Nell’isolamento termico di componenti in acciaio inossidabile, l’impiego di materiali non adeguati può portare a conseguenze disastrose capaci di minare l’integrità di tubazioni, serbatoi od altri componenti. Vediamo assieme a cosa fare attenzione!
La pericolosità della selezione di isolanti termici inadeguati per componenti in acciaio inossidabile: un’analisi critica
L’utilizzo di isolanti termici su tubi od altri componenti in acciaio inossidabile (SS) è una pratica comune nell’industria, ma la selezione di materiali inadeguati può comportare rischi significativi capaci di determinare disastrosi ed inaspettati cedimenti.
Oggi si parla di corrosione sotto isolamento / CUI (Corrosion Under Insulation), ed in particolare di CUI da cloruri su acciai inossidabili.
Durante la mia esperienza lavorativa ho avuto modo di confrontarmi con svariati danneggiamenti “inaspettati” di CUI da cloruri. Questi casi di danneggiamento spesso provenivano da settori a carattere prevalentemente artigianale, poco abituati alla gestione dei fenomeni corrosivi, ma comunque interessati dall’impiego di acciaio inossidabile ed alla sua coibentazione. Proprio queste osservazioni mi hanno spinto a scrivere questo articolo che spero possa servire a sensibilizzare le persone operanti in settori quali la termoidraulica, la climatizzazione e la ristorazione professionale.
CUI (Corrosion Under Insulation)
Con l’acronimo CUI si identifica ogni forma di corrosione che si venga a manifestare sulla superficie esterna di componenti coibentati. La CUI è un tipo di corrosione particolarmente insidioso in quanto si può sviluppare in superfici non accessibili e non controllabili visivamente. La CUI può essere causata da vari fattori e interessare indifferentemente impianti funzionanti a bassa, alta o a temperatura ambiente. Fluttuazioni di temperatura durante l’esercizio, o un esercizio discontinuo dell’impianto, aumentano notevolmente il rischio in quanto possono promuovere la formazione di condensa nel materiale isolante o sull’interfaccia isolante/metallo.
Bisogna tenere ben presente che affinché la CUI si manifesti occorrono tre elementi: metallo, aria (ossigeno) e acqua (elettrolita). Nella CUI l’acqua deriva da fenomeni di condensazione oppure può filtrare dall’esterno.
La CUI può manifestarsi in forme diverse a seconda delle combinazioni di metalli ed elettroliti che possono venire a formarsi. Le principali sono le seguenti tre:
- Corrosione galvanica: quando la CUI è determinata dalla presenza di un elettrolita (acqua e ioni) nell’interfaccia metallo/isolante che permette il passaggio di un flusso di corrente fra metalli dissimili;
- Corrosione alcalina o acida: CUI che si manifesta in seguito alla penetrazione di acqua ed alla conseguente formazione di un ambiente acido o basico all’interfaccia del metallo coibentato;
- Corrosione da cloruri: CUI determinata dall’ingresso di acqua e della presenza di cloruri solubili all’interno del materiale isolante. I cloruri accelerano la velocità di corrosione, ma nel caso in cui il metallo coibentato sia un acciaio inossidabile possono portare ad insidiosi fenomeni di corrosione localizzata per pitting, o, nel caso l’acciaio sia austenitico e le condizioni lo permettano, a tensocorrosione (ECSCC).
La CUI è un problema noto, molto studiato ed anche affrontato dal mondo normativo (API 510, API 570, API RP 574, API RP 583). L’oil&gas ed il settore chimico sono particolarmente consapevoli del fenomeno considerando che rappresenta uno dei principali costi di manutenzione per il piping (40/60%).
CUI da cloruri
Concentriamoci ora sulla CUI dovuta alla presenza di cloruri. Cosa succede se i componenti isolati sono degli acciai inossidabili? Beh, la risposta è semplici visto che i cloruri sono il nemico numero uno di questi materiali!
L’acciaio inossidabile è noto per la sua resistenza alla corrosione dovuta alla formazione di uno strato passivo di ossido di cromo sulla sua superficie. La presenza di cloruri può tuttavia compromettere questa barriera, portando all’instaurazione di forme di corrosione.
In ambienti umidi e “freddi” la presenza di cloruri potrà dar vita a fenomeni di corrosione localizzata per pitting (od anche corrosione in fessura).
Nel caso di acciai inossidabili austenitici e di temperature più elevate (oltre i 50°C), la presenza di tracce di cloruri sulla superficie del metallo può determinare fenomeni di tensocorrosione se associata alla presenza di sollecitazioni (tensioni residue dovute alla formatura, tensioni di esercizio,…). Si parlerà di ECSCC ovvero di External Chloride Stress Corrosion Cracking (corrosione sotto sforzo esterna da cloruri).
Pitting e di External Chloride Stress Corrosion Cracking: i principali rischi
- Pitting: La vaiolatura o pitting è una forma di corrosione localizzata che genera piccoli fori sulla superficie dell’acciaio inossidabile. Questi punti di corrosione, difficilmente rilevabili nelle prime fasi, possono estendersi rapidamente in profondità determinando perdite;
- External Chloride Stress Corrosion Cracking: fenomeno particolarmente insidioso che porta alla formazione di una ragnatela di sottili cricche sulla superficie esterna del componente coibentato. Queste cricche possono propagarsi rapidamente portando a disastrose rotture improvvise.
Acqua e cloruri
Abbiamo visto che la ricetta per il disastro perfetto richiede come ingredienti: acciaio inossidabile, aria, acqua e cloruri. Visto che non possiamo fare a meno dei primi due ingredienti, affinché non si vogliano problemi di corrosione dobbiamo eliminare uno od entrambi degli ultimi due!
Ma da dove arrivano l’acqua ed i cloruri???
L’acqua può, in maniera abbastanza intuitiva, penetrare nell’isolamento in forma liquida attraverso una copertura danneggiata. Alternativamente l’acqua può penetrare sottoforma di vapore: l’umidità0 contenuta nell’aria penetrata nell’isolante può infatti condensare al calare delle temperature impregnando il materiale di acqua.
La contaminazione da cloruri, nel caso di strutture costiere od offshore, può ovviamente derivare dalla penetrazione di acqua salmastra. Ma c’è un’altra fonte principale di contaminazione, molto meno intuitiva e che necessita di attenzione: i materiali isolanti!
Gli isolanti termici possono infatti contenere cloruri ed altri alogenuri (bromuri, fluoruri e ioduri). Questi composti possono essere presenti per via del processo produttivo oppure possono anche essere aggiunti intenzionalmente (ritardanti di fiamma).
Dei cloruri contenuti nel materiale occorre capire quanti sono “solubili in acqua” (leachable chlorides) ovvero quanti, nel caso di ingresso di acqua nell’isolante o nell’interfaccia isolante/metallo. I cloruri passati in soluzione in occasione dell’evaporazione dell’acqua si concentrano sulla superficie metallica dove danno luogo ai fenomeni di corrosione descritti precedentemente.
La presenza dell’isolante termico e l’alternarsi di cicli di evaporazione rappresenta un meccanismo capace di concentrare sulla superficie metallica non solo i “leachable chlorides” contenuti nell’isolante ma anche quelli presenti su altre fonti esterne di contaminazione (acque di lavaggio, pioggia,…).
Cosa fare per proteggersi?
Il primo consiglio è quello di realizzare che coibentare componenti in acciaio inossidabile non è una operazione scontata. L’impiego di un errato materiale isolante può determinare la formazione, al di sotto dello stesso, di un ambiente molto corrosivo capace di minare l’integrità del materiale isolato.
COIBENTAZIONE ACCIAIO INOSSIDABILE ≠ OPERAZIONE SCONTATA
La progettazione, la selezione e l’installazione della coibentazione è un fattore chiave!
Per evitare problemi di corrosione, ricordando gli ingredienti della ricetta, occorre agire per eliminare la presenza di acqua e cloruri!
È sempre mandatario evitare l’ingresso di acqua nell’isolante termico, la presenza di acqua, oltre a favorire l’instaurazione di fenomeni corrosivi, determina un marcato aumento della conduttività termica.
Per evitare l’ingresso di acqua il consiglio è quello di procedere all’installazione dell’isolante attenendosi scrupolosamente alle indicazioni fornite dal produttore, e ponendo la dovuta attenzione alla realizzazione e sigillatura di giunzioni e terminazioni. A seconda delle condizioni di esercizio e delle criticità presenti può essere valutata la possibilità di installare barriere al vapore a contatto con il tubo (vapor dams).
Per quanto riguarda i cloruri, lasciando stare il discorso di strutture costiere e offshore (in cui l’impiego di acciaio inossidabile coibentato va attentamente valutato e gestito), occorre lavorare per prevenire contaminazioni accidentali e per selezionare isolanti termici compatibili!
In tutte quelle condizioni operative in cui la presenza di tracce di cloruri al limite della rivelabilità possa comunque portare ad insorgenza di ECSCC, esiste un ulteriore sistema per miticare il rischio: la creazione di una barriera fra l’elettrolita contenente i cloruri e la superficie di acciaio inossidabile. Le strutture in acciaio inossidabile possono infatti venire rivestite con foils di alluminio o con vernici idonee prima di essere rivestite con l’isolante selezionato.
Infine, si ricorda l’importanza della manutenzione. L’isolante termico deve essere ispezionato regolarmente per verificare che non sia presenti danneggiamenti che permettano l’ingresso di acqua od altri contaminanti. Nel caso in cui ciò accada occorre prevedere un controllo dello stato dell’acciaio inossidabile sottostante.
La selezionare degli isolanti termici diventa quindi critica; in aggiunta alla conducibilità, al costo, alla stabilità alle temperature operative,.. si dovrà verificare l’assenza o la presenza di tracce ridottissime di cloruri capaci di migrare all’interfaccia del metallo in presenza di acqua.
Sembra scontato dirlo ma gli isolanti termici non sono tutti uguali! Prodotti visivamente simili possono nascondere importanti differenze a livello chimico.
Dunque, in fase di selezione degli isolanti termici, bisogna accertarsi che il produttore dichiari specificatamente se un dato prodotto è utilizzabile su acciai inossidabili. Spesso su datasheet o manuali si trovano frasi del tipo:
“Please consult our Customer Service Center before insulating stainless steels.”
“Insulation for stainless steel applications below 250° F.”
“Prevents stress corrosion cracking when installed on stainless steel.”
Frasi come la prima dovrebbero fare alzare le orecchie! Il problema è noto e la CUI da cloruri può determinare veramente grossi fastidi. Nel caso il produttore non dichiari esplicitamente la compatibilità con gli acciai inossidabili, o richieda un contatto per chiarimenti, esso DEVE essere consultato!
Le prove
Quando vi è incertezza sull’effettiva compatibilità dell’isolante (o l’applicazione è critica), è consigliabile eseguire test specifici per rilevare la presenza di cloruri solubili in acqua (e fluoruri).
Per questo scopo ci vengono incontro le norme ASTM che offrono dei metodi normati dedicati alla verifica dei materiali isolanti.
Ad esempio, la norma ASTM C871 fornisce procedure per determinare i cloruri (e fluoruri) solubili in acqua nei materiali isolanti, mentre la ASTM C692 fornisce un metodo per valutare se un isolante termico può determinare fenomeni di ECSCC.
Queste prove sono estremamente utili anche quando quando si riscontrano problematiche di CUI: esse possono infatti essere incorporate nelle attività di indagine (failure analysis) e potenzialmente fornire risultati determinanti.
Riferimenti normativi
• The ASTM C795 “Standard Specification for Thermal Insulation for Use in Contact with Austenitic Stainless Steel”
• The ASTM C692 “Standard Test Method for Evaluating the Influence of Thermal Insulations on External Stress Corrosion Cracking Tendency of Austenitic Stainless Steel”
• The ASTM C871 “Standard Test Methods for Chemical Analysis of Thermal Insulation Materials for Leachable Chloride, Fluoride, Silicate, and Sodium Ions”
Conclusioni
Abbiamo visto che, su manufatti in acciaio inossidabile, la selezione inadeguata degli isolanti termici può portare a conseguenze disastrose capaci di minare l’integrità di tubazioni, serbatoi od altri componenti.
La scelta di guaine od altri isolanti contenenti cloruri solubili in acqua possono infatti determinare la comparsa di cricche da tensocorrosione oppure fenomeni di corrosione localizzata per pitting.
Purtroppo, il più delle volte a causa di ignoranza, queste problematiche sono tutt’altro che rare ed al palesarsi di eventuali fenomeni corrosivi sotto coibentazione il collegamento degli stessi ad una errata selezione dell’isolante non viene spesso nemmeno preso in considerazione.
Si spera che queste brevi righe aiutino a sensibilizzare quanti si trovino di fronte alla necessità di coibentare componenti in acciaio inossidabile a procedere in maniera attenta e critica nella selezione dell’isolante termico. In particolare, il produttore deve indicare specificatamente la possibilità di utilizzare un dato materiale per isolare componenti in acciaio inossidabile. Nel caso non si abbiano indicazioni in merito da parte del produttore occorre predisporre delle verifiche di laboratorio.
Se le strutture da isolare sono critiche, in aggiunta alle dichiarazioni del produttore, si consiglia comunque di effettuare verifiche sul materiale selezionato in modo da escludere la possibilità che si manifestino problemi di corrosione nel lungo periodo.
Infine, nel caso malaugurato caso in cui osserviate cricche da tensocorrosione o pitting sotto coibentazione, non escludete a priori il ruolo che potrebbe avere avuto quest’ultima! I test per verificare se la coibentazione utilizzata è idonea alla protezione di acciai inossidabili esistono e sono normati, così come sono disponibili procedure consigliare per design e installazione della stessa (a volte persino la sola lettura delle schede tecniche è sufficiente ad inquadrare la problematica).
LAB è a disposizione per approfondire le tematiche esposte, o per discutere di eventuali problematiche da voi osservate!
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