Le valvole controllano i fluidi nei sistemi di tubazioni di processo. La selezione errata del materiale può causare perdite, grippaggi meccanici o gravi incidenti di sicurezza. Gli ingegneri devono abbinare i materiali con precisione alle condizioni operative complesse che coinvolgono acidi forti, alcali, temperature estreme e pressioni elevate.
Categorie materiali fondamentali
I materiali delle valvole rientrano in cinque categorie principali. Gli acciai al carbonio economici offrono un'elevata resistenza. Gli acciai inossidabili forniscono resistenza alla corrosione. Gli acciai legati resistono alle alte temperature e pressioni. Le leghe speciali resistono ad ambienti altamente corrosivi. I materiali non-metallici offrono una resistenza chimica superiore.
Applicazioni dell'acciaio al carbonio
L'acciaio al carbonio è il materiale più comune per il corpo valvola grazie al suo rapporto-economico.
L'acciaio fuso WCB è adatto a mezzi non-corrosivi tra cui acqua, vapore e olio in un intervallo compreso tra -29 e 425 gradi.
Il WCC offre una migliore saldabilità grazie a un contenuto di carbonio inferiore.
LCB incorpora nichel per migliorare la resistenza alle basse-temperature fino a -46 gradi.
L'acciaio al carbonio non è resistente alla corrosione e non deve mai essere utilizzato in servizi corrosivi.
Caratteristiche dell'acciaio inossidabile
Gli acciai inossidabili offrono un'eccezionale resistenza alla corrosione.
Il grado 304 resiste agli acidi ossidanti ma soffre di vaiolatura in ambienti contenenti cloruro.
Il grado 316 contiene molibdeno per migliorare la resistenza alla corrosione indotta dal cloruro-per i servizi con acqua di mare.
Il grado 316L offre una composizione di carbonio ultra-bassa-per una resistenza alla corrosione intergranulare superiore.
Il grado 321 utilizza la stabilizzazione al titanio per applicazioni ad alta-temperatura fino a 900 gradi.
Prestazioni dell'acciaio legato
Gli acciai legati vengono utilizzati principalmente in servizi ad-parametri elevati.
WC6 fornisce un servizio a lungo-termine fino a 595 gradi con moderata resistenza all'attacco dell'idrogeno.
WC9 offre una maggiore resistenza alle alte-temperature per i sistemi a vapore supercritici.
I gradi C5 e C12 presentano un elevato contenuto di cromo per un'eccezionale resistenza all'ossidazione e alla solforazione in ambienti difficili.
Soluzioni in leghe speciali
Le leghe speciali rimangono insostituibili per condizioni corrosive estreme.
Hastelloy resiste praticamente a tutti i prodotti chimici aggressivi.
Le leghe Monel offrono un'eccezionale resistenza all'acqua di mare e all'acido fluoridrico.
Le leghe di titanio mostrano tassi di corrosione prossimi allo zero nell'acqua di mare, ma rappresentano un grave rischio di incendio in ambienti con ossigeno puro.
Le valvole rivestite in PTFE-resistono a quasi tutti gli acidi forti nonostante le limitazioni di temperatura inferiori a 180 gradi.
Selezione pratica di ingegneria
L'ingegneria pratica richiede una corrispondenza precisa dei parametri. L'acido solforico concentrato forma uno strato passivo sull'acciaio al carbonio, rendendolo preferibile all'acciaio inossidabile. L'acido cloridrico richiede rigorosamente Hastelloy B o Monel. Il gas di cloro secco consente l'utilizzo di acciaio al carbonio mentre il cloro umido richiede il titanio. Il vapore saturo consente WCB mentre il vapore surriscaldato richiede aggiornamenti a WC6 o WC9. L'integrità alle basse-temperature si concentra sulla prevenzione delle fratture fragili. L'acciaio al carbonio ordinario è vietato al di sotto dei -29 gradi. I servizi criogenici richiedono che gli acciai inossidabili austenitici siano supportati dalle prove di impatto Charpy. Le condutture dell'ossigeno richiedono uno sgrassaggio rigoroso e vietano il titanio. Le linee del cloro liquido vietano assolutamente le leghe di rame. Gli interni della valvola determinano le prestazioni di tenuta. La metallurgia del rivestimento deve corrispondere o superare le specifiche del corpo valvola, spesso utilizzando rivestimenti duri in stellite.
Ottimizzazione dei costi e insidie comuni
La selezione dei materiali deve bilanciare i costi del ciclo di vita senza perseguire ciecamente qualità premium. L'acido solforico concentrato è meglio servito dall'acciaio al carbonio che dall'acciaio inossidabile. Gli ingegneri devono evitare le trappole comuni. Il mito dell’universalità dell’acciaio inossidabile ignora la rapida degradazione dell’HCl e degli alcali concentrati a caldo. Supporre che un grado più alto equivalga a una migliore sicurezza porta a uno spreco di capitale. Ignorare gli effetti della temperatura altera i meccanismi di corrosione. Trascurare la metallurgia del rivestimento interno provoca spesso il cedimento della tenuta.
Conclusione
La selezione del materiale corretto per la valvola costituisce la base per un funzionamento sicuro nei sistemi di processo. La selezione accurata dei materiali, la configurazione razionale e la convalida scientifica garantiscono che le valvole resistano in modo affidabile a condizioni operative difficili.
