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La vita a bordo delle navi può rappresentare uno degli ambienti più impegnativi immaginabili. L’elevata salinità, la presenza di ossigeno e le numerose attività marine nell’acqua di mare mettono costantemente alla prova gli scambiatori di calore. Corrosione, corrosione localizzata (pitting), corrosione interstiziale (crevice corrosion) e corrosione sotto sforzo (SCC) sono sfide continue che possono ridurre la durata utile da decenni a pochi mesi, a seconda dei materiali scelti. La scelta di materiali adeguati per gli scambiatori di calore a piastre (PHE) è una delle decisioni fondamentali — e spesso difficili — che un armatore, un superintendente tecnico o un responsabile della specifica per nuove costruzioni deve affrontare, con serie implicazioni finanziarie che possono influenzare i costi operativi, di manutenzione e la disponibilità degli equipaggiamenti. SME Group progetta, realizza, produce e mette in servizio equipaggiamenti marini da oltre 20 anni, offrendo una gamma completa di soluzioni ICCP, MGPS, SED e PHE, e vi fornisce questa semplice guida per prendere decisioni intelligenti sui materiali.
1. Titanio: lo standard aureo per l’impiego in acqua di mare
Il titanio non ha eguali come refrigerante per servizi in acqua di mare. La resistenza del titanio alla corrosione localizzata (pitting) e alla corrosione da fessura indotta dai cloruri è dovuta a un film ossidico tenace e autoriparante, che si rigenera rapidamente al contatto con l’ambiente. Gli elementi di piastra PHE in titanio possono resistere per anni a un contatto continuo con l’acqua di mare, anche alle temperature e velocità più avverse, condizioni nelle quali l’acciaio inossidabile subirebbe danni gravi.
Navi da crociera, navi da guerra e navi mercantili per il trasporto in acque profonde, dove il guasto non è un’opzione – il titanio è la scelta ottimale per il raffreddamento del motore principale, i refrigeratori dell’aria di sovralimentazione e i generatori di acqua dolce. SME può fornire piastre in titanio con finiture superficiali avanzate per ridurre al minimo l’incrostazione e massimizzare la facilità di pulizia. Il titanio, sebbene inizialmente più costoso, presenta, in termini pratici, un’aspettativa di vita infinita in acqua di mare, rendendolo la soluzione economica a lungo termine ideale. L’utilizzo del nostro sistema MGPS per il controllo della bioincrostazione negli ingressi di acqua di mare migliora ulteriormente il valore dei nostri scambiatori di calore a piastre in titanio (PHE), determinando una drastica riduzione delle esigenze di ricambi e prevenendo le perforazioni delle piastre e le conseguenze ad esse associate.
2. Acciai inossidabili: equilibrio tra costo e prestazioni
Se si utilizza acqua dolce, acqua distillata o un processo di raffreddamento a circuito chiuso in linea, i livelli di cloruro nell’acqua sono probabilmente bassi e l’uso dell’acciaio inossidabile potrebbe offrirvi una soluzione economica. Gli acciai inossidabili come il 304 e il 316L sono scelte diffuse. La lega 316L offre una resistenza alla corrosione leggermente superiore grazie al molibdeno aggiunto, che aiuta a prevenire la corrosione localizzata (pitting) in condizioni debolmente acide.
La scelta, tuttavia, richiede un’attenta valutazione. Anche l’acciaio inossidabile 316L è soggetto a corrosione localizzata (pitting) in acque contenenti cloruri a causa di contaminazioni esterne o della formazione di celle di aereazione differenziale dovute a livelli variabili di ossigeno nel fluido. Per fluidi leggermente più aggressivi, come l’acqua di raffreddamento di emergenza che talvolta viene prelevata dal mare per i circuiti di raffreddamento, SME consiglia acciai inossidabili duplex, ad esempio la lega 2205, che unisce la resistenza meccanica degli acciai ferritici alla resistenza alla corrosione delle leghe austenitiche. Ciò colma il divario tra l’acciaio 316L e il titanio. SME analizzerà la chimica dell’acqua per raccomandare la lega di acciaio inossidabile più adatta all’applicazione, in modo che i risparmi sui costi non comportino un guasto prematuro dell’equipaggiamento. Possiamo produrre scambiatori di calore a piastre nel nostro stabilimento di Nantong, di 5.000 m², secondo le vostre specifiche esatte in termini di materiale, per qualsiasi imbarcazione.
3. Materiali per guarnizioni: l’interfaccia critica
Sebbene le piastre possano costituire la maggior parte della superficie di scambio termico, il punto debole (il giunto tra le piastre e la relativa guarnizione, detta ‘gasket’) determina in definitiva la durata operativa dello scambiatore di calore a piastre. Le guarnizioni negli scambiatori di calore a piastre per impiego marino devono resistere all’acqua di mare, alle alte temperature, ai cicli termici e alle soluzioni chimiche per la pulizia. Temperature più basse nell’uso con acqua di mare consentono al nitrile (NBR) di funzionare correttamente; tuttavia, le sue prestazioni si riducono oltre gli 80 °C. L’EPDM, ben adatto alla resistenza all’acqua e a temperature moderate, perde efficacia in presenza di olio. Per applicazioni marine che richiedono contemporanea resistenza a temperature elevate e ad attacco chimico, si consiglia l’uso di Viton (FKM) o di specifici fluorocarburi.
I nostri guarnizioni a clip e a scatto sono state progettate per rendere la sostituzione e la manutenzione rapide ed efficienti, un aspetto fondamentale sulle navi con finestre portuali limitate. SME fornisce inoltre consulenza sul monitoraggio delle condizioni all’equipaggio della nave, in modo da poter prevedere e prevenire guasti delle guarnizioni. La nostra politica è offrire soluzioni per guarnizioni durature insieme a progetti pratici, affinché il collegamento della guarnizione non diventi un punto debole del vostro sistema.
4. La sinergia dei sistemi attivi di protezione contro la corrosione
La selezione dei materiali non è l’unico fattore critico: anche il miglior materiale per le piastre e il miglior materiale per le guarnizioni possono risultare suscettibili ad attacchi dovuti a reazioni elettrochimiche verificatesi altrove nell’imbarcazione. Correnti elettriche parassite (generate da saldature, da un sistema di protezione catodica o da un guasto elettrico) possono causare attacchi localizzati sulle piastre degli scambiatori di calore e sui relativi collegamenti, stimolando la corrosione e ‘saltando’ quindi la resistenza intrinseca del materiale.
Questo è il punto in cui la soluzione complementare di gestione della corrosione di SME eccelle. Le nostre soluzioni ICCP (protezione catodica a corrente impressa) proteggono lo scafo e le tubazioni correlate, riducendo al minimo le correnti galvaniche indotte che si dirigono verso gli scambiatori di calore. I nostri dispositivi SED (Shaft Earthing Devices) annullano le correnti parassitarie sull’albero che scorrono lungo le tubazioni dell’acqua di mare e attaccano le piastre del raffreddatore. Se la vostra nave è dotata di sistemi SME ICCP e SED correttamente installati e regolarmente mantenuti, l’impiego di materiali di qualità superiore potrebbe non essere più necessario per garantire un’adeguata resistenza alla corrosione degli scambiatori di calore marini. Al contrario, in assenza di tali misure anche piastre in titanio di alta qualità potrebbero subire una corrosione accelerata eccessiva causata dalla corrosione indotta da correnti parassitarie. Gli ingegneri esperti del supporto SME collaboreranno con voi per valutare tutti i fattori che influenzano la corrosione sulla vostra nave, quali lo stato dello scafo, il collegamento elettrico (bonding) e le misure già adottate, al fine di selezionare una soluzione di gestione della corrosione — ovvero un pacchetto integrato di materiali e misure complementari — specificamente progettato per le vostre esigenze. Supportati dalle nostre certificazioni ISO 9001, 14001 e 45001 e da un team di oltre 100 ingegneri e tecnici, non ci limitiamo a fornire scambiatori di calore: offriamo una gestione completa della corrosione per massimizzare la durata e minimizzare i costi durante l’intero ciclo di vita della nave. Andiamo oltre, insieme a voi.