Produzione di tubi in acciaio inossidabile senza saldatura per servizio a temperatura elevata

Un’adeguata distanza tra i supporti impedisce a un impianto di tubazioni in acciaio inossidabile di deformarsi, vibrare o usurarsi; le principali norme di riferimento sono MSS SP-58 e MSS SP-69, che definiscono materiali, progettazione e modalità di installazione dei sostegni per tubazioni. Un particolare specifico per l’acciaio inossidabile è qui rilevante: il modulo di elasticità dell’acciaio inossidabile austenitico è circa il 10–15% inferiore rispetto a quello dell’acciaio al carbonio; pertanto, una campata identica subisce una maggiore deformazione, e le tabelle di interasse progettate per l’acciaio al carbonio non risultano conservative per l’acciaio inossidabile. Aggiungendo il movimento termico e la necessità di evitare il contatto diretto tra acciaio inossidabile e acciaio al carbonio, la progettazione dei supporti diventa un vero e proprio compito ingegneristico. Presso Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. consigliamo ai clienti di pianificare i supporti fin dall’inizio tenendo conto della rigidezza, della temperatura e dell’isolamento galvanico.

Perché l’acciaio inossidabile richiede maggiore attenzione rispetto all’acciaio al carbonio
La deformazione dovuta al peso proprio dipende dalla lunghezza della campata, dal carico, dal momento d’inerzia e dal modulo di elasticità del materiale. Gli acciai inossidabili austenitici presentano un modulo compreso tra 193 e 200 GPa, contro i circa 205–210 GPa dell’acciaio al carbonio. Poiché la deformazione è inversamente proporzionale al modulo, lo stesso tubo, su una medesima campata, si flette in modo sensibilmente maggiore se realizzato in acciaio inossidabile. Copiando direttamente una tabella di interassi validi per l’acciaio al carbonio, la linea in acciaio inossidabile può superare il limite consueto di deformazione, comunemente fissato intorno a 2,5 mm tra i supporti, al fine di mantenere la pendenza di scarico e prevenire ristagni.
L'acciaio inossidabile viene spesso specificato con pareti più sottili rispetto all'acciaio al carbonio per la stessa pressione, poiché la sua resistenza e il suo margine anticorrosione si calcolano in modo diverso. Una parete più sottile riduce il momento d'inerzia e aumenta la deformazione. Un modulo elastico inferiore unito a una parete più sottile implica che le campate in acciaio inossidabile dovrebbero generalmente essere più corte rispetto a quelle equivalenti in acciaio al carbonio, oppure che la tubazione deve essere verificata esplicitamente rispetto a un limite di deformazione e di tensione anziché fare riferimento a una tabella generica.

Linee guida per l'interasse dei supporti e loro utilizzo
La norma MSS SP-69 fornisce l'interasse massimo dei supporti per tratti orizzontali rettilinei, suddiviso per diametro nominale e tipo di servizio, distinguendo il servizio idrico da quello per vapore o gas, poiché le tubazioni riempite di liquido hanno un peso maggiore. Tali valori presuppongono un carico uniformemente distribuito e un limite combinato di tensione flessionale e deformazione. Per l'acciaio inossidabile, considerare gli interassi pubblicati come punto di partenza e verificare la deformazione, oppure ridurre leggermente le campate per compensare il modulo elastico inferiore.

Queste cifre seguono il modello MSS SP-69 per tubi d'acciaio a parete standard; per tubi in acciaio inossidabile a parete sottile, ridurre tali distanze o verificare il criterio di deformazione di 2,5 mm alla temperatura di esercizio. I carichi concentrati, quali valvole, flange e stazioni strumentali, richiedono un supporto posizionato vicino al carico, non quello indicato nella tabella per tratti rettilinei. Le colonne verticali necessitano di guide per controllare i movimenti laterali e di un supporto portante posizionato vicino alla base.

Gestione del movimento termico
L'acciaio inossidabile si espande di più rispetto all'acciaio al carbonio. I gradi austenitici presentano un coefficiente di dilatazione termica di circa 16–18 micrometri per metro per grado Celsius, ossia circa il 40–50% in più rispetto all'acciaio al carbonio, il cui valore è vicino a 12. Una tubazione austenitica lunga 30 m riscaldata di 200 °C può allungarsi di circa 100 mm; pertanto, il sistema di supporto deve consentire il movimento del tubo pur continuando a sostenerne il peso. L'approccio consueto prevede di fissare determinati punti con ancoraggi, permettere al tubo di scorrere assialmente attraverso guide che ne impediscono il movimento laterale e assorbire l'allungamento mediante anelli di espansione o grazie alla flessibilità del percorso.
Un layout scorretto di ancoraggi e guide può trasferire carichi termici eccessivi sui raccordi degli apparecchi oppure provocare la deformazione a flessione della tubazione. I supporti scorrevoli richiedono superfici di appoggio a basso attrito e compatibili con la corrosione; mentre i supporti a molla o a forza costante vanno installati dove il movimento termico verticale altrimenti scaricherebbe un supporto rigido.

Evitare il contatto con l'acciaio al carbonio e le intercapedini
Una causa sottile ma comune di guasto precoce è il contatto diretto tra tubazioni in acciaio inossidabile e supporti in acciaio al carbonio. Il ferro trasferito da una fascetta, da un bullone a U o da una trave in acciaio al carbonio si incorpora nella superficie dell'acciaio inossidabile e provoca ruggine; il punto di contatto diventa una fessura in cui i cloruri si concentrano, innescando la corrosione localizzata o la corrosione da fessura. La soluzione consiste nell'isolare la tubazione dai supporti ferrosi mediante guarnizioni in acciaio inossidabile o non metalliche, rivestimenti in elastomero o PTFE, oppure guarnizioni protettive adesive per usura, e nel prevenire l'accumulo di umidità nel punto di contatto.
Le vibrazioni aggravano l'usura nei punti di supporto. Nei tratti di linea che trasportano pompe o apparecchiature alternative, o dove è probabile che si verifichino vibrazioni indotte dal flusso, un'interasse più ravvicinata innalza la frequenza naturale e riduce il rischio di risonanza, mentre le fascette ammortizzate limitano l'usura da sfregamento. Qualsiasi punto rigido che consenta allo sfregamento metallo-su-metallo della tubazione provocherà, col tempo, un assottigliamento della parete; pertanto, i rivestimenti protettivi svolgono una doppia funzione: contrastano sia la corrosione sia l'abrasione.

Vibrazioni, guide e ancoraggi nella pratica
L'interasse tra i supporti determina anche la frequenza naturale del sistema. Campate più lunghe si deformano di più e vibrano a frequenze più basse, avvicinandosi alla frequenza di eccitazione delle macchine rotanti; pertanto, accorciare le campate rappresenta un metodo diretto per desintonizzare una linea vibrante. I dispositivi di guida impediscono le oscillazioni laterali, mentre gli ancoraggi stabiliscono dove viene assorbita la dilatazione termica. Uno schema coerente si configura come una sequenza di ancoraggi, guide e supporti di carico disposti in modo che ogni campata rispetti il proprio limite di deformazione, ogni punto di carico sia adeguatamente supportato e ogni movimento termico abbia un percorso definito.

Checklist pratica
Progettare supporti in acciaio inossidabile con un limite di deformazione di circa 2,5 mm, anziché copiare le campate in acciaio al carbonio, e ridurre l’interasse per i prodotti a parete sottile. Posizionare i supporti in prossimità di valvole, flange e altri carichi concentrati. Fornire ancoraggi, guide e flessibilità per compensare la maggiore espansione termica delle leghe austenitiche. Isolare la tubazione dai supporti in acciaio al carbonio mediante tamponi non metallici o in acciaio inossidabile, per evitare contaminazione da ferro, corrosione da fessura e usura da vibrazione. Wenqiang fornisce tubi in acciaio inossidabile senza saldatura e saldati, nei tipi e spessori di parete richiesti dal vostro progetto di supporto, con certificazioni dimensionali e di materiale, in modo che i tubi corrispondano alle ipotesi ingegneristiche alla base dell’interasse.

Domande frequenti
D: Perché le tubazioni in acciaio inossidabile richiedono un interasse tra i supporti più ravvicinato rispetto a quelle in acciaio al carbonio?
A: L'acciaio inossidabile austenitico ha un modulo di elasticità circa del 10-15% inferiore rispetto all'acciaio al carbonio ed è spesso fornito con pareti più sottili, quindi la stessa campata si flette di più. Utilizzare le tabelle di interasse previste per l'acciaio al carbonio può superare il limite di deformazione consueto di 2,5 mm.
D: Come si previene la corrosione nei punti di supporto delle tubazioni?
R: Isolare la tubazione in acciaio inossidabile dalle fascette e dalle travi in acciaio al carbonio mediante boccole di usura non metalliche o in acciaio inossidabile, oppure mediante rivestimenti in PTFE. Ciò impedisce l'inclusione di particelle di ferro, elimina lo spazio ristretto in cui i cloruri tendono ad accumularsi e riduce anche l'usura da vibrazione (fretting wear).

Per tubi in acciaio inossidabile senza saldature e saldati, conformi ai vostri requisiti di supporto e deformazione, contattare Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. al numero +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/