L'idrogeno è la molecola più leggera e piccola. È ampiamente noto il suo ruolo nella transizione verso un'industria più sostenibile e pulita, rendendolo vitale in settori come la mobilità, l'energia e la chimica. L'idrogeno verde, una promettente alternativa ai combustibili fossili, può essere prodotto attraverso il processo di elettrolisi dell'acqua.
Tuttavia, l'idrogeno è pur sempre un gas e richiede attrezzature specializzate per una manipolazione sicura, poiché è altamente infiammabile e reattivo. Per questo motivo, le valvole a sfera ad alta pressione resistenti all'idrogeno sono essenziali per garantire una manipolazione sicura del gas in ambienti industriali.
Le valvole standard spesso si rompono se esposte nel tempo all'idrogeno ad alta pressione. Il metallo diventa fragile e perde la sua capacità di deformarsi sotto stress, causando crepe imprevedibili. Questa guida vi aiuta a scegliere la lega giusta per garantire la sicurezza a lungo termine ed evitare costosi fermi macchina.
In che modo le valvole a sfera ad alta pressione prevengono la fragilità da idrogeno?
L'infragilimento da idrogeno si verifica quando la duttilità e la capacità portante dei metalli diminuiscono. Ciò è causato dall'assorbimento di idrogeno atomico durante la produzione, la placcatura, la saldatura o la corrosione. Gli atomi di idrogeno si diffondono nel reticolo metallico, creando pressione interna e facilitando la formazione e la crescita di cricche.
Il rischio aumenta significativamente nelle applicazioni ad alta pressione, superiori a 350 bar, poiché questa forza un maggior numero di atomi di idrogeno sulla superficie del materiale. Anche le sollecitazioni derivanti da carichi meccanici accelerano il processo di criccatura. Anche un piccolo graffio superficiale può diventare il punto di partenza per una frattura.
I materiali sottoposti a tensione costante sono i più vulnerabili a questo fenomeno. Il metallo può apparire perfetto all'esterno ma cedere internamente, per poi rompersi o scoppiare durante le normali operazioni senza alcun preavviso. Questo rende il servizio di idrogeno uno dei settori più impegnativi per produttori di valvole a sfera a trunnion.
Materiali migliori per valvole a sfera per idrogeno ad alta pressione
Gli acciai inossidabili austenitici rappresentano il gold standard per la resistenza all'idrogeno, con il grado 316/316L come scelta preferenziale. Per garantire stabilità a lungo termine e prevenire la trasformazione di fase indotta dall'idrogeno, è un requisito fondamentale del settore mantenere un contenuto di nichel (Ni) di almeno 12%. Questa elevata concentrazione di nichel stabilizza la fase austenitica, che resiste significativamente alla diffusione dell'idrogeno e all'infragilimento, anche sotto pressioni estreme. Queste valvole a sfera in acciaio inossidabile mantengono la loro duttilità anche a temperature criogeniche.
Per i componenti sottoposti a sollecitazioni elevate vengono utilizzate leghe speciali come XM-19 o Inconel 718. Queste leghe offrono un limite di snervamento più elevato rispetto all'acciaio inossidabile 316L standard, spesso utilizzato per steli e molle interne delle valvole. L'utilizzo di queste leghe garantisce la funzionalità della valvola anche in presenza di cicli di pressione estremi.
Proprietà delle valvole a sfera resistenti all'idrogeno
Queste valvole a sfera sono progettate per controllare in modo sicuro il flusso di idrogeno gassoso. Spesso includono anche guarnizioni e guarnizioni esclusive che riducono al minimo le perdite, una caratteristica essenziale dato che l'idrogeno è un gas volatile. Di seguito sono riportati i requisiti specifici che le valvole a sfera devono soddisfare per resistere alle proprietà dell'idrogeno:
Materiali resistenti alla corrosione
- L'idrogeno può reagire negativamente con alcuni materiali, causandone l'infragilimento o l'indebolimento. Proprio per questo motivo, le valvole a sfera devono essere realizzate con materiali altamente resistenti alla corrosione.
Sigillatura ermetica
- Poiché l'idrogeno è una molecola estremamente piccola, il rischio di perdite aumenta se la tenuta è insufficiente e inefficiente. Pertanto, queste valvole devono essere dotate di sistemi di tenuta avanzati, come guarnizioni e baderne speciali, per garantire una tenuta ermetica e ridurre il rischio di perdite. Evitare guarnizioni non metalliche con elevata permeabilità all'idrogeno per ridurre il rischio di perdite.
Design robusto ed efficiente
- Scegliere il corpo valvola e i materiali di tenuta in base alla pressione di esercizio, alla temperatura e alla compatibilità con l'idrogeno. Le valvole a sfera per i sistemi a idrogeno devono resistere ad alte pressioni e temperature. Per le tubazioni con pressione ≥2,5 MPa, utilizzare guarnizioni di tenuta a flangia sicure (concavo-convesse, maschio e femmina, giunto ad anello) o connessioni a saldare di testa.
Test di sicurezza rigorosi
- Considerando il rischio di esplosione associato alle perdite di idrogeno, le valvole a sfera devono essere sottoposte a rigorosi test per convalidarne la capacità di gestire il gas in sicurezza. Inoltre, ciò garantisce l'affidabilità in ambienti volatili e critici, come il trasporto di gas.
- I seguenti standard sono ampiamente utilizzati per la progettazione, la produzione, l'ispezione e il collaudo delle valvole nei sistemi a idrogeno:
- ISO 19880-3:2018: “Idrogeno gassoso – Stazioni di rifornimento – Parte 3: Valvole”.”
- ASME B31.12: “Tubazioni e condotte per idrogeno”
- ISO 14687: “Qualità del combustibile a idrogeno – Specifiche del prodotto”.”
- EN 13643: “Recipienti criogenici – Dispositivi di sicurezza per la protezione contro la pressione eccessiva”.”
- API 600: “Valvole a saracinesca in acciaio – Estremità flangiate e saldate di testa, coperchi imbullonati”
- GB/T 34542: “Specifiche tecniche generali per le apparecchiature utilizzate nelle stazioni di rifornimento di idrogeno”
Processo di produzione della valvola Onero per la sicurezza dell'idrogeno
Onero Valve unisce la ricerca e sviluppo interna avanzata con rigorosi controlli di qualità e una produzione di precisione per realizzare valvole in grado di resistere ad applicazioni difficili come quelle con idrogeno.
Il nostro processo inizia con la selezione dei materiali, guidata da decenni di esperienza e capacità di test, come sistemi criogenici e di rilevamento delle perdite. Garantiamo che il contenuto di nichel nell'acciaio inossidabile rimanga superiore a 12% per una migliore stabilità. Questa precisione impedisce la formazione di fasi che attraggono atomi di idrogeno.
Materie prime di alta qualità vengono selezionate e ispezionate prima di essere lavorate su macchinari CNC e robot per ottenere dimensioni precise. Le nostre valvole sono inoltre sottoposte a rigorosi controlli (test di durezza, pressione, dimensionali e di tenuta) per garantirne prestazioni e sicurezza. Il risultato è una gamma di prodotti ingegnerizzati, come valvole a sfera a trunnion.
Conclusione
L'infragilimento da idrogeno rappresenta una seria minaccia per la sicurezza delle infrastrutture del gas. I sistemi ad alta pressione richiedono materiali in grado di resistere alla penetrazione atomica e alle cricche interne. Una corretta comprensione degli aspetti tecnici e della scienza dei materiali garantisce il funzionamento sicuro delle valvole a sfera ad alta pressione per anni.
Valvola Onero Forniamo soluzioni specializzate per il settore dell'energia a idrogeno. Da 38 anni siamo specializzati nella ricerca e sviluppo di valvole a sfera, ottenendo 8 brevetti e oltre 30 modelli con quasi 1.000 specifiche, integrando tecnologie globali avanzate.
Presso Onero offriamo un'ampia gamma di valvole a sfera industriali progettato per resistere a pressioni estreme e durare a lungo, con certificazioni API, CE e ISO 9001/14001.
