Progettazione e problematiche costruttive di un circuito piping per trasferimento di fluidi ad alta temperatura

Lo stress relaxation cracking (SRC) è un fenomeno di degradazione che colpisce pregiate leghe metalliche operanti alle alte temperature (500-750°C). Il fenomeno è osservato in molte leghe, in particolare acciai austenitici e leghe di nichel (come ad esempio l’800H, il 304H, il 321, il 3479), soprattutto di grandi spessori, sottoposte ad alti carichi ed ha una forte dipendenza dal tempo. Solitamente lo SRC si verifica entro due anni di vita operativa del componente e porta a rotture fragili sempre localizzate in aree che hanno subito una deformazione a freddo o in giunti saldati. È caratterizzato da cricche intergranulari con la presenza, spesso, di un’affiorante filamento metallico nella zona criccata.
Durante la vita operativa di un componente soggetto allo SRC, si riduce la sua capacità di sopportare carichi, e la causa principale risulta essere la formazione di precipitati alle alte temperature. Nonostante i molteplici studi svolti a riguardo, vista l’importanza della problematica, ci sono ancora un numero elevato di questioni aperte ed irrisolte che necessitano di risposta per assicurare un corretto funzionamento di un impianto che opera nelle condizioni di possibilerotture per SRC.Nelle industrie di processi petrolchimici (come anche in quelle chimiche ed elettriche) gli acciai austenitici sono spesso impiegati a temperature tra i 500°C e i 950°C. In particolare sono impiegati per vessel o tubazioni di grandi dimensioni (grandi diametri impongono di conseguenza l’impiego di grandi spessori) contenenti fluidi ad alta temperatura. Questi componenti frequentemente includono un elevato numero di giunti saldati. Inoltre, spesso, gli acciai austenitici non subiscono trattamenti termici post saldatura (Post-Weld Heat Treatment, PWHT), come approfondito in seguito, e le tensioni residue presenti possono essere rilassate esclusivamente da azioni di deformazione inelastica prodotte nel tempo. Questo fenomeno, caratterizzato da un continuo decremento della velocità di deformazione, è chiamato rilassamento (relaxation) ed è in effetti un meccanismo di creep. Quindi, quando il materiale esibisce un limite di creep, possono prodursi severe fratture durante il servizio, anche di tipo catastrofico. Per suddetti motivi è posta una grande attenzione a questo problema. Infatti, solitamente, si parla di componenti che contengono/trasportano fluidi di processo, caldi, spesso inquinanti e pericolosi, la quale rottura comporta innumerevoli pericoli e perdite economiche. Pertanto lo SRC inficia in modo diretto sul corretto funzionamento dell’impianto ed in particolare per:
A. Perdita di contenimento (rischi di “catastrophic cracks”).
B. Problematiche di HSE (nella sicurezza del personale e rischio ambientale).
C. Incremento del costo di manutenzione ed ispezione.
D. Inaspettati costi per inattività dell’impianto.
Tuttavia il problema potrebbe essere evitato eliminando l’esecuzione di saldature in opera, ma nella pratica questo risulta improponibile da un punto di vista pratico ed economico per la realizzazione di linee di ingenti dimensioni, come per la tubazione progettata nella Parte I. Infatti, altre possibili soluzioni che eviterebbero il problema, ma che risultano irrealizzabili nella presente progettazione consistono nel: (a) impiegare componenti filettati, soluzione scartata dall’impossibilità di realizzare componenti filettati delle dimensioni volute e per problemi di tenuta; (b) adoperare connessioni flangiate. La soluzione (b) potrebbe evitare il problema (attraverso l’impiego in cantiere di opportuna ricottura) ma risulta di difficile attuazione per molteplici fattori che renderebbero i costi eccessivi: dimensioni enormi delle flange, aumento considerevole del numero delle saldature, alti costi e problematiche tecniche nell’esecuzione della ricottura componenti di considerevoli dimensioni, problemi di funzionamento alle alte temperature delle flange, guarnizioni, bulloni, ecc.