IT201900005528A1 - Un metodo per eliminare il problema della corrosione nell'accoppiamento di due corpi metallici, preferibilmente di tipo flangiato - Google Patents

Description

Descrizione a corredo della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

UN METODO PER ELIMINARE IL PROBLEMA DELLA CORROSIONE

NELL’ACCOPPIAMENTO DI DUE CORPI METALLICI, PREFERIBILMENTE

DI TIPO FLANGIATO

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda il settore tecnico inerente la protezione dalla corrosione dell’interfaccia di accoppiamento di corpi, preferibilmente di tipo flangiati, ad esempio le tubazioni flangiate.

In particolare l’invenzione si riferisce ad un metodo che in modo efficace e semplice protegge totalmente dalla corrosione tale interfaccia di accoppiamento.

Brevi cenni alla tecnica nota

In ambito navale, come anche in altri ambiti industriali, sono spesso utilizzati per vari scopi elementi flangiati, quali ad esempio tu azioni che vengono connesse tra loro di testa accoppiando le flange e poi imbullonandole tra loro.

Ad esempio in ambito navale tali tubazioni possono collegarsi a valvole o a motori di aspirazione oppure possono collegarsi tra loro. Ad esempio è frequente l’uso di condutture flangiate che, connesse ad una pompa, servono per aspirare liquido dal mare o spingere fuori dall’imbarcazione liquido presente all’interno.

Molti ambienti industriali sono particolarmente aggressivi in termini di corrosione e, in primis, l’ambiente marino è certamente uno dei più critici. E’ infatti noto che l’ambiente salmastro è particolarmente corrosivo per cui tali accoppiamenti flangiati risultano spesso aggrediti dalla corrosione.

Questo effetto è comunemente noto con il termine tecnico “crevice corrosion”, detta anche corrosione interstiziale.

In sostanza l’interfaccia di contatto tra due flange, ad esempio di una conduttura, viene aggredita dalla corrosione e questo implica un progressivo deterioramento con creazione di crateri e perdita di materiale. Questa problematica inficia ovviamente non poco sulla tenuta stagna della conduttura o dell’accoppiamento in genere.

Questo tipo di corrosioni è principalmente osservabile ove ci sono accoppiamenti tra parti meccaniche anche dello stesso tipo ove un elettrolita, (es. acqua salata) per effetto di compressioni o dell’interazioni fra esso e materiali facilmente deteriorabili, altera i propri parametri elettrochimici come ad esempio il Ph (parametro di estrema importanza per la valutazione di tali tipi di fenomeni).

In particolare può accadere che, a seguito di una riduzione della concentrazione di ossigeno, si ha come conseguenza l’alterazione dell’alcalinità (incremento) che provoca la precipitazione di sali come ad esempio i sali di ferro (ferritici) con conseguente alterazione localizzata dei potenziali elettrochimici, che danno luogo ai fenomeni di corrosione descritti.

Nelle zone ove tale tipo di corrosione si presenta, per motivi di tolleranze dimensionali, si creano degli interstizi sufficienti ad instaurare un meccanismo auto sostenuto che porta alla formazione di crateri e percorsi cavernosi completamente paragonabili alle dimensioni dei corpi accoppiati.

La “crevice corrosion“ procede assai velocemente creando dei prodotti di corrosione all’interfaccia degli elementi accoppiati che si diffondono mediante il liquido, creando cosi depositi che possono essere pericolosi soprattutto per i filtri che, sporcandosi, riducono fortemente la superficie filtrante con conseguenti problemi di portata che possono ripercuotersi sugli impianti di servizio dell’imbarcazione.

La cosa estremamente importante da sottolineare è che la natura delle corrosioni che portano all’alterazione delle proprietà meccaniche dei materiali, essendo localizzabili all’interfaccia di parti meccaniche accoppiate, potrebbero dar luogo a perdite di tenuta dell’accoppiamento stesso con conseguenti danni per l’intera imbarcazione.

I fattori che determinano tale tipo di corrosione sono diversi e di sotto elencati:

Conducibilità: E’ il fattore che agisce principalmente sulla dimensione delle caverne che si formano. Più è alta la conducibilità, più le dimensioni delle caverne sono ragguardevoli in quanto il processo di corrosione può sfruttare aree catodiche molto più ampie. La conducibilità favorisce fenomeni di trasporto che permettono la penetrazione di ioni all’interno delle cavità tipiche del fenomeno con conseguente aumento della dissoluzione del metallo nel liquido.

Temperatura: L’aumento di temperatura è un parametro importante che spesso caratterizza i circuiti acqua-mare delle imbarcazioni. Tale aumento favorisce la cinetica di formazione dei prodotti di corrosione e aumenta la probabilità che aumentino i punti d’innesco.

Agitazione: L’agitazione del fluido favorisce la diffusione dell’ossigeno all’interno dell’interstizio. Tale diffusione in molti casi sposta le reazioni elettrochimiche verso il catodo, andando a diminuire la resistenza alla corrosione del metallo.

Ph: È il parametro più importante da tenere sotto controllo per evitare problemi di “crevice corrosion”. Se il Ph diventa troppo basso (campo acido) il processo catodico favorisce lo sviluppo di idrogeno e questo significa che aumentano sostanzialmente le velocità del processo di corrosione.

Sintesi dell’invenzione È quindi scopo della presente invenzione fornire un innovativo metodo in grado di superare, o per lo meno attenuare significativamente, i suddetti inconvenienti tecnici.

In particolare è scopo della presente invenzione fornire un metodo che consenta di ridurre fortemente il fenomeno della corrosione tra parti metalliche accoppiate, in particolare tra corpi flangiati (100, 200) quali ad esempio accoppiamenti flangia-flangia (10, 20) di tubazioni tra loro oppure di una tubazione, o conduttura, con un corpo valvolare, un motore, ecc.

Questi ed altri scopi sono dunque ottenuti con il presente metodo per ridurre o impedire, dunque limitare, la formazione di corrosione in parti metalliche di corpi tra loro accoppiati, in accordo alla rivendicazione 1.

Tale metodo comprende la fase di predisposizione di uno strato (50) di materiale dielettrico, o isolante elettrico che dir si voglia, il quale viene interposto tra le superfici (10’, 20’) destinate ad accoppiarsi tra loro per realizzare l’unione di detti due detti corpi (100, 200).

In questo modo sono agevolmente risolti tutti i suddetti inconvenienti tecnici.

Si è infatti sorprendentemente ritrovato che, grazie a tale soluzione, il sistema risulta efficacemente isolato elettricamente impedendo quelle alterazioni che poi portano come causa conseguente alla formazione della corrosione.

Negli accoppiamenti, ad esempio quelli flangiati, è già utilizzata una guarnizione interposta tra una flangia e l’altra la quale però non è un dielettrico e ha lo scopo solo di limitare le perdite di liquido. Generalmente essa è in materiale cartaceo quale il cartone oppure in materiali permeabili. Essa dunque non assolve alla funzione di isolamento elettrico.

In accordo al presente metodo si può dunque rimuovere la guarnizione originale e sostituirla con lo strato di dielettrico di pari forma il quale, appunto, isolerà elettricamente i due componenti accoppiati per cui creando una condizione protettiva contro la formazione della corrosione.

Vantaggiosamente lo strato di materiale dielettrico è predisposto in modo tale per cui dette superfici (10’, 20’), a seguito di detto accoppiamento, risultano non in contatto diretto tra loro in quanto separate dallo strato di materiale dielettrico interposto.

In questo modo, essendo evitato diretto contatto tra metallo e metallo attraverso un dielettrico, si riduce fortemente il problema della ossidazione.

Vantaggiosamente il detto strato di materiale dielettrico è preferibilmente selezionato in modo tale da essere ad alta rigidità meccanica ed elettrica.

Vantaggiosamente, detto materiale dielettrico è un Poliossimetilene, generalmente conosciuto con acronimo (POM) e di cui esistono vari prodotti commerciali, quali il Delrin (nome commerciale), oppure Tecaform, Kepital ecc.

Vantaggiosamente i corpi (100, 200) sono corpi flangiati e l’unione di detti due corpi avviene attraverso l’accostamento di testa delle due superfici piane di accoppiamento (10’, 20’) di dette flange (10, 20).

Vantaggiosamente, in caso di corpi flangiati, il detto strato di materiale dielettrico risulta predisposto in modo tale da distendersi su almeno una delle due superfici piane di accoppiamento (10’, 20’) delle flange in modo tale che a seguito di accoppiamento le due flange siano tra loro separate da detto strato interposto di materiale dielettrico.

Vantaggiosamente un ulteriore strato (60, 65) di materiale dielettrico può essere ulteriormente predisposto a copertura della superficie cilindrica dei fori destinati ad accogliere gli elementi di connessione (30) per serrare l’accoppiamento, ad esempio perni di giunzione o bulloni.

In questo modo si evita la propagazione della corrosione non solo a partire dalle superfici di testa di connessione ma anche nei fori dei bulloni per i serraggi, anche quelli punti critici.

Vantaggiosamente il detto strato (60, 65) può essere in forma di una boccola (70) preformata che risulta così pronta per poter essere direttamente inserita nel foro con estrema facilità.

Vantaggiosamente detto strato di materiale dielettrico, in particolare quello predisposto tra le superfici piane di testa, è selezionato in modo tale da avere uno spessore compreso tra i 4mm e i 14mm, preferibilmente tra i 5mme i 12mm.

E’ anche qui descritta una flangia metallica (10, 20) di un corpo (100, 200) atta a consentire la connessione del detto corpo flangiato ad una ulteriore flangia (10, 20) di un secondo corpo, la flangia comprendendo una superficie piana di accoppiamento (10’, 20’) destinata ad accoppiarsi con la relativa superficie piana dell’altra flangia.

In accordo all’invenzione detta superficie piana di accoppiamento (10’, 20’) comprende uno strato di materiale dielettrico (50) predisposto in modo tale per cui, in uso, quando la flangia si accoppia con un’altra flangia le due relative superfici piane di accoppiamento risultano tra loro separate con detto strato di materiale dielettrico interposto.

Vantaggiosamente sono previste delle boccole (70) in materiale dielettrico predisposte all’interno dei fori della flangia previsti per accogliere gli elementi di connessione, ad esempio bulloni o perni.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e i vantaggi del presente metodo, secondo l’invenzione, risulteranno più chiaramente con la descrizione che segue di alcune forme realizzative, fatte a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui:

- La figura 1 mostra in sezione una schematizzazione di accoppiamento tra due corpi flangiati in accordo alla presente invenzione;

- La figura 2 mostra la boccola 70 in materiale dielettrico inseribile ogni una nel foro previsto per l’accoppiamento flangiato entro cui inserire il bullone, al fine di evitare un contatto diretto tra superficie del bullone e foro;

- La figura 3 mostra una vista assonometrica di insieme della presente invenzione mostrando due flange con lo strato 50 interposto e con i fori per i bulloni anche quelli rivestiti di strato di dielettrico.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite La figura 1 mostra una soluzione in accordo alla presente invenzione applicata a due flange (10, 20) di due corpi che vanno tra loro accoppiati.

Seppur dunque non rappresentato esplicitamente in figura, la flangia 10 appartiene ad un corpo 100 che può essere ad esempio una tubazione che si accoppia alla seconda flangia 20 la quale può appartenere ad altra conduttura 200 o altro componente in genere.

Le flange, appartenendo generalmente a corpi che servono a condurre un fluido, ad esempio le flange di una conduttura, presentano un foro assiale (C.P_1, C.P_2) in asse con il passaggio.

La flangia è dunque una estensione radiale del corpo, con forma cilindrica e avente una superficie di contatto piana (10’, 20’) come mostrato in figura 3. Su tale flangia sono poi ricavati i fori passanti per la predisposizione dei bulloni di serraggio, ad esempio mostrato nella sezione di figura 1.

Le flange di condutture o le flange di connessione a corpi valvolari e motori sono con forma di corona circolare (dunque cilindrico) e si estendono radialmente da una porzione generalmente di tipo cilindrica di conduttura sottostante da cui si diramano. Generalmente il corpo con la sua flangia sono in un pezzo unico e continuo.

Esse sono ben note nello stato della tecnica e per tal motivo non vengono qui ulteriormente dettagliate.

La figura 1 mostra con la numerazione 30 i bulloni predisposti nei preposti fori della flangia per il serraggio tra di loro delle due flange (10, 20).

Tutto ciò premesso, la figura 1 mostra con campitura lo strato 50 interposto tra le due flange, in modo tale che le due flange non risultino in contatto diretto tra loro ma siano distanziate dello spazio corrispondente allo strato interposto.

Lo strato di materiale 50 interposto è un materiale dielettrico o isolante elettricamente, che dir si voglia.

La figura 3 meglio mostra, in vista assonometrica, tale strato di materiale dielettrico 50 interposto tra le due superfici (10’, 20’).

L’interposizione dello strato di dielettrico crea condizioni ottimali che frenano o impediscono del tutto la formazione di corrosione tra le superfici a contatto (10’, 20’), limitando dunque il fenomeno della “crevice corrosion”.

Come sempre schematizzato nelle figure 1, 2 e 3, al fine di ottimizzare il risultato di protezione anticorrosione, si è ritrovato che si ottengono notevoli vantaggi anche rivestendo internamente i fori di alloggiamento dei bulloni, o altri elementi di connessione al fine di evitare anche in questo caso un contatto diretto tra i metalli.

In particolare, in questo modo, è evitato il contatto diretto tra il bullone metallico e la sede cilindrica metallica ove inserito. Ovviamente il rivestimento è sempre un materiale dielettrico come quello utilizzato per separare le superfici delle flange a contatto.

Ad esempio la figura 1 mostra con la numerazione 65 il rivestimento interno dei fori e con 60 mostra le porzioni piane su cui vanno in appoggio le teste dei bulloni e i relativi dadi di serraggio degli stessi.

In una soluzione particolarmente conveniente i fori possono essere isolati ogni uno predisponendo una boccola 70 in materiale dielettrico con forma come quella di figura 2 e dunque già realizzata e pronta a potersi inserire nei fori.

Ulteriormente la figura 3 mostra molto bene, in vista assonometrica, tale tipo di rivestimento per i fori il quale è in forma di detta boccola 70.

Possono essere realizzate boccole 70 e dischi 50 di dielettrico di varie misure e spessori pronti per l’applicazione a flange o corpi di forme e dimensioni diverse, realizzando così dei kit già pre-esistenti e commercializzabili in modo tale da applicarli in sede di montaggio.

Con la numerazione 80 sono indicate, in sezione, due piccoli O-Ring utilizzabili per garantire la tenuta visto che la superficie di guarnizione normalmente presente (un disco piano) è stata rimossa e sostituita con lo strato oggetto dell’invenzione.

Il materiale dielettrico preferito che si è dimostrato avere i risultati migliori è il materiale noto con il nome commerciale “Delrin” e conosciuto anche con acronimo di POM, anche se altri materiali dielettrici potrebbero essere utilizzati.

Esso è disponibile commercialmente e si può agevolmente acquistare in qualsiasi grossista di materiale industriale.

Il seguente link Internet riporta ad una sua definizione più dettagliata dello stesso.

https://it.wikipedia.org/wiki/Poliossimetilene

Il dielettrico deve preferibilmente avere una idonea rigidità sia elettrica che meccanica.

La tabella di cui sotto riporta alcune proprietà del Delrin che si sono mostrate idonee per gli scopi.

La durezza alla sfera indica una rigidità meccanica mentre la costante dielettrica è una indicazione di rigidità elettrica.

Dai dati sperimentali è emerso che affinché il sistema possa essere installato su un qualunque circuito acqua mare con buona efficienza, preferibilmente sono consigliabili i seguenti parametri:

- Spessore del setto dielettrico compreso in un range tra i 4 e 14 mm, preferibilmente dai 5mmai 12mm.

Più in particolare sono preferiti e particolarmente indicati spessori compresi tra i 5mme gli 8mmper flange sino a 120mmdi diametro e spessori dagli 8mmai 12mmper flange di diametro superiore ai 120mm.

In aggiunta, vantaggiosamente, possono aversi queste ulteriori dimensionamenti geometrici:

- Sezione minima O-ring: 2 mm - Profondità gola per O-ring: 1.7-1.8 mm

- Pressione massima all’interno della tubazione: 10 Atm;

Spessori simili possono aversi per le boccole 70.

Lo strato di dielettrico può ovviamente essere conformato secondo una forma preferita a seconda della superficie ove va applicato, risultando ad esempio in una corona circolare quando applicato ad una flangia circolare come da figura 3 e ovviamente riportante i fori 50’ per il passaggio dei bulloni che saranno in asse con i fori delle flange.

La figura 3, dunque, mostra in vista assonometrica, a scopo di chiarezza, due corpi flangiati aventi ogni una la relativa flangia (10, 20) che si accoppia di testa all’altra flangia.

E’ dunque mostrato il corpo 100 avente la propria flangia 10 con forma a corona circolare che delimita il passaggio assiale C.P._1 e che forma la superficie piana di testa 10’. Sono poi evidenziati i fori passanti per la ricezione dei bulloni di serraggio 30. La stessa conformazione e misura è prevista per l’altra flangia del corpo 200 che si unisce di testa a quella del corpo 100.

In accordo all’invenzione è mostrato il setto 50 dielettrico che ricalca la forma della corona circolare delle flange in modo tale da interporsi tra di esse.

La figura mostra con 50’ i fori del setto che coincidono con i fori delle flange per il passaggio dei bulloni di serraggio.

La figura mostra poi le boccole 70 che vengono inserite in ogni foro per poi predisporre il relativo bullone o elemento di connessione 30 (vedasi ad esempio il bullone 30 che si inserisce nel foro passante della boccola 70 in figura 3 relativamente al corpo 200).

In fase di montaggio, dunque, si prevede di predisporre le boccole 70 nei fori preposti delle flange e con le boccole che sono dimensionate in modo tale da inserirsi con un predeterminato grado di interferenza meccanica.

Si predispone inoltre il disco di dielettrico 50 con gli O-ring su una delle due superfici (10’, 20’) di una delle due flange e si procede ad accostare e serrare tra loro le due flange intrappolando il dielettrico tra di esse.

Il serraggio avviene serrando i bulloni.

Non è dunque necessario l’uso di collante per fissare in posizione lo strato di dielettrico e/o le bussole 70 ma, tuttavia, per una migliore tenuta sarebbe possibile anche l’uso del collante.

La presente invenzione è indirizzata per i corpi metallici soggetti a problemi di corrosione a seguito di loro accoppiamento.

In particolare la presente invenzione è preferibilmente indirizzata nel caso di accoppiamento tra loro di corpi flangiati, dunque di un accoppiamento che avviene attraverso l’accostamento tra loro delle rispettive flange dei corpi, ad esempio tubo flangiato con tubo flangiato, tubo flangiato con valvola, tubo flangiato con motore o pompa ecc.

Seppur tali “rivestimenti” in materiale dielettrico possono essere realizzati come componenti separati da applicare in fase di montaggio, nulla escluderebbe la realizzazione di flange già includenti tale tipo di rivestimento, ad esempio un rivestimento incollato.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per proteggere la zona (10, 20) di accoppiamento di due corpi (100, 200) dalla formazione di corrosione, il metodo essendo caratterizzato dalla fase di predisposizione di uno strato di materiale dielettrico (50) il quale viene interposto tra le superfici (10’, 20’) destinate ad accoppiarsi tra loro per realizzare l’unione di detti due detti corpi.
2. 2. Un metodo, la rivendicazione 1, in cui lo strato di materiale dielettrico è predisposto in modo tale per cui dette superfici (10’, 20’), a seguito di detto accoppiamento, risultano non in contatto diretto tra loro in quanto separate dallo strato di materiale dielettrico interposto.
3. 3. Un metodo, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui il detto strato di materiale dielettrico è selezionato in modo tale da essere ad alta rigidità meccanica ed elettrica.
4. 4. Un metodo, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui detto materiale dielettrico è Poliossimetilene.
5. 5. Un metodo, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui detti corpi (100, 200) sono corpi flangiati e l’unione di detti due corpi avviene attraverso l’accostamento di testa delle due superfici piane di accoppiamento (10’, 20’) di dette flange (10, 20).
6. 6. Un metodo, secondo la rivendicazione 5, in cui, in caso di corpi flangiati, il detto strato di materiale dielettrico risulta predisposto in modo tale da distendersi su almeno una delle due superfici piane di accoppiamento (10’, 20’) delle flange in modo tale che a seguito di accoppiamento le due flange siano tra loro separate da detto strato interposto di materiale dielettrico.
7. 7. Un metodo, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui un ulteriore strato (60, 65) di materiale dielettrico viene ulteriormente predisposto a copertura della superficie cilindrica dei fori destinati ad accogliere gli elementi di connessione (30) per serrare l’accoppiamento, ad esempio perni di giunzione o bulloni, preferibilmente il detto strato (60, 65) essendo una boccola (70) preformata che viene direttamente inserita nel foro.
8. 8. Un metodo, secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui detto strato di materiale dielettrico è selezionato in modo tale da avere uno spessore compreso tra i 4mme i 14mm, preferibilmente tra i 5mme i 12mm.
9. 9. Una flangia metallica (10, 20) di un corpo (100, 200) flangiato atta a consentire la connessione del detto corpo flangiato ad una ulteriore flangia (10, 20) di un secondo corpo flangiato, la flangia comprendendo una superficie piana di accoppiamento (10’, 20’) destinata ad accoppiarsi con la relativa superficie piana dell’altra flangia e caratterizzata dal fatto che detta superficie piana di accoppiamento (10’, 20’) comprende uno strato di materiale dielettrico (50) predisposto in modo tale per cui, in uso, quando la flangia si accoppia con un’altra flangia le due relative superfici piane di accoppiamento risultano tra loro separate con detto strato di materiale dielettrico interposto.
10. 10. Una flangia, secondo la rivendicazione 9, in cui sono previste delle boccole (70) in materiale dielettrico predisposte all’interno dei fori della flangia previsti per accogliere gli elementi di connessione, ad esempio bulloni o perni.