Quali sono le cause di prestazioni degradate nei reattori in acciaio inossidabile?

Durante il funzionamento, i reattori in acciaio inossidabile sono spesso esposti a mezzi corrosivi come acidi, alcali, sali e solventi organici. In condizioni operative ad alta temperatura e alta pressione, gli effetti corrosivi di questi fluidi sui materiali in acciaio inossidabile vengono notevolmente intensificati.

• Vaiolatura e corrosione intergranulare: Gli ioni cloruro (Cl⁻) sono la causa principale della vaiolatura e della tensocorrosione nell'acciaio inossidabile. In ambienti contenenti cloruri o soluzioni detergenti contenenti cloruri, la pellicola passiva sulla superficie dell'acciaio inossidabile può essere facilmente danneggiata, provocando corrosione localizzata.
• Corrosione interstiziale: Piccole fessure tendono a formarsi in punti quali le guarnizioni dell'albero dell'agitatore, i giunti della flangia e i cordoni di saldatura. La ritenzione di elettroliti in queste aree crea celle di concentrazione di ossigeno, che possono avviare la corrosione interstiziale.
• Danni al rivestimento: Alcuni interni del reattore possono essere protetti con smalto, PTFE spruzzato o altri rivestimenti anticorrosivi. Una volta che questi rivestimenti vengono graffiati, staccati o applicati in modo non uniforme, il substrato metallico sottostante viene direttamente esposto ad ambienti corrosivi, accelerandone il degrado.
• Raccomandazione: selezionare i gradi di acciaio inossidabile appropriati in base ai fluidi di processo, come gli acciai 316L o duplex, per una maggiore resistenza alla corrosione da ioni cloruro. Ispezionare regolarmente le condizioni della superficie interna ed eseguire un trattamento di passivazione quando necessario per ripristinare il film protettivo passivo.

I reattori sono sottoposti a frequenti cicli di temperatura (riscaldamento/raffreddamento) e variazioni di pressione (pressurizzazione/depressurizzazione), sottoponendo il materiale a stress termici e meccanici periodici. Nel tempo, ciò può causare danni da fatica.

• Cracking da fatica termica: Le rapide fluttuazioni della temperatura causano un'espansione e una contrazione non uniforme nelle diverse parti del recipiente, generando stress termico. È particolarmente probabile che si verifichino microfessure in corrispondenza di discontinuità strutturali come ugelli, tombini e collegamenti di supporto.
• Stanchezza da pressione: Ripetute variazioni di pressione provocano una deformazione plastica cumulativa nel metallo, riducendone la resistenza e la tenacità, portando potenzialmente alla propagazione delle cricche o addirittura alla rottura.
• Effetti delle vibrazioni: Le vibrazioni meccaniche generate dal sistema di agitazione durante il funzionamento possono esacerbare i danni da fatica nelle saldature e nei punti di connessione.
• Raccomandazione: Controllare i tassi di riscaldamento e pressurizzazione durante il funzionamento per evitare shock termici; condurre regolarmente test non distruttivi (ad esempio, ispezione con ultrasuoni o particelle magnetiche) per rilevare tempestivamente potenziali crepe.

Per garantire la purezza della reazione e prevenire la contaminazione incrociata, i reattori richiedono una pulizia regolare. Tuttavia, metodi di pulizia inadeguati possono effettivamente compromettere le prestazioni dell’apparecchiatura.

• Utilizzo di detergenti acidi/alcalini forti: Sebbene efficace per la rimozione dei depositi, se la concentrazione non è adeguatamente controllata o il risciacquo non è adeguato dopo la pulizia, gli acidi o gli alcali residui possono continuare a corrodere la superficie dell'acciaio inossidabile, specialmente negli acciai inossidabili a basso contenuto di nichel.
• Pulizia incompleta: I residui di prodotti di reazione, polimeri o sostanze cristalline possono accumularsi sulle pareti del recipiente, riducendo l'efficienza del trasferimento di calore e fungendo da siti di inizio della corrosione.
• Utilizzo di spazzole dure o detergenti abrasivi: Questi potrebbero graffiare la superficie interna, danneggiando lo strato passivo e aumentando la suscettibilità alla corrosione.
• Raccomandazione: Utilizzare detergenti neutri o specializzati e seguire una sequenza di pulizia standardizzata: prelavaggio → lavaggio → risciacquo accurato → asciugatura. Prendere in considerazione l'implementazione di un sistema CIP (Clean-in-Place) per migliorare l'efficienza e la sicurezza della pulizia.

La razionalità della progettazione e la qualità della produzione sono fattori fondamentali che determinano la durata delle apparecchiature.

• Progettazione strutturale scadente: Zone morte eccessive, un flusso di scarico scarso o una disposizione inadeguata dell'agitatore possono causare ritenzione di materiale e miscelazione non uniforme, aumentando la difficoltà di pulizia e il rischio di corrosione.
• Selezione materiale errata: L'utilizzo di qualità di acciaio inossidabile non idonee (ad esempio, la sostituzione di 304 con 316L in applicazioni contenenti cloruri) riduce notevolmente la durata dell'apparecchiatura.
• Scarsa qualità della saldatura: Problemi come la porosità, l'inclusione di scorie o la fusione incompleta nelle saldature non solo riducono la resistenza meccanica ma creano anche siti preferenziali per l'inizio della corrosione.
• Trattamento superficiale inadeguato: Superfici interne eccessivamente ruvide o la mancanza di trattamenti di lucidatura/passivazione ostacolano la formazione di un film di ossido denso e uniforme, riducendo la resistenza alla corrosione.
• Raccomandazione: Esaminare rigorosamente i disegni di progettazione, le certificazioni dei materiali e le qualifiche delle procedure di saldatura durante l'approvvigionamento. Effettuare ispezioni boroscopiche e trattamenti di passivazione prima della messa in servizio.

La mancanza di una gestione scientifica ed efficace della manutenzione è un fattore umano fondamentale che contribuisce al degrado delle prestazioni delle apparecchiature.

• Mancata sostituzione delle guarnizioni invecchiate: Le tenute meccaniche o le guarnizioni possono degradarsi o deformarsi dopo un uso prolungato, causando perdite che influenzano le operazioni di vuoto o pressione e potenzialmente causano incidenti di sicurezza.
• Blocco o corrosione di valvole e tubazioni: Se le porte di alimentazione/scarico, le valvole di scarico e le tubazioni associate non vengono pulite regolarmente, possono verificarsi blocchi del flusso, compromettendo la stabilità del processo.
• Trascuratezza delle ispezioni di routine: La mancata tempestiva identificazione di segni di corrosione, rumori insoliti o vibrazioni anomale può comportare la perdita di opportunità di riparazione tempestiva.
• Lubrificazione insufficiente: La mancanza di lubrificazione nei componenti di trasmissione (ad esempio, scatole del cambio, cuscinetti) accelera l'usura e influisce sul normale funzionamento del sistema di agitazione.
• Raccomandazione: Stabilire un registro completo della manutenzione delle apparecchiature, implementare piani di manutenzione programmata (ad esempio, controlli trimestrali, revisioni annuali), sostituire tempestivamente le parti usurate e conservare registri dettagliati della manutenzione.

• Corrosione influenzata microbiologicamente (MIC): In alcuni sistemi di biofermentazione o acquosi, i sottoprodotti metabolici microbici (ad esempio, idrogeno solforato) possono indurre corrosione localizzata.
• Corrosione galvanica: Quando l'acciaio inossidabile entra in contatto diretto con metalli diversi (ad esempio, supporti in acciaio al carbonio, raccordi in rame per strumenti) in un ambiente elettrolitico, possono formarsi celle galvaniche, accelerando la corrosione dell'acciaio inossidabile.
• Errori dell'operatore: Far funzionare l'apparecchiatura oltre i limiti di temperatura o pressione o introdurre materiali incompatibili può causare danni irreversibili al reattore.