Vaporizzatori atmosferici

Le unità a tiraggio naturale si basano sulla convezione libera dell'aria ambiente attraverso profili estrusi alettati in alluminio, senza ventilatori, senza alimentazione elettrica e senza parti in movimento. Le unità a tiraggio forzato aggiungono ventilatori per aumentare il coefficiente di scambio termico lato aria, così la stessa potenza viene ottenuta con un ingombro minore oppure mantenuta a una temperatura ambiente più bassa. Il tiraggio naturale è in genere adatto a servizi intermittenti su siti con superficie disponibile, mentre il tiraggio forzato è adatto a portate continue elevate, ingombri ridotti o climi freddi. La scelta viene valutata rispetto a portata, temperatura ambiente di progetto e ciclo di lavoro.

Il dimensionamento parte dalla portata di gas richiesta in Nm³/h, dal fluido (LIN, LOX, LAR, CO₂, GNL o GPL), dalla pressione di ingresso, dalla temperatura di uscita richiesta e dalla temperatura ambiente di progetto del sito. Il ciclo di lavoro conta quanto la portata di picco: durante il funzionamento continuo si forma ghiaccio sulla superficie alettata e lo scambio termico effettivo si riduce, quindi si applica un fattore di declassamento alla potenza a superficie pulita. Anche umidità relativa, esposizione al vento e distanza tra le unità incidono sulla potenza ottenibile. I vaporizzatori vengono dimensionati su questi valori di progetto anziché su un dato nominale di catalogo.

Il principio di scambio termico è lo stesso, ma un'unità viene configurata per un fluido definito. Pressione di progetto, selezione dei materiali, requisiti di pulizia e dettagli delle connessioni differiscono tra i servizi, e il servizio con ossigeno in particolare richiede pulizia per servizio ossigeno e compatibilità dei materiali che non si applicano alle unità per azoto o GPL. Dove un sito tratta più fluidi, la disposizione normale prevede unità separate e dedicate.

La capacità diminuisce al calare della temperatura ambiente, poiché la potenza dipende dalla differenza di temperatura tra l'aria e il fluido di processo. Brina e ghiaccio sulle alette aggiungono resistenza termica e riducono ulteriormente la resa, e un'umidità relativa elevata accelera tale accumulo. Le applicazioni in clima freddo vengono affrontate scegliendo una temperatura ambiente di progetto più bassa, aumentando la superficie di scambio, aggiungendo il tiraggio forzato oppure disponendo banchi in servizio e di riserva con commutazione e periodi di sbrinamento.

Un banco collettorato è costituito da due o più vaporizzatori collegati tramite una disposizione di commutazione, in modo che un gruppo sia in servizio mentre l'altro si sbrina. Serve dove il ciclo di lavoro è continuo, o abbastanza lungo perché la formazione di ghiaccio riduca la resa al di sotto della portata richiesta prima del termine della domanda. La commutazione può essere a tempo o comandata dalla temperatura del gas in uscita. Numero di unità e intervallo di commutazione derivano da portata, temperatura ambiente di progetto e umidità.

I vaporizzatori atmosferici possono servire una domanda continua, ma non come unità singola in funzione senza interruzione, poiché la formazione di ghiaccio pone un limite pratico al tempo di funzionamento. Il servizio continuo è normalmente coperto da banchi in servizio e di riserva con cicli di sbrinamento, oppure da unità a tiraggio forzato dove l'area disponibile è limitata. Dove la portata è molto elevata o le condizioni ambientali sono sfavorevoli, la vaporizzazione a bagno d'acqua o riscaldata a vapore può risultare la tecnologia più appropriata, e tale confronto viene fatto caso per caso.

Il vaporizzatore viene collegato alla linea di prelievo liquido del serbatoio di stoccaggio, normalmente tramite tubazioni con isolamento sotto vuoto o comunque isolate, per limitare l'apporto di calore e il flusso bifase. Il dimensionamento della linea tiene conto della portata di progetto e della perdita di carico ammissibile, con intercettazioni e dispositivi di scarico previsti secondo il codice tubazioni applicabile. A valle sono tipici un regolatore di pressione o un circuito di costruzione della pressione e il monitoraggio della temperatura in uscita. La disposizione esatta segue il P&ID concordato per l'installazione.