Quali materiali possono essere utilizzati nella lavorazione e fabbricazione di tubazioni?

Metalli ferrosi: la robustezza e la natura ad alte prestazioni della lavorazione di tubazioni nella fabbricazione

Acciai al carbonio e basso legati: un riferimento nel settore petrolifero e del gas e nella generazione di energia

Leghe resistenti alla fluenza e ad alte temperature P91 per la lavorazione e fabbricazione di tubazioni

Acciai inossidabili ferritici e duplex

Durante la lavorazione di tubi in presenza di mezzi più aggressivi, come i cloruri, gli acidi organici e l'acqua di mare, elementi quali il cromo e il molibdeno presenti negli acciai inossidabili, negli acciai duplex e negli acciai superduplex consentono a tali acciai di formare rapidamente — e, secondo quanto riportato, di autoripararsi passivamente — contro la corrosione di tipo pitting e da fessurazione. In particolare, gli acciai inossidabili duplex, che combinano la tenacità della microstruttura austenitica con la resistenza meccanica della microstruttura ferritica, presentano una sensibilità notevolmente ridotta — fino al 65% — alla corrosione sotto sforzo indotta da cloruri (SCC), come dimostrato da recenti studi sul campo conformi agli standard NACE, rispetto agli acciai inossidabili 316L. La loro microstruttura bilanciata a doppia fase conferisce inoltre un livello superiore di resistenza a snervamento e di saldabilità, rendendo gli acciai inossidabili duplex un’ottima scelta per giunzioni ad alta integrità in impianti di dissalazione, piattaforme offshore e linee di trasferimento chimico. Ogni grado viene scelto in funzione della severità dell’ambiente: ad esempio, il 316L può essere utilizzato in ambienti moderatamente clorurati, mentre le leghe superduplex possono sostituire trattamenti superficiali e conservanti costosi in ambienti severi con concentrazioni di cloruro superiori a 30.000 ppm.

Superleghe a base di nichel e titanio per servizi aggressivi in ambiente chimico e acque marine

Nelle condizioni più corrosive e a temperature più elevate, i materiali scelti sono superleghe a base di nichel e titanio. Queste condizioni possono verificarsi durante il trasporto di acido solforico, nell’impiego di alberi di risalita per estrazioni in acque profonde o durante l’estrazione di petrolio acido (sour oil). Un esempio di superlega a base di nichel è l’Inconel 625 o addirittura l’Hastelloy C-276. Anche queste condizioni richiedono l’impiego del titanio; un esempio è il Grado 2 e il Grado 7. Per quanto riguarda l’acido solforico concentrato, l’Hastelloy C-276 mantiene oltre il 95% della propria resistenza alla corrosione. L’acqua di mare comporta diversi meccanismi corrosivi, quali la corrosione localizzata (pitting) e la corrosione da fessura (crevice corrosion), ritenuti i più aggressivi. Ciò rende difficile progettare materiali in grado di resistere alla corrosione per lunghi periodi. L’ossido di titanio si forma in acqua di mare e previene in modo eccezionale la corrosione, rappresentando pertanto una soluzione sostenibile. Un esempio è la durata operativa di 40 anni del titanio nei sistemi di raffreddamento. L’Inconel 625 è preferibile ad altri materiali per quanto concerne la frattura indotta da solfuri sotto tensione (sulfide stress cracking) nei flussi di idrocarburi. Di conseguenza, le superleghe a base di nichel e il titanio contribuiscono a garantire un costo totale di proprietà (TCO) contenuto, assicurando nel contempo il funzionamento continuo e senza interruzioni di sistemi critici per la missione.

Lavorazione economica di tubazioni a bassa pressione mediante tubi in polimero e non metallici

HDPE, PVC, CPVC e PEX: qual è il giusto equilibrio tra costo, efficienza di installazione e incompatibilità chimica

Quando si tratta di lavorazione e fabbricazione di tubazioni a bassa pressione e non critiche, in particolare per l’approvvigionamento idrico comunale, l’irrigazione e gli scarichi chimici, i materiali polimerici offrono notevoli vantaggi economici nonché benefici logistici. HDPE, PVC, CPVC e PEX sono soluzioni per sistemi tubieri leggeri e resistenti alla corrosione. Inoltre, non richiedono filettatura né saldatura, consentendo quindi un risparmio di manodopera e tempo di installazione fino al 40% rispetto a un sistema metallico. Il tubo in HDPE è il più adatto per gli impianti di distribuzione di gas e acqua, nonché per gli impianti interrati di distribuzione di gas e acqua. L’HDPE è flessibile e consente una saldatura a fusione continua. Il tubo in PVC offre una buona resistenza agli acidi e alle basi. Il CPVC presenta un’elevata resistenza ed è in grado di sopportare acqua a temperature superiori a 200 °F. Il tubo in PEX possiede un’eccellente piegabilità ed è ideale per gli impianti idraulici. Tuttavia, tutti questi materiali presentano alcune limitazioni. Ad esempio, il PVC diventa fragile a temperature di congelamento, mentre il CPVC subisce un degrado da raggi UV dopo l’esposizione. Anche le riduzioni termiche e di pressione sono fattori critici nella scelta dei materiali per tubazioni. Pertanto, la selezione di materiali tubieri flessibili deve avvenire tenendo conto della compatibilità chimica.

Applicazione della progettazione e dell'ingegneria per la struttura di lavorazione tubi

Un approccio metodico e sistematico è essenziale per determinare il materiale da utilizzare nella realizzazione di tubazioni. Quando vengono trasportati fluidi, le tubazioni devono resistere senza cedimenti ai reflui caldi, viscosi e acidi provenienti dagli impianti di raffinazione. Questo costituisce il requisito fondamentale per preservare il regolare deflusso e l’integrità dei prodotti. La norma ASME B31.3 prevede il mantenimento della pressione di esercizio prevista e delle condizioni operative. Ciò significa che la pressione nelle tubazioni non deve superare del 30% la pressione di esercizio prevista, mentre la temperatura non deve essere superiore a 400 gradi Celsius. L’acciaio P91 rientra in tale intervallo. Le condizioni operative tengono conto anche della temperatura del fluido e dell’azione del vento. I componenti devono inoltre essere resistenti alla corrosione e compatibili con i fluidi trasportati. Leghe di qualità superiore, sebbene più costose, giustificano pienamente l’investimento. Molte leghe vengono utilizzate anche per le flange delle tubazioni resistenti alla corrosione. Ne consegue che maggiore è la portata del fluido, maggiore sarà l’efficienza economica del componente. Il risultato è un funzionamento regolare e una solida sostenibilità finanziaria. L’integrazione di tali criteri consente di prendere decisioni solide, garantendo operazioni più fluide e affidabili, nonché maggiori risparmi nei costi di realizzazione delle strutture tubieristiche.

Domande frequenti

Quali sono i vantaggi dell'acciaio al carbonio e dell'acciaio bassolegato?

L'acciaio al carbonio e l'acciaio bassolegato offrono numerosi vantaggi. Presentano un ottimo rapporto resistenza-costi. Possono essere utilizzati nella costruzione di tubazioni per il settore energetico e per il petrolio e il gas. Inoltre, offrono un'eccellente resistenza alle temperature estreme e agli ambienti corrosivi (sour environments).

Perché questi leghe sono indicate per condizioni corrosive?

Perché leghe come quelle duplex e gli acciai inossidabili presentano una maggiore resistenza alla corrosione, grazie allo sviluppo di uno strato protettivo di ossido nel corso del processo corrosivo, rendendole ideali per applicazioni in presenza di cloruri, acidi organici e persino acqua di mare.

Come si confrontano i polimeri con i metalli nella produzione di tubazioni?

Materiali come l'HDPE, il PVC, il CPVC e il PEX presentano diversi vantaggi rispetto ai metalli, ad esempio il peso ridotto e l'assenza di corrosione, offrendo notevoli vantaggi economici e logistici, soprattutto considerando che tali tubazioni vengono impiegate in applicazioni a bassa pressione e non critiche.