Materiale del tubo della linea del gas: una guida completa per scegliere l'opzione giusta

Perché la selezione del materiale è una decisione relativa alla sicurezza

Una tubazione del gas trasporta una delle sostanze a maggiore densità energetica attraverso qualsiasi progetto edilizio o infrastrutturale. Le conseguenze di un guasto materiale, che si tratti di corrosione, separazione dei giunti o danni meccanici, sono abbastanza gravi da non lasciare spazio all’improvvisazione nella maggior parte delle giurisdizioni. La selezione dei materiali per le tubazioni del gas è regolata da codici, non da preferenze.

Negli Stati Uniti, NFPA 54, il codice nazionale sui gas combustibili , definisce quali materiali per tubi sono ammessi per gli impianti di gas naturale, coprendo le specifiche dei materiali, i valori nominali di pressione, i metodi di giunzione e gli ambienti di installazione. Gli emendamenti locali spesso limitano ulteriormente determinati materiali. Prima di specificare qualsiasi materiale è necessario consultare il codice applicabile per l'ubicazione del progetto.

Detto questo, i cinque principali materiali per tubi del gas (acciaio, ferro nero, CSST, HDPE e rame) occupano ciascuno un ruolo definito nel mercato in base alle loro proprietà fisiche. Comprendere ciò che guida questi ruoli è ciò che separa una specifica del materiale da un'ipotesi sui materiali.

Tubi in acciaio e ferro nero: lo standard per l'alta pressione

L'acciaio rimane il materiale predefinito per la trasmissione del gas ad alta pressione e le condotte di distribuzione di grande diametro. La sua resistenza alla compressione e alla trazione gli consente di gestire pressioni operative che deformerebbero o romperebbero qualsiasi alternativa in plastica. I tubi d'acciaio saldati, in particolare, producono giunti senza connettori meccanici: la saldatura è continua con la parete del tubo, eliminando completamente un punto di perdita comune.

Tubo in ferro nero è la variante più comunemente vista nelle applicazioni di gas per interni residenziali e commerciali. Acciaio tecnicamente dolce con una superficie di ossido di ferro naturale anziché un rivestimento zincato, si avvita in modo pulito, forma connessioni ermetiche con sigillante per tubi o nastro in PTFE e gestisce pressioni ben superiori ai livelli tipici di fornitura residenziale. Il suo principale problema è la corrosione: il ferro nero arrugginisce se esposto all'umidità, motivo per cui è limitato alle installazioni interne, fuori terra, dove l'umidità è controllata.

L'acciaio zincato estende la resistenza alla corrosione dell'acciaio semplice attraverso un rivestimento di zinco, rendendolo utilizzabile per alcune applicazioni esterne. Tuttavia, lo strato di zinco si degrada nel tempo e, una volta rotto, il tubo si corrode dall'interno. Molti codici moderni limitano l'acciaio zincato nel servizio del gas ed è completamente vietato in alcune giurisdizioni. Dove consentito, richiede ispezioni periodiche che spesso gli operatori trascurano.

Il vincolo pratico su entrambe le varianti di acciaio è la manodopera. La filettatura, il taglio e il montaggio di tubi rigidi in acciaio richiedono molto tempo e competenze. Nei progetti commerciali o industriali di grande diametro, questo costo di manodopera viene assorbito dai requisiti di scala e pressione del sistema. Nel lavoro residenziale, spesso orienta la decisione verso alternative.

Tubi corrugati in acciaio inossidabile (CSST): flessibilità per installazioni moderne

CSST è diventato molto diffuso negli anni '90 e ha trasformato le tubazioni del gas residenziali sostituendo i tubi rigidi con un tubo flessibile in acciaio inossidabile rivestito che può essere tirato attraverso le cavità delle pareti e instradato attorno alla struttura senza raccordi ad ogni giro. Un minor numero di raccordi si traduce direttamente in meno potenziali punti di perdita, installazione più rapida e costi di manodopera inferiori rispetto al ferro nero filettato.

Il materiale è particolarmente adatto alle regioni sismicamente attive. Laddove i sistemi di tubazioni rigide possono fratturarsi in corrispondenza delle giunzioni durante i movimenti del terreno, il CSST assorbe lo spostamento grazie alla sua flessibilità, una proprietà che ha contribuito alla sua adozione in California e Giappone. È approvato sia per applicazioni interne che per alcune applicazioni esterne (rivestite).

L'importante avvertenza ingegneristica relativa al CSST è la sua vulnerabilità agli archi elettrici. La parete corrugata è più sottile del tubo rigido e un fulmine nelle vicinanze può generare un arco elettrico che fora il tubo. Tutti i principali produttori di CSST e la NFPA ora lo richiedono collegamento del CSST all'impianto elettrico di terra dell'edificio . Il CSST non adeguatamente incollato è stato identificato come la causa degli incendi strutturali a seguito di fulmini. La conformità ai requisiti di collegamento non è negoziabile e le installazioni CSST più vecchie dovrebbero essere valutate per questo rischio.

HDPE: lo standard per le linee di gas sotterranee

Il polietilene ad alta densità è diventato il materiale dominante per la distribuzione sotterranea del gas a livello globale e le ragioni sono radicate sia nella scienza dei materiali che nell’economia dell’installazione. L'HDPE non si corrode. Non vi è alcuna reazione elettrochimica con il suolo, le acque sotterranee o il gas che trasporta, e non è richiesto alcun sistema di protezione catodica, una voce di costo e di manutenzione significativa per l'acciaio sepolto.

Il vantaggio tecnico che definisce l'HDPE nel servizio del gas è il suo metodo di giunzione. La saldatura per fusione di testa e per elettrofusione riscalda le estremità dei tubi e i raccordi fino al punto di fusione del polietilene e li preme insieme, producendo un giunto che è molecolarmente continuo con la parete del tubo . Il giunto non si basa su filettature, guarnizioni o adesivi: è strutturalmente indistinguibile dal tubo stesso. I tassi di perdita sui sistemi HDPE adeguatamente fusi si avvicinano allo zero durante la vita di progetto dell'installazione.

Il tubo del gas in HDPE è classificato in base al suo SDR (rapporto dimensionale standard) —il rapporto tra il diametro esterno e lo spessore della parete. Valori SDR più bassi significano pareti più spesse e valori di pressione più elevati. Il tubo SDR 11, ad esempio, ha una pressione nominale di circa 100 psi a 73 °F per il materiale PE4710, coprendo il campo operativo di praticamente tutti i sistemi di distribuzione del gas naturale. Il tubo del gas in HDPE di diametro maggiore, fino a DN 1200 mm, viene utilizzato nelle condutture municipali di distribuzione del gas e nelle applicazioni industriali in cui le esigenze di capacità di flusso corrispondono alle prestazioni strutturali del materiale.

L'unica limitazione dell'HDPE per il servizio del gas è l'esposizione ai raggi UV. Il polietilene si degrada sotto radiazioni ultraviolette prolungate, motivo per cui il tubo del gas in HDPE è approvato per installazioni interrate e deve essere protetto o schermato nel punto in cui passa sopra il suolo. Esplora il nostro Tubi in HDPE progettati specificatamente per la distribuzione del gas naturale , disponibile in qualità e diametri SDR sia per la distribuzione residenziale che per le infrastrutture municipali su larga scala.

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Rame e materiali speciali

Il rame è stato ampiamente utilizzato per le tubazioni del gas nelle applicazioni residenziali fino alla metà del XX secolo e rimane consentito in alcune giurisdizioni, principalmente per i sistemi di gas naturale e propano a bassa pressione. È leggero, resistente alla corrosione nella maggior parte degli ambienti e facile da lavorare in spazi ristretti. I raccordi in rame sono brasati o saldati, producendo connessioni pulite e durevoli senza strumenti di filettatura.

La restrizione critica sul rame nel servizio del gas è la sua reazione con l'idrogeno solforato. Il gas naturale fornito da alcuni servizi pubblici contiene tracce di idrogeno solforato, che reagisce con il rame per formare solfuro di rame, un processo che degrada progressivamente le pareti dei tubi e i raccordi. Prima di specificare il rame per qualsiasi applicazione di gas, il fornitore di gas deve confermare che il gas consegnato sia privo di idrogeno solforato. Diversi stati degli Stati Uniti, inclusa la California, vietano del tutto il rame per le tubazioni del gas naturale, indipendentemente dalla composizione del gas.

Tubo composito alluminio-plastica (PEX-AL-PEX) è un'opzione speciale che combina un rivestimento e uno strato esterno in polietilene con un tubo intermedio in alluminio. Offre bassa dilatazione termica, resistenza alla degradazione UV e una forma semirigida che si installa più facilmente rispetto al metallo rigido. Le sue applicazioni nel servizio del gas sono limitate e specifiche della giurisdizione; è più comunemente specificato per il riscaldamento idronico e l'acqua sanitaria.

Confronto dei materiali dei tubi della linea del gas

Come scegliere il materiale giusto per il tubo del gas

Tre variabili determinano il materiale corretto per qualsiasi progetto di linea del gas. Esaminateli in ordine e la scelta si restringe rapidamente.

1. Ambiente di installazione. Nella maggior parte dei casi, i percorsi sotterranei eliminano l'acciaio e il CSST dalla considerazione: i loro profili di corrosione e i tipi di giunti non sono adatti al servizio interrato. L'HDPE è lo standard per la distribuzione del gas interrato a livello globale e i suoi giunti fusi rappresentano l'unica opzione affidabile per i lunghi percorsi sotterranei. Le applicazioni interne fuori terra sono quelle in cui competono ferro nero, CSST e rame.

2. Pressione di esercizio. La fornitura di gas residenziale funziona generalmente a pressioni comprese tra 0,25 psi (bassa pressione) e 2 psi (media pressione) all'interno dell'edificio. Black Iron e CSST gestiscono entrambi comodamente questi intervalli. Le linee di trasmissione ad alta pressione, che operano a decine o centinaia di psi, richiedono acciaio o HDPE di grande diametro con la classificazione SDR appropriata.

3. Norme locali e requisiti dei servizi pubblici. La scelta del materiale progettato con la massima attenzione è inutile se non supera l’ispezione. Confermare sempre l'elenco dei materiali consentiti con l'autorità locale competente (AHJ) e l'azienda di distribuzione del gas prima di acquistare materiali. Alcune giurisdizioni limitano il rame; altri vietano l'acciaio zincato; alcuni hanno aggiunto requisiti di incollaggio CSST che influiscono sui progetti di retrofit. L'HDPE per gas è approvato ai sensi della norma ISO 4437 e di standard nazionali equivalenti nella maggior parte dei mercati globali, ma per mantenere tale approvazione è necessario seguire specifici gradi SDR e procedure di fusione.

Per i progetti che coinvolgono infrastrutture di distribuzione del gas sotterranee, la combinazione dell'HDPE di giunti senza perdite saldati per fusione, immunità alla corrosione e lunga durata di servizio lo rendono la scelta tecnicamente ed economicamente superiore nella stragrande maggioranza delle applicazioni. Il costo iniziale del materiale è inferiore a quello dell'acciaio, la protezione catodica è eliminata e un sistema in HDPE correttamente fuso non richiede la frequenza di ispezione richiesta dai tubi metallici per tutta la loro durata di servizio.