Quale tipo di corrosione localizzata è particolarmente probabile che si verifichi nel punto di deviazione del fluido in un connettore a quattro vie

I. Il raccordo a T a 4 vie: un nodo ad alto rischio nei sistemi di tubazioni

Il Raccordo a T a 4 vie , che funge da componente principale per flussi convergenti e divergenti in reti di fluidi complesse, è soggetto a una combinazione unica di stress meccanico, fluidodinamica e fattori corrosivi. La sua geometria distinta lo rende un nodo ad alto rischio all’interno dell’intero sistema.

A differenza delle sezioni di tubo diritte, l'interno di un raccordo a T a 4 vie prevede l'intersezione violenta e la brusca svolta di quattro canali di flusso all'interno di una camera centrale. Questa specifica geometria interna, in particolare in corrispondenza degli ingressi dei rami dove il fluido subisce una brusca 90∘ cambiamento di direzione, provoca bruschi cambiamenti nella velocità e nella pressione del fluido. Di conseguenza, questa geometria innesca specifici tipi di corrosione localizzata. Queste forme localizzate mostrano tassi di corrosione significativamente più elevati rispetto alla corrosione generale, portando facilmente alla perforazione attraverso la parete e a guasti catastrofici.

II. Tipi primari di corrosione localizzata nelle zone di deviazione del flusso

Nelle zone di deviazione del flusso dei raccordi a T a 4 vie, due dei tipi più diffusi e distruttivi di corrosione localizzata sono la corrosione accelerata del flusso (FAC) e la corrosione-erosione.

2.1 Corrosione accelerata dal flusso (FAC)

2.1.1 Meccanismo professionale del FAC

La corrosione accelerata da flusso, a volte storicamente ma erroneamente chiamata erosione-corrosione, è ora distintamente classificata nella moderna scienza della corrosione. FAC descrive principalmente il fenomeno in cui lo strato protettivo di ossido sulla superficie metallica (come la magnetite Fe3​O4​ sull'acciaio) viene disciolto chimicamente o rimosso meccanicamente a una velocità accelerata a causa dell'aumento della velocità e della turbolenza del fluido, accelerando così la corrosione del metallo di base.

Il FAC risulta dall'interazione della corrosione elettrochimica e della fluidodinamica. I suoi principi fondamentali sono:

1. Controllo della velocità di trasferimento di massa: nelle soluzioni acquose neutre o debolmente alcaline (ad esempio, acqua di alimentazione della caldaia, condensa), la velocità di corrosione del metallo è spesso controllata dalla velocità di trasferimento di massa dell'ossigeno disciolto o degli ioni idrati alla superficie metallica. L'elevata turbolenza all'interno della zona di svolta di un Tee a 4 vie assottiglia notevolmente lo strato di diffusione superficiale (Nernst Diffusion Layer).

2. Dissoluzione accelerata dello strato di ossido: il flusso ad alta velocità e altamente turbolento, in particolare in acqua a basso contenuto di ossigeno o deossigenata ad elevata purezza, accelera la dissoluzione dello strato protettivo di ossido nel fluido sfuso sotto forma di ioni solubili.

3. Esposizione al substrato: una volta rimosso lo strato protettivo, il metallo base esposto si corrode rapidamente e forma un nuovo strato di ossido. Tuttavia, questo strato appena formato viene rapidamente sciolto o rimosso dal flusso accelerato. Ciò forma un circolo vizioso che porta ad un rapido assottigliamento delle pareti.

2.1.2 Perché i T a 4 vie sono hotspot FAC

Il turning zone of a 4-Way Tee is a typical FAC hotspot because of:

• Elevato sforzo di taglio: poiché il fluido produce a 90∘ a sua volta, si generano sollecitazioni di taglio del fluido estremamente elevate sul lato interno della curva (soprattutto ai bordi degli ingressi delle diramazioni), attaccando direttamente lo strato di ossido.

• Elevata turbolenza localizzata: la turbolenza localizzata ad alta intensità formata dalle zone di separazione del flusso e ricircolo aumenta significativamente le velocità di trasferimento di massa, accelerando la dissoluzione dello strato di ossido.

2.2 Erosione-Corrosione

2.2.1 Meccanismo professionale di erosione-corrosione

L'erosione-corrosione si riferisce specificamente all'effetto sinergico dell'usura meccanica e della corrosione chimica quando il mezzo contiene particelle solide (ad esempio sabbia, scorie, polveri catalitiche). Le particelle colpiscono la superficie metallica con elevata energia cinetica.

• Erosione meccanica: le particelle solide colpiscono e strappano o interrompono il reticolo metallico, causando la perdita di materiale.

• Effetto sinergico: l'erosione meccanica accelera la corrosione: gli impatti delle particelle non solo rimuovono lo strato protettivo di ossido ma espongono anche una superficie metallica fresca e più attiva, facendo salire alle stelle la velocità di corrosione elettrochimica. Allo stesso tempo, la natura sciolta e porosa dei prodotti della corrosione li rende più suscettibili alla disgregazione e alla rimozione da parte delle particelle, accelerando ulteriormente il processo di erosione.

2.2.2 Punti caldi di erosione-corrosione nei T a 4 vie

In un T a 4 vie, le aree più gravi per l'erosione-corrosione sono i punti di impatto diretto dopo la svolta e la regione di curvatura interna della deflessione del flusso. A causa dell'inerzia durante la virata, le particelle pesanti tendono a mantenere il loro momento lineare, colpendo la parete interna opposta del ramo di svolta a velocità e angoli più elevati.

Questo fenomeno è particolarmente pronunciato nei sistemi che trasportano liquami ad alto contenuto di solidi o che funzionano a velocità di flusso elevate.

III. Altri tipi di corrosione localizzata

Oltre al FAC e alla corrosione-erosione, le caratteristiche geometriche dei T a 4 vie possono innescare altre forme di corrosione localizzata in condizioni specifiche del mezzo:

3.1 Corrosione interstiziale

Se il T a 4 vie utilizza connessioni filettate o giunti flangiati e si formano piccole fessure difficili da pulire alle radici della filettatura, sotto la guarnizione o nella zona di saldatura, potrebbe verificarsi corrosione interstiziale. All’interno di una fessura confinata, il ricambio dei fluidi è limitato, portando a cambiamenti localizzati nei gradienti di concentrazione dell’ossigeno, nei livelli di pH e nella concentrazione degli ioni cloruro. Questo forma una cella di corrosione, con conseguente rapida dissoluzione del metallo all'interno della fessura.

3.2 Corrosione per vaiolatura indotta dalla turbolenza

Sebbene la turbolenza spesso inibisca la corrosione generale, in condizioni di flusso ad alta turbolenza e ad alta velocità in mezzi contenenti alte concentrazioni di ioni cloruro (come l'acqua di mare), la turbolenza può causare erosione localizzata sulla superficie metallica, creando minuscoli punti attivi. Questi punti tendono ad evolversi in nuclei di corrosione per vaiolatura. Una volta che si forma una fossa, il suo meccanismo autocatalitico spinge la corrosione in profondità nel materiale, portando infine alla perforazione.