Se avete lavorato per pi\u00f9 di una settimana nella manutenzione di impianti chimici, conoscete gi\u00e0 l'incubo della perdita cronica dalle flange. Sapete, quella sulla linea dell'acido aggressivo che sembra iniziare a trasudare sempre subito dopo un cambio turno. Mandate un tecnico con una chiave dinamometrica, stringe i bulloni e le cose sembrano andare bene per qualche giorno. Poi, senza preavviso, il gocciolamento ricomincia.<\/p>\n\n\n\n
Quando si tratta di tubazioni per prodotti chimici aggressivi, la conversazione torna sempre alla ricerca del giusto spessore della guarnizione in PTFE. Sinceramente, \u00e8 un classico grattacapo del settore. Molte squadre di manutenzione e uffici acquisti scelgono per impostazione predefinita una guarnizione pi\u00f9 spessa, pensando che una maggiore quantit\u00e0 di materiale offra una tenuta pi\u00f9 tollerante. Ma nel mondo dei fluoropolimeri ad alte prestazioni, questa ipotesi non \u00e8 solo errata; \u00e8 decisamente pericolosa. In effetti, la scelta dello spessore errato della guarnizione in PTFE \u00e8 la causa principale del cedimento prematuro delle flange nella moderna lavorazione chimica.<\/p>\n\n\n\n
Vediamo perch\u00e9 succede, sveliamo alcuni segreti del settore e mostriamo esattamente come scegliere il giusto spessore della guarnizione in PTFE per ottenere una prevenzione delle perdite a lungo termine e una sigillatura stabile della flangia.<\/p>\n\n\n\n
Per capire perch\u00e9 lo spessore della guarnizione in PTFE \u00e8 cos\u00ec critico, \u00e8 necessario osservare cosa accade all'interno di un giunto bullonato. Una connessione a flangia non \u00e8 un pezzo di metallo statico; \u00e8 un sistema a molla dinamico. I bulloni agiscono come molle per carichi pesanti che serrano insieme le due facce della flangia, e la guarnizione \u00e8 l'elemento comprimibile che riempie i vuoti microscopici tra di esse.<\/p>\n\n\n\n
Quando si installa una guarnizione con uno spessore eccessivo, come 3,2 mm (1\/8 di pollice), si introduce una massiccia quantit\u00e0 di materiale altamente sensibile allo scorrimento (creep) in quel sistema a molla. Il PTFE ha una struttura molecolare unica: consiste in una robusta catena di carbonio schermata da atomi di fluoro. Se da un lato questo gli conferisce una leggendaria resistenza chimica, dall'altro significa che le catene polimeriche scivolano facilmente l'una sull'altra sotto carico. Questo scivolamento fisico \u00e8 ci\u00f2 che l'industria chiama scorrimento viscoso o \"cold flow\".<\/p>\n\n\n\n
Quando si applica il carico di serraggio a una guarnizione spessa, il materiale inizia a fuoriuscire. Fluisce letteralmente verso l'esterno (verso il diametro esterno) e verso l'interno (verso il foro del tubo). Man mano che il materiale si allontana dalle facce della flangia, la distanza tra le flange diminuisce, causando il calo della tensione nei bulloni. Questa perdita di tensione \u00e8 chiamata rilassamento della coppia (torque relaxation).<\/p>\n\n\n\n
Con uno spessore della guarnizione in PTFE pi\u00f9 sottile, come 1,5 mm (1\/16 di pollice), c'\u00e8 fisicamente meno materiale disponibile per lo scorrimento. L'azione a molla metallo su metallo dei bulloni viene applicata su uno strato molto pi\u00f9 sottile di polimero, il che significa che il giunto mantiene la sua coppia per un periodo molto pi\u00f9 lungo.<\/p>\n\n\n\n
Quindi, ecco la regola d'oro della sigillatura delle flange: selezionare sempre lo spessore della guarnizione in PTFE pi\u00f9 sottile in grado di adattarsi con successo alle imperfezioni superficiali della flangia.<\/p>\n\n\n\n
Vediamo la meccanica effettiva di come la scelta dello spessore della guarnizione in PTFE altera le forze fisiche all'interno del sistema di tubazioni. Se si vuole ottenere una reale prevenzione delle perdite, \u00e8 necessario assicurarsi che la guarnizione mantenga la sua sollecitazione di sede al di sopra di una soglia specifica, anche dopo i cicli termici.<\/p>\n\n\n\n
Per calcolare la sollecitazione iniziale sulla guarnizione durante l'installazione, utilizziamo una formula ingegneristica di base:<\/p>\n\n\n\n
Sollecitazione iniziale della guarnizione = Forza di serraggio totale dei bulloni \/ Area di contatto della guarnizione<\/p>\n\n\n\n
Dove:<\/p>\n\n\n\n
Ora, \u00e8 qui che entrano in gioco le propriet\u00e0 meccaniche dello spessore della guarnizione in PTFE. Nel tempo, a causa del rilassamento per scorrimento, quella sollecitazione iniziale decade. Possiamo calcolare la sollecitazione residua che mantiene effettivamente sigillato il sistema utilizzando questa relazione:<\/p>\n\n\n\n
Sollecitazione residua della guarnizione = Sollecitazione iniziale della guarnizione * (1 \u2013 Tasso di rilassamento per scorrimento)<\/p>\n\n\n\n
Il tasso di rilassamento per scorrimento dipende fortemente dallo spessore della guarnizione in PTFE scelto. Vediamo alcuni dati di test ASTM F38 reali. Questo test misura quanto carico perde un materiale per guarnizioni in un determinato periodo a una temperatura specifica.<\/p>\n\n\n\n
Se si utilizza un materiale in PTFE vergine standard:<\/p>\n\n\n\n
Se la sollecitazione residua della guarnizione scende al di sotto della pressione interna del fluido di processo, il fluido si far\u00e0 strada attraverso l'interfaccia, provocando un cedimento (blowout). Questa realt\u00e0 matematica dimostra perch\u00e9 la scelta di uno spessore ridotto della guarnizione in PTFE sia il modo pi\u00f9 efficace per prevenire disastri da blowout nella manutenzione degli impianti chimici ad alta pressione.<\/p>\n\n\n\n
Se si progettano sistemi in conformit\u00e0 con l'ASME Boiler and Pressure Vessel Code (Sezione VIII), probabilmente si ha familiarit\u00e0 con i valori di progettazione \u201cm\u201d (fattore guarnizione) e \u201cy\u201d (sollecitazione di sede della guarnizione). Questi numeri indicano quanta forza \u00e8 necessaria per sigillare il giunto e mantenerlo sigillato sotto pressione.<\/p>\n\n\n\n
Ci\u00f2 che molti progettisti non sanno \u00e8 che i fattori \u201cm\u201d e \u201cy\u201d variano in base allo spessore della guarnizione in PTFE.<\/p>\n\n\n\n
Per questo motivo le squadre di manutenzione spesso preferiscono guarnizioni in PTFE pi\u00f9 spesse; \u00e8 semplicemente pi\u00f9 facile ottenere una tenuta iniziale su flange irregolari senza la necessit\u00e0 di strumenti ad alta coppia. Ma si tratta di una vittoria a breve termine. Sebbene la guarnizione da 1\/8\u2033 sigilli facilmente il primo giorno, il suo elevato tasso di scorrimento viscoso (creep) significa che \u00e8 molto pi\u00f9 probabile che ceda al novantesimo giorno.<\/p>\n\n\n\n
Per prendere la decisione corretta per il proprio sistema specifico, \u00e8 necessario bilanciare diverse variabili operative. Analizziamo i principali fattori che dovrebbero guidare la scelta dello spessore corretto della guarnizione in PTFE.<\/p>\n\n\n\n
Ogni faccia della flangia presenta una finitura superficiale, tipicamente misurata in micro-pollici Ra (Rugosit\u00e0 Media). Le flange standard in acciaio ASME B16.5 hanno una finitura fonografica (a spirale) o con dentellatura concentrica, solitamente compresa tra 125 e 250 micro-pollici Ra.<\/p>\n\n\n\n
Non tutte le flange sono realizzate in acciaio al carbonio per impieghi gravosi. In molti contesti di manutenzione di impianti chimici si trovano tubazioni in acciaio smaltato, plastica (PVC, CPVC) o plastica rinforzata con fibre (FRP). Questi materiali sono altamente fragili. Se si applica l'elevata coppia necessaria per sigillare una guarnizione sottile, si rischia di incrinare la flangia.<\/p>\n\n\n\n
Per queste applicazioni a bassa coppia, \u00e8 necessario utilizzare una guarnizione pi\u00f9 spessa e altamente compressibile. Uno spessore della guarnizione in PTFE espanso di 3,2 mm (1\/8\u2033) \u00e8 solitamente lo standard del settore in questi casi. Il PTFE espanso (ePTFE) \u00e8 altamente conformabile e sigilla con una frazione del carico del bullone richiesto per il PTFE solido, consentendo di ottenere un'eccellente tenuta della flangia senza danneggiare le apparecchiature fragili.<\/p>\n\n\n\n
All'aumentare delle pressioni operative interne, aumenta la forza che tenta di spingere la guarnizione fuori dal giunto (la forza di espulsione o blowout). La forza di espulsione \u00e8 direttamente proporzionale all'area della guarnizione esposta alla pressione interna.<\/p>\n\n\n\n
Poich\u00e9 uno spessore inferiore della guarnizione in PTFE comporta una minore area della sezione trasversale esposta all'interno della tubazione, essa \u00e8 naturalmente molto pi\u00f9 resistente all'espulsione. Se il sistema opera a pressioni superiori a 15 bar (217 psi), \u00e8 opportuno valutare attentamente lo spessore della guarnizione in PTFE ed evitare guarnizioni da 3,2 mm (1\/8\u2033), a meno che non siano realizzate con materiali altamente rinforzati.<\/p>\n\n\n\n
Ecco un confronto pratico per aiutarvi a valutare rapidamente i pro e i contro delle dimensioni pi\u00f9 comuni utilizzate negli ambienti industriali.<\/p>\n\n\n\n