Recipienti a pressione in titanio
Industrie del titanio : Oct. 24, 2025Recipienti a pressione in titanio
I recipienti a pressione in titanio sono fabbricati in titanio commercialmente puro o leghe di titanio (guscio, teste, ugelli, ecc.) e vengono utilizzati per immagazzinare o trasportare fluidi aggressivi a temperatura e pressione specificate.
Forniscono una resistenza alla corrosione a lungo termine al cloro umido, ai fluidi contenenti cloruro, all'acqua di mare e a una gamma di acidi e alcali, mentre il loro elevato rapporto resistenza/peso e la bassa densità riducono i tempi di fermo e la manutenzione. Soddisfano inoltre i requisiti di elevata purezza/bassa rilasciabilità, offrendo un costo totale di proprietà inferiore.
Per il servizio continuo si consiglia ≤250 °C; ≥300 °C richiede una valutazione dedicata.
Introduzione ai recipienti a pressione in titanio
Un recipiente a pressione in titanio/lega di titanio utilizza gusci in titanio/lega di titanio, teste, ugelli e passi d'uomo per immagazzinare o trattare fluidi corrosivi a temperatura/pressione definite. Resiste all'acqua di mare, ai cloruri e agli acidi, ha un elevato rapporto resistenza/peso e bassi rilasciabili, migliorando i tempi di attività e la purezza.
Usi tipici: cloro-alcali, desalinizzazione/raffreddamento offshore, prodotti chimici fini, elettrolisi/galvanica. Scegli il titanio completo per esigenze di piccole-medie dimensioni, bassa-media pressione e alta purezza; scegliete il rivestimento in Ti su acciaio per un'economia a parete spessa, ad alta pressione o di grande diametro.
Progettazione secondo ASME Sezione VIII; qualificare la saldatura secondo ASME Sezione IX. Utilizzare materiali ASTM/ASME SB (ad es. B265/B348/B338/B861/B381/B363) e verificare con test idro/pneumatici, test di tenuta all'elio opzionali e NDT (RT/UT/PT).
Specifiche e conformità
Codice di progettazione: ASME BPVC Sezione VIII (Div. 1 / Div. 2)
WPS/WPQ: secondo ASME Sezione IX
Striscia/Foglio/Piastra: ASTM B265 / ASME SB-265
Bar: ASTM B348 / ASME SB-348
Pipa: ASTM B861 (senza saldatura) / B862 (saldato) = ASME SB-861 / SB-862
Tubi dello scambiatore di calore: ASTM B338 / ASME SB-338
Forgiati: ASTM B381 / ASME SB-381
Raccordi: ASTM B363 / ASME SB-363
Ambito e parametri
| Categoria | Intervallo tipico / note |
|---|---|
| Gradi dei materiali | CP titanio Gr1/Gr2; leghe Gr7 (Pd-modificato, per fessure/mezzi riducenti) / Gr12; Il Gr5 può essere preso in considerazione dove è richiesta una maggiore resistenza (saldabilità/corrosione da qualificare in modo speciale). |
| Temperatura di progetto | Tipicamente da -50 °C a 300 °C; ≤ 250 °C consigliata per un servizio continuo per mitigare i rischi di attivazione/infragilimento. |
| Pressione di progetto | Tipicamente ≤ 4,0 MPa (≈ 40 bar); valutazione finale determinata dai calcoli ASME e materiale/spessore. |
| Geometria | Diametro ≤ 3048 mm (120 pollici); lunghezza ≤ 7620 mm (300 pollici); spessore della parete ≤ 75 mm (≈ 2,95 pollici). |
| Configurazioni | Recipienti verticali/orizzontali, colonne, gusci/piastre tubiere di scambiatori di calore, ecc. |
| Documentazione e test | EN 10204 3.1/3.2 MTC; NDT (UT/RT/PT); prove idrostatiche e pneumatiche/di tenuta; Testimonianza di terze parti come richiesto. |
| Norme applicabili | ASME Sezione VIII (progettazione/produzione/ispezione), ASME Sezione IX (qualifica della saldatura); specifiche dei materiali comuni ASTM B265/B338/B381, ecc.; PED/NACE in base alle esigenze del progetto. |
Componenti dei recipienti a pressione in titanio
Limite di pressione
Il guscio e gli strati di guscio sono laminati da piastra di titanio CP (ASTM B265) e saldati di testa, con Gr2/Gr7/Gr12 selezionato per mezzo e servizio; La superficie interna può essere lucidata e pulita. Le teste sono di materiale abbinato, supportano la formatura a rotazione e la risagomatura post-saldatura in tipi ellittici, bombati, conici o piatti. I passi d'uomo/i pozzetti possono essere ad apertura rapida o imbullonati, con guarnizioni sanitarie e luce/spia opzionale.
Ugelli e estremità
Gli ugelli di processo coprono i punti di alimentazione/prelievo, circolazione, sfiato/caucciù e scarico/condensa, tipicamente abbinati a tubi in titanio (ASTM B338); I cuscinetti di rinforzo e le fodere/guide di flusso interne possono essere aggiunti secondo necessità. Le connessioni terminali includono flange in titanio (RF/FF/TG/RTJ), ghiere sanitarie Tri-Clamp, estremità filettate (NPT/BSP/metriche) e saldate di testa. Le guarnizioni e gli elementi di fissaggio sono disponibili in titanio, a base di nichel e nelle opzioni non metalliche; Gli elementi di fissaggio possono essere interamente in titanio o abbinati alla corrosione.
Interni
Gli interni possono includere guide di flusso, deflettori e pareti divisorie per ottimizzare il tempo di permanenza e il trasferimento di massa. I sistemi di distribuzione/raccolta comprendono tubi spruzzatori, distributori, vassoi, filtri/cestelli e separatori di nebbia (a rete metallica o a palette). Le zone soggette a erosione possono utilizzare fodere antiusura o guaine sostituibili; I progetti integrati di scambio termico/filtrazione possono aggiungere piastre tubiere in titanio, fasci tubieri o sedi di cartucce.
Supporti e rivestimenti
Le opzioni di supporto includono selle, gonne, gambe/alette e alette di sollevamento, con punti di sollevamento e segni del baricentro forniti prima della spedizione. L'isolamento e il rivestimento possono essere configurati con camicie in lana minerale/aerogel e alluminio/acciaio inossidabile, con un adeguato controllo e drenaggio della condensa. Durante il trasporto o lo standby, gli ugelli sono protetti con tende/tappi e il recipiente può essere preservato internamente (ad esempio, spurgo del gas inerte).
Strumentazione e sicurezza
Sono previsti collegamenti per la pressione, il livello (magnetico/DP/radar), i pozzetti termometrici e il campionamento. La protezione di sicurezza include valvole di sicurezza e dischi di rottura in disposizioni singole o in serie/parallelo, con possibilità di testimonianza di terze parti. Le aperture di servizio e gli indicatori di livello facilitano l'ispezione online e la pulizia e la manutenzione CIP/SIP.
Recipienti a pressione completamente in titanio vs. recipienti a pressione rivestiti in Ti-Ti
| Metrica chiave | Recipiente a pressione completamente in titanio | Recipiente a pressione rivestito in acciaio al Ti (ASTM B898) | Raccomandazione |
|---|---|---|---|
| Limite di corrosione | Più robusto: eccellente in condizioni di alto cloruro, cloro umido, schizzi di acqua di mare/fessure. | Lato del supporto protetto da strato di titanio; Le prestazioni dipendono dalla qualità del rivestimento e dalla sigillatura dei bordi. | Acqua di mare estrema/ultra-pura/stagnante → Titanio completo |
| Costo | CAPEX più elevato a causa dei costosi metalli di base e d'apporto. | ~20-60% in meno rispetto al titanio integrale. | Progetti sensibili al budget o molto grandi → Rivestito |
| Peso | Accendino; Migliore per il sollevamento e le piattaforme offshore. | Il substrato in acciaio sopporta il carico; peso morto più pesante. | Peso-critico → Titanio pieno |
| Dimensioni e pareti spesse | I costi aumentano notevolmente per dimensioni molto grandi o pareti spesse. | Più economico/programmabile per unità di grande diametro e pareti spesse. | Molto grande o a parete spessa → rivestiti |
| Manutenzione e rischio | Nessuna interfaccia dissimile; Tipicamente privo di rivestimento e a bassa manutenzione. | Deve monitorare la delaminazione e le perdite di legame/bordo nel corso della vita. | Elevato costo di fermo macchina → titanio completo |
| Applicazioni tipiche | Cloro-alcali, acqua di mare/desalinizzazione, vuoto/servizio ultrapuro, serbatoi criogenici aerospaziali. | Assorbitori/scrubber, gusci di scambiatori di calore, grandi serbatoi di stoccaggio. | Ibrido possibile: titanio completo sulle aree critiche bagnate + rivestito altrove. |
Applicazioni
Sistemi ossidanti contenenti cloro-alcali / cloro
I recipienti a pressione in titanio completo sono ampiamente utilizzati per reattori, scrubber, serbatoi di stoccaggio, passerelle e ugelli. La resistenza intrinseca del titanio alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale e alla tensocorrosione nei mezzi clorurati consente un servizio prolungato e senza rivestimento, riducendo i tempi di fermo e la manutenzione. Risolve i comuni guasti dell'acciaio inossidabile nei cloruri (vaiolatura, distacco del rivestimento in gomma e perdite).
Acqua di mare / desalinizzazione e raffreddamento offshore
Per i gusci di desalinizzazione, i gusci dei refrigeratori d'acqua di mare e i serbatoi dell'acqua di mare, il titanio completo combina la resistenza alla corrosione dell'acqua di mare con un peso ridotto. Mantiene le prestazioni a velocità di flusso elevate e prolunga gli intervalli di ritubazione/manutenzione, affrontando la corrosione rapida, i guasti del rivestimento e le perdite legate alle incrostazioni tipiche dei sistemi di rivestimento in acciaio al carbonio.
Chimica fine / PTA / fluidi acidi
Nei reattori, nei cristallizzatori, negli alloggiamenti dei filtri e nelle bobine di collegamento, la superficie pulita del titanio e i bassi residui metallici resistono a un'ampia gamma di acidi, riducendo il rischio di contaminazione dei lotti. Evita la contaminazione secondaria dovuta alla delaminazione del rivestimento e riduce gli arresti dovuti a perdite o rifoderatura.
Elettrolisi / SX-EW, galvanica e trattamento delle acque
Per serbatoi di elettroliti, refrigeratori, alloggiamenti dei filtri e recipienti di dosaggio/neutralizzazione, il titanio resiste ai sistemi ad alogenuri acidi e ai disinfettanti a base di cloro; La sua superficie si pulisce facilmente e resiste alle incrostazioni. Supera le prestazioni del rame/acciaio inossidabile in ambienti con nebbie acide e cloruri, riducendo le perdite e le sostituzioni dei patch e aumentando i tempi di attività.
Apparecchiature sensibili al peso / aerospaziale e nuova energia
Nei recipienti leggeri, nelle bombole di gas e nelle unità chimiche speciali, l'elevato rapporto resistenza/peso, la resistenza alla corrosione e la bassa densità del titanio offrono una significativa riduzione della massa senza compromettere la sicurezza, risolvendo i problemi di affidabilità dovuti al sovrappeso e alla ruggine nelle tradizionali apparecchiature in acciaio.
Manifatturiero
Saldatura
Pulizia pre-saldatura: Preparare smussi/scanalature secondo necessità e rimuovere ossido, grasso, bave e polvere entro 25 mm su entrambi i lati utilizzando spazzole inossidabili o non metalliche dedicate; Terminare con acetone o etanolo per garantire una superficie pulita e asciutta.
Schermatura: utilizzare schermi di trascinamento dedicati/protezione superiore e posteriore durante la saldatura; Coordinare gli operatori in modo che la schermatura rimanga fino a quando la saldatura non si è raffreddata. La protezione posteriore è fondamentale, soprattutto per la saldatura su un solo lato o per la formatura su entrambi i lati.
Tecnica: Mantenere uno spazio tra le radici appropriato per un arco/pozzanghera stabile. Mantenere il tungsteno vicino e la saldatura continua e stabile monitorando la profondità e il flusso della piscina; Seguire rigorosamente i livelli di corrente qualificati (nessuna sovracorrente). Attendere il tempo di raffreddamento specificato tra i passaggi. Mantenere l'area asciutta e priva di polvere; Velocità dell'aria ambiente < 2 m/s to avoid arc instability.
Lavorazione a macchina
Utilizzare la tornitura-fresatura-alesatura con un'unica configurazione per rifinire le facce di tenuta delle flange, i fori degli ugelli e i fori dei bulloni. Facce della flangia secondo ASME B16.5 (RF/FF/TG/RTJ); le connessioni terminali supportano filettature NPT/BSP/metriche e ghiere sanitarie Tri-Clamp. Preparare gli smussi degli ugelli secondo codice e disegno; Facce di saldatura a macchina di finitura dopo la saldatura. I dispositivi dedicati e l'ispezione in-process garantiscono la geometria e l'intercambiabilità con guarnizioni e tubazioni standard.
Trattamento superficiale
Seguire la pulizia specifica del titanio: sgrassare → DI-risciacquo con acqua → decapaggio/scolorimento della saldatura, rimozione → passivazione → asciugatura pulita. L'elettrolucidatura meccanica/elettrolucidante opzionale migliora la pulibilità e il flusso; Le cavità cieche sono progettate per essere compatibili con CIP/SIP. Prima della spedizione, eseguire controlli visivi/boroscopici e test di tenuta/pressione, montare tende/cappucci su tutte le porte, applicare la conservazione del gas inerte secondo necessità e imballare in casse per l'esportazione con basi rinforzate.
Ispezione e test
Esame non distruttivo (NDE).
Eseguire UT/RT/PT su parti in pressione designate e saldature critiche in conformità con i disegni e gli standard applicabili; Conservare le indicazioni/filmati e i rapporti originali per garantire la piena tracciabilità.
Test di pressione e tenuta.
Eseguire prove idrostatiche o pneumatiche secondo ASME BPVC UG-99/UG-100, seguendo le procedure ITP/ATP approvate. Per il servizio ad alta purezza o sotto vuoto, aggiungere il rilevamento delle perdite con spettrometro di massa ad elio (MSLD) con sensibilità di accettazione come specificato nel contratto/ITP (ad esempio, ≤ 1×10⁻⁶ mbar· L/s). Le posizioni sospette devono essere isolate e sottoposte a nuovi test fino a quando non siano soddisfatti i criteri di accettazione.
Verifica dei componenti critici e in entrata.
Verificare la composizione chimica tramite ICP-OES/PMI; eseguire prove meccaniche (es. ASTM E8/E23) ove richiesto; Ispezioni dimensionali e visive complete rispetto a disegni e schede tecniche approvati.
Tracciabilità e deliverables.
Mantieni la tracciabilità del calore/lotto per materiali, metalli d'apporto e gas di protezione durante la produzione. Fornire un pacchetto di documentazione che include EN 10204 3.1/3.2 MTC, WPS/PQR/WPQ qualificato, rapporti NDE, registri di test idro/pneumatici/elio, istruzioni per l'imballaggio e la conservazione; organizzare l'ispezione di testimoni di terze parti (ad es. SGS/BV/DNV/TÜV) o residenti, se specificato.
FAQ (Tecniche)
Domanda 1. Qual è il metallo "migliore" per un recipiente a pressione?
Un. Dipende dal servizio: 304/316L/duplex (2205/2507) per corrosione generale con cloruri moderati; leghe di nichel per acidi ad alta temperatura, fortemente ossidanti/riducenti; Leghe di titanio/titanio per acqua di mare, cloro umido, ipocloriti, sistemi ossidanti di cloruro e mezzi ad alta purezza, che offrono una lunga durata e un costo totale di proprietà inferiore in tali ambienti.
Domanda 2. Il titanio può resistere alla pressione (esterna) delle profondità marine?
Un. Sì, se progettato per la pressione esterna. La capacità è regolata dalla geometria, dallo spessore della parete, dall'irrigidimento e dalle verifiche di instabilità secondo i grafici della pressione esterna ASME Sezione VIII. La pratica comune impiega gusci sferici o cilindri corti con anelli/nervature di irrigidimento, seguiti da test di pressione esterna e NDE.
Domanda 3. Il titanio si rompe sotto pressione?
Un. Non quando vengono applicate una progettazione conforme alle norme e una saldatura qualificata. I rischi derivano dal caporato/infragilimento dell'idrogeno, dalla contaminazione della saldatura (O/N/H), da tacche taglienti/aumenti di sollecitazione o da fluidi incompatibili (ad es. HF/fluoruri). Le misure di mitigazione includono gradi contenenti Pd (Gr7/Gr16) per ambienti a fessura/riduzione, protezione completa dai gas inerti durante la saldatura, rigoroso controllo della contaminazione e deidrogenazione/ripassivazione post-saldatura, ove necessario.
Domanda 4. È necessaria una tolleranza contro la corrosione per i recipienti in titanio?
A. Spesso basso o nullo, dati i tassi di corrosione tipicamente bassi nel fluido previsto. Dove sono previste fessure/depositi/erosione, specificare un sovrametallo locale, rivestimenti di usura o dettagli rinforzati in base alla velocità e alla geometria.
Domanda 5. I recipienti rivestiti in Ti (titanio su acciaio) si delaminano? Come viene assicurata l'integrità?
Un. Quando si utilizza una piastra antideflagrante/roll-bonded conforme con interfaccia UT, incapsulamento/sovrapposizione dei bordi adeguati e procedure di saldatura qualificate, è possibile ottenere un servizio a lungo termine; Se necessario, sono possibili riparazioni locali del rivestimento in servizio.
Domanda 6. Il test di tenuta all'elio è obbligatorio?
Un. È fortemente raccomandato per servizi di alta purezza, sotto vuoto, tossici o di alto valore grazie alla sua sensibilità superiore rispetto ai test idro/pneumatici. Per i servizi generali, seguire il codice e i requisiti contrattuali.
Domanda 7. Il titanio è adatto per sistemi farmaceutici/alimentari/UPW?
R. Sì. Il titanio offre elevata pulizia, resistenza alla corrosione e biocompatibilità, supporta CIP/SIP e ripassivazione; Selezionare le classi di rugosità/pulizia superficiale appropriate e controllare il particolato/lisciviabilità metallica per soddisfare le specifiche di processo.
Domanda 8. Come devono essere selezionate le guarnizioni e le facce delle flange?
A. Preferire ePTFE/PTFE o spirale avvolta con striscia di titanio, comunemente su facce RF; RTJ è riservato a specifici servizi ad alta pressione. Applicare le tabelle di coppia del produttore e verificare il carico del bullone per evitare il flusso freddo e l'allentamento.
