Quando gli ingegneri confrontano Incoloy 825 contro Hastelloy B-2 per i tubi degli scambiatori di calore, la vera domanda non è quale lega sembri migliore sulla scheda tecnica. La vera domanda è quale lega riesca a resistere alle effettive condizioni di corrosione, tra cui la contaminazione all’avvio, l’umidità durante l’arresto, i prodotti chimici di pulizia, le zone termicamente alterate dalle saldature e le occasionali variazioni chimiche fuori specifica. L’INCOLOY 825 è una lega Ni-Fe-Cr rinforzata per garantire un’ampia resistenza sia in ambienti riducenti che ossidanti, mentre la lega B-2 è un materiale a base di nichel-molibdeno progettato per impieghi in condizioni riducenti estreme, in particolare in ambienti con acido cloridrico, ma con una tolleranza molto scarsa alla contaminazione ossidante.
Questa distinzione assume ancora maggiore importanza nel settore dei tubi. I tubi per scambiatori di calore sono prodotti a pareti sottili, spesso sottoposti a lavorazione a freddo, espansi, piegati e saldati in un sistema che raramente presenta condizioni chimiche perfettamente stabili per l’intera durata di servizio. L’INCOLOY 825 è disponibile in un’ampia gamma di tubi conformi a diverse norme, tra cui ASTM B163, B423, B704, B705, B751, B775 e B829. La lega B-2 è disponibile anche in forme di tubi senza saldatura e saldati secondo le norme ASTM B622 e B626, tra le altre; pertanto, la scelta di solito non riguarda la disponibilità dei tubi, ma piuttosto il grado di variabilità di processo che la metallurgia è in grado di tollerare.
In cosa si differenziano davvero l’Incoloy 825 e l’Hastelloy B-2 per quanto riguarda i tubi degli scambiatori di calore
A livello di composizione, l’INCOLOY 825 e la lega B-2 sono state progettate secondo filosofie diverse. L’INCOLOY 825 contiene una quantità significativa di cromo, oltre a nichel, molibdeno, rame e titanio. È proprio questa combinazione a conferirgli resistenza all’acido solforico e fosforico, alla criccatura da tensocorrosione indotta da ioni cloruro, alla corrosione puntiforme, alla corrosione interstiziale e a una vasta gamma di agenti ossidanti quali i nitrati e gli ambienti contenenti acido nitrico. La lega B-2, al contrario, è essenzialmente una lega Ni-Mo specializzata negli acidi riducenti: il resto è nichel, con circa dal 26 al 30% di molibdeno, mentre il cromo è stato volutamente mantenuto a livelli molto bassi. È proprio questa composizione chimica il motivo per cui offre prestazioni così elevate in presenza di acido cloridrico, cloruro di idrogeno e altri sistemi acidi non ossidanti.
Quindi, in termini pratici relativi agli scambiatori di calore, Incoloy 825 contro Hastelloy B-2 per i tubi degli scambiatori di calore di solito si tratta di scegliere tra ampiezza e intensità. La lega 825 offre un margine di sicurezza più ampio quando il flusso di processo può oscillare tra condizioni riducenti e ossidanti, oppure quando la contaminazione da cloruri e l’attacco nelle fessure rappresentano rischi concreti. La lega B-2 offre un vantaggio più marcato quando il fluido è fortemente riducente e strettamente controllato, specialmente in presenza di acido cloridrico. L’errore che riscontro più spesso è la scelta della lega B-2 perché il fluido di esercizio normale è riducente, trascurando il fatto che i guasti agli scambiatori spesso hanno origine durante la pulizia, lo sfiato, l’ingresso di ossigeno, la contaminazione da ferro o in condizioni di inattività con presenza di umidità. Le indicazioni fornite dalla stessa lega B-2 sono inequivocabili: anche tracce di fluidi ossidanti possono aumentare significativamente la corrosione, pertanto non dovrebbe essere utilizzata in ambienti ossidanti.
La logica della corrosione nei tubi non è la stessa che si applica alle lamiere
I fasci tubieri non cedono solo a causa di un'uniforme perdita di spessore delle pareti. Essi cedono a causa dell’attacco in fessura sotto i depositi, della fessurazione indotta da sollecitazioni nei giunti dilatati, dell’attacco locale nelle zone termicamente influenzate (HAZ) delle saldature e dei gradienti chimici tra l’estremità calda e quella fredda. L’INCOLOY 825 è stato progettato per resistere sia in ambienti riducenti che ossidanti ed è particolarmente noto per la resistenza alla criccatura da corrosione sotto sforzo da cloruri e alla corrosione localizzata. Ciò lo rende una scelta predefinita più sicura quando lo scambiatore è sottoposto a servizio con acidi misti, contaminazione da acqua contenente cloruri, flussi contenenti zolfo o condizioni di manutenzione incerte relative alla pulizia e alla messa fuori servizio.
La lega B-2 dovrebbe essere scelta con maggiore attenzione e in modo più mirato. È eccellente in presenza di acido cloridrico in un ampio intervallo di concentrazioni e temperature, e offre buone prestazioni anche in presenza di acido cloridrico, acido solforico e acido fosforico in condizioni riducenti. Tuttavia, la B-2 non è una “lega CPI generica”. È una soluzione specializzata per un problema specifico. Nell’ambito degli scambiatori di calore, ciò comporta solitamente la presenza di acido riducente puro su un lato, un controllo rigoroso delle specie ossidanti e un team di impianto che comprenda bene quali sono i limiti di questa lega.
La lavorazione, la saldatura e la stabilità termica sono spesso determinanti per il risultato finale
Per i produttori, Incoloy 825 contro Hastelloy B-2 per i tubi degli scambiatori di calore Dipende anche dalla disciplina di processo che la vostra officina e l’appaltatore sul campo riescono a mantenere. L’INCOLOY 825 è descritto come un materiale con buona saldabilità mediante tutti i processi convenzionali; tra i metalli d’apporto comunemente raccomandati figura l’INCONEL Filler Metal 625 per la saldatura in atmosfera protetta. Anche la lega B-2 può essere saldata con i processi TIG/MIG e, rispetto alla precedente lega B, è meno soggetta alla corrosione della zona di saldatura allo stato appena saldato. Detto questo, la lega B-2 richiede comunque un controllo più rigoroso della contaminazione, l’esecuzione di un ricottura in soluzione e una maggiore attenzione all’esposizione al calore dopo la fabbricazione.
Il problema più profondo riguarda la stabilità termica. Secondo ’Corrosion Materials”, la lega B-2 non dovrebbe essere utilizzata a temperature comprese tra 1000°F e 1600°F, poiché le fasi secondarie possono ridurne la duttilità. Il confronto effettuato da Haynes tra la lega B-3 e il suo predecessore, la B-2, spiega i fondamenti metallurgici alla base di tale avvertenza: le leghe di tipo B sono soggette alla formazione di fasi indesiderate e la B-2 può subire una rapida formazione di Ni4Mo intorno ai 750 °C. Ciò non significa che ogni scambiatore in B-2 si guasterà a causa dell’esposizione termica. Significa piuttosto che il margine di tolleranza per la lavorazione e la deformazione è più ristretto di quanto molti acquirenti suppongano.
| Parametro | INCOLOY 825 | Lega B-2 | Significato tecnico del termine "tubing" |
|---|---|---|---|
| Concetto di lega di base | Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Ti | Ni-Mo, con bassissimo contenuto di Cr | L'825 è ad ampio spettro; il B-2 è specifico per gli acidi riducenti |
| Resistenza alla trazione / limite di snervamento tipici dei tubi | Tubi ricotti: 112 ksi / 64 ksi | Resistenza minima di tubi e condutture: 110 ksi / 51 ksi | La resistenza non è il fattore determinante; lo è invece l'involucro di corrosione |
| La migliore nicchia anticorrosiva | Acidi misti ossidanti/riducenti, resistenza alle SCC da cloruro, resistenza alla corrosione puntiforme e interstiziale | Acido cloridrico e acidi non ossidanti fortemente riducenti | Scegliete in base alla composizione chimica del fluido, non al prestigio del marchio |
| Segnale di allarme principale | Non è la scelta migliore per gli impieghi più intensivi con HCl puro | La contaminazione ossidante può aumentare notevolmente la corrosione | Il B-2 subisce una pesante sconfitta quando la chimica subisce una deriva ossidativa |
| Saldatura / lavorazione metallica | Buona saldabilità con i processi convenzionali | Saldabile, ma richiede un controllo più rigoroso della composizione chimica e della temperatura | Per il B-2, le capacità operative sono più importanti |
| Standard dei tubi / percorso di approvvigionamento | Elenco completo delle specifiche dei tubi di grande diametro tratto dal bollettino dello stabilimento | Sono disponibili specifiche per tubi senza saldatura e saldati | Entrambi sono disponibili sotto forma di tubi; la certificazione rimane comunque importante |
Tabella redatta sulla base delle informazioni fornite dal produttore e dalle schede tecniche relative alle forme e alle proprietà dei prodotti a base di tubi in INCOLOY 825 e lega B-2.
Il mio parere tecnico sul confronto tra Incoloy 825 e Hastelloy B-2 per i tubi degli scambiatori di calore
Scegliere l’INCOLOY 825 quando lo scambiatore sarà esposto a acidi misti, contaminazione da cloruri, impiego con acido solforico o fosforico con un certo potenziale ossidante, condizioni chimiche incerte durante i fermi impianto o frequenti lavaggi chimici. In questo tipo di ambiente industriale reale, l“825 garantisce solitamente una maggiore tolleranza operativa. È la lega che prenderei in considerazione per prima quando i dati sui fluidi forniti dal cliente sono incompleti o quando esiste una reale possibilità che una ”piccola” contaminazione ossidante possa alla fine diventare un evento che richiede intervento di manutenzione.
Scegliere la lega B-2 quando le sollecitazioni sono in chiara e costante diminuzione, specialmente in presenza di acido cloridrico o cloruro di idrogeno, e quando il responsabile del processo è in grado di controllare rigorosamente le specie ossidanti. In quel ristretto margine, la B-2 può rappresentare la soluzione ingegneristica più valida. Si tratta però di uno strumento di precisione, non di uno che perdona. Per l’approvvigionamento, ciò significa che la richiesta di offerta (RFQ) dovrebbe includere non solo le condizioni chimiche normali, ma anche quelle anomale, i mezzi di pulizia, il rischio di ingresso di ossigeno, la contaminazione da ferro, i dettagli di saldatura tra tubi e piastra portatubi e la cronologia termica di fabbricazione. È proprio da qui che hanno origine molti errori nella sostituzione delle leghe.
Conclusione
Per la maggior parte degli acquirenti, Incoloy 825 contro Hastelloy B-2 per i tubi degli scambiatori di calore dovrebbe essere determinato in base alla resistenza alla corrosione in condizioni di non ideale condizioni, non in base al nome dell’acido indicato nella scheda di processo. Se il servizio è soggetto a variazioni, contaminazioni, aerazione o pulizie aggressive, l’INCOLOY 825 è solitamente la scelta più robusta per i tubi. Se il servizio è strettamente controllato, fortemente riducente e, in particolare, a base di acido cloridrico, la lega B-2 può garantire prestazioni eccezionali. La risposta corretta deriva dall’analisi combinata delle condizioni chimiche, del processo di fabbricazione e della storia di lavorazione a freddo.
Per una valutazione della scelta a livello di progetto, inviare i dati relativi alla composizione del fluido, alla temperatura normale e di sbalzo, alla pressione, ai cloruri, ai contaminanti ossidanti, alla procedura di pulizia e al processo di fabbricazione dei tubi. Di solito ciò è sufficiente per trasformare un confronto generico tra leghe in una raccomandazione sui materiali ben motivata.
Domande e risposte correlate
1) L'Hastelloy B-2 è migliore dell'Incoloy 825 per i tubi degli scambiatori di calore a contatto con l'acido cloridrico?
In presenza di acido cloridrico puro e fortemente riducente, la lega B-2 rappresenta solitamente la scelta più resistente alla corrosione, poiché è stata progettata specificatamente per l’acido cloridrico in un ampio intervallo di concentrazioni e temperature. Tuttavia, tale vantaggio si riduce rapidamente non appena nel sistema entrano contaminanti ossidanti.
2) L'Incoloy 825 può sostituire l'Hastelloy B-2 negli scambiatori di calore a acidi misti?
Spesso sì. Quando lo scambiatore è sottoposto a condizioni miste di ossidazione e riduzione, a contaminazione da cloruro o a processi chimici di arresto/pulizia non ben definiti, l’INCOLOY 825 rappresenta spesso la scelta più sicura, poiché la sua resistenza alla corrosione è più ampia e non è ottimizzata esclusivamente per gli acidi riducenti.
3) Cosa deve fornire un acquirente prima di ordinare una delle due leghe sotto forma di tubi?
Come minimo: composizione chimica completa del fluido, cloruri, presenza di ossigeno ferrico o disciolto, temperature di esercizio e di sbalzo, prodotti chimici di pulizia, se i tubi sono senza saldatura o saldati e se sono necessarie saldature tra i tubi e la piastra tubiera. Questi dettagli determinano se Incoloy 825 contro Hastelloy B-2 per i tubi degli scambiatori di calore è una decisione semplice o un'ipotesi ad alto rischio. Le norme relative ai tubi e le linee guida per la loro fabbricazione presentano differenze tali da rendere fondamentale definire questi aspetti sin dalle prime fasi.