per la soffiatura ad intermittenza. Si fevidenzia anche che il raggiungimento delle condizioni di pulizia attese, descritte in apposita procedura di soffiatura specificatamente preparata da Ingegneria, passa attraverso l’esame visivo di “piastrine” metalliche lavorate meccanicamente a specchio (od altri materiali prescritti) ed inserite trasversalmente al flusso di vapore in punti predefiniti dei circuiti. Su queste piastrine (target plates) si stampano le particelle staccate dalle pareti delle tubazioni, grazie all’energia e velocità del vapore. Dette piastrine (target plates) vengono esaminate periodicamente fino a che il numero delle particelle di contaminazione sia completamente assente od il numero e la dimensione delle particelle stesse non rientri nel valore atteso. Detta valutazione passa anche attraverso comparazione con piastrine campione. Si provvede subito dopo alla passivazione dell’interno delle tubazioni allo scopo di evitare riossidazioni delle superfici e preservarle sino alla messa in servizio. La passivazione è la formazione di un film continuo interno, protettivo dello strato sottostante. Normalmente, comunque, subito dopo passivazione si provvede al più presto al riempimento definitivo di caldaia e circuiti acqua con acqua demineralizzata additivata tenuta periodicamente in circolazione.
l'organizzazione delle modalità di consegna dei sistemi e gruppi funzionali da Construction ala Commissioning.
Consegna dell’impianto al Committente (Owner) per l’esercizio definitivo d’impiantomodifica
Obbligatoria l'emissione del Certificato di Accettazione Provvisoria -PAC Provisional Acceptance Certificate- prima e l'emissione in fase successiva del Certificato di Accettazione Definitiva (FAC, Final Acceptance Certificate).
L’insieme di tutte le azioni sopra descritte, funzionali alla realizzazione di una nuova centrale termoelettrica, devono essere gestite, come già in precedenza descritto, da un'organizzazione adeguatamente strutturata, individuata dal Committente (Owner), di fatto, l'investitore nel progetto.
^Materiale sfuso che può essere ordinato e venduto in base al peso (barre d'acciaio, ecc.), al volume (cemento, petrolio, ecc.), alla lunghezza (cavi, fili, legname, ecc.) o in lotti. (ad es. tubi, condotti, raccordi, acciaio, armature, cavi e fili, sabbia, ghiaia, argilla, cemento, prodotti chimici, ecc.) Il materiale sfuso può essere anche acquistato da una descrizione di catalogo standard.
^abcCostruzione ed esercizio degli apparecchi a pressione-volume 2° materiali e saldature - raccolta M - raccolta S - Autori F. Pierini - M.Tesio ISBN 88-3248321-1.
^Realizzazione di tutte le attività necessarie a costituire fisicamente la centrale termoelettrica quale assieme di componenti civili, meccanici, idraulici, elettrici e di automazione
^Il processo di Avviamento è l'insieme di tutte le attività di tests, prove e controlli funzionali eseguiti sull'insieme di componenti meccanici, idraulici, elettrici e di automazione, allo scopo di verificare e certificare che le prestazioni dei suddetti componenti soddisfino, in ogni condizione, i criteri ed i valori attesi, sia sotto il profilo contrattuale che progettuale (in inglese Commissioning)
^Entrata dell'impianto in esercizio commerciale avendo soddisfatto tutti i requisiti tecnici e di sicurezza relativi alla interconnessione con la rete esterna di trasmissione elettrica ad alta tensione.
^Area rurale su cui non è stato precedentemente costruito.
^Testo unico per la sicurezza sul lavoro - d.lgs. n.81 del 9 aprile 2008, art.1 comma1. Attuazione dell'articolo 1 della legge 03 agosto 2007, n° 123, in materia di tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro.
^Le aste sono collettori di convogliamento e trasporto fluidi
^La sala controllo (control room) è una ampia stanza situata nell'edificio a ridosso della sala macchine dove sono locati tutti i sistemi ed apparecchiature di comando e controllo della centrale.
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