Guida alla selezione dei tubi in acciaio per l'industria chimica

Gli impianti di lavorazione chimica presentano alcune delle condizioni più impegnative per i sistemi di tubazioni. I tubi devono contenere fluidi che possono essere altamente corrosivi, a temperature e pressioni elevate e in molti casi tossici o infiammabili. Le conseguenze di guasti alle tubazioni nei servizi chimici includono perdite di fluidi di processo, incendi, esplosioni, rilasci tossici e danni ambientali. Pertanto, la scelta corretta del materiale dei tubi non è solo una decisione ingegneristica -, è un imperativo in materia di sicurezza e conformità normativa.

Il codice di progettazione per le tubazioni degli impianti chimici è ASME B31.3 (Process Piping), che fornisce regole per la progettazione, i materiali, la fabbricazione, i test e l'ispezione dei sistemi di tubazioni negli impianti chimici e petrolchimici. B31.3 classifica i servizi fluidi in normali, categoria M (tossici), categoria D (basso rischio) e alta-pressione, con requisiti sempre più rigorosi per i servizi più pericolosi. Le tubazioni devono essere progettate per la combinazione più severa di pressione e temperatura prevista durante il normale funzionamento, l'avvio, l'arresto e qualsiasi condizione credibile di turbamento.

Mezzi chimici diversi richiedono materiali per tubi diversi in base alla loro corrosività, temperatura e pressione. Per il servizio con acido solforico, l'acciaio al carbonio è adatto per concentrazioni superiori al 95% a temperatura ambiente, ma al di sotto del 95% (soprattutto acido diluito), i tassi di corrosione aumentano notevolmente, richiedendo acciaio inossidabile 316 o leghe superiori. Per quanto riguarda l'acido cloridrico, anche le soluzioni diluite sono altamente corrosive per l'acciaio inossidabile e richiedono leghe ad alto contenuto di-nichel (Hastelloy C-276) o tubazioni non metalliche per la maggior parte delle condizioni. Per l'acido nitrico, l'acciaio inossidabile 304L è adatto alla maggior parte delle concentrazioni perché l'acido nitrico passiva l'acciaio inossidabile. Per i solventi organici (idrocarburi, alcoli, chetoni), l'acciaio al carbonio è generalmente adeguato a meno che il solvente non sia bagnato o contenga contaminanti corrosivi.

Gli ambienti contenenti cloruro sono particolarmente difficili perché causano vaiolatura e tensocorrosione (SCC) negli acciai inossidabili austenitici. L'SCC del cloruro può verificarsi a temperature superiori a 60 gradi con concentrazioni di cloruro fino a 10 ppm. Per i flussi di processo contenenti cloruro-, il 316L (con 2-3% di molibdeno) fornisce una resistenza migliore rispetto al 304L, ma per condizioni severe di cloruro possono essere necessari acciai inossidabili duplex (2205, 2507) o leghe a base di nichel. Il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura (PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N) è un utile strumento di screening per confrontare la resistenza alla vaiolatura: 304L ha PREN ~19, 316L ha PREN ~25, 2205 duplex ha PREN ~36 e 2507 super duplex ha PREN ~43.

Materiale	Caratteristiche chiave	Applicazioni tipiche
Acciaio al carbonio (A106 Gr.B)	Basso costo, buona robustezza, limitata resistenza alla corrosione	Fluidi non-corrosivi, vapore, acqua, idrocarburi
Acciaio inossidabile 304/304L	Resistenza generale alla corrosione, buona saldabilità	Acido nitrico, acidi organici, lavorazione alimentare
Acciaio inossidabile 316/316L	-resistenza alla vaiolatura migliorata, standard del settore chimico	Acido solforico (diluito), cloruri (moderato), solventi
Duplex 2205/2507	Elevata resistenza, eccellente resistenza SCC	Ambienti contenenti cloruri, offshore, scambiatori di calore
Leghe di nichel (Inconel, Hastelloy)	Estrema resistenza alla corrosione, costo molto elevato	HCl, H2SO4 (caldo), HF, servizio fortemente corrosivo

General corrosion is uniform material loss over the entire surface, managed by adding a corrosion allowance (typically 1.5-6.0 mm) to the calculated wall thickness. Pitting is localized corrosion that creates small cavities, measured by the PREN value. Crevice corrosion occurs in shielded areas such as under gaskets and deposits, requiring alloys with higher molybdenum content. Stress corrosion cracking (SCC) is the most dangerous corrosion form - cracking occurs under the combined action of tensile stress and a corrosive environment, often without significant general corrosion. SCC can cause catastrophic failure with little warning. For chloride SCC, materials with higher nickel content (>20%) o microstrutture duplex forniscono resistenza. La corrosione intergranulare, causata dalla precipitazione di carburo di cromo ai bordi dei grani, viene prevenuta utilizzando qualità a basso-carbonio (304L, 316L) o qualità stabilizzate (321, 347).

Gli impianti chimici normalmente operano a classi di pressione comprese tra ANSI 150# (2 MPa) e 600# (10 MPa), con processi speciali come l'idrocracking e la produzione di polietilene che operano a 900-2500# (15-42 MPa). La selezione del rating di pressione segue le regole di progettazione ASME B31.3, con lo spessore minimo della parete calcolato utilizzando la formula: t=(P x D) / (2(SE + PY)). Per il servizio con vuoto, il tubo deve resistere al collasso della pressione esterna, spesso richiedendo programmi più pesanti di quelli imposti dalla sola pressione interna. La temperatura influisce in modo significativo sullo stress consentito: un tubo adeguato a temperatura ambiente potrebbe richiedere una parete più spessa a 400 gradi. Vedi il nostroGuida alla valutazione della pressione del tuboper metodi di calcolo completi.

I tubi chimici spesso richiedono trattamenti superficiali speciali. Lo sgrassaggio rimuove olio e grasso dalla superficie interna per prevenire la contaminazione del fluido di processo. Il decapaggio rimuove le scaglie di laminazione e gli ossidi di saldatura. La passivazione (trattamento con acido nitrico o acido citrico) migliora lo strato naturale di ossido di cromo sull'acciaio inossidabile, massimizzando la resistenza alla corrosione. Il tracciamento elettrico (elettrico o a vapore) viene applicato ai tubi che devono mantenere temperature elevate per prevenire la solidificazione del fluido o l'aumento della viscosità. I tubi chimici interrati richiedono un rivestimento anticorrosivo esterno-secondo ISO 21809 o equivalente - consulta il nostroGuida al rivestimento dei tubi. I requisiti NDT per i tubi chimici variano in base alla categoria di servizio del fluido secondo B31.3, dal 5% delle saldature per il servizio normale al 100% per il servizio di categoria M - vedere il nostro

Guida NDT per tubi.

ASME B31.3 è il codice di progettazione principale. Gli standard dei materiali ASTM includono A106 (acciaio al carbonio), A312/A358 (acciaio inossidabile) e A335 (acciaio legato). Gli standard API relativi agli impianti chimici includono API 610 (pompe) e API 682 (sistemi di tenuta). Per i progetti internazionali, possono essere applicati gli standard EN 13480 (codice tubazioni europeo) e GB/T 20801 (codice tubazioni cinese). I requisiti della direttiva PED devono essere soddisfatti per le apparecchiature installate nell'Unione Europea. Un confronto completo degli standard internazionali è disponibile nel nsConfronto degli standard dei tubi(59).

Quando si ordina un tubo per servizi chimici, fornire i seguenti parametri: composizione e concentrazione del fluido, intervallo di pH per soluzioni acquose, temperatura operativa (normale e di progetto), pressione operativa (normale e di progetto), codice applicabile (ASME B31.3 o altro), requisiti NDT, requisiti di certificazione (MTC 3.1 o 3.2) ed eventuali preparazioni speciali della superficie (decapaggio, passivazione). ManufacturerPipe fornisce tubi in acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e acciaio legato per applicazioni chimiche, con esperienza nella fornitura a raffinerie, impianti petrolchimici e impianti di chimica fine in tutto il mondo.

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