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Sep 21, 2023

Specificando Grave

May 1, 2021 | By Don Bowers, Conval and Jennifer Jones, Armour

1 maggio 2021 | Di Don Bowers, Conval e Jennifer Jones, Armor Valve Ltd.

Per resistere alle condizioni difficili e ai potenziali rischi per la sicurezza incontrati nelle applicazioni agricole dell'urea e in altri processi per servizi gravosi, è necessario prestare particolare attenzione alla costruzione, alle prestazioni e all'installazione della valvola

Le valvole per servizi gravosi (SSV) sono appositamente progettate e realizzate per applicazioni critiche in cui le potenziali conseguenze di un guasto della valvola includono rischi gravi e costosi per la vita, il funzionamento dell'impianto e la proprietà. Gli SSV sono generalmente esposti a pressioni e temperature relativamente elevate, nonché a mezzi corrosivi o letali.

FIGURA 1. La produzione dell'urea richiede che tutte le apparecchiature, comprese le valvole, siano in grado di gestire condizioni severe e l'esposizione a mezzi aggressivi

Un'applicazione significativa dell'industria chimica per gli SSV è la produzione di urea (Figura 1). A livello globale, oltre il 90% dell’urea prodotta viene utilizzata come forma economica di fertilizzante azotato per l’agricoltura (Figura 2). Con una popolazione mondiale stimata in otto miliardi di persone e una crescita crescente, la domanda globale di cibo, e quindi di fertilizzanti, è forte e resistente ai cicli economici. Secondo Expert Market Research (EMR), il mercato globale dell’urea nel 2020 era di 187,8 milioni di tonnellate. Entro il 2026, si prevede che tale numero aumenterà del 12,61%, raggiungendo 211,5 milioni di tonnellate.

FIGURA 2. I fertilizzanti granulari a base di urea sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo e si prevede che la loro domanda aumenterà considerevolmente nei prossimi cinque anni

Un'altra applicazione dell'urea è la riduzione dell'inquinamento atmosferico causato dai motori diesel, che funzionano ad alte temperature e producono alte concentrazioni di ossido nitrico. I serbatoi dell'urea sono ora di serie in molti nuovi camion, autobus e automobili diesel.

L'urea è prodotta dalla reazione di ammoniaca e anidride carbonica tipicamente ad alta pressione (140 bar; 2.031 psi) e temperatura (183°C; 362°F). Esistono diversi processi che sono stati sviluppati per sintetizzare l'urea. Uno di questi prevede un reattore per l'urea, uno stripper, un condensatore di carbammato ad alta pressione e uno scrubber dei gas di scarico ad alta pressione (Figura 3). Nel reattore, CO2 e NH3 vengono parzialmente convertiti in urea e acqua. Lo stripper separa la CO2 residua dall'NH3, che viene ulteriormente processata attraverso il condensatore di carbammato ad alta pressione. Lo scrubber separa i gas inerti residui, come ossigeno e azoto. Si noti che il carbammato di ammonio, un prodotto intermedio, è altamente corrosivo.

FIGURA 3. I tipici processi di sintesi dell'urea prevedono la reazione di ammoniaca e anidride carbonica, seguita da una fase di stripping, condensatore di carbammato e lavaggio

Quando si specificano valvole per servizi gravosi per il servizio urea, l'aspetto più importante da comprendere è l'unicità della metallurgia richiesta. Questi processi generalmente funzionano meglio quando il contenuto di ossigeno è mantenuto al minimo, tuttavia molte leghe richiedono la presenza di ossigeno per formare e mantenere superfici resistenti alla corrosione. Nel corso degli anni si è assistito ad un'evoluzione delle leghe che sono state selezionate dall'industria dell'urea per la loro capacità di funzionare in questi processi a livelli di ossigeno sempre più bassi. Inizialmente, le leghe di acciaio inossidabile austenitico, come il grado 316L-Urea (316L-UG o UNS S31603), 316L LN (UNS S31653 o EN 1.4429) e 25-22-2 (UNS S31050), venivano utilizzate con vari gradi di successo. Tuttavia, man mano che livelli ancora più bassi di ossigeno di processo diventavano più vitali, furono introdotti gli acciai inossidabili Duplex (DSS) e Super Duplex (SDSS), che consentivano una presenza di ossigeno quasi pari a zero fornendo allo stesso tempo una maggiore resistenza. A seconda dell'età dell'impianto, delle condizioni del processo e del licenziante del processo specifico, la selezione della lega può variare. È fondamentale che i produttori di valvole che forniscono valvole di servizio dell'urea aderiscano rigorosamente ai rigorosi standard relativi alle leghe richiesti. Per evitare problemi, è meglio che gli utenti finali identifichino e documentino chiaramente i requisiti relativi ai materiali, all'approvvigionamento e all'ispezione.