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1Limitazioni delle prestazioni in ambienti ad alta temperatura
La resistenza diminuisce significativamente con l'aumento della temperatura:Le leghe di rame e nichel (come il Cu-Ni 70/30) presentano una riduzione della resistenza alla trazione da 450 MPa a meno di 300 MPa quando le temperature superano i 300 °CAl contrario, le leghe a base di nichel (come l'Inconel 625) possono essere utilizzate a lungo termine a 650°C,che limita l'applicabilità delle flange rame-nickel nelle condotte a vapore ad alta temperatura, apparecchi di riscaldamento per raffinerie e scenari simili.
Rischi di ossidazione ad alte temperature e di lisciviazione dello zinco: le leghe rame-nickel tendono a formare uno strato sciolto di ossido di rame (CuO) in condizioni atmosferiche superiori a 400°C, con conseguente corrosione superficiale.Le leghe di rame e nichel contenenti zinco (come alcune leghe modificate di Cu-Ni-Zn) possono subire corrosione da lisciviazione dello zinco ad alte temperatureL'acciaio inossidabile 310S (con una resistenza ad alte temperature di 1150°C) offre vantaggi significativi in tali ambienti.
II. Costi iniziali e limitazioni di risorse
I costi dei materiali sono significativamente più elevati di quelli dei metalli ordinari:Le leghe di rame-nickel (come il Cu-Ni 90/10) costano circa 5×8 volte quella dell'acciaio al carbonio e 3×4 volte quella dell'acciaio inossidabile 304.Prendendo come esempio una flangia DN100 PN16, il prezzo unitario di una flangia rame-nickel è di circa 2.000 yuan, mentre quello di una flangia in acciaio al carbonio è di soli 300 yuan,che esercita pressioni sui costi iniziali di appalto per progetti sensibili al bilancio.
La scarsità delle risorse di rame e la volatilità dei prezzi: in quanto risorsa strategica, il rame è soggetto a notevoli fluttuazioni dei prezzi a causa della dinamica globale dell'offerta e della domanda (negli ultimi cinque anni, il valore del rame è aumentato di circa il 10% rispetto al 2008).I prezzi del rame alla Borsa dei Metalli di Londra hanno oscillato tra i 25 e i 30 anni., 000 e 100.000 yuan per tonnellata), il che può comportare costi di progetto incontrollabili; al contrario,materiali come l'acciaio al carbonio e l'acciaio inossidabile hanno catene di approvvigionamento più stabili e presentano fluttuazioni di prezzo minori.
III. Carenze in materia di resistenza alla corrosione di specifici supporti
Insufficiente resistenza alla corrosione in ambienti fortemente acidi e alcalini: le leghe rame-nichel subiscono una rapida corrosione in acido solforico diluito (> 5%), acido nitrico (> 10%),o alcalino caustico (pH > 12)Per esempio, nelle unità di neutralizzazione acido-base nell'industria chimica, l'acciaio inossidabile 316L (resistente all'acido nitrico) o Hastelloy (resistente all'acido solforico) sono più adatti.mentre le flange in rame-nickel possono sviluppare perforazioni in pochi mesi.
scarsa resistenza alla corrosione dell'ammoniaca: le leghe rame-nickel subiscono la cracking per corrosione da stress (SCC) quando sono esposte al gas ammoniaca (NH3) o ai sali di ammonio,e sono vietati negli impianti di sintesi dell'ammoniaca e nei sistemi di refrigerazione negli impianti di stoccaggio a freddoAl contrario, le flange in acciaio al carbonio e in bronzo di alluminio possono essere utilizzate in modo sicuro in ambienti contenenti ammoniaca.
4Proprietà meccaniche insufficienti in condizioni estreme
Limitazioni di resistenza in condizioni di alta pressione:La resistenza al rendimento delle leghe rame-nichel (circa 150-250 MPa) è inferiore a quella dell'acciaio duplex (oltre 450 MPa) e delle leghe a base di nichel (oltre 500 MPa)- nelle condotte ad alta pressione (ad es. trasmissione di gas naturale a 10 MPa o più), le flange in rame- nichel richiedono uno spessore della parete maggiore per soddisfare i requisiti di resistenza;che porta ad ulteriori aumenti di peso e costi, mentre le flange in acciaio duplex possono ridurre le dimensioni a causa dei vantaggi della resistenza del materiale.
Limitazioni di resistenza a basse temperature: sebbene le leghe rame-nickel mantengano la resistenza a -196°C (temperatura del GNL), la loro resistenza all'urto diminuisce a temperature più basse (ad esempio,-269°C in ambienti a elio liquido)Le leghe a base di nichel (ad esempio, Inconel 625) mantengono le prestazioni a -270°C e sono più adatte per gli impianti di ricerca a temperature estremamente basse.
5- Requisiti speciali per la lavorazione e la manutenzione
Il processo di saldatura richiede un'elevata compatibilità con i materiali di saldatura: quando si salda leghe di rame e nichel, deve essere utilizzato un filo di saldatura specializzato in rame e nichel (come ERCuNi).Se vengono erroneamente utilizzati materiali di saldatura in acciaio inossidabile, le fasi fragili possono precipitare nella saldatura, con conseguente riduzione della resistenza di oltre il 50%.che hanno requisiti di processo più bassi.
Costi di trattamento superficiale e di pulizia: le flange in rame e nichel richiedono un trattamento di passivazione dopo la lavorazione per migliorare la resistenza alla corrosione, mentre le flange in acciaio inossidabile possono essere utilizzate direttamente.In ambienti di petrolio e gas contenenti zolfo, le superfici rame-nichel possono formare solfuro di rame nero (CuS), che non influenza il materiale di base ma richiede una regolare pulizia meccanica, aumentando il carico di manutenzione.
6Peso e limitazioni di installazione
L'elevata densità comporta una pressione di carico di installazione: la densità della lega rame-nichel è di circa 8,9 g/cm3, pari a 1,14 volte quella dell'acciaio al carbonio (7,8 g/cm3) e 3.3 volte quella dell'alluminio (2.7 g/cm3) Nei condotti offshore su larga scala o nei supporti elevati, l'impiego di flange in rame e nichel può richiedere un ulteriore rinforzo delle strutture di supporto, aumentando i costi di ingegneria.
Rischio di corrosione galvanica durante il collegamento di metalli diversi: quando le leghe rame-nickel entrano in contatto diretto con metalli come acciaio al carbonio o alluminio, la presenza di un elettrolita (ad es.Acqua di mare) può formare una coppia galvanicaPer esempio, quando si collega una flangia di rame e nichel a un tubo di acciaio al carbonio,devono essere installate guarnizioni isolanti o deve essere utilizzata una protezione sacrificale dall'anodo., aumentando la complessità dell'installazione.
7Restrizioni ambientali e per scenari speciali
Questioni di sensibilità ecologica relative al rilascio di ioni di rame: in scenari con requisiti rigorosi per la concentrazione di ioni di rame (ad esempio, le norme UE per l'acqua potabile richiedono Cu < 2 mg/l),come l'acquacoltura di acqua dolce e il trattamento dell'acqua potabileTuttavia, alcuni progetti preferiscono ancora l'uso di materiali privi di rame (e.g..g., flange di plastica PVDF) per evitare potenziali rischi.
La permeabilità magnetica influisce sul funzionamento di apparecchiature speciali: le leghe rame-nickel hanno una permeabilità magnetica vicina a 1 (proprietà magnetiche deboli),ma in scenari che richiedono materiali non magnetici, come sigilli magnetici di precisione e magneti superconduttori, acciaio inossidabile austenitico (permeabilità magnetica ≈ 1) o leghe di titanio (non magnetiche),e le flange in rame-nichel non possono soddisfare tali requisiti.
Riassunto
Lo svantaggio intrinseco delle flange rame-nickel risiede nella loro limitata idoneità a scenari al di là dell'equilibrio tra resistenza alla corrosione e proprietà meccaniche:in condizioni difficili come alte temperatureLe acque minerali, le acide forti, le pressioni elevate o le temperature estremamente basse, sono superate dalle leghe a base di nichel, dagli acciai duplex e da altri materiali.applicazioni leggere, o ambienti che coinvolgono mezzi speciali (come l'ammoniaca, acidi forti o alcali), acciaio al carbonio, acciaio inossidabile o materiali non metallici offrono maggiori vantaggi.è essenziale considerare la corrosività delle condizioni di esercizio, parametri di temperatura e pressione, bilancio e calendario, nonché requisiti ambientali.Occorre trovare un equilibrio tra i vantaggi della resistenza alla corrosione e le limitazioni di applicazione delle flange rame-nickel.Se necessario, possono essere impiegate soluzioni composite (come flange di rame e nichel combinate con rivestimenti resistenti alla corrosione) per risolvere eventuali carenze.