La Sicurezza Dei Sistemi Di Tenuta ESAFSA

La sicurezza

Guarnizionie TenuteGuarnizie Tenute

Parte 1:Guidelinesper la Manutenzionee la Progettazione

dei Sistemidi Tenuta

Questo documento viene pubblicato congiuntamente dalla European Sealing As-sociation (ESA) e dalla Fluid Sealing Association (FSA). La pubblicazione pro-mossa dalla divisione Guarnizioni delle flange dellESA e dalle divisioni Guarni-zioni metalliche/Guarnizioni non metalliche dellFSA per conto dei membri di en-trambe le Associazioni. LEuropean Sealing Association (ESA) unorganizzazionepaneuropea fondata nel 1992, e attualmente rappresenta pi dell85% del mercatodelle tenute per fluidi in Europa. I suoi membri operano nella produzione, forniturae utilizzo dei materiali di tenuta, componenti cruciali del sicuro contenimento dei flui-di durante il processo e lutilizzo. La Fluid Sealing Association (FSA) unassocia-zione commerciale internazionale fondata nel 1933. I membri operano nella produ-zione e nel marketing di quasi tutte le soluzioni di tenuta disponibili sul merc a t oodierno. Tra i membri dellFSA vi sono un buon numero di societ europee e dellA-merica centrale e meridionale, ma la maggior parte delle partecipazioni concentra-ta in Nord America. I membri della FSA coprono quasi il 90% della capacit produt-tiva di soluzioni di tenuta del mercato NASFTA.

RINGRAZIAMENTILESA e la FSA sono felici di ringraziare i propri membri e altre societ per la collaborazione offerta allapreparazione di questo documento. Senza il loro contributo,questo documento non sarebbe stato pubblicato.Le persone che hanno contribuito in modo particolarmente significativo a questa pubblicazione sono:

Wolfgang Abt Frenzelit Werke GmbH & Co. KGIvan Borovnicar Donit Tesnit d.d.Frans Borsboom Lapinus Fibres B.V.Fred M. Burgess Armstrong Industrial Specialties Inc.Rod Corbett Rotabolt Ltd.Jim Drago Garlock Sealing TechnologiesDavid Edwin-Scott James Walker & Co. Ltd.Brian S. Ellis European Sealing AssociationAndreas Graudus Du Pont de Nemours International S.A.Doug Guimond Hollingsworth & Vose CompanyJan Kasprzyk Spetech Sp. z.o.o.Gary L. Milne Hedley Purvis Ltd.Joost F.A. Nas Du Pont Dow ElastomersRoy Nelson W.L. Gore & Associates Ltd.John R. Hoyes Flexitallic LtdJrg Latte Klinger Administration AGFrancisco J. Montero Fibras y Elastomeros S.A.Pete Petrunich Fluid Sealing AssociationJim A. Reynolds Latty International LtdGavin Smith Klinger LtdMichael Werner Teadit International Produktions GmbH

Questo documento fornisce delle indicazioni ad uso esclusivamente consultivo.LESA e la FSA hanno compiuto ogni possibile sforzo per assicurarsi che le racco-mandazioni qui presentate siano tecnicamente valide, ma non garantiscono ne s p ressamente, n indirettamente laccuratezza o la completezza delle inform a-zioni qui contenute, n si assumono la responsabilit di eventuali inconvenienti chepossono verificarsi dopo aver seguito i suggerimenti qui esposti. Le societ devonoa c c e rt a re lidoneit di prodotti e pro c e d u re alle specifiche applicazioni facendo rife-rimento ai produttori. Infine, questo documento non va in alcun modo inteso comepunto di riferimento per eventuali requisiti di conformit richiesti a un part i c o l a res e t t o re industriale: le societ devono consultare le appropriate normative locali, re-gionali o statali per una precisa conformit ai requisiti specifici.

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S o m m a r i o

1. Schema del documento 8

2. Introduzione 9

2.1 Background sulla legislazione ambientale 9

2.2 La moderna sfida alle capacit di tenuta 10

3. Assieme flangia/ elemento di fissaggio/guarnizione 12

4. Disposizione di flange e guarnizioni 15

4.1 Sistemi pi comuni 15

4.2 Finitura superficiale della flangia 17

4.3 Elementi di fissaggio 18

4.4 Dadi 23

4.5 Rondelle 23

4.6 Carichi mobili 24

4.7 Sistemi di protezione della flangia 25

5. Selezione delle guarnizioni 26

5.1 Selezione del materiale 26

5.2 Tipi di guarnizione 30

5.3 Selezione dello spessore 35

5.4 Taglio di guarnizioni morbide 36

5.5 Immagazzinaggio di guarnizioni e materiali di tenuta 36

5.6 Modalit di trattamento delle guarnizioni e dei materiali di tenuta 36

5.7 Riutilizzo di guarnizioni, dadi, bulloni e prigionieri 37

6. Procedure dinstallazione 38

6.1 Attrezzatura richiesta 38

6.2 Pulizia 38

6.3 Ispezione visiva 38

6.4 Lubrificazione 39

6.5 Installazione e centraggio delle guarnizioni 40

6.6 Calcolo della coppia 40

6.7 Schema di serraggio di dadi e bulloni 41

6.8 Etichettatura 43

6.9 Serraggi successivi 44

7. Procedure di smontaggio 45

7.1 Composti per la rimozione 46

8. Raccomandazioni chiave 47

4 La sicurezza dei sistemi di tenuta

9. Suggerimenti per minimizzare i problemi alla connessione 50

9.1 Inconvenienti dovuti a dadi, bulloni e prigionieri 50

9.2 Inconvenienti dovuti alla guarnizione 50

9.3 Inconvenienti dovuti alla flangia 51

9.4 Minimizzare le possibilit di problemi alla connessione 51

10. Aspetti legati alla sicurezza e alla salute 53

11. Sommario schematico 55

12. Panoramica 56

13. Riferimenti 57

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Aziende associate alla sezione Guarnizioni per Flange dellESAAkzo Nobel Faser AG Wuppertal, DeutschlandArmstrong Industrial Specialties Ltd Uxbridge, United KingdomDonit Tesnit d.d. Medvode, SloveniaDu Pont de Nemours International S.A. Le Grand Saconnex, SchweizEconosto Ltd Cleckheaton, United KingdomFederal Mogul Sealing Systems Europe Slough, United KingdomFeodor Burgmann Dichtungswerke GmbH & Co. Wolfratshausen, DeutschlandFerd. Jagenberg & Shne GmbH & Co. KG Altenkirchen, DeutschlandFibras y Elastomeros S.A. Bilbao, EspaaFlexitallic Ltd Rochdale, United KingdomFrenzelit Werke GmbH & Co. KG Bad Berneck, DeutschlandGarlock GmbH, Sealing Technologies Neuss, DeutschlandHollingsworth & Vose Co. s.r.l. Garessio, ItaliaJames Walker & Co. Ltd Woking, United KingdomKlinger Administration AG Egliswil, SchweizLapinus Fibres B.V. Roermond, NederlandLatty International s.a. Orsay, FranceRM Engineered Products, Inc. N. Charleston, USAReinz Dichtungs GmbH Neu-Ulm, DeutschlandSGL Technik GmbH Meitingen, DeutschlandSiem Supranite Paris, FranceSpetech Sp. z o.o. Bielsko-Biala, PolskaTeadit International Produktions GmbH Kirchdorf, sterreichTecnotrex S.p.A. Sarnico, ItaliaW L Gore & Associates GmbH Putzbrunn, Deutschland

Aziende associate alla sezione Guarnizioni non metalliche dellFSADu Pont AFS Richmond, VADu Pont Dow Elastomers Elkton, MDDurabla Canada Ltd Belleville, ON, CanadaEconosto Ltd Cleckheaton, United KingdomFlexitallic Group Houston, TXGarlock Sealing Technologies Palmyra, NYJM Clipper Corporation Denver, COJohn Crane Mechanical Seals Morton Grove, ILLapinus Fibres B.V. Roermond, NederlandLatty International s.a. Orsay, FranceMarine and Petroleum Mfg. Co. Orange, TXRM Engineered Products, Inc. N. Charleston, SCPyramid Technologies Pheonix, AZRobco, Inc. Ville LaSalle, PQ, CanadaSGL Technic, Inc. Polycarbon Division Valencia, CASterling Fibres Ramsey, NJTeadit Industria E. Comercio Ltda Rio de Janeiro, BrazilTeadit N.A. Inc. Houston, TXThermodyne Corp. Sylvania, OHThermoseal, Inc. Sidney, OH


UCAR Carbon Co., Inc. Humble, TXWL Gore & Associates, Inc. Elkton, MDYMT / Inertech, Inc. Monterey Park, CA

Aziende associate alla sezione Guarnizioni metalliche dellFSAA R Thomson Ltd Surrey, BC, CanadaChicago-Wilcox Mfg. Co. S. Holland, ILEconosto Ltd. Cleckheaton, United KingdomEmpak, Mex. S.A. Zinacantepec, MexicoFlexitallic Group Houston, TXGarlock Sealing Technologies Palmyra, NYGasket Engineering Richmond, CAJM Clipper Corporation Denver, COLamons Gasket Co. Houston, TXLatty International s.a. Orsay, FranceLeader Gasket, Inc., Division of JM Clipper Corp. Baton Rouge, LAMarine & Petroleum Mfg. Co. Orange, TXMetallo Gasket Co. New Brunswick, NJPyramid Technologies Pheonix, AZRowe Metals, L.P. Dallas, TXSGL Technic, Inc. Polycarbon Division Valencia, CATeadit Industria E. Comercio Ltda. Rio de Janeiro, BrazilThermodyn Corp. Sylvania, OHYMT / Inertech, Inc. Monterey Park, CA

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1. Schema del documento

Il grafico sottostante presenta i paragrafi di questo documento suddivisi per ar-gomenti:


Serraggio dellassieme(6.6 e 6.7)

Stringere i dadi a mano. Serra-re con chiave torsiometrica econ schema a croce. Applica-

re almeno 5 passaggi

Installazione

Aprire le superfici a contattodelle flange

Allineare i componenti e as-sicurarsi che siano paralleli

Inserireuna nuovaguarnizione

(6.5)

Trattamento superficiale

Non usare composti digiunzione su materialiper guarnizioni piane

(7.1)

Lubrificazione(6.4)

Ispezione visiva(6.3)

Sostituzione di componenti difettosi

Preparazione iniziale Pulizia(6.2)

Taglio, imma-gazzinaggio,trattamento(5.4 - 5.6)

Pulizia(6.2)

Selezionea seconda delleapplicazioni e dellecondizioni di funzionamento

Disposizionedi flange eguarnizioni

(4.1)

Materiale delleguarnizioni(5.1 - 5.2)

Elementi difissaggio, dadie guarnizioni

(4.3 - 4.6)

Introduzione 9

2. Intro d u z i o n eQuesto documento stato preparato per i produttori di macchinari e attrezzatu-

re, per i subappaltatori di servizi ingegneristici e per gli utilizzatori finali, e si con-centra sulle soluzioni adottate dagli addetti alla manutenzione e dagli installatori perrisolvere i tipici problemi legati allassemblaggio di tubazioni e macchinari tramitelimpiego di flange e guarnizioni. Il suo obbiettivo di fornire al lettore una serie diindicazioni per il sicuro contenimento dei fluidi, in modo da assicurare delle presta-zioni ottimali alle guarnizioni durante il servizio. Nel testo, le raccomandazioni piimportanti vengono cos rappresentate:

Raccomandazione. Lo scopo principale di una tenuta il contenimento dei flui-di, in modo da proteggere lambiente circostante dalle contaminazioni e viceversa.Per quanto riguarda la loro nocivit, le perdite dei fluidi hanno ovviamente un signi-ficato diverso a seconda che riguardino un fluido innocuo (come acqua o vapore ac-queo) o fluidi maleodoranti, tossici o pericolosi. Nel primo caso, la perdita di un flui-do innocuo comporter principalmente una perdita di efficienza dellimpianto, anchese queste perdite possono a loro volta presentare dei pericoli (p.es. se riguardano si-stemi di convogliamento ad alta pressione di vapore o acqua). Per contro, la perditadi fluidi tossico/ nocivi non solo risulta economicamente svantaggiosa, ma pone il se-rio problema della difesa della salute degli addetti allimpianto e della popolazione,oltre alla salvaguardia dellambiente nel suo complesso. Di conseguenza, la selezionee lutilizzo dellappropriata tecnologia di tenuta per lapplicazione specifica fa partedegli obblighi ambientali del responsabile dimpianto.

2.1 Background sulla legislazione ambientaleSe lattuale societ vuole proseguire il suo cammino verso lo sviluppo globale, lin-

dustria deve ridurre il suo impatto sullambiente abbracciando lopzione del cosid-detto sviluppo sostenibile. Uno dei principali obbiettivi di questo tipo di sviluppo la significativa riduzione delle emissioni industriali, promossa dalle pressioni del-lopinione pubblica ma anche dallobbiettiva necessit di preservare il valore dellaproduzione e lefficienza degli impianti. Le moderne legislazioni ambientali cercanodi sintetizzare queste esigenze. Tuttavia, unampia percentuale delle emissioni nel-latmosfera rappresentata dai prodotti della combustione (soprattutto monossidi dicarbonio, azoto e zolfo), insieme alle perdite conosciute di idrocarburi volatili e di va-pore. In generale, queste emissioni sono previste nel processo industriale e sono sot-to il diretto controllo del responsabile dimpianto. Pertanto non verranno trattate inquesto documento.

Per contro, una parte significativa delle restanti emissioni si deve a perdite spu-rie e imprevedibili dai sistemi di processo. Queste perdite vengono generalmente de-finite fugitive emissions, e in questo campo lindustria delle tenute gioca un ruolovitale tramite lo sviluppo e lapplicazione di innovative tecnologie di contenimento ingrado di soddisfare le richieste di riduzione o di azzeramento delle emissioni. La cor-retta selezione, installazione e impiego dei materiali di contenimento risulta ugual-mente importante per assicurare delle prestazioni affidabili alle tenute nellarco del-la loro durata. Per quanto riguarda le guarnizioni, questo costituisce un argomentocentrale tra quelli qui trattati. Per inquadrare correttamente la portata della sfida,si stima che le fugitive emissions da valvole, pompe e flange negli Usa superino le300.000 tonnellate allanno, pari cio a circa 1/3 di tutte le perdite di composti orga-nici dagli impianti chimici, e questo dato viene inevitabilmente confermato in Euro-pa. A prescindere dal suo forte impatto ambientale, si tratta di un peso finanziario

enorme per lindustria perch rappresenta unenorme perdita di materiale di valoreed causa di molte inefficienze degli impianti. Tuttavia, in molti casi il suo impattosullindustria viene sottovalutato, poich molti dei costi associati alle fugitive emis-sions sono invisibili.

Le perdite dalle valvole sono spesso il maggior capro espiatorio, in quanto costi-tuiscono pi del 50% di tutte le fugitive emissions dellindustria chimica e petrolchi-mica; tuttavia, le perdite dalle pompe e dalle flange seppur inferiori rappresen-tano a loro volta delle percentuali significative. Lo sviluppo delle leggi per il con-trollo delle fugitive emissions stato descritto a fondo sia per il mercato americano 1

che per quello europeo. 2 Nonostante i primi passi siano stati compiuti negli Usa, laUE sta rapidamente colmando la differenza, e gli sforzi si fanno via via congiunti. Lerecenti leggi approvate negli Usa e in Europa puntano a ridurre gli inquinanti spe-cifici da operazioni specifiche. Tuttavia, nonostante lampia serie di approcci, non esi-ste una legislazione veramente europea e armonizzata sul problema del controllo del-le fugitive emissions. Piuttosto, gli stati membri dellUe stanno implementando del-le misure di controllo nellambito dei propri sistemi legislativi nazionali. I limiti pro-posti diventeranno inevitabilmente pi severi, e le buone prestazioni delle guarni-zioni giocheranno un ruolo sempre pi importante per assicurare un efficiente fun-zionamento degli impianti e un buon controllo delle emissioni.

2.2 La moderna sfida alle capacit di tenutaStoricamente, i fogli di fibre compresse di amianto hanno rappresentato il mate-

riale delezione per le guarnizioni morbide. Erano facili da usare e tolleravano be-ne qualsiasi trattamento, e questo li rendeva estremamente adattabili. Di conse-guenza, lamianto veniva impiegato in quasi tutte le normali applicazioni, fornendo ingenere delle prestazioni ragionevoli. In molti anni dutilizzo, clienti e fornitori ave-vano acquisito una grande esperienza sul suo impiego grazie allelaborazione diunampia casistica. Per questo motivo, le specifiche di prova per guarnizioni morbi-de composte da materiali tradizionali riguardavano materiali a base di amianto, poi-ch le molte esperienze sul campo li indicavano come materiali dalle prestazioni sod-disfacenti a condizione che le guarnizioni fossero prodotte con un appropriato livellodi controllo qualit. Poche delle propriet rilevate da quelle prove di controllo qua-lit avevano unimportanza funzionale diretta: piuttosto, erano tese ad assicurareche la composizione dei materiali costruttivi fosse simile a quella dei materiali pre-


cedenti, e che di conseguenza potesse fornire le stesse prestazioni. Pi recentemen-te, la tendenza allabbandono delle fibre di amianto ha spinto lindustria delle guar-nizioni a sviluppare una nuova generazione di materiali sostitutivi. Questo ha gene-rato una sfida enorme, poich lesperienza pratica su questi materiali alquanto li-mitata. Molti dei nuovi materiali forniscono delle prestazioni migliori, ma sono in ge-nere pi legati allapplicazione delle fibre di amianto. Inoltre, i nuovi materiali sonomeno tolleranti. Tutto sommato, i nuovi materiali possono rendere di pi dei loroequivalenti in amianto, ma sono meno adattabili e gli utilizzatori devono pre s t a remaggior attenzione alla selezione del materiale giusto per lapplicazione e allassem-blaggio della guarnizione. Gli utilizzatori hanno dunque unurgente necessit di indi-cazioni e suggerimenti su questi materiali, e questo ha sollecitato la pubblicazionedel presente documento. La speranza che questo documento venga fatto propriodalle societ interessate, in modo da costituire la base per schemi di addestramentooperativi sulla manutenzione.

Nel corso degli anni sono stati sviluppati dei nuovi sistemi di contenimento, spe-cialmente per le condizioni di servizio pi difficili. Si tratta di sistemi che prevedonolimpiego di guarnizioni rigide, realizzate principalmente in materiali metallici osemi-metallici. Questi sistemi offrono agli utilizzatori ancora pi scelta nella selezio-ne della tecnologia di tenuta pi adatta allapplicazione, ma ampliano la necessit dinote indicative. La stessa sfida stata osservata nei metodi di prova e nella deter-minazione degli standard. Lattenzione andata sempre pi allelaborazione di provecon maggior rilevanza funzionale, con cambiamenti significativi del tipo di prove ef-fettuate. Le specifiche di prova nazionali e internazionali includeranno sempre pitest dimportanza funzionale di lunga durata che simulano le condizioni di servizio,contrariamente alle prove di breve durata tese a determinare la continuit del pro-dotto. A complicare ancor pi la situazione vi la differenza tra le procedure svilup-pate per le specifiche nazionali in Europa e quelle sviluppate negli Usa. Nonostantevi siano molti metodi di prova paralleli, le differenze nella gestione dei protocolli edei risultati riflettono la variet storica degli approcci. Fortunatamente, i re c e n t iprogressi nelle specifiche di prova tendono a colmare queste differenze, e questo vaincoraggiato per armonizzare le procedure di standardizzazione ovunque possibile.

Maggiori informazioni sui metodi di prova e sugli standard sono presenti in unarecente pubblicazione ESA, 3 il Glossario dei termini di tenuta (Flange e guarnizio-ni). Questo documento fornisce inoltre informazioni su:

Unit e fattori di conversione Standard pertinenti Enti ed organizzazioni di emissione degli standard Abbreviazioni pi comuni.Per rispondere alle sfide lanciate dalle pressanti richieste di riduzione delle emis-

sioni industriali, dalla presenza di nuove tecnologie e dallo sviluppo di nuovi mate-riali di tenuta che richiedono una maggior attenzione nella scelta, nel trattamento enellinstallazione, necessario crescere: questo documento vuole fornire alcune utiliindicazioni ai responsabili dimpianto, agli addetti alla manutenzione, agli installato-ri e a chiunque voglia affrontare il problema del contenimento dei fluidi in modo si-curo e consapevole.

Introduzione 11

3. Assieme flangia/elemento di fissaggio/guarn i z i o n eIn un impianto operativo, le guarnizioni servono per creare e mantenere una te-

nuta stazionaria tra le flange di connessione dei vari assiemi meccanici che convo-gliano o contengono fluidi diversi a seconda della funzione dellimpianto. Lo scopo diqueste tenute stazionarie di opporre una barriera fisica alla fuoriuscita dei fluidiconvogliati dal sistema, bloccando quindi ogni possibile percorso di trafilamento. Perrisultare efficaci, le guarnizioni devono coprire e riempire ogni irregolarit delle su-perfici a contatto ed essere al contempo abbastanza resilienti da resistere lestrusio-ne e la deformazione viscosa durante il servizio. La capacit di tenuta viene influen-zata dalla forza di compressione esercitata sulla guarnizione, che la costringe a riem-pire le irregolarit superficiali. La combinazione tra pressione di contatto tra guar-nizione e flange e addensamento del materiale della guarnizione previene la fuoriu-scita dallassieme del fluido tenuto. Per questo motivo le guarnizioni piane svolgonoun ruolo fondamentale per il buon funzionamento di unampia gamma di attrezzatu-re industriali. Una volta installata, una guarnizione piana deve poter compensare leleggere imperfezioni delle flange e dellallineamento, come:

flange non parallele scanalature e concavit da distorsione ondulazioni superficiali escoriazioni superficiali altre imperfezioni delle superfici.Dopo lassemblaggio, la guarnizione piana compressa tra le facce delle flange con

una pressione ottenuta in genere tramite bulloni sotto carico. Per garantire una te-nuta soddisfacente per tutta la durata dellassieme, necessario mantenere unapressione sulla superficie della guarnizione abbastanza elevata da prevenire le per-dite. Durante il funzionamento, questa pressione verr attenuata dalla spinta idro-statica, cio dalla forza prodotta dalla pressione interna che tende a separare le flan-ge. La stessa guarnizione soggetta a un carico laterale generato dalla pressione in-terna del fluido, che tende a estruderla attraverso il gioco presente tra le flange. Permantenere lintegrit della tenuta, la pressione effettiva sulla guarnizione (cio il ca-rico di assemblaggio meno la spinta idrostatica) devessere maggiore della pressioneinterna di qualche multiplo, a seconda del tipo di guarnizione, del processo produtti-vo e del livello di tenuta richiesto. Per le guarnizioni morbide, devesserci anche unadeguato livello di frizione tra la guarnizione e le facce delle flange per aiutare a pre-venire lestrusione (espulsione) della guarnizione dallassieme. Per consentire il ri-lassamento della forza di compressione sulla guarnizione, che normalmente inevi-tabile, si raccomanda in genere un fattore di almeno due tra la forza di compressio-


ne sullassieme e quello richiesto per mantenere la tenuta. Per maggiori particolarisullinterazione tra flange e guarnizioni, consultare le pubblicazioni 3, 4, 5 e 6.

Pertanto, la funzione primaria di una guarnizione di creare e mantenere una te-nuta tra due flange in condizioni che possono variare notevolmente da assieme ad as-sieme in base alla natura e al tipo di applicazione. Per offrire delle prestazioni soddi-sfacenti in tutte le condizioni stato sviluppato un certo numero di assiemi flange-guarnizione-elementi di fissaggio, e molti fattori vanno considerati per selezionarelassieme pi appropriato, tra cui:

Applicazione Disposizione delle flange Guarnizione

Pressione del fluido Configurazione/tipo Resistenza allestrusione

Temperatura del fluido Finitura superficiale Resistenza alla deformazione

Reattivit chimica del fluido Materiale Rilassamento sotto sforzo

Natura corrosiva Carico disponibile sui dadi Capacit di recupero/elasticit

Capacit trafilamento fluido Probabilit corrosione/erosione Durata di servizio prevista

Viscosit Resistenza/rigidit della flangia Costo comparato

pH del fluido (acidit) Tolleranza dallineamento Compatibilit chimica

Concentrazione Facilit di trattamento/installa-zione/rimozione

Capacit ignifuga

Capacit di tenuta

Resistenza alla combinazionedi pressione/temperatura

importante notare che, per qualsiasi sistema, le prestazioni della guarnizione di-pendono dallinterazione tra i vari elementi dellassieme:

Assieme flangia/elemento di fissaggio/guarnizione13

Una guarnizione offre delle buone prestazioni per un periodo di tempo ragionevo-le solo se tutti i componenti del sistema operano armonicamente insieme. Lintegritdi un sicuro contenimento dipende da:

selezione di componenti corretti e appropriati per lapplicazione preparazione, pulizia e assemblaggio eseguiti in modo scrupoloso corretto serraggio e carico dei bulloni.Il comportamento in condizioni desercizio di una connessione flangiata dipende

strettamente dalla capacit o meno della tensione creata negli elementi di fissaggiodi unire lassieme dei componenti con forza sufficiente ad evitare il deterioramentodella capacit di tenuta, ma controllata al punto da non danneggiare gli elementi difissaggio, i componenti dellassieme, la guarnizione, eccetera. Il carico di chiusuradellassieme creato allassemblaggio, quando si stringono i dadi. Questo crea unatensione nei bulloni (spesso definita precarico 5). Nonostante possa verificarsi unadeformazione plastica di parte della filettatura quando un dado viene stretto spe-cialmente la prima volta la maggior parte dei componenti dellassieme reagisconoin modo elastico al serraggio dei dadi. In effetti lintero assieme funziona come unamolla, con gli elementi di fissaggio che si tendono e gli altri componenti che vengonocompressi. Sono gli assiemi a deteriorarsi, e non solo le guarnizioni! Basse coppie diserraggio, carichi eccessivi sui bulloni, materiali dei bulloni poco resistenti, lubrifi-cazione inadeguata dellassieme dado/bullone/rondella, materiali o progettazioni del-le flange inadeguati, taglio o immagazzinaggio errati della guarnizione, pro c e d u reimproprie dinstallazione: tutto questo pu contribuire al malfunzionamento dellas-sieme, anche in presenza di materiali della guarnizione correttamente specificati.Questa pubblicazione si propone di contribuire a trovare le migliori soluzioni per iproblemi sopra citati. Va comunque sottolineato che questo documento si rivolge agliaddetti alla manutenzione, agli installatori e agli operatori meccanici, per cui contie-ne delle informazioni limitate sulle flange e sulle procedure progettuali. Per ulterio-ri particolari invitiamo i lettori a consultare altri documenti, p.es. BS5500 e ASMEsezione 8.


4. Disposizione di flange e guarn i z i o n iAttualmente si utilizzano molteplici disposizioni per gli assiemi di flange e guarn i-

z i o n i. 4, 5 Anche se una dettagliata discussione sulla progettazione delle flange va aldildei propositi di questo documento, opportuno pre s e n t a re i tipi di flange pi comu-nemente utilizzate nelle installazioni industriali. La maggior parte delle flange com-posta da materiali metallici, ma alcune applicazioni richiedono lutilizzo di flange nonmetalliche come le flange in plastica rinforzata, in vetro o in acciaio rivestito vetro. Leflange non metalliche tendono ad essere utilizzate in applicazioni che richiedono unamaggior inerzia chimica. In genere, queste flange sono meno robuste e richiedono del-le guarnizioni in materiale morbido per uninstallazione con minor compressione. An-che le temperature e le pressioni desercizio sono in genere meno severe. Le disposi-zioni di queste flange sono in genere di tipo flottante o a contatto.

4.1 Sistemi pi comuniNei normali sistemi di tubazioni trovano largo impiego le disposizioni con flange a fac-

ce rialzate e guarnizione non alloggiata. In genere, il diametro esterno della guarn i z i o n eequivale al diametro del cerchio di dadi/bulloni, meno il diametro dei bulloni. Si trattadella cosiddetta guarnizione interna ai bulloni (IBC), definita anche ring gasket ne-gli Usa. In questo caso i bulloni servono a centrare la guarnizione, facilitandone linstal-lazione e la rimozione senza separare completamente lassieme delle flange. Un sistemasimile lassieme con facce lappate. Questa connessione viene utilizzata quando il pro-

Disposizione di flange e guarnizioni 15

cesso richiede un sistema di tubazioni maggiormente inerte (in genere composto di le-ghe, plastica o vetro), ma con le flange composte di materiali non speciali. Le flange pia-ne sono in genere composte di materiali relativamente fragili. In questo caso, laguarnizione non racchiusa ed relativamente facile da installare e rimuovere.

Flange a gradino e cava con guarnizionetotalmente alloggiata. La profondit dellacava uguale o maggiore dellaltezza delgradino. Normalmente, la guarnizione

larga quanto il gradino. In questoassieme necessario separare

completamente le flange per sostituire laguarnizione; inoltre, la flangia maschio

esercita una forte pressione sullaguarnizione, per cui questa soluzione non

generalmente raccomandata per leguarnizioni morbide.

Flange maschio-femmina (conosciuteanche come flange a contatto). La

guarnizione semi-alloggiata, e questaconnessione pu presentarsi con unavariet di forme. La profondit dellaflangia femmina uguale o inferioreallaltezza della flangia maschio, allo

scopo di prevenire la possibilit di uncontatto diretto tra le facce delle flangequando la guarnizione viene compressa.

La sostituzione della guarnizione richiedeanche in questo caso la completa

separazione delle flange.


Flangia piana su flangia con cava, conguarnizione completamente alloggiata.La faccia esterna di una delle flange piana, mentre laltra presenta una cavache alloggia la guarnizione. Questaprogettazione viene utilizzata inapplicazioni che impongono una precisadistanza tra le flange. In genere, unavolta compressa la guarnizione, le faccedelle flange entrano in contatto. Questaconnessione richiede limpiego diguarnizioni resilienti.

Flange a connessione anulare,conosciute anche come flange API, in cuientrambe le flange hanno dellescanalature per il posizionamento di unaguarnizione ad anello composta in generedi metallo pieno. Queste guarnizionivengono in genere definite guarnizioniRTJ.

4.2 Finitura superficiale delle flangeLa finitura ideale per i vari tipi di guarnizioni un argomento che solleva accora-

te discussioni. Vi sono diversi studi sugli effetti delle finiture superficiali delle flan-ge, e generalmente i produttori forniscono alcune raccomandazioni sulle finiture su-perficiali pi appropriate per i diversi materiali che compongono le guarnizioni. Lesuperfici metalliche delle flange possono variare da una fusione pi o meno grezza auna raffinata lappatura, e ogni tipo di superficie influenza la capacit di tenuta. Lesuperfici delle flange per tubazioni con guarnizioni non metalliche presentano spes-so delle configurazioni concentriche chiuse o a spirale chiusa (fonografiche). Per loronatura, le flange metalliche sono in grado di sopportare delle pressioni sulle guarni-zioni pi elevate, e pertanto sono assolutamente necessarie in presenza di condizio-ni di servizio difficili. Ecco alcune delle regole generali applicabili alla finitura su-perficiale delle flange:

la superficie della flangia ha un preciso effetto sulla capacit e la sicurezza del-la tenuta

per costringere il materiale della guarnizione a riempire le irregolarit superfi-ciali della flangia necessaria una determinata compressione. La pressione necessa-ria per raggiungere la compressione richiesta direttamente proporzionale allareadi contatto tra la guarnizione e la flangia. La forza di serraggio pu essere ridotta li-mitando larea della guarnizione o larea di contatto della flangia


pi i rilievi di una finitura concentrica chiusa sono vicini, oppure meno profondesono le scanalature, e pi la superficie della flangia ricorda una superficie piana conil relativo aumento dellarea a contatto. Questo obbliga ad aumentare il carico suibulloni per comprimere efficacemente la guarnizione. Leffetto opposto si ha con lau-mento dellintervallo tra i rilievi

una flangia con la superficie assolutamente liscia offre un livello di frizione ri-dotto, per cui la sua capacit di trattenere la tenuta impedendone lestrusione sottola spinta del fluido tenuto diminuisce di conseguenza

una finitura a spirale chiusa pi difficile da sigillare di una finitura concentri-ca chiusa, poich la guarnizione deve riempire le scanalature fino in fondo per evita-re il trafilamento del fluido da unestremit allaltra della spirale

le finiture concentriche e a spirale sono spesso associate alle flange di connes-sione delle tubazioni, mentre le finiture smerigliate commerciali riguardano pi leconnessioni flangiate che le flange di connessione delle tubazioni. Prestare attenzio-ne alle finiture realizzate con fresatrici, poich potrebbero presentare dei percorsi ditrafilamento addizionali se la fresatura non sufficientemente piana.

Dato che i materiali delle guarnizioni variano per durezza o resistenza allo scor-rimento, la selezione del materiale per guarnizioni pi appropriato in relazione allafinitura della flangia e allapplicazione assume unimportanza decisiva.

Esempio: per alte temperature e/o pressioni, utilizzare flange con una fini-tura superficiale grezza ma controllata e guarnizioni con una buo-na resistenza allo scorrimento.

per basse temperature e/o pressioni, una finitura liscia tollerabi-le, specialmente in presenza di guarnizioni morbide.

per flange deboli o fragili, utilizzare guarnizioni morbide.

4.3 Elementi di fissaggioNella maggior parte delle connessioni con flange e guarnizioni, gli elementi di fis-

saggio che forniscono la forza di compressione sulle flange (e tramite le flange, sulleg u a rnizioni) sono normalmente bulloni e prigionieri sotto tensione (5). In term i n imeccanici, un bullone un elemento di fissaggio filettato da utilizzare con un dado,mentre un prigioniero ugualmente filettato ma va utilizzato con due bulloni (e in al-cuni casi con un gambo interamente filettato).

La funzione di un elemento di fissaggio di serrare la connessione con forza suffi-ciente a prevenire perdite o scorrimenti, e pertanto devessere abbastanza resisten-te da sopportare la tensione indotta dal serraggio iniziale unitamente ai carichi ad-

3


dizionali presenti durante il servizio (in conseguenza di pressione, temperatura e ci-cli). Nella determinazione delle capacit di un elemento di fissaggio import a n t econsiderare un certo numero di variabili, 5 tra cui la resistenza alla trazione, le pos-sibilit di spanatura dei filetti, laffaticamento e la formazione di cricche per corro-sione sotto sforzo (SCC).

La reazione degli elementi di fissaggio al rilassamento sotto sforzo dipende daimateriali costruttivi. Tuttavia, il rilassamento sotto sforzo ha un marcato effetto sulcarico di compressione generato sullassieme flange/guarnizione in condizioni di ser-vizio. Di conseguenza, durante la selezione degli elementi di fissaggio da utilizzareper una particolare applicazione importante considerare le variazioni di tempera-tura presenti durante il servizio.

Temperature desercizio raccomandate per bulloni e prigionieriMateriale Temperature in C (F)

Minimo MassimoAcciaio al carbonio 20 ( 4) 300 (572)B7, L7 100( 148) 400 (752)B6 0 (32) 500 (932)B8 250 ( 418) 575 (1067)B16 0 (32) 520 (968)B17B 250 ( 418) 650 (1202)B80A 250 ( 418) 750 (1382)

Nella maggior parte degli assiemi flangiati, la pressione sulla guarnizione non di-stribuita uniformemente in tutti i punti. Per esempio, due bulloni di largo diametropossono forn i re lo stesso carico complessivo di 12 bulloni di diametro minore, maquesto carico distribuito in modo radicalmente diverso. Larea della guarnizioneimmediatamente circostante ai bulloni o ai prigionieri sopporta una pressione mag-giore di quella presente a met tra due bulloni/prigionieri, per via dellinarcamentodella flangia. Pertanto, allo scopo di distribuire la pressione sulla guarnizione in mo-do pi uniforme possibile importante utilizzare il numero pi elevato possibile dibulloni o prigionieri opportunamente distanziati. Una raccomandazione importante:

Mai utilizzare un numero di elementi di fissaggio inferiore a quello progettatoper la flangia.

Quando gli elementi di fissaggio e i componenti della connessione vengono postisotto tensione stringendo i dadi (inducendo quindi un carico sulla guarnizione), gli

3


elementi e i componenti della connessione si deformano. Bulloni e prigionieri au-mentano di lunghezza man mano che cresce la tensione al loro interno.

La deformazione iniziale degli elementi di fissaggio rientra nellarea elastica, nel-la quale non si avr una deformazione permanente anche applicando e allentando ilcarico pi volte. La forza di trazione pi elevata che pu essere sopportata senzad e f o rmazione permanente nota come limite elastico (definito anche carico di pro-va). Gli elementi di fissaggio off rono le migliori prestazioni nellambito della loroa rea elastica.

I carichi di tensione superiori al limite elastico produrranno qualche tipo di defor-mazione permanente; lelemento di fissaggio non torner pi alla sua lunghezza ori-ginale, e la sua efficacia come tensionatore elastico risulter compromessa. Lo sfor-zo di trazione che genera una deformazione permanente specificata definito limitedi elasticit convenzionale (spesso chiamato resistenza allo snervamento), e per i me-talli viene comunemente usata una deformazione dello 0,2%. Lo sforzo di trazioneche genera una deformazione di questa entit viene spesso definita intercetta dellaretta pratica di elasticit oppure limite apparente di elasticit dello 0,2%. Alla sogliamassima, il limite di resistenza dellelemento di fissaggio viene anche definito resi-stenza alla trazione.

Quando una specifica comprende il test del carico di prova (spesso definito tensio-ne sotto il carico di prova) su un elemento di fissaggio completo, il valore misurato econfermato pu essere utilizzato per stabilire la massima capacit di carico. In ognicaso, alcune specifiche forniscono un limite di elasticit convenzionale dello 0,2% co-me indicazione del limite elastico. Notare che si tratta di un valore arbitrario, basa-to su una curva sforzo-deformazione ottenuta da un campione di prova lavorato dal-lo stock di barre in lega (pertanto, non su un elemento di fissaggio completo). Inrealt, il vero limite elastico di molti elementi di fissaggio in lega pu essere note-volmente inferiore al limite di elasticit convenzionale dello 0,2%. Questa discrepan-za non costituisce alcun problema nei casi in cui il carico progettuale non utilizza ap-pieno la presunta resistenza dellelemento di fissaggio; tuttavia, il rischio di snerva-mento o di rottura del bullone/prigioniero aumenta se viene utilizzata unalta per-centuale dello sforzo di snervamento presunto, che dipende principalmente dal ma-teriale e dal metodo costruttivo dellelemento di fissaggio. Per esempio, la seguentetabella (adattata da EN 20898-1 del 1991) indica le propriet meccaniche di alcunielementi di fissaggio a temperatura ambiente, e mostra i diversi valori per il caricodi prova e per il limite di elasticit convenzionale dello 0,2%.

Classe di propriet4,6 6,8 8,8 10,9 12,9

d16 mm

Resistenza allatrazione, MPa [ksi] 400 [58] 600 [87] 800 [116] 830 [120] 1040 [151] 1220 [177]

Tensione sotto caricodi prova, MPa [ksi] 225 [33] 440 [64] 580 [84] 600 [87] 830 [120] 970 [141]

Limite di elasticitconvenzionale 0,2% 640 [93] 680 [99] 940 [136] 1100 [160]MPa [ksi]


Per elementi di fissaggio di classe 8,8 con diametri d < 16 mm, esiste un maggiorrischio di spanatura del dado in caso di un serraggio eccessivo in grado di indurre uncarico superiore al carico di prova (raccomandazione: riferirsi a ISO 898-2). I lettoridevono inoltre tener presente che gli elementi di fissaggio possono avere dei rive-stimenti anticorrosione, oppure essere galvanizzati. Notare che le tabelle di questoparagrafo si riferiscono esclusivamente a elementi di fissaggio non trattati. La ta-bella sottostante (adattata da ASTM A 193/A 193M) indica dei requisiti meccanici atemperatura ambiente molto simili:

B6 B7 B16 Classe Classe(Cr-Mo) (Cr-Mo-V) 1 2

B8 ecc. B8 ecc.

Diametro fino a fino a >21/2- >4-7 fino a >21/2- >4-7Tutti

fino a >3/4-1 >1-11/4

(pollici) 4 incl. 21/2 incl.4 incl. incl. 21/2 incl. 4 incl. incl. 3/4 incl. incl. incl.

Diametrofino a fino a >65- >100- fino a >65- >100- fino a >20- >25-

100 65 100 180 65 100 180 Tutti 20 25 32(mm)

incl. incluso incl. incl. incl. incl. incl. incl. incl. incl.

Resistenza110 125 115 100 125 110 100 75 125 115 105

alla trazione,

ksi [MPa][760] [860] [795] [690] [860] [760] [690] [515] [860] [795] [725]

Resistenza

allo snerva- 85 105 95 75 105 95 85 30 100 80 65

mento 0,2%,[585] [720] [655] [515] [725] [655] [586] [205] [690] [550] [450]

ksi [MPa]

Di conseguenza, il modulo di elasticit dellelemento di fissaggio un parametroi m p o rtante. Lallungamento del bullone/prigioniero pu essere misurato in diversimodi, p.es. con unasticella di misurazione sistemata in un foro eseguito lungo lassedel bullone. Lasticella collegata alla testa del bullone, ma libera lungo lasse. Que-sto significa che quando il bullone sotto carico possibile misurarne la variazionedi lunghezza (allungamento) con un micrometro di profondit.

La misurazione dellallungamento del bullone tramite un micro m e t ro richiedetempo, e pu non fornire un controllo del precarico abbastanza accurato. Limpiegodegli ultrasuoni consente di evitare molti inconvenienti, offrendo un metodo pi ac-


curato per la determinazione dellallungamento del bullone. 5 Tuttavia, questo meto-do non sempre opportuno, e richiede unelevata abilit da parte delloperatore. Lal-lungamento degli elementi di fissaggio pu essere monitorato anche con i dispositivia controllo di tensione, che sono pre-impostati sul carico richiesto. Ovviamente, qual-siasi elemento di fissaggio aumenta la propria lunghezza per effetto del calore, ridu-cendo quindi il carico sulla guarnizione. Ma anche prima, il progressivo riscaldamen-to del sistema verso la temperatura desercizio provoca lespansione della flangia.Pertanto, il coefficiente despansione dei componenti del sistema della flangia va te-nuto presente durante la progettazione della connessione.

La prestazione della tenuta dipende strettamente dal corretto livello di tensionenellelemento di fissaggio. Senza apparente motivo, si raccomanda spesso che la ten-sione sullelemento di fissaggio si avvicini al massimo livello di tensione, che natu-ralmente deve rientrare nellarea elastica dellelemento in oggetto. Tuttavia, se que-sti deve operare in modo efficace e affidabile nellambito della sua regione elasticaper lintera durata di servizio della connessione, necessario mantenere un marginedi sicurezza. Questo dipende dal materiale, dal metodo costruttivo e dalle dimensio-ni dellelemento, oltre che dal metodo di serraggio. La seguente tabella pu servireda guida prudenziale ai carichi massimi applicabili a bulloni o prigionieri a tempera-tura ambiente.

Specifica Carico di prova Max. carico sul bullone come %dellelemento come % dello 0,2% del carico di provadi fissaggio della tensione di prova con coppia con tensionatore

ISO 898, BS vedere 85% 90%1768, SAE J429 specificheB7, L7, B16 fino a M36 (11/2") 88% 85% 90%

> M36 (11/2") 80% 85% 90%

Leghe non ferrose, cuprometalli,acciaio inox duplex, nimonico 70% 85% 90%

Acciaio inox austenitico, B8 60% 85% 90%

Per fare un esempio, se si pensa di utilizzare degli elementi di fissaggio in acciaioaustenitico e stringerli con una chiave torsiometrica, utilizzare al massimo l85%del 60% della tensione di prova dello 0,2% stabilita per il materiale. Questo garan-tir un adeguato margine di sicurezza. Tuttavia, per specifiche raccomandazioni suicarichi massimi applicabili agli elementi di fissaggio, riferirsi sempre al loro co-s t ru t t o re. La selezione di elementi di fissaggio di grado e dimensioni tali da ga-r a n t i re una resistenza elastica sufficiente a mantenere la tensione di progetto neilimiti elastici di vitale importanza. Pertanto, quando si selezionano dei bulloni odei prigionieri:

accertarsi che abbiano una resistenza allo snervamento sufficiente ad assicura-re il rispetto dei limiti elastici al carico richiesto

selezionarli in modo che abbiano lo stesso modulo di elasticitassicurarsi della loro resistenza alla corrosione, che pu influenzare le presta-

zioni in modo significativoper assicurarsi il rispetto delle raccomandazioni sopra elencate, mai riutilizzarli.3

3

3

3


4.4 DadiLa tensione degli elementi di fissaggio (e da qui la compressione della tenuta) vie-

ne generata stringendo uno o pi dadi sulla filettatura dei bulloni/prigionieri. La fi-lettatura gioca pertanto un ruolo fondamentale nelloperazione di serraggio, ed im-portante mantenerne lintegrit. I singoli filetti si deteriorano quando le forze assia-li che agiscono sullelemento di fissaggio superano la resistenza al taglio dei filetti. Ifattori principali che determinano la spanatura sono:

dimensioni dellelemento di fissaggio lunghezza della presa dei filetti forza dei materiali costruttivi dellelemento di fissaggio e del dado.I filetti di un elemento di fissaggio di grandi dimensioni sono pi lunghi e han-

no radici pi spesse dei filetti di un elemento di dimensioni minori. Questo significache larea da tagliare per ciascun filetto prima di pro v o c a rne la spanatura mag-g i o re per gli elementi di grandi dimensioni, e questo comporta una maggior capa-cit di presa. Aumentare la lunghezza della presa tra i filetti accresce larea tra-sversale del materiale da tagliare per spanare i filetti.

Le filettature si spanano pi facilmente quando i materiali costruttivi del dado edellelemento di fissaggio hanno una forza uguale. Per una sicurezza ottimale, uti-l i z z a re un dado che abbia un carico di prova specificato maggiore del 20% del limitedi resistenza dellelemento di fissaggio. In questo modo, lelemento si romper pri-ma di spanare la filettatura del dado. Tener presente che un bullone spezzato de-cisamente pi facile da scoprire di un dado spanato.

Unaltra cosa da tener presente leffetto dello stiramento, cio della saldatu-ra a freddo (totale o parziale) di una superficie sottoposta a carico su unaltra. Si ve-rifica quando le superfici aderiscono una allaltra cos strettamente da cre a re dei le-gami molecolari tra le parti a contatto, per esempio tra dado e bullone.

Questo avviene tra superfici che subiscono un carico molto severo, oppure quan-do la filettatura molto stretta, quando non vi pi lubrificante per essiccamentoo rimozione e quando la filettatura danneggiata.

Il fenomeno si aggrava ad alte temperature di esercizio o in presenza di corro-sione. Lo stiramento difficile da eliminare .

Quanto segue pu aiutare : utilizzare filettature grezze, piuttosto che filettature fini impiegare il corretto lubrificante selezionare dei materiali per gli elementi di fissaggio e i dadi che offrano in com-

binazione tra loro una buona resistenza allo stiramento, p.es. acciaio AISI 316 trafi-lato a freddo sul medesimo materiale, dadi in acciaio AISI 400 su elementi in acciaioAISI 316, eccetera.

Quando si selezionano i dadi:selezionarli con un carico di prova specificato superiore del 20% al limite di re-

sistenza alla trazione dei bulloni/prigionieri.

4.5 RondelleNel disegno del par. 4.3, i bulloni/prigionieri sono dotati di rondelle. Le rondelle

sono importanti, non solo perch distribuiscono il peso in modo pi uniforme, ma an-che perch contribuiscono al processo di serraggio consentendo un serraggio torsio-metrico pi lineare del dado lungo la filettatura. Rondelle piatte e indurite vannosempre utilizzate con gli elementi di fissaggio, poich offrono un buon numero di van-taggi. Le rondelle infatti possono:

3


ridurre in modo significativo la frizione durante il serraggio tra il dado e i com-ponenti della connessione. Questo migliora la linearit del serraggio torsiometrico, equindi la precisione e la ripetibilit, riducendo al contempo la coppia necessaria

ridurre i problemi generati dallaffaticamento grazie alla miglior distribuzionedel carico esercitato sulla connessione dallelemento di fissaggio

rendere pi uniformi le forze di interfacciamento tra i componenti del giunto emigliorare quindi le prestazioni della guarnizione

chiudere le slottature e i fori troppo grandi, facilitando lassemblaggio di com-ponenti diversi

prevenire i danneggiamenti alle superfici della connessione ridurre linclusione tra i componenti della connessione, riducendo quindi il rilas-

samento dopo il serraggioutilizzare sempre le rondelle!utilizzare rondelle dello stesso materiale dei dadi.

4.6 Carichi mobiliNel corso della durata di servizio di una guarnizione piana inclusa in un assieme

flangiato, il carico di compressione sulla guarnizione varier nel tempo per diversecause, tra cui il rilassamento dei materiali della guarnizione e dei bulloni, la tempe-ratura e i cicli termici, le vibrazioni, eccetera. Per compensare queste alterazionivengono talvolta usati dei sistemi in grado di fornire un carico pi costante nel tem-po modificando lelasticit dellassieme.

A questo proposito si utilizzano degli elementi di fissaggio pi lunghi (con spazia-tori), o dei carichi mobili. Questi ultimi sono generalmente dotati di molle a dischimetallici (chiamate spesso rondelle Belleville) attentamente progettate, seleziona-te e disposte in modo da fornire un carico conosciuto, limitando quindi la forza di ser-raggio del sistema.

In effetti, le molle a disco vengono compresse fino a raggiungere una specificaflessione di carico in piano. Questo offre una sorta di riserva denergia come caricomobile, che viene quindi convertita in un carico di compressione sulla flangia e quin-di sulla guarnizione. Lammontare del carico applicato va valutato con attenzione, da-to che potrebbe generare una pressione eccessiva sulla flangia e sulla guarnizione.Se operano sovrapposte, la progettazione prevede in genere una massima flessionedel disco pari al 75% di compressione della molla non compressa (cio, la molla trat-tiene il 25% della sua forma non compressa).

Alcune applicazioni possono prevedere delle molle a disco in serie e sovrapposte,oppure in parallelo o addirittura una combinazione di entrambe. Ogni combinazionefornisce un diverso livello di riserve di energia sotto flessione, in genere:

3

3


A prescindere dalla configurazione, la serie di molle a disco necessita di una gui-da, che pu trovarsi sul diametro esterno o su quello interno, per prevenire i movi-menti laterali una volta sotto carico. Se viene utilizzato un involucro esterno, questipu proteggere il sistema dalla corrosione ambientale e presenta lulteriore vantag-gio di mantenere costante la lubrificazione fornita da un ingrassatore ad alta pres-sione. Lallineamento delle molle a disco e la lubrificazione minimizzano la frizione trale superfici a contatto. Mentre agisce da mezzo di contenimento, linvolucro esternopu anche offrire una chiusura di sicurezza per prevenire luso errato o lalterazionedella progettazione originale, contribuendo alla sicurezza dellimpianto durante ilfunzionamento. Notare per che il grado di acciaio utilizzato pu limitare la massimatemperatura desercizio del sistema di carico mobile.

4.7 Sistemi di protezione delle flangeLe nuove flange vengono in genere consegnate con un rivestimento di plastica per

proteggerle prima delluso. Questo rivestimento va rimosso dallarea a contatto conla guarnizione, poich quando si scalda, il rivestimento tende a diventare morbido ea ridurre la frizione tra la guarnizione e le superfici della flangia. Questo, in presen-za di guarnizioni morbide, pu provocare il deterioramento della connessione a cau-sa delleccessivo scorrimento plastico indotto dal basso livello di frizione (vd. ancheil paragrafo sui Composti di giunzione).


5. Selezione delle guarn i z i o n iQuesto documento si rivolge ai tecnici della manutenzione e agli installatori, men-

t re la selezione dei materiali spetta anzitutto al responsabile o al progettista del-limpianto. Laddetto alla manutenzione gode in genere di scarse possibilit perquanto riguarda la scelta del materiale delle guarnizioni. Di conseguenza, questo pa-ragrafo fornisce solo alcune informazioni di base sulla maggior parte dei materiali di-sponibili. La selezione va effettuata principalmente su:

compatibilit con il fluido di processo temperatura e pressione desercizio variazioni delle condizioni di servizio (p. es. durante il cambio di ciclo) tipo di connessione.Una parola di avvertimento: nonostante molti materiali siano simili, le propriet

e le prestazioni delle guarnizioni variano da un prodotto allaltro. Raccomandiamoquindi di consultare sempre il produttore per istruzioni pi dettagliate sul prodottospecifico.

importante: utilizzare sempre delle guarnizioni di buona qualit acquistate daun fornitore conosciuto, poich il costo di una guarnizione insignificante a confron-to del costo di un arresto non preventivato o delle conseguenze di un mancato ri-spetto delle norme di sicurezza.

5.1. Selezione del materialeLe guarnizioni piane possono essere realizzate in unampia variet di materiali.

Questo capitolo si propone di fornire una breve panoramica dei materiali di uso picomune. Per semplicit, stato diviso in 5 parti:

materiali elastomerici materiali fibrosi altri materiali equivalenti europei dei materiali in acciaio inox materiali metallici.

Materiali elastomerici. Spesso, questi materiali costituiscono liniziazione aiprodotti di tenuta in fogli. Pi comunemente, agiscono da legante quando vengonomiscelati con varie fibre e riempitivi. Le composizioni (e quindi le prestazioni) pos-sono variare, per cui raccomandiamo di consultare sempre il produttore.

Materiale elastomerico dotato di buona resistenzaallozono e alla permeazione da gas. Idoneo per acidileggeri, alcali ed esteri, ma offre poca resistenza a olie combustibili.

Elastomero con eccellente resistenza chimica ad acidie alcali. Buona resistenza agli oli. Ottime proprietignifughe.

Elastomero dotato di buona resistenza allozono, alvapore, agli acidi forti e agli alcali. Non adatto ai solventie agli idrocarburi aromatici.

Termopolimeroetilene-propilene(EPDM)

Polietileneclorosulfonato

Gomma butile(IIR, ancheconosciuta comeisobutilene,isoprene)

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Idrocarburo fluorinato che offre uneccellente resistenzaagli acidi, agli idrocarburi alifatici, agli oli e a molteapplicazioni corrosive. Non adatto alle ammine, agliesteri, ai chetoni e al vapore.

Eccellenti propriet di recupero. Buona resistenza allamaggior parte dei sali inorganici, agli acidi leggeri e aglialcali. Non raccomandata per oli e solventi, o nei casi incui lesposizione allozono, allossigeno o alla luce del sole significativa.

Eccellente resistenza agli oli, allozono e ai fattoriambientali. Adatto per acidi leggeri, alcali, soluzionisaline, petrolio, solventi, oli e combustibili. Nonraccomandato per acidi forti o idrocarburi.

Miglior resistenza chimica e alle temperature rispetto alneoprene. Buona resistenza agli oli e agli idrocarburi.Non adatto agli idrocarburi clorurati, esteri, chetoni eagli agenti fortemente ossidanti.

Eccellente resistenza alle temperature. Non vieneinfluenzato dallozono o dalla luce solare. Non adatto amolti idrocarburi e al vapore.

Adatto ad acidi organici e prodotti chimici leggeri. Nonadatto agli acidi forti, alla maggior parte degliidrocarburi e allozono.

Materiali fibrosi

Fibra aromatica di ammide. Offre una grande resistenzae stabilit ed adatta alle medie temperature. Le fibregrezze possono fibrillare.

Grazie alle sue efficienti capacit di tenuta in unampiagamma di condizioni di servizio, lamianto stato ilmateriale pi comunemente utilizzato per la tenuta delleconnessioni flangiate fin dalla fine del secolo scorso. Oggi,viene sempre pi sostituito da materiali privi di amianto(obbligatori in molti Paesi).

La loro elevata conduttivit termica assicura una rapidadissipazione del calore, consentendo unottima resistenzaalle alte temperature (tranne in atmosfere ossidanti).Offrono unampia resistenza chimica, e possono essereutilizzate con pH da 0 a 14. Come gi detto, non vannoutilizzate in ambienti ossidanti.

Filamenti dicarbonio

Amianto

Aramide

Stirene butadiene(SBR)

Silicone

Nitrile (NBR)

Neoprene(cloroprene, CR)

Gomma naturale(NR)

Fluoroelastomero

Selezione delle guarnizioni 27

Fibra naturale adatta per applicazioni con bassetemperature e/o medie pressioni. Le fibre grezze possonofibrillare.

Complesso inorganico di silicati metallici, offre una buonaresistenza tranne che in presenza di prodotti chimici.Adatto per applicazioni con temperature medie e alte. Lefibre non fibrillano.

Conosciute anche come Lane minerali, si tratta di fibreinorganiche composte da silicati metallici con unampiagamma di diametri. Adatte per applicazioni a media ealta temperatura. Le fibre non fibrillano.

Altri materiali

Come conseguenza del processo nella sua formaespansa, questo materiale essenzialmente grafitepura costituita in genere al 95% o pi da carbonioelementare. Ne consegue un materiale con unampiaresistenza chimica, anche se il suo impiego inambienti ossidanti sconsigliato. Viene fornitain genere con un peso specifico apparente di 1,1 Mg.m 3

(70 lb.ft 3), che equivale a circa il 50% del massimoteorico ed lideale per la maggior parte delleapplicazioni industriali. Questo materiale pu esserefornito con densit maggiori (per applicazioni con altepressioni del fluido) o minori (per applicazioni in cui icarichi di tenuta sono relativamente bassi o cherichiedono una buona conformabilit).

Materiale reperibile in natura e costituito da silicaticomplessi di alluminio, caratterizzato da una morfologialaminare e da una sfaldatura basale quasi perfetta. Lastruttura possiede un alto grado di flessibilit, dielasticit e di resistenza. Eccellente stabilit termica eresistenza chimica.

Caratteristiche di resistenza chimica estremamenteampie (il PTFE attaccato solo da metalli alcalini fusie dai gas di fluoro), con eccellenti propriet antiadesive edielettriche. Questo materiale possiede unaltacomprimibilit, che gli consente un ottimo adattamentoalle superfici irregolari delle flange, ed facile damaneggiare. tuttavia soggetto a degrado perradiazioni.

PTFE

Mica(Vermicolite)

Grafite flessibile

Fibre mineraliartificiali(MMMF)

Fibre di vetro

Cellulosa


Equivalenti europei ai materiali in acciaio inox

Usa Germania Spagna Francia Italia Svezia GBAISI DIN/W.-Nr UNE AFNOR UNI SS BS

304X5CrNi 18 9

X5CrNi 18 10 Z6CN 18.09 X5CrNi 18 10 2332 304 S 15/1.4301

304LX2CrNi 18 9

X2CrNi 19 10 Z2CN 18.10 X2CrNi 18 11 2352 304 S 12/1.4306

316X5CrNiMo 18 10

X5CrNiMo 17 12 Z6CND 17.11 X5CrNiMo 17 12 2347 316 S 16/1.4401

316LX2CrNiMo 18 10

X2CrNiMo 17 12 Z2CND 18.13 X2CrNiMo 17 12 2348316 S 11

/1.4404 316 S 12

321X100CrNiTi 18 19

X7CrNiTi 18 11 Z6CNT18.10 X6CrTi 18 11 2337 321 S 12/1.4541

347X100CrNiNb 18 9

X7CrNiNb 18 11 Z6CNNb 18.10 X6CrNiNb 18 11 2338 304 S 17/1.4550

410X100 Cr 13

X12 Cr 13 Z12 C 13 X12 Cr 13 2302 410 S 21/1.4006

Materiali metallici

Nome Materiale Descrizione Commenticommerciale

Acciaio al Foglio forgiato o Solo per applicazioni generali.carbonio laminato (ferro dolce)

316 Acciaio inox austenitico Eccellente resistenza alla corrosione, ma18-12 Cr/Ni con Mo ma soggetto a formazione di cricche

per corrosione sotto sforzo (SCC) e acorrosione intergranulare con certifluidi.

316L Variazione di 316 con SCC e corrosione intergranulare ridotti.ridotto contenuto dicarbonio.

304 Acciaio inox austenitico Eccellente resistenza alla corrosione, ma18-8 Cr/Ni soggetto a SCC ad alte temperature.

304L Variazione di 304 con SCC e corrosione intergranulare ridotti.ridotto contenuto dicarbonio.

321 Acciaio inox 18-10 Cr/Ni Soggetto a SCC ma con ridottacon Ti. corrosione intergranulare.

347 Variante dellacciaio Soggetto a SCC ma con ridottainox 18-10 Cr/Ni corrosione intergranulare. Idoneo per

alte temperature.


410 Acciaio inox ferritico Eccellente idoneit alle alte temperature,12-9 Cr/Ni buona resistenza alla corrosione.

Titanio Eccellente resistenza alla corrosione daalte temperature, ottimo per fluidiossidanti.

Alloy 600 Inconel 600 Lega al 70%Ni, 15%Cr, Eccellente resistenza alla corrosione da8% Fe. alte temperature

Alloy 625 Inconel 625 Lega Ni/Cr con Mo e Nb Ottima resistenza alla corrosione perunampia gamma di fluidi acidi e alcalini

Alloy 800 Incoloy 800 Acciaio legato al 32% Eccellente resistenza alla corrosione daNi, 20% Cr e 46% Fe. alte temperature.

Alloy 825 Incoloy 825 Acciaio legato con Ni, Buona resistenza agli acidi caldi edCr, Fe, Mo, Cu. eccellente resistenza a SCC.

Alloy 200 Nickel 200 99,6% di Ni puddellato Molto resistente a fluidi riducenti e aglialcali.

Alloy 400 Monel400 Acciaio legato al 67% Molto resistente allacido fluoridrico.Ni, 30% Cu.

Alloy B2 Hastelloy B2 Acciaio legato Ni/Mo Eccellente resistenza allacido acetico,cloridrico, fosforico e solforico.

Alloy C276 HastelloyC276 Acciaio legato Ni/Cr/Mo Eccellente resistenza alla corrosione dafluidi riducenti e ossidanti.

Alloy 20 Carpenter 20 Acciaio legato Fe/Ni/Cr Sviluppato per applicazioni cherichiedono una buona resistenzaallacido solforico.

Alloy x-750 Inconelx-750 Acciaio legato Ni/Cr/Fe Acciaio ad alta resistenza indurito perprecipitazione.

Alluminio Eccellente duttilit e malleabilit.

Rame Resistente alla corrosione in genere.

5.2 Tipi di guarnizioneLe guarnizioni si suddividono in 3 categorie principali: guarnizioni morbide (non metalliche) guarnizioni semi metalliche guarnizioni metalliche.Le caratteristiche meccaniche e il livello di prestazioni di ogni categoria varia

notevolmente a seconda del tipo di guarnizione e dei materiali costruttivi. Ovvia-


mente le propriet meccaniche rappresentano un parametro importante quando sivaluta la progettazione della guarnizione, ma in genere la selezione si basa soprat-tutto su:

temperatura e pressione del fluido di processo natura chimica del fluido di processo carico meccanico sulla guarnizione.

Guarnizioni morbide Realizzate spesso con materiali compositi in foglio,(non metalliche) idonee per unampia gamma di applicazioni

generali e applicazioni chimiche corrosive, sono ingenere raccomandate per medie e basse pressioni.Tra i materiali costruttivi, segnaliamo le fibrecompresse di amianto (CAF), i materiali fibrosisenza amianto, la grafite e il PTFE.

Guarnizioni Guarnizioni composite realizzate in materialisemi metalliche metallici e non metallici, con il metallo che in

genere fornisce resistenza ed elasticit allaguarnizione. Adatte per ogni temperatura epressione. Tra le guarnizioni semi metalliche visono le guarnizioni morbide con profilo a camma, aocchiello metallico, incamiciate e con rinforzometallico (tra cui le guarnizioni di grafite concodolo (tanged graphite) e materiali it con filo dirinforzo), le guarnizioni metalliche corrugate e leguarnizioni avvolte a spirale.

Guarnizioni metalliche Questo tipo di guarnizioni pu essere composto daun solo metallo o da una combinazione di materialimetallici e presenta una certa variet di forme edimensioni. Sono idonee per molte applicazioni conpressione e temperatura elevate. Per sistemare laguarnizione sono necessari carichi elevati. Tra leguarnizioni metalliche segnaliamo i tipi con anelli alente (lens rings), a connessione anulare (ring typejoints) e le guarnizioni saldate.

Le guarnizioni devono risultare chimicamente compatibili con il fluido di pro c e s-so e off r i re una buona resistenza al deterioramento da questi generato. Per le guar-nizioni metalliche va inoltre considerata la corrosione elettrochimica (o galvani-ca), che pu essere minimizzata selezionando dei materiali per flangia e guarn i z i o-ne vicini tra loro per serie elettrochimiche (in alternativa, la guarnizione pu esse-re sacrificabile per minimizzare i danneggiamenti alla flangia).

Questo tipo di corrosione nasce da un processo elettrochimico generato dalla pre-senza di un fluido ionoconduttore, che pu essere una soluzione acquosa resa con-duttiva dalla presenza di ioni dissolti.

Lelemento di base dissolto in un processo redox, nei quali gli elettroni emessidallelemento di base (anodo) sono assorbiti nella soluzione e depositati sullelemen-to nobile (catodo).


Serie elettrochimiche di alcuni metalli e leghe commerciali (in acqua di mare)Anodo (base) Magnesio

ZincoGhisaAcciaio al carbonioAcciaio inox 304 (attivo)Acciaio inox 410 (attivo)RameAcciaio inox 316 (attivo)InconelAcciaio inox 410 (passivo)TitanioAcciaio inox 304 (passivo)MonelAcciaio inox 316 (passivo)Oro

Catodo (nobile) Platino

Riportiamo qui una guida sintetica alle guarnizioni e ai materiali costruttivi prin-cipalmente utilizzati per assicurare delle soluzioni di tenuta sicure e affidabili. Se sirende necessario limpiego di speciali rivestimenti per facilitare la rimozione dellaguarnizione dalla flangia dopo il servizio, utilizzare materiali con rivestimento antia-derente applicato dal costruttore (vd. Composti di giunzione). Va comunque tenu-to presente che la guida qui proposta riporta dei limiti di funzionamento esclusiva-mente a scopo indicativo. Molte guarnizioni sono composite e contengono una varietdi leganti, riempitivi, eccetera, che possono modificare le prestazioni complessive. Ilimiti di funzionamento e il grado di idoneit possono variare in modo significativo aseconda dei materiali costruttivi e delle specifiche condizioni di servizio. In questecircostanze, i suggerimenti del produttore sono importantissimi! Pertanto, fare sem-pre riferimento al produttore per stabilire lidoneit della guarnizione alle specificheapplicazioni e ai valori minimi e massimi raggiungibili in particolari condizioni di ser-vizio. Prima di selezionare un tipo di guarnizione o un determinato materiale co-struttivo, assicurarsi che sia il pi idoneo alla specifica applicazione!

Tipo di guarnizione Commentoo di materiale

Miscela di paste Grazie al processo di aggiunta per paste, possibileamalgamare unampia variet di fibre, riempitivi eleganti. I prodotti vengono quindi realizzati utilizzandoun processo produttivo simile a quello della carta, chegeneralmente implica la calandratura, per ottenere deimateriali con unampia gamma di prestazioni.

Fibre di amianto Prodotte con il processo di calandratura it (vd. fondopagina), nel compresse (CAF) quale la miscela vienepressata tra due cilindri sotto carico. I materiali diamianto in fogli presentano spesso un alto contenuto difibre e possono essere formulati con unampia variet di


riempitivi e leganti. Vengono considerati un materialemolto tollerante, con una gamma di applicazioni moltoampia.

F i b re compre s s e Tramite il processo it, possibile amalgamare unampiasenza amianto variet di fibre, riempitivi e leganti. Pertanto, i materiali

per guarnizioni in fibre compresse possono essereprogettati per operare su unampia variet di fluidi,pressioni e temperature. In genere, questi materialipossono eguagliare o superare le prestazioni delle fibredi amianto, anche se richiedono un approccio diverso perquanto riguarda la selezione, le modalit di trattamentoe linstallazione.

Volume costante Guarnizioni con lelemento di tenuta racchiuso sia suldiametro esterno che su quello interno da anellimetallici, in modo che una volta compressa appieno laguarnizione vi sia un contatto metallo su metallo tra lesuperfici delle flange e gli anelli metallici. Questoconsente di mantenere costante il volume dellelementodi tenuta e la sollecitazione su di esso a prescindere dalcarico in eccesso sopportato. Lelemento di tenuta puessere composto da qualsiasi materiale idoneoallapplicazione (p.es. grafite).

Composti Economico e generalmente idoneo per connessionidi sughero leggere e condizioni di servizio relativamente semplici.

Ideale per le flange facili da danneggiare (p.es. vetro oceramica), ma raccomandate solo per servizi lightduty.

Composti di Possiede le caratteristiche desiderabili del sughero unitesughero e gomma ai vantaggi della gomma sintetica. Pi semplice da

maneggiare e pi durevole sugli scaffali del semplicesughero, pu offrire anche una miglior resistenzachimica (a seconda del legante della gomma). Pu ancheessere rinforzato con fibre per una miglior sopportazionedel carico. Ideale per applicazioni light duty.

Metalliche corrugate Guarnizioni metalliche che contengono un materialeriempitivo sulle rughe. La tenuta viene creata dalcontatto tra i vertici delle rughe e la superficie dellaflangia.

Involucro Usato principalmente insieme a componentianticorrosione in vetro, metallo rivestito vetro, ecc.Linvolucro, generalmente in PTFE, funge da stratoresistente ai prodotti chimici, mentre i materialidinserto forniscono compressione e resilienza.


Occhiello Guarnizione morbida rinforzata da un anello metallicosulla circonferenza interna per fornire una migliorresistenza allestrusione e ridurre il deterioramentochimico. In genere, questo accorgimento migliora lacapacit di tenuta.

Grafite flessibile Fornita in genere con uno strato di rinforzo metallicoper irrobustire la struttura, facilitando quindilimmagazzinaggio e linstallazione. In genere vieneutilizzato un nucleo meccanico (con codolo), anche selapplicazione con adesivo chimico sul metallo lisciofacilita le operazioni di taglio.

Incamiciata Tradizionale guarnizione per gli scambiatori di calore,consiste di un nucleo di materiale resiliente avvolto in unrivestimento metallico. Pu avere uno strato superficialemorbido di grafite per migliorare le capacit di tenuta.

Profilo a camme Guarnizione metallica con superfici scanalate, con osenza strato resiliente di tenuta sulle superfici.

PTFE (semplice) Realizzata con una lavorazione minima in PTFE puro,questa guarnizione offre una resistenza ai prodottichimici molto ampia, ma soffre di scorrimento plastico afreddo e deformazione viscosa una volta compressa.Spesso viene tagliata con asportazione del truciolo,oppure modellata.

Nota: it deriva dalle ultime lettere delle due parole gummi asbest (dal tedesco),che significa foglio di fibre di amianto compresse o CAF.

Tipo di guarnizione Commentoo di materiale

Fillosilicato Materiale per guarnizioni adatto alle alte temperaturebasato su componenti della famiglia della mica,disponibile in fogli, con o senza rinforzi metallici.

PTFE processato Offre una buona resistenza a unampia gamma diprodotti chimici, unitamente a unelevata comprimibilite a significativi miglioramenti nella sopportazione delloscorrimento plastico e della deformazione viscosa. Lavariet di opzioni di processo, di riempitivi e diprogettazioni consentono unampia gamma di prestazionia seconda del tipo di PTFE (p.es. PTFE espanso, PTFEfillerizzato e PTFE a orientamento biassiale).

Connessione ad Guarnizioni metalliche prodotte con una variet di legheanello e di metalli, generalmente di sezione ovale od ottagonale


e utilizzate insieme a flange con connessione ad anello.Possono sopportare delle pressioni estremamenteelevate (in genere fino a 100 MPa o 14.500 lbf.in 2),mentre la temperatura massima si limita in genere allamax. temperatura sopportata dal metallo.

Gomma Oggi sono disponibili numerosi tipi di gomma persoddisfare unampia variet di condizioni di servizio perelastomeri. Le propriet possono essere concentrate inun singolo prodotto per soddisfare le necessit diprestazioni specifiche. Resta tuttavia essenzialeunattenta selezione della qualit pi appropriata per leprestazioni richieste.

Spirometallica Versatile guarnizione semi metallica che consistein genere di strati alterni di strisce metalliche consezione a V e di un riempitivo, il tutto avvolto a formadi spirale. I componenti metallici possono essere inacciaio inox, Monel, Inconel, eccetera, mentre ilriempitivo pu essere amianto o altre fibre, PTFE,grafite, ceramica, eccetera, come pi richiestodallapplicazione. Trova impiego con unampia gammadi temperature e pressioni.

PTFE espanso Fornito in genere come bobina o rotolo, questo materialea nastro o corda ad alta compressione molto flessibile e presenta

talvolta delladesivo su un lato per facilitarelinstallazione. La sua resistenza allo scorrimentoplastico e alla deformazione viscosa migliore di quellaofferta da altri tipi di PTFE. Pu essere srotolato sullesuperfici a contatto delle flange, tagliato, sovrapposto ecompresso tra le flange. Pertanto, viene spesso definitoadattabile sul posto, un materiale per guarnizioni fai-da-te ideale per facili installazioni sul posto. In genereviene utilizzato per pressioni e temperature pocoimpegnative, specialmente nei casi in cui le flangesubiscono un carico leggero o sono di costruzionerelativamente fragile.

5.3 Selezione dello spessorePer le guarnizioni tagliate da fogli, utilizzare sempre il materiale pi sottile con-

sentito dalla progettazione dellassieme, tenendo tuttavia presente che la guarnizio-ne devessere abbastanza spessa da compensare le irregolarit superficiali delle flan-ge, le asimmetrie del parallelismo, le carenze della finitura e della rigidit superfi-ciale, eccetera. In ogni caso, pi sottile la guarnizione e maggiore il carico di com-pressione che questa pu sopportare, con la conseguente diminuzione della perditadi tensione dei bulloni generata dal rilassamento. Anche larea della guarn i z i o n eesposta agli attacchi della pressione e dei fluidi aggressivi sar minore

pertanto, assicurarsi che la guarnizione sia il pi sottile possibile.3


5.4 Taglio delle guarnizioni morbideLe prestazioni di una guarnizione morbida possono essere significativamente in-

fluenzate dal modo in cui vengono tagliate nella forma richiesta.Usare un buon taglierino per tagliare le guarnizioni nella forma desiderata.mai percuotere il materiale sulla flangia per tagliare una guarnizione. Oltre al-

la possibilit di danneggiare la flangia, questa procedura ridurr certamente le pre-stazioni della guarnizione.

assicurarsi che la guarnizione abbia le dimensioni specificate, per evitare la cor-rosione delle superfici esposte della flangia e minimizzare la spinta idrostatica.

per assicurare un posizionamento appropriato, tagliare i fori dei bulloni legger-mente pi larghi del diametro dei bulloni.

assicurarsi che il diametro interno della guarnizione sia almeno pari a quellodella tubazione di processo, per evitare possibili ostruzioni.

5.5 Immagazzinaggio di guarnizioni e materiali per guarnizioniAnche se molti materiali per guarnizioni possono essere usati con sicurezza dopo

un immagazzinaggio di molti anni, linvecchiamento avr un effetto significativo sul-le prestazioni di alcuni materiali a causa del decadimento chimico generato dal tem-po. In genere, questo riguarda soprattutto i materiali legati con elastomeri, il cui im-piego sconsigliato dopo 4 anni dalla data di produzione. I materiali con leganti ela-stomerici si deteriorano inevitabilmente con il tempo, e il processo di deterioramen-to accelera alle alte temperature ambientali. Il decadimento chimico viene anche ca-talizzato dallintensa luce solare. Questo processo non riguarda le guarnizioni metal-liche, ma sicuramente influenza le guarnizioni semi metalliche soprattutto quellerealizzate con materiali a leganti elastomerici. La grafite e il PTFE, per contro, noncontengono leganti, per cui i fogli e le guarnizioni di questi materiali hanno una du-rata virtualmente indefinita sugli scaffali. In generale:

durante limmagazzinaggio, le guarnizioni non vanno assoggettate a caldo in-tenso o a forte umidit e vanno conservate in un luogo fresco e asciutto al ripa-ro dalla luce solare, dallacqua, dallolio e dai prodotti chimicii fogli vanno immagazzinati distesievitare di appendere le guarnizioni poich potrebbero deformarsi. Le guarni-zioni morbide vanno immagazzinate in piano (distese). Le guarnizioni spirome-talliche di grandi dimensioni vanno trattenute nei loro supportile guarnizioni devono essere pulite e prive di danneggiamenti meccanici (per unap rotezione di massimo livello, immagazzinarle in buste di polietilene chiuse).

Gli effetti dellimmagazzinaggio e dellinvecchiamento dipendono anche dal mate-riale. Pertanto, consultare sempre il produttore per specifiche raccomandazioni sul-limmagazzinaggio dei prodotti.

5.6 Trattamento di guarnizioni e materiali per guarnizioniLe condizioni di una guarnizione giocano un ruolo importante sul livello delle sue

prestazioni. Alcuni materiali per guarnizioni sono relativamente robusti (p.es. i ma-teriali metallici), altri sono ragionevolmente tolleranti, p.es. lamianto o il PTFE,ma molti possono essere fragili o inclini alla fessurazione. Di conseguenza, megliotrattare tutte le guarnizioni e i materiali per guarnizioni con la stessa cura e atten-zione. Una guarnizione danneggiata in qualsiasi modo perder presto le sue capacitdi tenuta! Se si opera sul posto, trasportare con cura le guarnizioni gi tagliate usan-do possibilmente un involucro protettivo. Anche se tenere in tasca le guarnizioni di

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piccole dimensioni pratica comune, meglio evitarlo! Se bisogna chinarsi per qual-siasi motivo, la guarnizione potrebbe danneggiarsi, e la presenza di polvere o altrioggetti nelle tasche potrebbe graffiarle.

Trasportare con cura le guarnizioni gi tagliate usando un involucro protettivonon piegarle o deformarleevitare di danneggiarne la superficietrasportare le guarnizioni metalliche e semi metalliche di grande diametro nel-le loro confezioni.

5.7 Riutilizzo di guarnizioni ed elementi di fissaggioUna guarnizione non va mai riutilizzata, in quanto le condizioni di servizio po-

trebbero averne modificato la struttura. Anche se la guarnizione sembra a posto, nonne vale la pena! Il costo di una nuova guarnizione insignificante a confronto del co-sto di un arresto non preventivato causato da una perdita o dallestrusione dellaguarnizione, e ancora di pi rispetto al rischio di conseguenze sulla sicurezza o sul-lambiente. Allo stesso modo non vanno mai riutilizzati gli elementi di fissaggio o idadi, poich potrebbero esser stati danneggiati dalla corrosione o aver perso dutti-lit per un serraggio che ha superato il loro limite di resistenza; in ogni caso, non va-le la pena rischiare!

Mai riutilizzare le guarnizioni e gli elementi di fissaggio.3

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6. Pro c e d u re dinstallazioneIl corretto assemblaggio della connessione essenziale per far s che la guarnizio-

ne offra le prestazioni previste. Lassemblaggio un processo soggetto a un gran nu-mero di variabili, tra cui le condizioni di tutti i componenti, luniformit delle super-fici, la loro durezza e scivolosit, la calibratura degli attrezzi, laccessibilit dei bullo-ni/prigionieri, lambiente in cui devono operare i tecnici, ecc. La cosa pi importante,comunque, la coerenza. Se le pratiche finora utilizzate si sono provate efficaci, noncambiarle! Lobbiettivo dovrebbe essere di mantenere al minimo il numero di varia-bili. Se possibile, utilizzare sempre lo stesso attrezzo nello stesso modo.

6.1 Attrezzatura necessariaGli attrezzi serviranno a pulire la flangia e a stringere i dadi sugli elementi di fis-

saggio. Gli utensili per il serraggio vanno calibrati a intervalli regolari e comprendo-no chiavi torsiometriche, chiavi idrauliche, eccetera. Gli strumenti per misurare latensione comprendono i micrometri e i dispositivi a ultrasuoni. Linstallazione pu ri-velarsi un compito alquanto difficile, e quindi saranno necessari degli indumenti ap-propriati (o indumenti protettivi laddove richiesto) oltre al casco di sicurezza, agli oc-chiali protettivi, ai guanti, eccetera.

6.2 PuliziaPer assicurare una buona prestazione della guarnizione, tutte le superfici sogget-

te a carichi devono essere pulite.Elementi di fissaggio, pulire con una spazzola metallica (possibilmentedadi, ro n d e l l e ottone) per rimuovere le impurit nella filettatura.Assieme della flangia pulire le superfici a contatto della guarnizione

con attrezzi e prodotti idonei (vd. sotto).La rimozione della vecchia guarnizione lascia spesso delle contaminazioni sulle

facce delle flange, che vanno rimosse prima di installare con sicurezza la nuova guar-nizione. Tra gli attrezzi pi adatti per rimuovere queste contaminazioni vi sono lespazzole metalliche (utilizzare sempre delle setole in acciaio inox su componenti in le-ga). In ogni caso, per minimizzare le possibilit di usura necessario spazzolare sem-pre nella direzione delle cave, piuttosto che in senso perpendicolare. Inevitabilmen-te, luso di una spazzola metallica genera usura sulle superfici dopo un po di tempo.Per questo motivo sono stati sviluppati degli appositi utensili come il punteruolo diottone, che previene il danneggiamento della flangia tramite limpiego di un mate-riale meno duro (lottone) di quello delle facce delle flange (in genere acciaio). Unpunteruolo adatto pu essere realizzato da una lastra di ottone di spessore pari a 5mm. (0,2") e larga 50 mm (2"), che viene limata e formata in un punteruolo di 45 lun-go lampiezza. Per rimuovere le impurit, inserire il punteruolo nelle cave e colpireleggermente con un martelletto.

6.3 Ispezione visivaTutte le superfici soggette a carico devono essere prive di difetti significativi. Anche

la guarnizione meglio concepita potr far poco se una flangia danneggiata o curv a .Elementi di fissaggio, esaminare dopo la pulizia per assicurarsi che nondadi, rondelle presentino difetti come intagli o criccature.Assieme della flangia ispezionare le facce delle flange per accertarsi

che non vi siano difetti, p.es. graffi in sensoradiale, o che non siano imbarcate


assicurarsi inoltre che le superfici sianosufficientemente piane e parallele.

Guarnizioni accertarsi che sia disponibile la correttaguarnizione (idonea al servizio e con correttedimensioni e spessore).

esaminare la guarnizione prima dellinstallazioneper assicurarsi che non presenti alcun difetto.

Se vengono osservati dei difetti, non correre rischi!sostituire i componenti difettosi con le alternative pi indicate. In caso didubbio, non esitare a chiedere!

Notare che per le guarnizioni a spirale, la planarit e il parallelismo delle flangeassumono particolare importanza per il livello di prestazioni della tenuta.

Per le superfici delle flange a contatto della guarnizione, la massima variazionedi planarit tollerabile pari a 0,2 mm.

il mancato parallelismo tra le superfici delle flange dovrebbe essere inferiore a0,4 mm. in tutta la flangia.

6.4 LubrificazioneSecondo studi effettuati, in alcuni casi lassenza di idonea lubrificazione obbliga a

u t i l i z z a re pi del 50% della coppia applicata per vincere la frizione. Questo significache la stessa coppia applicata a bulloni lubrificati e a bulloni non lubrificati pro d u c edei risultati notevolmente diversi. Pertanto, la lubrificazione svolge un ruolo di pri-maria importanza quando si utilizza la coppia per re g o l a re la tensione di una con-nessione flangiata. Quando si seleziona un lubrificante, vanno considerati i seguen-ti fattori:

Propriet lubrificante migliore il lubrificante e minore sar leffettodella frizione.

Compatibilit il lubrificante devessere compatibile con imateriali dei dadi, delle rondelle e deibulloni/prigionieri, e idealmente anche con ilfluido di processo. Per esempio, i lubrificanti abase di rame possono contaminare il fluido diprocesso, mentre i cloruri, i fluoruri e i solfatipossono contribuire alla corrosione di dadi,rondelle, bulloni e prigionieri.

Temperatura assicurarsi che le temperature di processo nonsuperino le temperature desercizioraccomandate per i lubrificanti.

Si raccomandano le seguenti procedure:lubrificare le filettature e tutte le superfici soggette a carichi (facce a contattodei bulloni, dei dadi e delle rondelle)utilizzare esclusivamente dei lubrificanti approvati per limpiego specificoapplicare il lubrificante in modo omogeneo, creando una pellicola sottile euniforme ed evitando grumi di lubrificante che possono ridurre lefficienzaassicurarsi che il lubrificante non contamini le superfici a contatto delle flangeo la guarnizioneevitare la contaminazione dei lubrificanti immagazzinandoli in un contenitorechiuso (evitando cos anche la possibile contaminazione della guarnizione).Dopo luso, conservare il lubrificante in unarea pulita.

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Procedure dinstallazione 39

Prima dellinstallazione, assicurarsi che i componenti della flangia siano corretta-mente assemblati e che le facce a contatto delle flange siano parallele.

inserire con cautela la guarnizione tra le flange prestando attenzione a nondanneggiarlaper guarnizioni a spirale di grande diametro, posizionare la guarnizione sullaflangia mantenendola nel suo supporto, rimuovere le cinghie di sicurezza,quindi spostare la guarnizione dal suo supporto alla flangia con un numero dipersone appropriato per evitare di danneggiarlaassicurarsi che la guarnizione sia posizionata centralmente sulla flangianon utilizzare nastro adesivo per assicurare la guarnizione sulla flangia. Senecessario per linstallazione, applicare piuttosto un leggero spruzzo di sprayadesivo (p.es. tipo 3M 77)non utilizzare composti di giunzione o agenti per la rimozioneallineare i componenti della connessione (tra cui le flange e la guarnizione) edispezionarli visivamente per accertarsi che siano posizionati a doverequando si uniscono le flange, prestare attenzione a non pizzicare odanneggiare altrimenti la guarnizione.

6.6 Calcolo della coppiaNonostante gli sviluppi tesi a migliorare la riproducibilit del fissaggio delle con-

nessioni flangiate (p.es. elementi di fissaggio con controllo della tensione, tensiona-tori idraulici, analisi ultrasonica degli elementi di fissaggio e metodi simultanei cop-pia/avvitamento), la coppia resta il sistema pi comune per controllare il serraggiodelle connessioni. Quando si impiegano metodi di serraggio basati sulla coppia, vi so-no 3 fattori principali da tenere in considerazione per assicurarsi che vengano gene-rate le forze richieste:

Fattore 1 + Fattore 2 + Fattore 3(coppia applicata per (coppia applicata per (coppia applicata persottoporre a carico vincere la frizione vincere la frizionelelemento di fissaggio) della filettatura) al dado)

Questi fattori comprendono il precarico sulla lamatura dellelemento di fissaggio.I fattori 1 e 2 comprendono la dimensione della filettatura, e il fattore 3 compre n d ele dimensioni del dado. I fattori 2 e 3 comprendono anche il coefficiente di frizionetra queste superfici, che dipende dal tipo di lubrificante utilizzato.

necessario sottolineare che la frizione contribuisce in modo significativo allacoppia da applicare (vd. par. 6.4), e quindi limpiego di lubrificanti idonei cru c i a l eper un buon controllo della coppia. I valori per il coefficiente di frizione forniti dallubrificante devono essere noti per stabilire accuratamente il carico sullelementodi fissaggio. Sia in unit metriche che in unit imperiali, la coppia pu essere defi-nita come:

P Re T = W + + Rs 2p cos q

2p fi piano inclinato (costante)cosq fi frizione della filettatura al raggio effettivo (variabile)Rs fi frizione del dado al raggio medio della lamatura (variabile)

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in cui:T = coppiaW = forzaP = passo della filettaturaq = 1/2 angolo incluso della filettaturaRe = raggio effettivo della filettaturaRs =

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