Soluzioni per la sicurezza e l'efficienza dei bruciatori industriali

Le valvole di arresto di sicurezza per combustibili accendono e spengono il bruciatore e impediscono l'ingresso del flusso di combustibile (gas o olio) nella camera di combustione nel caso in cui forno, fornace, caldaia, ossidatore termico o altre apparecchiature di riscaldamento si spengano. Le valvole di arresto di sicurezza per combustibili possono essere azionate elettricamente (motorizzate o a solenoide) o pneumaticamente e sono richieste dalle normative e dagli standard nazionali.

Altre caratteristiche della valvola: 

• Normalmente chiusa. 

• Soggetta a importanti test di durata. 

• Deve soddisfare rigorosi requisiti di tenuta e perdite. 

• Progettata per l'arresto in meno di 1 secondo in caso di interruzione dell'alimentazione. 

• Nella maggior parte dei casi, sono necessarie due valvole tra il bruciatore e l'alimentazione del combustibile. 

Una valvola di arresto è una valvola che può essere chiusa per arrestare il flusso di un fluido (bloccandolo)  

• Può essere manuale o automatica. Se la valvola è automatica, l'attuazione può essere elettrica, pneumatica (pressione aria + elettrica) o idraulica (olio pressurizzato + elettrica).  

• Una valvola di arresto automatica è una valvola normalmente chiusa, il che significa che l'attuatore è a prova di guasto in posizione chiusa (la maggior parte delle volte utilizza un ritorno a molla), quindi la valvola si arresta automaticamente quando è diseccitata.   

Un componente critico della sicurezza per i bruciatori a combustione è la cosiddetta "valvola di arresto di sicurezza automatica", ovvero una valvola di arresto che viene diseccitata quando viene rilevata una condizione non sicura, garantendo che il flusso di combustibile al bruciatore venga arrestato in modo sicuro.  

• Queste valvole sono progettate specificamente per applicazioni dei bruciatori con tasso di perdite molto basso, alta velocità di chiusura e buona affidabilità.  

• Uno standard nel settore dei bruciatori è l'installazione di due valvole in linea, il che garantisce che in caso di guasto o perdita di una valvola, l'altra si faccia carico di mettere il bruciatore nella posizione di arresto. 

1. Quando eccitata, lo stelo dell'attuatore motorizzato spinge in basso lo stelo della valvola, aprendo la valvola. 
2. In seguito all'interruzione dell'alimentazione, l'attuatore rilascia la sua forza, la molla nell'attuatore riporta indietro lo stelo dell'attuatore e la molla nella valvola porta l'otturatore della valvola verso l'alto, bloccando così la valvola. 
3. Quando è sotto tensione, la bobina attira il tappo che solleva il disco della valvola, aprendo la valvola. 
4. Quando diseccitata, la bobina non tira più il disco verso l'alto e la molla può spingerlo verso il basso per arrestare il flusso.

Un fuel train è l'insieme dei componenti per il controllo del fluido che conducono dall' alimentazione del combustibile fino al bruciatore. L'obiettivo del sistema è controllare in sicurezza il flusso di combustibile nel bruciatore e garantire un arresto sicuro, quando necessario. I gruppi del fuel train sono costituiti da molti componenti regolati da vari standard. Ad esempio: 

• NFPA 85: Codice dei pericoli per caldaie e sistemi di combustione. 

• NFPA 86: Standard per forni e fornaci. 

• NFPA 87: Standard per riscaldatori di fluidi. 

• EN 676: Bruciatori a flusso forzato per combustibili gassosi. 

• EN 746-2: Apparecchiature per processi termici industriali.

I bruciatori di grandi dimensioni si controllano utilizzando una combinazione di un sistema di gestione dei bruciatori (BMS) e un sistema di controllo della combustione (CCS: Combustion Control System). 

Il sistema BMS garantisce avvio, funzionamento e arresto sicuri dei bruciatori.  

• Definito a volte sistema di salvaguardia della fiamma, il sistema BMS avvia il bruciatore nella sequenza corretta eliminando prima il gas dalla camera di combustione, accendendo il pilota (se è presente una fiamma pilota) e quindi aprendo la linea di alimentazione del combustibile principale.  

• Durante il funzionamento, il sistema BMS monitora la fiamma del bruciatore principale e interrompe l'alimentazione alle valvole di arresto di sicurezza quando la fiamma non viene rilevata o se viene rilevata una condizione non sicura. Inoltre, il sistema BMS controlla la sicurezza delle condizioni di funzionamento all'avvio; se le condizioni non vengono soddisfatte, il sistema BMS arresta la sequenza di avvio e avvisa l'operatore. 

Il sistema CCS è costituito da apparecchiature atte a controllare il rapporto combustibile/aria e la frequenza di accensione. Questi componenti meccanici ed elettronici possono includere attuatori, valvole di controllo della portata, controller logici programmabili (PLC), variatori di frequenza (VFD) e sensori di portata. In alcune condizioni, i sistemi BMS e CCS possono essere integrati nella stessa apparecchiatura di controllo.

Un rapporto di turndown delle apparecchiature di riscaldamento è il rapporto tra l'emissione di calore massima e minima dell'apparecchiatura. Varia a seconda della tecnologia del bruciatore utilizzata. Un bruciatore con un rapporto di turndown di 10:1 può funzionare con un'emissione di calore del 10% del suo massimo. Il rapporto di turndown è importante per il mercato delle apparecchiature di riscaldamento: infatti, avere un rapporto di turndown elevato significa che esiste una finestra più ampia per la modulazione. Infatti un rapporto di 10:1 significherà che il bruciatore può lavorare tra il 10% e il 100% della sua capacità aprendo possibilità di utilizzarlo al 20%, 30%, 40%, ecc. quando la necessità di calore varia. Questo comporta guadagni significativi nel consumo di carburante e nelle emissioni poiché aumenta le possibilità di utilizzare solo ciò che è necessario.

I tipi di combustibile per bruciatori e caldaie includono: 

• Gas naturale 

• Olio combustibile (diesel) 

• Biodiesel 

• Gas di cokeria 

• Biogas 

• Idrogeno 

• GPL (principalmente butano e propano) 

Alcuni sistemi di combustione utilizzano combustibili solidi (come biomasse solide o carbone). Questi sistemi sono progettati in modo diverso e presentano regole e problemi diversi, per i quali Emerson può fornire soluzioni altrettanto valide.

L'NFPA stabilisce I requisiti di chiusura comprovata per le valvole di sicurezza del carburante che possono essere soddisfatti in due modi

Il primo consiste nell'implementazione di un interruttore di verifica della chiusura.

• Installato nella valvola dal produttore, questo interblocco verifica che la valvola di arresto di sicurezza del combustibile sia completamente chiusa prima che i cicli di spurgo e accensione del sistema possano iniziare.  

• L'interruttore di verifica della chiusura deve essere impostato in fabbrica, non deve essere regolabile e deve essere attivato solo dopo che la valvola ha raggiunto la posizione di chiusura. Questo significa che deve essere adottata una disposizione speciale in caso di corsa eccessiva. 

Il secondo metodo per soddisfare i requisiti del collaudo di chiusura consiste nell'implementazione di un sistema di verifica delle valvole.  

• Questo sistema può essere attivo o passivo. Quando è attivo, utilizza una pompa per pressurizzare le condutture tra due valvole di arresto di sicurezza del combustibile e monitora il gas pressurizzato per individuare eventuali perdite prima dell'avvio del sistema. Quando è passivo, il sistema collauda ogni valvola separatamente con un sequenziamento specifico di apertura e chiusura della valvola, controllando individualmente le eventuali perdite con dei pressostati.  

• Un sistema di collaudo delle valvole può essere obbligatorio in Europa sui fuel train dei bruciatori a seconda della relativa emissione termica. In base allo standard NFPA, in alcuni casi il sistema di collaudo delle valvole può sostituire la necessità di interruttori di verifica della chiusura.

Richiesti da molte norme, incluse FM, NFPA e UL, gli indicatori visivi mostrano se una valvola di arresto di sicurezza del combustibile è aperta o chiusa. Questo consente agli operatori di agire con la massima sicurezza in situazioni in cui la valvola deve essere chiusa per motivi di sicurezza.

Gli indicatori sono generalmente di natura meccanica. Alcuni standard impongono che, se viene utilizzata invece una spia o un LED, la luce spenta non può indicare una posizione. Questo requisito rende più complessa l'indicazione della spia in posizione chiusa, poiché l'alimentazione alla valvola viene interrotta quando il componente è chiuso.

Un modo per garantire che le valvole di arresto di sicurezza del combustibile siano ben gestite e funzionino in modo affidabile in caso di arresto è condurre test di tenuta annuali o anche più frequenti. Poiché le sedi della valvola si usurano nel tempo, questi test garantiscono che il gas non fuoriesca dalla valvola.

Le valvole Emerson per bruciatori industriali sono dotate di una presa di pressione specifica proprio per facilitare questa procedura di test, consentendo di lasciare la valvola installata sulla conduttura durante i test. Queste prese di pressione facilitano inoltre l'installazione di pressostati per il monitoraggio dei limiti di pressione o il rilevamento automatico delle perdite, se utilizzati con un sistema di collaudo delle valvole.