Lingotti di tantalio in componenti di compressori di gas resistenti alla corrosione

La scelta dei materiali per i vari componenti dei compressori di gas è importante per garantire la durata, l'affidabilità e l'efficienza per un lungo periodo. Nei componenti soggetti ad attacchi da parte di sostanze aggressive, i lingotti di tantalio sono emersi come una scelta primaria grazie alla loro eccezionale resistenza alla corrosione, combinata con la stabilità alle alte temperature.

Fig. 1 Diagramma del compressore di gas [1]

Perché usare il tantalio in ambienti corrosivi?

1. Eccezionale resistenza alla corrosione

Il tantalio è uno dei metalli più resistenti alla corrosione, soprattutto in ambienti fortemente acidi e con reagenti chimici aggressivi. Infatti, è resistente ai gas e ai liquidi acidi come nessun altro elemento, il che lo rende adatto ai compressori di gas con possibili frazioni corrosive nell'aria o nel gas. Ad esempio, nelle raffinerie petrolchimiche, un gas contenente zolfo può distruggere rapidamente i materiali meno resistenti in poche ore. Creando uno strato di ossido stabile e protettivo sulla sua superficie, il tantalio impedisce un'ulteriore corrosione, aumentando la durata di vita delle parti del compressore e riducendo i periodi di inattività.

Lettura correlata: Resistenza alla corrosione del tantalio all'acqua, alle soluzioni acquose e ai non metalli

2. Prestazioni eccezionali alle alte temperature

La maggior parte dei compressori di gas è esposta a condizioni di alta temperatura, soprattutto nelle industrie che si occupano di energia. Il tantalio può operare a temperature estremamente elevate grazie al suo punto di fusione incredibilmente alto, pari a 3.017°C (5.463°F). Pertanto, i lingotti di tantalio sono considerati ideali per la produzione di parti di compressori come rotori e pistoni che operano ad alte temperature, garantendo la massima efficienza.

3. Durata e resistenza superiori

La resistenza e la durata intrinseche del tantalio lo rendono particolarmente adatto ai componenti sottoposti a continue sollecitazioni meccaniche. Nei compressori di gas, parti come i rotori e le valvole sono esposte a forze di taglio molto elevate e all'usura meccanica. L'eccellente resistenza alla trazione e alla fatica del tantalio tende a minimizzare l'usura, rendendo i componenti più duraturi anche in condizioni operative estreme.

Applicazioni comuni del tantalio nei compressori di gas

1. Rotori e pale del compressore

I rotori e le pale dei compressori di gas sono soggetti a un'usura costante a causa della rotazione ad alta velocità e del costante bombardamento da parte delle particelle abrasive presenti nel flusso di gas. Il tantalio, essendo molto resistente all'abrasione, trova applicazione nei rotori e nelle pale che devono sopportare contemporaneamente corrosione e sollecitazioni meccaniche. L'elevato punto di fusione del tantalio garantisce che questi componenti mantengano la loro integrità strutturale, anche nei compressori che operano a temperature elevate.

2. Guarnizioni e componenti delle valvole

Le guarnizioni e le valvole dei compressori di gas forniscono la tenuta necessaria per mantenere la pressione ed evitare perdite di gas. Molti ambienti corrosivi causano la rottura di questi componenti, di solito a causa dei gas per i quali le guarnizioni sono state progettate. Il tantalio è utilizzato per fabbricare guarnizioni, sedi di valvole e corpi di valvole; la sua resistenza ai gas corrosivi consente prestazioni di lunga durata e previene perdite o guasti. La sua malleabilità e formabilità consentono di realizzare con precisione le geometrie complesse richieste dagli attuali sistemi di compressione.

3. Componenti ad alta pressione

I compressori di gas operano a pressioni molto elevate, sottoponendo quindi a sollecitazioni molto elevate parti come le camere di compressione, le flange e le teste dei cilindri. La resistenza del tantalio alla deformazione, unita alla sua capacità di sopportare variazioni di pressione estreme, lo rende molto adatto a queste parti critiche. Le applicazioni che normalmente si guasterebbero a causa dello stress del materiale o della corrosione possono mantenere l'integrità strutturale e la longevità con l'uso del tantalio.

4. Componenti di uno scambiatore di calore

I compressori di gas sono utilizzati insieme agli scambiatori di calore in molti settori in cui possono verificarsi variazioni di temperatura durante o dopo la compressione. I tubi e i deflettori degli scambiatori di calore a contatto con gas caldi e corrosivi sfruttano l'eccezionale resistenza alla corrosione del tantalio, unita alla sua buona resistenza agli shock termici. Ciò garantisce l'integrità strutturale e prestazioni di trasferimento di calore affidabili in caso di cicli termici aggressivi, dove la corrosione degraderebbe altri materiali.

Resistenza alla corrosione: Tantalio e altri materiali

Sebbene l'acciaio inossidabile, il titanio e le leghe a base di nichel trovino ampie applicazioni nei compressori di gas, non possono competere con il tantalio per quanto riguarda la resistenza alla corrosione e la stabilità alle alte temperature. Di seguito è riportato un breve confronto tra il tantalio e altri materiali. Per ulteriori prodotti metallici, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusione

Ilingotti di tantalio offrono i maggiori vantaggi nelle applicazioni dei compressori che richiedono una resistenza superiore alla corrosione e una stabilità alle alte temperature. Altri materiali, tra cui l'acciaio inossidabile e il titanio, hanno il loro posto, ma il tantalio rimane il materiale principale per gli ambienti industriali molto difficili in cui sono fondamentali prestazioni elevate, affidabilità e lunga durata.

Riferimenti:

[1] Eugene "Buddy" Broerman, Tim Manthey, Jürgen Wennemar, Justin Hollingsworth, Chapter 6 - Screw Compressors, Editor(s): Klaus Brun, Rainer Kurz, Compression Machinery for Oil and Gas, Gulf Professional Publishing, 2019, Pages 253-307, ISBN 9780128146835.