Tre sistemi sulla stessa nave gestiscono lo stesso fluido, l'acqua di mare, ma richiedono tre diversi acciai inossidabili. Il raffreddamento ad acqua di mare è un servizio a flusso continuo, quindi il duplex 2205 ne gestisce la maggior parte. La zavorra è un servizio intermittente, stagnante e carico di sedimenti, quindi necessita di una maggiore quantità di molibdeno o di una strategia di rivestimento. L'estinzione degli incendi è un compito normalmente inattivo, con flusso improvvisamente massimo, ed è il più difficile dei tre: una conduttura antincendio bagnata può rimanere ferma per un anno e poi funzionare a piena velocità in novanta secondi.
Se ricordi solo una frase, ricorda questa:nell'acqua di mare, l'acciaio inossidabile si deteriora per corrosione interstiziale e vaiolatura sotto depositi, non per corrosione uniforme, quindi il grado scelto deve essere abbinato a quanto a lungo la superficie rimane bagnata e ferma, non solo a quanto è salata l'acqua.
Questa guida è scritta per ingegneri di tubazioni e apparecchiature, team di approvvigionamento e ispettori di società di classificazione che devono difendere sulla carta la scelta di un materiale. Ogni sezione inizia con una domanda, fornisce la risposta in una o due frasi e poi spiega il ragionamento e i numeri che stanno dietro.
Puoi leggerlo dall'inizio alla fine o passare direttamente al sistema che stai specificando: raffreddamento ad acqua di mare, zavorra o antincendio. La matrice di confronto al centro li consolida tutti e tre e l'appendice elenca gli standard, le ipotesi e i metadati di pubblicazione.
Cosa determina effettivamente se un acciaio inossidabile sopravvive all’acqua di mare?
Tre variabili decidono il risultato: contenuto di lega (espresso come PREN), temperatura di servizio e quanto spesso la superficie viene bagnata e scorre. La sola salinità non dice quasi nulla.
Gli ingegneri spesso chiedono "un grado resistente all'acqua di mare" come se la resistenza fosse un'unica proprietà. Non lo è. L'acqua di mare attacca l'acciaio inossidabile attraverso la rottura localizzata della pellicola passiva e tale rottura dipende da una soglia che si sposta con la temperatura.
A Tubo 316Lche dà quindici anni in una linea di raffreddamento del Mare del Nord a 12 gradi può perforarsi in diciotto mesi in un'uscita del condensatore del Golfo a 45 gradi. Stessa chimica dell'acqua, stessa lega, temperatura diversa. La lega non è cambiata; la soglia si è spostata al di sotto della condizione operativa.
La conseguenza pratica è che una scheda tecnica del materiale senza temperatura di servizio e regime di flusso non costituisce una specifica. È un desiderio. Qualsiasi proposta credibile per un sistema di acqua di mare dovrebbe indicare la temperatura di progetto, la velocità minima e massima, il regime di clorazione e i periodi stagnanti previsti, perché ciascuno di questi quattro input può spostare la risposta di uno o due gradini.
Cosa significa realmente "acciaio inossidabile di grado marino"?
Niente di formale. Si tratta di una frase di marketing senza definizione in nessuno standard e nella maggior parte dei casi viene applicata a 316 - un grado che è veramente adatto per l'hardware e i corrimano della coperta e veramente inadatto per le tubazioni immerse dell'acqua di mare.
Non esiste una classificazione di "grado marino" in ASTM, EN o ISO. Ciò che esiste è una serie di selezioni di materiali specifici del servizio pubblicati dalle società di classificazione, NORSOK e specifiche del proprietario, e tali documenti sono molto più conservativi di quanto suggerisca il termine di marketing.
La confusione ha un costo reale. Un acquirente che scrive "acciaio inossidabile di grado marino" su una richiesta riceverà 316L, perché è il grado più economico che la frase può plausibilmente descrivere. Quel 316L entra quindi in un collettore di raffreddamento ad acqua di mare, dove sarà il primo elemento nell'elenco dei guasti.
Scrivi invece il numero UNS. S31603, S32205, S32750, S31254 - questi non sono ambigui, compaiono sul certificato della fabbrica e possono essere verificati. Il "grado marino" non può essere verificato, motivo per cui non dovrebbe mai apparire su un ordine di acquisto.
Come viene calcolato il PREN e di quale valore hai effettivamente bisogno?
PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Per l'acqua di mare fredda a flusso continuo è necessario circa PREN 35; per un servizio caldo, stagnante o incline alle fessure è necessario un PREN 40 o superiore. Ma il PREN è uno strumento di screening, non una garanzia.
PREN, il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura, è la somma ponderata dei tre elementi che stabilizzano il film passivo contro l'attacco del cloruro. Il cromo forma la pellicola; il molibdeno e l'azoto lo riparano localmente quando il cloruro penetra.
La formula è volutamente semplice, il che è allo stesso tempo il suo punto di forza e il suo punto debole. Ignora la microstruttura, il contenuto di inclusioni, la finitura superficiale e il trattamento termico, tutti elementi importanti. Due colate del 2205 con PREN identico possono differire in modo misurabile nella temperatura critica di vaiolatura misurata se una è stata ricotta in modo improprio.
Ecco perché le specifiche serie non si fermano al numero calcolato. Richiedono un risultato misurato: una temperatura critica di vaiolatura secondo ASTM G48 Metodo A o un test di corrosione secondo ASTM G150, riportato sul calore effettivo. La tabella seguente mostra i valori tipici; considerare la colonna PREN come un aiuto alla progettazione e la colonna CPT come criterio di accettazione.
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Grado (UNS) |
Nome comune |
PREN tipico |
Tipico CPT, grado (ASTM G48 A) |
Pratico soffitto con acqua di mare |
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S31603 |
316L |
24–26 |
20–25 |
25–30 gradi, solo scorrevole |
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N08904 |
904L |
34–36 |
40–50 |
35-40 gradi |
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S32205 |
Duplex 2205 |
34–36 |
45–55 |
45-50 gradi |
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S31254 |
6Mo / 254SMO |
42–44 |
65–80 |
60-70 gradi |
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S32750 |
Super duplex 2507 |
41–43 |
80–90 |
80-90 gradi |
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N06625 |
Lega 625 |
~50 |
>85 |
Grave, oltre ad alta resistenza |
Da notare l'anomalia nell'ordine: il 6Mo ha un PREN leggermente più alto del super duplex 2507, tuttavia il 2507 offre prestazioni migliori in molti compiti in acqua di mare. Il PREN non sfrutta i vantaggi della microstruttura duplex, che resiste alla tensocorrosione da cloruri in un modo che il 6Mo completamente austenitico non può fare. Questo è il primo posto in cui un singolo numero inganna.
Perché il 316L non funziona in acqua di mare anche se è di "grado marino"?
Perché la sua temperatura critica per vaiolatura è solo di circa 20-25 gradi e la sua temperatura critica nella fessura è ancora più bassa. Nella maggior parte dei sistemi ad acqua di mare il metallo trascorre gran parte della sua vita all'interno di una fessura a una temperatura superiore a tale soglia.
Guarda dove il 316L effettivamente fallisce. Raramente si tratta di un tratto di tubazione rettilineo. Si trova sotto una guarnizione sulla faccia della flangia, sotto la sella di supporto del tubo, sotto un grappolo di cirripedi, all'interno di un giunto filettato o nella gamba morta dietro una valvola chiusa.
Ciascuno di questi luoghi è una fessura: una geometria in cui l’acqua di mare entra ma non può scambiarsi liberamente. L'ossigeno viene consumato più velocemente di quanto possa essere reintegrato, la chimica locale cambia, il cloruro si concentra e il pH all'interno dell'intercapedine diminuisce. Il film passivo non può ricostruirsi in quell'ambiente e inizia il pitting.
Questo è il motivo per cui i guasti dell'acqua di mare del 316L hanno l'aspetto che hanno: pozzi profondi isolati con metallo lucido sul fondo, circondati da una superficie incontaminata. Il tubo non si è corroso. Ne bastava un centimetro quadrato.
C’è una svolta controintuitiva che vale la pena conoscere. L’acqua di mare naturale forma un biofilm sull’acciaio inossidabile che aumenta il suo potenziale di corrosione di circa 200–400 mV, e un potenziale più elevato significa una maggiore forza trainante per l’attacco alle fessure.
La clorazione previene quel biofilm, quindil'acqua di mare clorata è spesso meno aggressiva per l'acciaio inossidabile rispetto all'acqua di mare pulita e non clorata- l'opposto di ciò che la maggior parte delle persone crede. Il controllo del biofouling è quindi una misura di controllo della corrosione, non solo una misura di trasferimento di calore.
Qual è la differenza tra CPT e CCT e perché CCT governa la progettazione della flangia?
CPT è la temperatura alla quale iniziano i buchi su una superficie aperta; CCT è la temperatura più bassa alla quale iniziano all'interno di una fessura. Per i gradi austenitici il CCT si trova circa 15–25 gradi al di sotto del CPT, mentre per i gradi duplex il divario è minore ma pur sempre reale.
La distinzione è importante perché quasi tutti i componenti in acciaio inossidabile dell'acqua di mare contengono fessure in base alla progettazione. Una flangia imbullonata con guarnizione a spirale è una fessura controllata. Un giunto laminato da tubo a piastra tubiera è una fessura controllata. La sede di una valvola è una fessura controllata.
Se si seleziona CPT, si seleziona la posizione più semplice sul componente. Se selezioni su CCT, stai selezionando la posizione che effettivamente fallirà.
La risposta ingegneristica non è solo quella di migliorare la lega. Serve anche a ridurre la fessura. Saldare al posto della flangia dove l'accesso per la manutenzione lo consente. Utilizzare guarnizioni a faccia intera anziché a faccia rialzata. Specificare una saldatura di tenuta sui giunti tubo-piastra tubiera. Mantenere i supporti lontani dalla superficie del tubo con uno spazio di drenaggio e non lasciare mai che un filo inossidabile si appoggi su una sella in acciaio al carbonio.
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Dettaglio del disegno |
Cosa crea |
Mitigazione |
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Flangia imbullonata, faccia rialzata |
Fessura tra la guarnizione e la superficie della flangia |
Guarnizione integrale o saldare il giunto |
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Sella di sostegno del tubo |
Lancia umida permanente più coppia galvanica |
Morsetto con fessura di drenaggio, isolato dall'acciaio |
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Giunto filettato |
Fessura profonda e non ispezionabile |
Sostituire con un giunto saldato o flangiato |
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Da tubo a piastra tubiera |
Spazio anulare sul giunto laminato |
Saldatura di tenuta o espansione controllata |
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Gamba morta dietro una valvola |
Acqua di mare stagnante, nessun ricambio di ossigeno |
Eliminare le gambe morte; aggiungere scarico e punto di scarico |
Quali gradi vengono effettivamente utilizzati nei sistemi marini per l'acqua di mare?
Sei gradi coprono quasi tutto: 316L per circuiti chiusi e hardware non immerso, 904L per cloruro moderato, duplex 2205 come cavallo di battaglia, 6Mo per scambiatori di calore a piastre e di piccolo diametro, super duplex 2507 per impieghi a caldo o ad alto contenuto di cloruro e leghe di nichel per i casi estremi.
La tabella seguente è il breve elenco che appare nelle specifiche reali. Tutto quello che non c'è o è una scelta specialistica o un errore.
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Grado |
Dove si guadagna il suo posto |
Dove no |
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316L (S31603) |
Circuiti di raffreddamento chiusi, aria strumentale, hardware del ponte, zona splash sopra la linea bagnata |
Qualsiasi tubazione dell'acqua di mare immersa in modo continuo |
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904L (N08904) |
Linee di processo a contenuto moderato di cloruro, alcuni circuiti di scrubber |
Acqua di mare calda; il costo è difficile da giustificare rispetto a 2205 |
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Duplex 2205 (S32205) |
Tubazioni di raffreddamento dell'acqua di mare superiori a DN50, piastre dello scambiatore di calore a piastre, corpi pompa, valvole |
Linee di zavorra stagnanti, acqua di mare calda superiore a 50 gradi, giunti saldati ad alta sollecitazione senza controlli |
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6Mo (S31254) |
Tubazioni per acqua di mare di piccolo diametro, linee di strumenti, scambiatori di calore a piastre, ugelli a diluvio per acqua antincendio |
Tubazioni di grande diametro per motivi di costo |
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Super duplex 2507 (S32750) |
Acqua di mare calda, salamoie ad alto contenuto di cloruro, circuiti di elettroclorazione, acqua antincendio ad alta pressione |
Servizio a bassa temperatura a basso contenuto di cloruri dove 2205 è sufficiente |
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Leghe di nichel (625, C276) |
Punte svasate, acido grave più cloruro, componenti critici insostituibili |
Tubazioni generali dell'acqua di mare; il costo è un ordine di grandezza più alto |
Un'utile regola pratica per l'approvvigionamento: il passaggio della lega da 316L a 2205 raddoppia all'incirca il margine di corrosione in termini di temperatura, e il passaggio da 2205 a 2507 lo raddoppia nuovamente. Ogni gradino costa molto meno del gradino precedente in termini di manutenzione, motivo per cui i gradi medi dominano le specifiche reali.
Raffreddamento ad acqua di mare: quale qualità per tubazioni, scambiatori di calore a piastre e fasci tubieri?
Il duplex 2205 per tubazioni e pacchi piastre, il super duplex 2507 o 6Mo dove la temperatura di uscita supera circa 50 gradi e il titanio per i fasci tubieri nei raffreddatori critici. 316L appartiene solo al circuito chiuso.
Il raffreddamento ad acqua di mare è il più indulgente dei tre sistemi perché il flusso è continuo. Il flusso continuo mantiene l'ossigeno fornito, impedisce ai depositi di depositarsi e mantiene la superficie al di sopra della soglia di velocità dove il biofouling non può attaccarsi. Questo è esattamente il regime in cui il 2205 si comporta bene.
I dettagli progettuali che contano di più sono quelli ai margini dell’ipotesi di flusso continuo. Il ramo della pompa di riserva, il raffreddatore di riserva al minimo, la linea di bypass e il collegamento di scarico sono tutti stagnanti. Queste sono le posizioni in cui un sistema 2205 alla fine mostrerà la sua prima fossa, e sono le posizioni più spesso omesse da una revisione della selezione del materiale.
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Elemento del sistema di raffreddamento |
Raccomandato |
Motivo |
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Tubazione principale dell'acqua di mare, DN50 e superiore |
Duplex 2205 |
Flusso continuo, temperatura moderata, buona CCT |
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Linee di piccolo calibro e strumentali |
6Mo |
Parete sottile, flusso basso, fessura su ogni raccordo |
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Piastre dello scambiatore di calore a piastre |
2205 o 2507 sopra i 50 gradi |
Elevata turbolenza, fessure strette sulle guarnizioni |
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Fascio tubiero a fascio tubiero |
Titanio Gr2 o super duplex 2507 |
Parete sottile, temperatura più alta, meno accessibile |
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Corpo e girante della pompa |
Duplex 2205, equivalente al cast |
Alta velocità, erosione più corrosione |
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Cestello e alloggiamento del filtro |
6Mo o 2507 |
Flusso basso, deposito pesante, apertura frequente |
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Rami di standby e bypass |
Stesso grado della linea principale, più scarico |
Stagnante: il vero punto di fallimento |
Un'ulteriore nota sugli scambiatori di calore a piastre: la scanalatura della guarnizione è una fessura progettata e il materiale della piastra è sottile. Un pacco piastre che viene aperto e riguarnito ripetutamente accumula graffi che diventano punti di formazione di cavità. Specificare 2205 come minimo e ispezionare i bordi della piastra ad ogni servizio.
Perché la velocità del flusso è un parametro di selezione del materiale?
Al di sotto di circa 1 m/s, il biofouling e i sedimenti si depositano e creano corrosione sottodeposito. Al di sopra di circa 3,5 m/s per le leghe di rame e 6 m/s per gli acciai inossidabili, l'erosione-corrosione rimuove meccanicamente la pellicola passiva. La finestra di progettazione è ristretta e fa parte della scelta del materiale.
La velocità viene solitamente trattata come un parametro idraulico, deciso dall'ingegnere delle tubazioni e successivamente trasmesso all'ingegnere dei materiali. Quella sequenza è al contrario. La velocità determina se il film passivo viene reintegrato o distrutto, quindi rientra nella discussione sulla selezione del materiale.
A bassa velocità la modalità di cedimento è biologica. Le larve si attaccano, le cozze crescono, i sedimenti si accumulano nei punti più bassi e il metallo sotto il deposito diventa una fessura anaerobica. Ad alta velocità la modalità di guasto è meccanica: la turbolenza sui gomiti, sui riduttori e sui corpi delle valvole strappa la pellicola più velocemente di quanto possa riformarsi e il metallo si erode.
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Materiale |
Velocità minima |
Velocità massima |
Modalità di guasto fuori dalla finestra |
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316L |
1.0 m/s |
~4 m/s |
Vaiolature interstiziali e sottodeposito a basso flusso |
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Duplex 2205 |
1.0 m/s |
~6 m/s |
Biofouling a flusso basso, erosione a flusso elevato |
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Super duplex 2507 |
1.0 m/s |
~6–7 m/s |
Lo stesso, con un margine di temperatura più ampio |
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90/10 CuNi |
1.0 m/s |
~3.5 m/s |
Erosione-corrosione superiore a 3,5 m/s |
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Titanio Gr2 |
1.0 m/s |
>10 m/s |
Essenzialmente velocità illimitata in acqua di mare pulita |
L'obiettivo pratico di progettazione per le linee dell'acqua di mare in acciaio inossidabile è 1,5–3,5 m/s. Questo intervallo mantiene la superficie pulita senza avvicinarsi alla soglia di erosione e lascia un margine per le incrostazioni che inevitabilmente si verificheranno tra gli attracchi.
Sistemi di zavorra: perché la stagnazione è peggiore della salinità?
Perché il servizio di zavorra è intermittente per natura. Una linea di zavorra può essere piena per una settimana, vuota per un mese, quindi mezza piena di sedimenti per un anno. Questo ciclo produce il peggiore ambiente possibile per l’acciaio inossidabile: anaerobico, ricco di solfuri e carico di depositi.
Un sistema di zavorra non è un sistema di raffreddamento con un nome diverso. È un ciclo di lavoro completamente diverso e il ciclo di lavoro guida la metallurgia.
Durante un viaggio in zavorra i serbatoi e le tubazioni sono pieni e silenziosi. L'ossigeno viene consumato dalla respirazione dei batteri e dalla stessa reazione di corrosione. I batteri solfato-riduttori producono idrogeno solforato, che è aggressivo sia per l'acciaio inossidabile che per le leghe di rame. I sedimenti si depositano sul fondo e nei punti più bassi dei serbatoi, creando depositi profondi dove il metallo è completamente protetto da qualsiasi ricambio di ossigeno.
Questo è l’ambiente in cui la corrosione influenzata dai microbi, o MIC, diventa il meccanismo dominante. La MIC non è un tipo di corrosione separato; si tratta di corrosione interstiziale accelerata da una chimica locale biologicamente modificata. La risposta metallurgica è la stessa di qualsiasi fessura: più molibdeno, più azoto o un rivestimento barriera.
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Elemento del sistema di zavorra |
Materiale tipico |
Considerazione chiave |
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Serbatoio di zavorra, rivestito |
Acciaio al carbonio con resina epossidica secondo IMO PSPC |
Il rivestimento è la barriera; l'acciaio inossidabile non è la difesa principale |
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Serbatoio di zavorra, non rivestito |
316L o duplex 2205 |
Le navi cisterna per prodotti chimici utilizzano comunemente 316L; un cloruro più elevato favorisce 2205 |
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Tubazioni di zavorra, principali |
Duplex 2205 o GRP |
La drenabilità conta più della qualità |
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Tubazioni di zavorra, diametro piccolo |
6Mo o 2507 |
La parete sottile più la stagnazione equivalgono a un fallimento precoce |
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Corpo pompa di zavorra |
Duplex 2205, fuso |
Erosione alla girante, corrosione al tagliaacqua |
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Macchine per la pulizia dei serbatoi |
316L o 2205 |
Intermittente, ad alta velocità, spesso trascurata |
Due decisioni di progettazione superano la scelta del grado. Il primo è la drenabilità: una linea che non può essere completamente drenata manterrà l'acqua di mare nei suoi punti più bassi per un tempo indefinito, e nessuna lega sopravvive così indefinitamente. Il secondo riguarda l'integrità del rivestimento nei serbatoi. Un serbatoio in acciaio al carbonio rivestito con rivestimento mantenuto offre prestazioni migliori di un serbatoio in acciaio inossidabile non rivestito con una strategia di rivestimento fallita, a una frazione del costo.
Cosa cambia quando viene installato un sistema di gestione dell'acqua di zavorra?
Il flusso più aggressivo sulla nave. L'elettroclorazione genera ipoclorito ad alta concentrazione di cloruro e l'unità di trattamento, le sue tubazioni e il circuito di neutralizzazione vedono tutti ossidante più cloruro più occasionalmente idrogeno. Questo è il territorio del super duplex, 6Mo o titanio, mai 316L.
La Convenzione sulla gestione delle acque di zavorra richiedeva che tutte le navi rispettassero lo standard di scarico D-2 entro l'8 settembre 2024, quindi sostanzialmente ogni nave a galla ora è dotata di un sistema di trattamento. Questo retrofit ha cambiato il problema della selezione dei materiali e molte specifiche non sono state aggiornate.
Le tecnologie di trattamento si dividono in due famiglie con conseguenze materiali diverse. I sistemi fisici - filtrazione più UV - sono relativamente benigni: le superfici bagnate vedono l'acqua di mare filtrata e la luce ultravioletta, e il duplex 2205 è generalmente adeguato. I sistemi chimici ed elettrochimici non sono benigni.
L’elettroclorazione è il caso più impegnativo. La cella genera ipoclorito di sodio dall'acqua di mare, quindi l'ambiente locale combina un'elevata concentrazione di cloruro, un'elevata concentrazione di ossidante, un pH basso sull'elettrodo e un sottoprodotto di idrogeno. Il titanio è il materiale standard degli elettrodi e l'alloggiamento della cella e le tubazioni immediatamente a valle sono normalmente super duplex, 6Mo o non metallici.
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Elemento BWMS |
Materiale consigliato |
Perché |
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Alloggiamento del filtro |
Duplex 2205 |
Acqua di mare continua, temperatura moderata |
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Camera del reattore UV |
316L o 2205 |
Nessun ossidante, ma fessure sulle guarnizioni |
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Corpo della cella di elettroclorazione |
Super duplex 2507, 6Mo o PVDF |
Elevato contenuto di cloruro e elevato grado ossidante |
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Linea iniezione ipoclorito |
2507, 6Mo o rivestito in PTFE |
La più alta concentrazione di ossidante sulla nave |
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Circuito di neutralizzazione |
2507 o non metallico |
Agente riducente più acqua di mare |
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Linee di campionamento e monitoraggio |
6Mo |
Piccola noia, stagnante, arresti frequenti |
L'errore comune di retrofit è quello di riutilizzare la tubazione di zavorra originale in 316L a valle del punto di iniezione. Quella sezione ora trasporta acqua di mare clorurata a una concentrazione che il progetto originale non aveva mai previsto, e in genere si guasta entro i primi due anni.
Sistemi antincendio: perché la condotta antincendio è il caso più difficile?
Perché combina le caratteristiche peggiori degli altri due sistemi. Una conduttura antincendio umida è stagnante per mesi, accumula sedimenti e crescita marina, quindi deve fornire il flusso completo a tutta velocità nell'istante in cui viene avviata una pompa. La corrosione interstiziale, la vaiolatura sotto deposito e l'erosione si verificano tutti nello stesso componente.
L’antincendio è il sistema a cui le persone pensano meno e a cui dovrebbero pensare di più. Non ha alcuna ridondanza operativa - o funziona o la nave è in difficoltà - e trascorre il 99,9% della sua vita nella condizione meno gradita all'acciaio inossidabile.
Considera il ciclo di lavoro. La principale è pressurizzata e statica. L'acqua di mare si deposita al suo interno, l'ossigeno viene consumato, si forma il biofilm, i sedimenti si depositano nei punti più bassi e dietro le valvole chiuse. Poi si verifica un incendio, la pompa si avvia e la linea passa da zero alla velocità prevista in pochi secondi, trasportando il carico di sedimenti attraverso ogni gomito e filtro.
I fallimenti che seguono sono prevedibili. Buche sotto il sedimento nei punti più bassi. Attacco interstiziale ai collegamenti delle diramazioni degli idranti. Erosione-corrosione alla prima curva dopo la pompa. Filtri e ugelli bloccati a causa della crescita spostata. Nessuno di questi è causato dal fatto che l'acqua è salata; sono tutti causati dall'acqua ferma.
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Elemento antincendio |
Materiale consigliato |
Motivo |
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Fuoco principale, umido, di grande diametro |
6Mo, super duplex 2507 o 90/10 CuNi |
Lunga stagnazione più flusso elevato improvviso |
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Fuoco principale, asciutto |
Acciaio al carbonio con rivestimento interno, oppure 2205 |
La condizione asciutta rimuove il driver della fessura |
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Rami e valvole degli idranti |
Stesso grado del principale, saldato non filettato |
La connessione in derivazione è la classica fessura |
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Ugelli a diluvio e sprinkler |
6Mo o 2507 |
Orifizio piccolo, stagnante, facilmente ostruibile dal prodotto della corrosione |
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Tubazioni per concentrato di schiuma |
316L |
A governare è la chimica concentrata, non l’acqua di mare |
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Corpo della pompa antincendio |
Duplex 2205, fuso |
Alta velocità all'avvio |
Due misure di progettazione riducono il carico materiale più di qualsiasi aggiornamento. Innanzitutto, sistemare la rete principale in modo che possa essere completamente drenata e scaricarla durante la manutenzione. In secondo luogo, sciacquare la rete principale con acqua dolce dopo ogni test di flusso, se la nave ne ha la capacità. Una rete drenata è una rete che non si corrode.
Esiste anche una dimensione normativa. Il capitolo II-2 della SOLAS richiede che la conduttura antincendio fornisca due getti simultanei a una pressione minima degli idranti e le società di classificazione richiedono che il materiale sia adatto al servizio. Una conduttura che ha perso metà del suo diametro a causa del prodotto della corrosione supera comunque un'ispezione visiva e non supera il test di flusso.
Come si confrontano i tre sistemi fianco a fianco?
I tre sistemi divergono sul ciclo di lavoro, non sulla chimica dell'acqua. Il raffreddamento è continuo, la zavorra è intermittente e anaerobica, i vigili del fuoco sono inattivi e estremi. Questa singola differenza spiega quasi tutte le raccomandazioni materiali contenute in questa guida.
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Criterio |
Raffreddamento ad acqua di mare |
Zavorra |
Antincendio |
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Regime di flusso |
Continuo, controllato |
Periodi stagnanti intermittenti e lunghi |
Inattivo per mesi, poi al massimo |
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Modalità di fallimento dominante |
Corrosione interstiziale su flange e supporti |
MIC e vaiolatura sotto deposito |
Vaiolatura sotto deposito più erosione all'avvio |
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Temperatura |
10–50 gradi, massimo all'uscita HX |
Ambiente, circa 0–35 gradi |
Ambiente |
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Ossigeno |
Rifornito dal flusso |
Consumato, anaerobico |
Consumato durante la stagnazione |
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Clorazione |
Continuo, residuo 0,2–0,5 mg/l |
Intermittente, da BWMS |
Nessuno, a meno che non venga arrossato |
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Voto predefinito |
Duplex 2205 |
2205 con drenaggio, oppure in acciaio verniciato |
6Mo, 2507 o 90/10 CuNi |
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Grado che viene bocciato per primo |
316L |
316L, particolarmente piccolo |
316L e acciaio zincato |
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Costo del fallimento |
Perdita di produzione, rottura del tubo |
Non conformità normativa, danni al serbatoio |
Perdita della capacità antincendio |
Leggi la tabella nella colonna "voto predefinito" e la logica sarà chiara. Man mano che il ciclo di lavoro diventa meno continuo, il contenuto di lega richiesto aumenta. L'acqua non è cambiata; lo schema di bagnatura lo ha fatto.
Quando il rame-nichel e il titanio battono l'acciaio inossidabile?
Il rame-nichel vince laddove la resistenza al biofouling è il requisito dominante, perché gli ioni di rame sopprimono la crescita marina. Il titanio vince dove dominano la velocità, le pareti sottili e il trasferimento di calore, perché è effettivamente immune all’acqua di mare a qualsiasi velocità. L'acciaio inossidabile vince in termini di resistenza, peso e assenza di scarico di rame.
Le leghe di rame-nichel 90/10 e 70/30 sono state il materiale predefinito per le tubazioni dell'acqua di mare per gran parte del ventesimo secolo e rimangono una scelta legittima. Il loro vantaggio è biologico: il rame rilasciato dalla superficie è tossico per gli organismi marini, quindi il tubo rimane pulito senza clorazione.
I loro svantaggi sono ugualmente reali. La velocità massima è di circa 3,5 m/s, oltre la quale l'erosione-corrosione diventa rapida. L'acqua solforata o ammoniacale li attacca gravemente. E lo scarico di rame è sempre più limitato in alcuni porti e vie navigabili interne, il che sta spingendo i proprietari verso l’acciaio inossidabile e i non metallici.
Il titanio è la risposta tecnica per i luoghi più difficili: fasci tubieri, acqua di mare ad alta velocità, pareti sottili dove una perforazione a vaiolatura è inaccettabile. Non è la risposta economica per le tubazioni generali, a circa cinque volte il costo del materiale del 316L.
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Materiale |
Costo relativo del materiale (316L=1.0) |
Resistenza al biofouling |
Limite di velocità |
La migliore applicazione |
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316L |
1.0 |
Povero senza clorazione |
~4 m/s |
Solo circuiti chiusi |
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Duplex 2205 |
1.3–1.5 |
Povero senza clorazione |
~6 m/s |
Tubazioni generali dell'acqua di mare |
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6Mo |
2.4–2.8 |
Povero senza clorazione |
~6 m/s |
Foro piccolo, piastra HX |
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Super duplex 2507 |
2.3–2.7 |
Povero senza clorazione |
~6–7 m/s |
Acqua di mare calda, BWMS |
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90/10 CuNi |
2.2–2.6 |
Eccellente |
~3.5 m/s |
Tubazioni critiche per il biofouling |
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Titanio Gr2 |
5.0–6.0 |
Bene |
>10 m/s |
Fasci tubieri, alta velocità |
I costi sono indicativi e variano con i prezzi del nichel e del molibdeno. Utilizzare i rapporti per la struttura, non per il budget.
Come dovrebbero essere saldati e fabbricati questi gradi?
Duplex e super duplex sono meno tolleranti dei gradi austenitici. Necessitano di un apporto di calore controllato, spurgo di azoto, assenza di preriscaldamento, temperatura di interpass limitata e verifica del bilancio della ferrite. Se sbagli queste indicazioni, la resistenza alla corrosione per cui hai pagato scompare nella zona interessata dal calore.
La metallurgia è semplice. Gli acciai duplex sono circa metà ferrite e metà austenite, e questo equilibrio conferisce loro forza e resistenza al cloruro. La saldatura disturba l'equilibrio: una velocità di raffreddamento troppo veloce lascia un eccesso di ferrite, una velocità troppo lenta fa precipitare la fase sigma e i nitruri.
Entrambi gli errori riducono la resistenza alla corrosione e nessuno dei due è visibile sulla saldatura finita. Ecco perché la saldatura duplex è un problema di qualificazione della procedura, non di abilità.
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Parametro |
Duplex 2205 |
Super duplex 2507 |
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Preriscaldare |
Nessuno |
Nessuno |
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Apporto di calore |
0,5–2,0 kJ/mm |
0,5–1,5 kJ/mm |
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Temperatura di interpass |
Inferiore o uguale a 150 gradi |
Inferiore o uguale a 100–150 gradi |
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Ossigeno per la purificazione delle radici |
<100 ppm |
<50 ppm |
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Metallo d'apporto |
ER2209 |
ER2594 |
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Ferrite nel metallo saldato |
35–65% |
35–65% |
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Trattamento termico post-saldatura |
Non consentito |
Non consentito |
Due ulteriori punti di fabbricazione si applicano a tutti i gradi di questa guida. Innanzitutto, la contaminazione da ferro: utensili in acciaio al carbonio, polvere di molatura e detriti di cantiere incorporano particelle di ferro nella superficie inossidabile e tali particelle arrugginiscono e iniziano a vaiolare. L'attrezzatura inossidabile dedicata e la fase finale di decapaggio o passivazione non sono opzionali.
In secondo luogo, la finitura superficiale conta più di quanto ammetta la maggior parte delle specifiche. Un tappo di saldatura ruvido o una superficie rettificata con contaminazione incorporata si foreranno davanti al metallo principale, indipendentemente dal contenuto di lega. Specificare la finitura, ispezionarla e non accettare "come saldato" su una linea dell'acqua di mare.
Qual è il confronto dei costi su 25 anni?
Su una base di 25 anni, il duplex 2205 è solitamente l'opzione più economica per le tubazioni dell'acqua di mare, mentre il 316L è solitamente il più costoso, più costoso dell'acciaio al carbonio. Il materiale più economico per chilogrammo raramente è il materiale più economico per durata di utilizzo.
La tabella seguente modella 400 metri di linea di raffreddamento dell'acqua di mare DN200. Il costo di installazione include materiale, fabbricazione e installazione. Il costo di sostituzione include la rimozione, l'accesso, la reinstallazione e la perdita di disponibilità, motivo per cui è superiore rispetto all'installazione originale.
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Opzione |
Costo di installazione, USD |
Vita attesa |
Sostituzioni tra 25 anni |
Totale di 25 anni, USD |
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Acciaio al carbonio, rivestimento epossidico |
76,000 |
7 anni |
3 |
442,000 |
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316L |
132,000 |
9 anni |
2 |
554,000 |
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Duplex 2205 |
192,000 |
25 anni |
0 |
192,000 |
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Super duplex 2507 |
300,000 |
25+ anni |
0 |
300,000 |
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90/10 CuNi |
312,000 |
25 anni |
0 |
312,000 |
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GRP/GRE |
96,000 |
20 anni |
1 parziale |
250,000 |
Il risultato che sorprende la maggior parte dei team di progetto è la linea 316L. Costa il 74% in più rispetto a 2205 durante la vita del sistema, perché viene sostituito due volte e ogni sostituzione costa più dell'installazione originale. La seconda sorpresa è che l’acciaio al carbonio con rivestimento mantenuto batte nettamente il 316L.
Il GRP è competitivo in termini di costi ma limitato dalla temperatura, dalla classe di pressione e dalle prestazioni al fuoco, motivo per cui domina le linee di zavorra e di acqua di mare su alcuni tipi di navi ed è escluso da altri.
Queste cifre sono un modello, non una citazione. Le ipotesi sono elencate nell'appendice e la classifica è solida rispetto a variazioni ragionevoli del tasso di sconto e dei costi di inattività. Ciò che non è robusto è qualsiasi confronto che tenga conto solo del primo costo.
Quali standard e certificati si applicano?
Gli standard di prodotto definiscono il materiale; gli standard di prova dimostrano le proprietà; gli standard di progetto definiscono i criteri di accettazione. Un ordine di acquisto che cita solo una norma di prodotto è incompleto, perché non dice quali prove deve fornire lo stabilimento.
Tre livelli di documentazione regolano l'acquisto di acciaio inossidabile marino. Gli standard di prodotto come ASTM A240 o A790 dicono allo stabilimento cosa fare. Gli standard di test come ASTM G48 o A923 indicano al laboratorio come verificarlo. Le specifiche del progetto come NORSOK M-630 indicano al fornitore quali criteri di accettazione si applicano.
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Strato |
Standard |
Cosa copre |
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Piatto e foglio |
ASTM A240/A480 |
Composizione, proprietà meccaniche, finitura |
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Tubo senza saldatura e saldato |
ASTM A312, A790, A928 |
Tubo austenitico e duplex |
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Tubo dello scambiatore di calore |
ASTM A249, A789 |
Tubo saldato per scambiatori |
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Raccordi |
ASTM A403, A815 |
Raccordi austenitici e duplex |
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Flange e forgiati |
ASTM A182 |
F304L, F316L, F51, F53, F55, F44 |
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Sbarra |
ASTM A276, A479 |
Barre e forgiati per valvole e pompe |
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Prova di vaiolatura |
ASTM G48 Metodo A |
Temperatura critica per vaiolatura |
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Fase intermetallica |
ASTM A923 |
Fase Sigma in duplex |
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Contenuto di ferrite |
ASTM E562 |
Conteggio della ferrite nelle saldature duplex |
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Schede materiali |
NORSOK M-630, MDS D41 / D51 / D55 / D57 |
Accettazione duplex, super duplex, 6Mo |
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Acqua di zavorra |
Convenzione BWM dell'IMO, codice BWMS |
Standard di trattamento D-2 |
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Rivestimento del serbatoio di zavorra |
PSPC dell'IMO, MSC.215(82) |
Specifica del rivestimento |
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Fuoco principale |
SOLAS Capitolo II-2, Reg 10 |
Capacità e disposizione |
Per l'acquisto di acqua di mare, il pacchetto minimo di documenti accettabile è: certificato di fabbrica EN 10204 3.1, analisi chimica specifica per il calore incluso l'azoto, risultato del metodo A ASTM G48 alla temperatura di prova specificata e, per il duplex, un controllo ASTM A923 o della ferrite. Se il fornitore non è in grado di produrre il risultato G48 per la batteria effettiva, la dichiarazione del grado non è verificata.
Quali sono gli otto errori di specifica più comuni?
La maggior parte dei guasti dell'acciaio inossidabile legati all'acqua di mare sono dovuti a un errore di specifica, non a un difetto del materiale. Questi otto rappresentano la maggior parte di essi.
Uno: specificare "grado marino" anziché un numero UNS.La frase non ha definizione, quindi per impostazione predefinita viene utilizzata l'interpretazione più economica. Scrivi S32205, non "grado marino".
Due: ignorare le crepe.Un grado selezionato su CPT non riuscirà a livello della guarnizione, poiché il CCT è inferiore di 15–25 gradi. Progetta la fessura o selezionala.
Tre: progettare per la stagnazione.Gambe morte, punti bassi non drenabili e rami inattivi sono i luoghi in cui appare la prima fossa. Sono anche i problemi più facili da risolvere in fase di disegno.
Quattro: trattare il PREN come una garanzia.Due batterie con lo stesso PREN possono differire nel CPT misurato. Richiedi il risultato del test, non il calcolo.
Cinque: miscelazione di gradi senza isolamento galvanico.Una linea inossidabile collegata all'acciaio al carbonio diventa un grande catodo che guida un piccolo anodo. Utilizzare kit isolanti nelle transizioni e non utilizzare mai guarnizioni in grafite.
Sei: specificare il duplex senza controlli di fabbricazione.L'apporto di calore, l'ossigeno di spurgo, la temperatura di interpass e l'equilibrio della ferrite devono essere indicati nelle specifiche e non lasciati in officina.
Settimo: dimenticare la strategia del biofouling.Senza clorazione o pulizia meccanica, le linee inossidabili dell'acqua di mare si sporcano e poi si corrodono sotto il deposito. La selezione del materiale e il controllo delle incrostazioni costituiscono una decisione.
Otto: acquistare in base al costo al chilogrammo.Il confronto su 25 anni mostra che il 316L costa più di 2205. Il primo costo non è un indicatore del costo del ciclo di vita.
Domande frequenti
L'acciaio inossidabile 316 è adatto all'acqua di mare?
No, non per il servizio in immersione continua. 316L ha una temperatura critica di vaiolatura di soli 20–25 gradi circa e una temperatura interstiziale critica inferiore, quindi si buca su guarnizioni, supporti e sotto depositi nella maggior parte dei sistemi di acqua di mare. È adatto per circuiti di raffreddamento chiusi, hardware di coperta e oggetti splash-zone che rimangono asciutti.
Qual è il miglior acciaio inossidabile per il raffreddamento dell'acqua di mare?
Duplex 2205 è la scelta generale migliore per le tubazioni di raffreddamento dell'acqua di mare e gli scambiatori di calore a piastre. Utilizzare super duplex 2507 o 6Mo dove la temperatura di uscita supera circa 50 gradi e titanio per fasci tubieri critici.
Di quale valore PREN ho bisogno per l'acqua di mare?
PREN 35 è il minimo pratico per il flusso continuo di acqua di mare fredda, mentre PREN 40 o superiore è necessario per servizi caldi, stagnanti o soggetti a fessure. PREN è un numero di screening; confermare l'effettiva resistenza con un test ASTM G48 sul calore.
Il duplex 2205 può essere utilizzato per le tubazioni dell'acqua di zavorra?
Sì, a condizione che la linea sia drenabile e che sia compreso il regime di clorazione. 2205 è ampiamente utilizzato per le tubazioni principali di zavorra. Le linee di zavorra di piccolo diametro e qualsiasi sezione a valle di un punto di iniezione di clorazione dovrebbero essere aggiornate a 6Mo o 2507.
Perché una linea antincendio necessita di una qualità superiore rispetto a una linea di raffreddamento?
Perché resta stagnante per mesi e poi scorre alla massima velocità. Questa combinazione produce vaiolatura sotto deposito durante i periodi di inattività ed erosione all'avvio. 6Mo, super duplex 2507 o 90/10 CuNi sono le scelte abituali; 316L e acciaio zincato sono i soliti fallimenti.
Qual è la differenza tra CPT e CCT?
CPT è la temperatura alla quale inizia la vaiolatura su una superficie aperta e liberamente esposta. CCT è la temperatura più bassa alla quale inizia la vaiolatura all'interno di una fessura. Poiché i componenti reali contengono interstizi, CCT è il numero che regola le prestazioni del servizio.
Il super duplex 2507 vale il costo aggiuntivo?
Ne vale la pena quando la temperatura di servizio supera i 50 gradi circa, dove la concentrazione di cloruro è elevata o dove il componente non può essere sostituito. Al di sotto di tali condizioni, il 2205 offre la stessa durata operativa a circa la metà del costo del materiale.
È possibile utilizzare l'acciaio inossidabile nelle cisterne di zavorra?
Sì,. 316L è comune nelle cisterne di zavorra delle navi cisterna per prodotti chimici e il duplex 2205 viene utilizzato dove il cloruro o la temperatura sono più elevati. L'acciaio al carbonio rivestito rimane la soluzione predefinita per le cisterne di zavorra dedicate poiché è il rivestimento, non l'acciaio, a fungere da barriera alla corrosione.
In che modo la clorazione influisce sulla selezione del materiale?
La clorazione previene la formazione di biofilm e il biofilm aumenta il potenziale di corrosione dell'acciaio inossidabile di 200–400 mV. L'acqua di mare clorata è quindi spesso meno aggressiva dell'acqua di mare pulita e non clorata. Tuttavia, l'ipoclorito concentrato in un punto di iniezione dell'elettroclorazione è altamente aggressivo e richiede 2507, 6Mo o titanio.
Quale metallo d'apporto dovrebbe essere utilizzato per la saldatura duplex?
ER2209 per duplex 2205 e ER2594 per super duplex 2507. Entrambi richiedono lo spurgo con azoto, un apporto di calore controllato e limiti di temperatura di interpass e nessuno dei due consente il trattamento termico post-saldatura.
L'acciaio inossidabile soffre di MIC nell'acqua di mare?
SÌ. I batteri solfato-riduttori producono solfuro in condizioni anaerobiche, cariche di sedimenti, che è esattamente l'ambiente all'interno di una linea di zavorra stagnante o di una conduttura antincendio inattiva. Il risultato è una vaiolatura accelerata del sottodeposito. Gradi di molibdeno più elevati e design drenabile sono le attenuanti.
Quale certificazione devo richiedere al frantoio?
Certificati di cartiera EN 10204 3.1 con prodotti chimici specifici per il calore, compreso l'azoto, risultati ASTM G48 Metodo A alla temperatura specificata e per il duplex, ASTM A923 o un controllo del contenuto di ferrite. Per i sistemi critici è consigliabile una testimonianza di parte terza del test di corrosione.
Come specificare e ordinare l'acciaio inossidabile per l'acqua di mare?
Specificare tramite numero UNS, dichiarare esplicitamente il ciclo di lavoro, richiedere il test di corrosione a caldo e definire i controlli di fabbricazione. Una specifica che fa uno qualsiasi di questi senza gli altri tre è incompleta.
La lista di controllo seguente rappresenta il contenuto minimo di una specifica di acquisto per un sistema inossidabile per acqua di mare. È volutamente breve, perché una specifica che nessuno legge è peggiore di una breve che tutti leggono.
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Articolo |
Cosa scrivere |
Perché è importante |
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Grado |
Numero UNS più nome comune |
Rimuove l'ambiguità dal "grado marino" |
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Norma del prodotto |
ASTM A240, A790, A928 o A815 a seconda dei casi |
Definisce cosa deve produrre il mulino |
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Dovere |
Temperatura di progetto, intervallo di velocità, periodi stagnanti |
Questi tre input guidano la scelta del grado |
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Prova di corrosione |
ASTM G48 Metodo A alla temperatura indicata |
Converte un reclamo in prova |
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Microstruttura |
Contenuto di ferrite per duplex, A923 dove specificato |
Rileva fasi dannose |
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Finitura superficiale |
Decapato e passivato o Ra specificato |
Il completamento controlla i siti di inizio |
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Fabbricazione |
Apporto di calore, spurgo ossigeno, limite interpass |
Protegge la resistenza alla corrosione della ZTA |
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Documentazione |
EN 10204 3.1, rapporti di prova, tracciabilità del calore |
Rende l'intera catena verificabile |
Due note commerciali completano il quadro. Innanzitutto, i tempi di consegna per la lamiera duplex e super duplex sono più lunghi rispetto a quelli per la lamiera 316L, e i programmi di laminazione per la lamiera 2507 possono estendere un progetto di settimane. Ordina in anticipo o accetta il sostituto. In secondo luogo, la volatilità dei prezzi del molibdeno e del nichel fa sì che una quotazione più vecchia di circa un mese sia solo indicativa.
