Analisi di un tubo in lega 400 fallito: modalità comuni di guasto nelle applicazioni di condensatori marini

Analisi di un tubo in lega 400 fallito: modalità comuni di guasto nelle applicazioni di condensatori marini

Una tubazione in lega 400 (Monel 400) che perde o si rompe in un sistema di condensazione marino è più di un semplice problema di manutenzione: è un segnale diagnostico. Sebbene questa lega di nichel-rame venga spesso scelta per la sua buona resistenza alla corrosione in acqua di mare e per le eccellenti proprietà meccaniche, le sue prestazioni nell'impiego in condensatori presentano limiti ben definiti. Comprendere i motivi del malfunzionamento è fondamentale per decidere se riparare, sostituire o modificare le specifiche.

I guasti della lega 400 in questi ambienti raramente derivano da corrosione uniforme. Al contrario, sono tipicamente localizzati, aggressivi e riconducibili a condizioni ambientali specifiche o a carenze progettuali.

Modalità Principali di Guasto: Meccanismi ed Evidenze

1. Corrosione localizzata (pitting) e corrosione da fessura in condizioni di ristagno/sotto depositi

• Meccanismo: L'Alloy 400 dipende da un film passivante protettivo. Quando cloruri, bassa ossigenazione e condizioni acide si combinano sotto depositi (limo, incrostazioni biologiche, prodotti di corrosione) o all'interno di fessure (sotto guarnizioni, alle piastre tubiere), questo film si rompe localmente. Ciò provoca una corrosione localizzata altamente aggressiva.

• Segni distintivi: Pitting isolati e profondi, spesso riscontrati nella metà inferiore dei tubi o nei punti di supporto dove si accumula il sedimento. La corrosione da fessura sarà fortemente localizzata sulle superfici di contatto delle guarnizioni o sui giunti tra tubo e piastra tubiera. Il metallo circostante potrebbe apparire in gran parte inalterato.

• Causa Radicale: Svuotamenti del sistema infrequenti, filtrazione inadeguata, velocità di flusso basse che favoriscono il deposito, oppure mancanza di un controllo efficace dell'incrostazione biologica.

2. Corrosione da fatica sotto tensione (SCC) in acque inquinate o aerate

• Meccanismo: L'Alloy 400 è suscettibile alla SCC in presenza di entrambi tensione di trazione (residua per piegatura/saldatura, o operativa) e specifici agenti corrosivi. Gli agenti critici negli ambienti marini includono:

  • Solfuro di idrogeno (H₂S): Comune in porti inquinati o sedimenti anossici biologicamente attivi.

  • Ammoniaca libera (NH₃): Può essere presente in alcuni flussi di condensa di processo o derivante da attività biologica.

  • Sali mercurosi: Un agente meno comune ma potente.

• Segni distintivi: Microfessure ramificate, spesso intercristalline. Le fessure si originano tipicamente in corrispondenza delle zone con tensione più elevata o di preesistenti pitting. La rottura può apparire fragile, con minima deformazione duttile.

• Causa Radicale: Errore nella selezione del materiale per acque note contenere questi inquinanti, unito a tensioni residue della lavorazione non eliminate.

3. Corrosione-erosione in punti ad alta velocità o turbolenti

• Meccanismo: Il film protettivo viene asportato meccanicamente dall'acqua ad alta velocità, turbolenta o contenente sospensioni solide. Ciò è particolarmente evidente in:

  • Curve e gomiti delle tubazioni.

  • L'estremità di ingresso dei tubi del condensatore (attacco per impatto).

  • A valle delle valvole di regolazione del flusso o delle valvole parzialmente chiuse.

• Segni distintivi: Un aspetto caratteristico lucido, a scanalatura o a scalini, spesso con un andamento direzionale seguente il flusso. Le pareti diventano sottili e lisce, a differenza della morfologia irregolare della corrosione pitting.

• Causa Radicale: Progettazione del sistema che supera le velocità di flusso raccomandate per la Lega 400 (~5-6 ft/s per acqua di mare pulita è una soglia comune) o la presenza inaspettata di solidi trascinati (sabbia, bolle di cavitazione).

4. Corrosione galvanica

• Meccanismo: La Lega 400 è catodica (più nobile) rispetto a molti materiali da costruzione comuni come l'acciaio al carbonio o l'alluminio. Se collegata direttamente a questi materiali nell'elettrolita conduttivo dell'acqua di mare, ne accelererà la corrosione. Al contrario, se collegata a un materiale più nobile come il titanio o il grafite, la Lega 400 può diventare anodica e corrodersi.

• Segni distintivi: Corrosione severa e localizzata del metallo meno nobile in corrispondenza del giunto (ad esempio, un supporto in acciaio al carbonio che si disintegra nel punto in cui entra in contatto con il tubo in Lega 400). Se la Lega 400 funge da anodo, si verificherà un assottigliamento accelerato nelle vicinanze del collegamento.

• Causa Radicale: Mancanza di adeguata isolamento elettrico (flange isolanti, guarnizioni, manicotti) nei sistemi con materiali misti.

L'analisi forense e il percorso decisionale

Quando ci si trova di fronte a un guasto, è fondamentale adottare un approccio sistematico:

1. Esame visivo e macroscopico: Documentare posizione, schema (generale rispetto a localizzato) e associazione con saldature, fessure o modelli di flusso.

2. Revisione dell'ambiente: Analizzare la chimica dell'acqua: non solo le specifiche dell'acqua di mare pulita, ma anche le condizioni reali. Effettuare test per inquinanti (H₂S, NH₃), contenuto di ossigeno, pH e carico di sedimenti. Esaminare i dati sulla velocità di flusso e sui cicli operativi (arresti frequenti accelerano gli attacchi sotto deposito).

3. Verifica del materiale: Confermare che la lega sia effettivamente la Lega 400 (utilizzando PMI - Identificazione Positiva del Materiale) e verificare il corretto trattamento termico. Esaminare i documenti di fabbricazione per le pratiche di distensione.

4. Analisi microscopica: Utilizzare la metallografia per confermare il modo di rottura (pitting, percorso della fessurazione da corrosione sotto tensione, modello di erosione) a livello microscopico.

Mitigazione e riprogettazione: andare oltre il guasto

L'analisi determina l'azione correttiva:

• Per la corrosione da pitting/fessura: Migliorare la filtrazione, istituire protocolli regolari di pulizia, garantire un flusso costante e valutare la sostituzione con una lega più resistente alle fessure come Leghe 625 per le aree critiche.

• Per la SCC: Eliminare il corrosivo se possibile, oppure eseguire un trattamento di tempra completa per la riduzione delle tensioni per tutti i componenti in Lega 400 lavorati. Per nuove specifiche in acque inquinate, passare a una lega resistente alla corrosione sotto tensione come Lega 825 o 625 .

• Per la Corrosione-Erosione: Riprogettare per ridurre le velocità di flusso, eliminare geometrie turbolente oppure specificare un materiale più duro e resistente all'erosione. Lega K-500 (versione indurita per precipitazione della 400) è talvolta utilizzata in questo caso.

• Per la Corrosione Galvanica: Installare un isolamento adeguato oppure passare a una famiglia di materiali più compatibile dal punto di vista galvanico.

Conclusione: Un Fallimento nell'Applicazione, Non Sempre del Materiale

La Lega 400 non è una scelta universalmente sbagliata; è una dipendente dal contesto uno. Il suo malfunzionamento in un condensatore marino spesso indica che le condizioni di esercizio sono uscite dalla sua finestra applicativa — entrando in servizi inquinati, stagnanti, ad alta velocità o scarsamente isolati.

La conclusione per ingegneri e operatori è chiara: la lega 400 richiede una gestione proattiva dell'ambiente operativo e pratiche di fabbricazione meticolose. Quando queste non possono essere garantite, o quando si verificano guasti ricorrenti, la soluzione più conveniente a lungo termine consiste spesso nel ridefinire le specifiche utilizzando una lega più robusta e appositamente concepita per impieghi marini moderni. L'investimento iniziale in un materiale di qualità superiore si ripaga frequentemente con l'azzeramento dei tempi di fermo, la riduzione della manutenzione e la garanzia dell'integrità del sistema.