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Step wise cracking
STEP WISE CRACKING
Con il termine Step wise cracking (SWC) si indicano generalmente i meccanismi connessi alla propagazione della frattura, in strutture d’acciaio al carbonio, innescata da fenomeni di infragilimento da idrogeno. Tale tecnica è stata oggetto di una notevole attenzione da parte del settore industriale solo dopo la rottura di una torre di assorbimento di monoetanolammina (MEA) nella raffineria di Lemont, Illinois nel 1984. In quell’occasione, l’esplosione e l’incendio conseguente alla frattura provocarono numerose vittime e seri danni all’impianto.
Le possibili problematiche
Gran parte dei fenomeni di danneggiamento, secondo i risultati dei test effettuati dopo la disgrazia del 1984, avvengono in ambienti caratterizzati dalla presenza di H2S umido. I più noti di questi fenomeni sono di seguito riportati.
- Tensocorrosione da solfuri (Sulfide Stress Cracking, SSC). Per SSC si intende la frattura di un metallo per effetto combinato di uno stato di sollecitazione e dei fenomeni corrosivi che si instaurano in presenza di acqua e H2S. La Sulfide Stress Cracking è conseguente ai fenomeni di infragilimento del metallo da parte dell’idrogeno atomico, prodotto dai processi corrosivi, che diffonde nel metallo. Si tratta di una problematica che avviene normalmente negli acciai ad alto limite elastico o nelle zone termicamente alterate delle saldature.
- Rigonfiamenti da idrogeno (Hydrogen blistering). La formazione di cavità planari al di sotto della superficie del metallo (blisters) è conseguente all’instaurarsi di elevate pressioni di idrogeno (molecolare). La formazione di rigonfiamenti (tipica di acciai a basso carico di snervamento) è conseguente alla diffusione di idrogeno atomico prodotto sulla superficie da processi corrosivi; tale idrogeno diffonde nel metallo e si ricombina, accumulandosi, sotto forma di idrogeno molecolare in siti interni al metallo. Siti tipici sono inclusioni non metalliche, discontinuità da laminazione, ecc.
- Frattura da tensocorrosione alcalina (Alkaline Stress Corrosion Cracking, ASCC). Per ASCC si intende la frattura di un metallo per effetto combinato di uno stato di sollecitazione e dei fenomeni corrosivi che si instaurano in soluzioni alcaline contenenti H2S e CO2.
- Frattura indotta da idrogeno (Hydrogen Induced Cracking, HIC). Con tale dicitura si intende la formazione di fratture interne a gradino che interconnettono blisters da idrogeno adiacenti su differenti piani. In questo caso non è necessaria la presenza di stati di sollecitazione. Lo sviluppo di fratture interne tende a favorire, nell’acciaio, il collegamento ad altre fratture per effetto di un meccanismo di scorrimento plastico transgranulare conseguente all’elevata pressione risultante dall’accumulo di idrogeno. L’ Hydrogen Induced Cracking è tipico di acciai con elevato grado di impurità, un’elevata densità di inclusioni planari e/o regioni con microstruttura anomala prodotta dalla segregazione di impurità o elementi alliganti.
- Frattura indotta da idrogeno orientata per effetto di sollecitazioni (Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking, SOHIC). Con il termine SOHIC si intende una sequenza di fratture allineate quasi perpendicolarmente alla stato di sollecitazione, determinate dal congiungimento di piccole fratture HIC. Per l’insorgenza di tali fenomeni è necessaria la presenza di tensioni residue o applicate. La SOHIC è comunemente osservata nelle zone del metallo adiacenti alla zona termicamente alterata di una saldatura ed è orientata lungo lo spessore del metallo.
L’impegno di Sicil Service CND
La Società tedesca Verkade N.D.T. Service e Sicil Service CND hanno messo a punto una metodologia di indagine a ultrasuoni che permette di eseguire controlli anche su apparecchiature in funzione. Il metodo nello specifico consente di individuare e dimensionare la presenza, su saldature e metallo base, di cricche e blistering riconducibili all’attacco da H2S. Una volta classificati i difetti con il metodo di calcolo della meccanica della frattura, si definisce il grado di criticità e l’idoneità dell’apparecchiatura a proseguire il funzionamento o eventuali interventi di riparazione da programmare. Con questa metodologia, Verkade ha già eseguito controlli in tutta Europa e nel mondo su circa 6.000 apparecchi a pressione ed ha messo a punto una banca dati ricca di riferimenti. Dal 1999, la collaborazione con Sicil Service CND ha permesso l’effettuazione di controlli anti fratture anche in Italia presso petrolchimici e raffinerie acquisendo la fiducia di importanti compagnie petrolifere.
