Per le tubazioni per acqua di mare, l'acciaio inossidabile 316L è una scelta predefinita errata. La sua resistenza alla corrosione per vaiolatura è troppo bassa per l'immersione in cloruri, quindi subisce corrosione per vaiolatura e corrosione interstiziale, solitamente presso saldature, depositi e zone stagnanti. I due materiali che resistono realmente all'acqua di mare sono rame-nichel e titanio. Il rame-nichel (90/10 e 70/30) è la scelta collaudata e resistente alle incrostazioni biologiche per tubazioni a velocità moderata. Il titanio (Grade 2) è praticamente immune alla corrosione da acqua di mare, sopporta velocità elevate e pesa circa la metà, con un costo iniziale maggiore. Scegliere in base a velocità, controllo delle incrostazioni biologiche, peso, durata in servizio e costo dell'intero ciclo di vita, non solo al prezzo d'acquisto.
Beiyu Titanium fornisce tubi e lamiere sottili di titanio Grade 2 secondo ASTM B338, B862 e B265 per servizio in acqua di mare. La documentazione di controllo e la tracciabilità tramite il numero di colata o del lotto possono essere fornite secondo l'ambito dell'ordine; identificare nella richiesta di offerta il tipo EN 10204 richiesto e i campi da riportare.
Specificare il materiale errato per l'acqua di mare è uno degli errori più costosi negli impianti marini e offshore. Scegliendo 316L per risparmiare sull'ordine d'acquisto, si può dover sostituire entro pochi anni un tubo con perdite e corrosione per vaiolatura, con costi di guasto, fermo e rifacimento molto superiori a quelli del materiale corretto. Questa guida confronta i tre materiali con trasparenza, includendo i casi in cui il titanio non è la risposta.
I quattro fattori che determinano il materiale delle tubazioni per acqua di mare
Le tubazioni per acqua di mare non si scelgono in base a “quanto sono resistenti” o “quanto sono economiche”. La scelta dipende da quattro fattori di esercizio:
| Fattore di selezione | Cosa afferma la guida |
|---|---|
| Immunità alla corrosione in presenza di cloruri | L'acqua di mare contiene circa 3,5 per cento di sali disciolti. Il materiale deve resistere alla corrosione per vaiolatura e alla corrosione interstiziale, non soltanto alla corrosione generalizzata. |
| Incrostazioni biologiche | Gli organismi marini si insediano sulle superfici. Alcuni materiali resistono chimicamente alle incrostazioni, altri richiedono un controllo antivegetativo separato. |
| Velocità del flusso | L'erosione-corrosione impone un limite superiore di velocità per alcuni materiali, mentre altri tollerano flussi elevati. |
| Peso e costo lungo l'intero ciclo di vita | La densità conta negli impieghi offshore e il prezzo d'acquisto è solo una parte del costo reale su una durata in servizio da 20 a 30 anni. |
Acciaio inossidabile 316L: la trappola del risparmio
316L è eccellente in molti ambienti, ma l'acqua di mare non è tra questi. Il suo numero equivalente di resistenza alla corrosione per vaiolatura (PREN) è solo di circa 24 a 25, mentre una resistenza affidabile alla corrosione per vaiolatura in acqua di mare richiede un PREN superiore a circa 40. Il risultato è prevedibile: 316L subisce corrosione per vaiolatura e corrosione interstiziale in acqua di mare, soprattutto presso saldature, sotto depositi e incrostazioni biologiche e nelle zone stagnanti o povere di ossigeno dove il film passivo non può rigenerarsi.
Può apparire integro alla messa in servizio e cedere mesi o anni dopo, ed è proprio questo che lo rende una trappola. Se un impianto immerso in acqua di mare contenente cloruri deve usare acciaio inossidabile, i gradi corretti sono quelli altolegati (austenitici con 6 per cento di molibdeno o super duplex), non 316L. Il normale 316L è adatto a impieghi con spruzzi, atmosferici o con pochi cloruri, non all'immersione in acqua di mare.
Rame-nichel: il materiale collaudato per l'acqua di mare
Le leghe rame-nichel, principalmente 90/10 (C70600) e 70/30 (C71500), sono il materiale tradizionale e tuttora ampiamente specificato per le tubazioni per acqua di mare negli impianti navali militari, offshore e di dissalazione. I loro vantaggi sono concreti:
- Resistenza intrinseca alle incrostazioni biologiche. Gli ioni di rame sono moderatamente biocidi, quindi le superfici in rame-nichel resistono alla crescita di organismi marini senza trattamenti antivegetativi separati. Questo è il loro maggiore vantaggio rispetto al titanio.
- Buona resistenza alla corrosione generale in acqua di mare quando si consente la formazione di un film superficiale protettivo, motivo per cui le procedure di messa in servizio sono importanti.
I suoi limiti sono altrettanto concreti e determinano dove non è adatto:
| Limite del rame-nichel | Cosa afferma la guida |
|---|---|
| Limite di velocità | Il rame-nichel subisce erosione-corrosione oltre un limite di velocità del flusso, comunemente indicato intorno a 3,5 m/s per 90/10 e leggermente superiore per 70/30. Gli impieghi ad alta velocità orientano verso il titanio. |
| Acqua inquinata da solfuri | Nei porti e nelle acque stagnanti con idrogeno solforato, la corrosione del rame-nichel accelera. |
| Sensibilità all'ammoniaca | Le leghe di rame sono vulnerabili all'ammoniaca. |
Il rame-nichel è la risposta corretta per moltissimi impieghi ordinari di tubazioni con acqua di mare pulita a velocità moderata, e non è corretto proporre il titanio dove il rame-nichel svolge già bene la funzione.
Titanio (Grade 2): immune, leggero, adatto ad alta velocità, costo iniziale maggiore
Il titanio è praticamente immune alla corrosione da acqua di mare. Il suo film passivo di ossido non subisce corrosione per vaiolatura o corrosione interstiziale in acqua di mare a temperatura ambiente e moderata, indipendentemente dai cloruri, eliminando il meccanismo di cedimento che compromette 316L. I suoi punti di forza rispetto agli altri due materiali:
Per il meccanismo di corrosione alla base di questa scelta, consultare perché il titanio rimane passivo in acqua di mare e dove iniziano i limiti negli interstizi prima di confrontare il costo del ciclo di vita.
| Resistenza del titanio Grade 2 |
|---|
| Immunità alla corrosione. Nessuna corrosione per vaiolatura o corrosione interstiziale da acqua di mare a temperatura ambiente, e non si corrode sotto depositi o incrostazioni biologiche come l'acciaio inossidabile. |
| Nessun limite pratico di velocità. Il titanio sopporta acqua di mare ad alta velocità e turbolenta dove il rame-nichel subirebbe erosione. |
| Tolleranza all'acqua inquinata da solfuri e all'acqua inquinata dove il rame-nichel incontra difficoltà. |
| Circa metà del peso. La densità del titanio è circa 4.5 g/cm3 contro circa 7.9 per l'acciaio e 8.9 per il rame-nichel, un aspetto importante per i limiti di peso offshore. |
I suoi svantaggi effettivi:
- Costo iniziale maggiore per metro rispetto a 316L o rame-nichel.
- Nessuna proprietà antivegetativa intrinseca. Il titanio non elimina gli organismi marini come il rame, quindi un impianto in titanio per acqua di mare richiede comunque il controllo delle incrostazioni biologiche (clorazione o progettazione), anche se, a differenza dell'acciaio inossidabile, le incrostazioni non causano corrosione sotto deposito del titanio stesso.
- Interstizi stretti a caldo. In acqua di mare calda sopra circa 80 C e in interstizi stretti, il titanio commercialmente puro Grade 2 può richiedere il passaggio a Grade 7 o Grade 12.
Tabella comparativa
| Fattore | Acciaio inossidabile 316L | Rame-nichel 90/10, 70/30 | Titanio Grade 2 |
|---|---|---|---|
| Corrosione per vaiolatura e interstiziale in acqua di mare | Scarsa (PREN ~24, corrosione per vaiolatura) | Buona | Immune a temperatura ambiente |
| Incrostazioni biologiche | Scarsa (incrostazioni e corrosione per vaiolatura sotto deposito) | Resiste alle incrostazioni (rame biocida) | Si incrosta ma non si corrode sotto le incrostazioni |
| Limite di velocità | Moderata | Limitato (circa 3,5 m/s per 90/10) | Praticamente nessuno |
| Acqua inquinata da solfuri | Scarsa | Resistenza ridotta | Immune |
| Peso (densità) | ~7,9 g/cm3 | ~8,9 g/cm3 | ~4,5 g/cm3 |
| Costo iniziale | Il più basso | Moderata | Il più alto |
| Intero ciclo di vita in acqua di mare | Spesso cede e viene sostituito | Lungo con controllo della velocità | Lungo, senza manutenzione |
Logica di scelta
| Caso di impiego |
|---|
| Tubazioni ordinarie per acqua di mare pulita a velocità moderata, con controllo delle incrostazioni richiesto al materiale stesso: rame-nichel. |
| Alta velocità, acqua inquinata da solfuri, impieghi offshore con peso critico, lunga durata senza manutenzione o dove precedenti tratti in acciaio inossidabile e rame-nichel hanno ceduto: titanio. |
| Immersione in acqua di mare contenente cloruri con budget limitato: non 316L. Usare rame-nichel o titanio, oppure un acciaio inossidabile 6Mo / super duplex se l'acciaio inossidabile è obbligatorio. |
La prospettiva del costo dell'intero ciclo di vita
Il confronto sull'ordine d'acquisto favorisce 316L e poi il rame-nichel, penalizzando il titanio. Il confronto sull'intero ciclo di vita spesso ribalta il risultato. Una linea per acqua di mare in 316L che subisce corrosione per vaiolatura e viene sostituita due volte durante la vita dell'impianto costa molto più di una linea in titanio installata una sola volta, ancora prima di conteggiare perdite, fermi e danni conseguenti. Il titanio giustifica il maggiore costo iniziale negli impianti per acqua di mare critici, di lunga durata e difficili da raggiungere, dove la sostituzione è costosa. Su una linea di breve durata, facilmente accessibile e con condizioni moderate, il rame-nichel o un acciaio inossidabile altolegato possono essere la soluzione economicamente migliore. Indicare nel confronto la vita di progetto e la difficoltà di accesso, perché cambiano la conclusione.
Il ruolo di Beiyu Titanium
Beiyu Titanium fornisce tubo in titanio Grade 2 secondo ASTM B338 e B862, e lamiere sottili e lamiere spesse secondo ASTM B265, per tubazioni marine e per acqua di mare, condensatori e scambiatori di calore. Quando sono richieste documentazione EN 10204 3.1 e tracciabilità tramite il numero di colata o del lotto, indicare nella richiesta di offerta l'ambito dei dati da riportare. Dove l'impiego è effettivamente adatto al cupronichel o a un inossidabile di grado elevato, questa è la raccomandazione corretta. Dove occorre titanio, per velocità, peso, servizio con solfuri o vita utile senza manutenzione, inviare velocità, temperatura, condizioni dell'interstizio e vita di progetto, così da poter confermare grado e forma prima dell'offerta.
Quando il titanio è il materiale scelto per il condensatore o il refrigeratore, la guida ai tubi in titanio ASTM B338 è il riferimento successivo per i dettagli sul processo produttivo dei tubi, sullo spessore di parete e sulle prove negli ordini di scambiatori.
Guide e strumenti correlati
Dettagli delle specifiche con fonti
I valori di accettazione dei tubi collegano l'opzione titanio a valori numerici di specifica. ASTM B338 indica una resistenza a trazione minima di 345 MPa e un carico di snervamento minimo di 275 MPa per il tubo Grade 2, con allungamento minimo di 20 per cento; la tabella della composizione chimica della stessa norma limita il ferro a 0,30 per cento e l'ossigeno a 0,25 per cento per il grado. Questi limiti, riportati per colata sul certificato del materiale, sono ciò che un costruttore di condensatori verifica al ricevimento; il comportamento in acqua di mare discusso sopra è una proprietà del grado, non un risultato di prova certificato.
Anche l'identità del rame-nichel è una questione di composizione. UNS C70600 contiene da 9,0 a 11,0 per cento di nichel con ferro da 1,0 a 1,8 per cento, e C71500 contiene da 29,0 a 33,0 per cento di nichel, limiti riportati nella ASTM B466, la specifica per tubi senza saldatura in rame-nichel; l'aggiunta intenzionale di ferro sostiene il film su cui si basa l'esperienza di servizio del 90-10. Leggere le righe di nichel e ferro su un certificato rame-nichel, esattamente come si leggono quelle di ossigeno e ferro su un certificato del titanio, è il controllo in accettazione che conferma che la lega ordinata è quella consegnata.