HVAS: la soluzione per la protezione dei componenti Oil & Gas

In ogni raffineria, ogni stabilimento petrolchimico e ogni piattaforma offshore esiste un momento in cui asset management, manutenzione e operations devono fare i conti con la stessa domanda critica: cosa facciamo con i componenti che mostrano segni di degrado, ma che non possono essere movimentati né sostituiti nei tempi della prossima fermata programmata?

Una colonna di distillazione atmosferica di 40 metri non si smonta. Un reattore di hydrocracking non si trasporta. Uno scambiatore tube-and-shell installato in un rack a 15 metri di altezza non si rimuove senza un cantiere di settimane. Eppure tutti questi componenti, in servizio severo, manifestano nel tempo problemi di corrosione interna da acidi naftenici, sulfidization, attacco da H₂S e CO₂, erosione da catalizzatore in unità FCC.

Le opzioni classiche come sostituzione integrale, weld overlay in situ, lining metallico saldato  sono tecnicamente valide ma economicamente proibitive: settimane di shutdown aggiuntivo, trattamenti termici post-saldatura (PWHT), rischi metallurgici, necessità di gas combustibili in spazi confinati.

In questo scenario, la tecnologia HVAS — High Velocity Arc Spray — rappresenta oggi una delle soluzioni più mature e strategiche per la protezione anticorrosiva di componenti critici nell'oil & gas. Sviluppata e proposta da Flame Spray come tecnologia di punta per il settore petrochimico, l'HVAS unisce velocità di applicazione, portabilità per interventi on-site, eccellenti caratteristiche metallurgiche del coating e sicurezza operativa in un unico processo.

In questo articolo analizziamo le caratteristiche dell HVAS, dove si applica e perché sta diventando una scelta sempre più frequente per la protezione delle infrastrutture critiche del settore petrolifero.

Le caratteristiche del coating HVAS

I rivestimenti HVAS si distinguono per quattro caratteristiche metallurgiche che li rendono particolarmente adatti alla protezione anticorrosiva in oil & gas:

Densità e impermeabilità

La porosità tipica di un coating HVAS è inferiore al 2%, risultato della compattazione dinamica generata dall'alta velocità d'impatto. Ogni particella "spalma" il materiale fuso in ogni asperità microscopica della superficie, generando una barriera gas-tight essenziale per la protezione di pressure vessel e scambiatori di calore.

Adesione superiore

I valori di bond strength misurati secondo lo standard ASTM C633 superano regolarmente i 35 MPa (oltre 5.000 psi), spesso con prestazioni eccellenti su acciai correttamente preparati. L'adesione è di natura prevalentemente meccanica, derivante dall'ancoraggio delle particelle ad alta energia sulle micro-asperità della superficie sabbiata.

Bassa termoalterazione del substrato

Il calore generato dall'arco rimane concentrato nei fili e nelle particelle fini. Il substrato si mantiene al di sotto dei 100 °C, eliminando il rischio di:

• Distorsioni dimensionali
• Formazione di Heat Affected Zone (HAZ)
• Alterazioni metallurgiche dei materiali sensibili (acciai temprati, leghe trattate termicamente)
• Necessità di trattamenti termici post-deposizione (PWHT)

Questo è uno dei vantaggi più sottovalutati ma decisivi nelle applicazioni oil & gas: rivestire un componente esistente senza alterarne la metallurgia originaria è ciò che rende possibile l'intervento su strutture pesanti già in servizio.

Continuità e uniformità su grandi superfici

L'HVAS è caratterizzata da rate di deposizione elevati (fino a 10-15 kg/h di materiale depositato in funzione del materiale e dei parametri di processo). Questo consente di coprire grandi superfici in tempi compressi, con uniformità di spessore garantita da sistemi di controllo robotici o da operatori specializzati.

 

La famiglia dei materiali HVAS: la flessibilità del filo

Uno dei vantaggi più strategici di HVAS è la flessibilità nella scelta del materiale di apporto, garantita dalla disponibilità di fili massicci e di fili animati (flux-cored wires) che permettono di depositare anche composizioni complesse.

Superleghe Ni-Cr-Mo per servizio acido

• Inconel® 625 – Lega NiCrMo di riferimento per protezione contro H₂S, CO₂, cloruri e ambienti acidi ad alta temperatura. Compatibile con sour service e applicazioni offshore.
• Hastelloy® C-276 – Superlega ad altissima resistenza alla corrosione, indicata per i servizi più severi (acidi minerali, acido cloridrico, riducente-ossidante).
• Lega 825 e altre formulazioni Ni-Fe-Cr per applicazioni specifiche.

 

Acciai inossidabili speciali

• 316L – Acciaio inox austenitico per protezione generale e ripristino dimensionale.
• 430 – Inox ferritico per applicazioni specifiche con buona resistenza ad alta temperatura.
• Duplex e super-duplex – Per servizi con cloruri e necessità di resistenza meccanica.

Materiali cermet e ad alta durezza (via flux-cored wires)

• Coating cermet con carburo di tungsteno (WC) – Tramite fili animati con anima ricca di carburi, HVAS può raggiungere durezze superiori a 1.000 HV0.3, indicate per resistere a erosione severa (es. catalizzatore in unità FCC).
• Leghe amorfe e nanocristalline – Alcune formulazioni di flux-cored wires generano, grazie al raffreddamento rapido post-impatto, strutture vetrose o nanocristalline con resistenza eccezionale a corrosione e usura.
  

Materiali per protezione catodica

• Lega zinco-alluminio (Zn-Al 85/15) – Coating sacrificale per protezione catodica di strutture esposte ad ambiente marino, atmosferico aggressivo o splash zone.

Leghe a base cobalto

• Stellite – Indicata per componenti soggetti a usura da contatto ed erosione ad alta temperatura.

La selezione del materiale è sempre il risultato di un'analisi tecnica integrata: composizione del fluido, temperatura di esercizio, pressioni parziali di H₂S/CO₂, pH, presenza di particellato, materiale del substrato. Il laboratorio metallurgico interno di Flame Spray supporta i clienti in questa scelta, validando la soluzione attraverso test di adesione, micrografia, porosità e simulazione del servizio.

 

l vero differenziatore: l'intervento on-site

Se le caratteristiche metallurgiche del coating HVAS sono già di livello assoluto, il vero vantaggio strategico della tecnologia per il settore oil & gas risiede nella sua applicabilità on-site.

Portabilità del sistema

L'attrezzatura HVAS è compatta e trasportabile, può essere movimentata e installata anche in spazi confinati, su impalcature interne a colonne di distillazione, dentro mantelli di reattori e in tutte le geometrie complesse tipiche degli impianti di processo. Per la sua operatività richiede sostanzialmente:

• Alimentazione elettrica
• Aria compressa
• Fili metallici (consumabile)

Non richiede ossigeno, gas combustibili (propano, kerosene), né bombole pressurizzate. Questo è un punto rilevante sotto due profili:

• Sicurezza in ambito ATEX/HAZOP: l'assenza di gas combustibili semplifica drasticamente la gestione del cantiere in zone classificate.
• Logistica: meno consumabili, meno trasporti, meno permessi di lavoro speciali.

 

Nessuna necessità di disassemblaggio

Le superfici interne ed esterne di colonne, scambiatori, recipienti e tubazioni possono essere rivestite direttamente in posizione, senza necessità di smontaggio o movimentazione del componente. Questo:

• Elimina i costi di disassemblaggio e re-installazione
• Riduce i rischi associati al sollevamento e al trasporto di componenti pesanti
• Comprime drasticamente i tempi di indisponibilità del componente
• Permette di sfruttare le finestre di turnaround già pianificate, senza estendere il fermo impianto

 

Intervento in geometrie complesse e in altezza

Gli operatori specializzati di Flame Spray possono operare:

• All'interno di colonne e reattori, su piattaforme di lavoro temporanee
• In quota su skid e rack tubieri
• In spazi confinati con sistemi di ventilazione dedicati
• Su geometrie cilindriche, sferiche, conico-convergenti

Sicurezza operativa

Il processo HVAS è considerato uno dei processi di thermal spray più sicuri per applicazione in cantiere grazie a:

• Assenza di gas combustibili
• Temperatura del substrato moderata (no incandescenza, no rischio termico per personale e materiali adiacenti)
• Sistemi di aspirazione e filtraggio integrabili
• Compatibilità con permessi di lavoro standard

 

HVAS vs. soluzioni alternative: un confronto onesto

Caratteristica	HVAS	Weld Overlay	HVOF
Bond strength	>35 MPa	Saldatura metallurgica	>70 MPa
Heat Affected Zone	Assente	Significativa	Assente
PWHT richiesto	No	Sì (in molti servizi)	No
Diluizione del substrato	No	SìNo	No
Applicabilità on-site	Eccellente	Difficile in geometrie complesse	Limitata (richiede gas combustibili)
Rate di deposizione	Alto (10–15 kg/h)	Variabile	Medio
Gas combustibili in cantiere	No (solo aria + elettricità)	Sì (talvolta)	Sì (oxygen + fuel)
Spessori applicabili	Da 0,3 mm a diversi mm	Variabile	0,1–0,5 mm
Materiali disponibili	Ampia gamma metalli e cermet (con flux-cored)	Limitata a leghe saldabili	Ampia (powders)
Compliance ambientale	Alta	Media	Alta

 

HVAS vs. Weld Overlay

Il weld overlay è una soluzione tecnicamente valida ma presenta limiti rilevanti per intervento on-site:

• Diluizione: il materiale di apporto si mescola al substrato; le proprietà chimiche pure del rivestimento si ottengono solo dopo un certo spessore. HVAS, invece, mantiene la purezza chimica dal primo strato.
• Stress residui e rischio cricche: weld overlay introduce tensioni significative; HVAS opera in stato compressivo.
• PWHT: spesso obbligatorio in sour service, complica enormemente l'intervento in campo.
• Tempo di esecuzione: significativamente superiore su grandi superfici.

HVAS vs. HVOF

HVOF e HVAS condividono caratteristiche di alta velocità e densità, ma servono scenari diversi:

• HVOF è la scelta di riferimento per componenti rivestiti in officina con i più alti requisiti di durezza e finitura (alberi, valvole, trim di control valve).
• HVAS è la scelta di riferimento per coating anticorrosivi su grandi superfici e per applicazioni on-site dove velocità di esecuzione, semplicità logistica e sicurezza in cantiere sono prioritari.

Le due tecnologie sono complementari, non concorrenti: la scelta dipende dal componente, dall'obiettivo prestazionale e dal contesto applicativo.

Applicazioni tipiche nel settore Oil & Gas

Colonne di distillazione (atmosferiche e sotto vuoto)

Le colonne di distillazione operano in condizioni che combinano acidi naftenici, sulfidization ad alta temperatura e flussi multifase aggressivi. La protezione delle pareti interne, dei trays, dei distributori e delle zone di pump-around è critica per garantire l'integrità della colonna nel tempo. Un coating HVAS in lega Ni-Cr-Mo applicato in campo agisce come barriera metallurgica impermeabile, prevenendo l'assottigliamento delle pareti ed evitando la necessità di sostituire teste o internals.

Reattori di hydrocracking e hydroprocessing

Le superfici interne dei reattori operano in ambienti acidi (pH basso) con presenza di zolfo, cloruri e altre specie corrosive in pressione e temperatura elevate. HVAS offre protezione anticorrosiva on-site senza necessità di pesanti soluzioni in materiali strutturali costosi.

Scambiatori di calore e condensatori

I tube plates, i fasci tubieri e i mantelli esterni degli scambiatori sono soggetti a corrosione galvanica, pitting e attacco da fluidi contenenti H₂S o acqua acida. HVAS consente di rivestire il tube plate in posizione, sigillando i punti di innesco di corrosione e ripristinando la resistenza chimica senza estrarre il fascio.

Unità FCC (Fluid Catalytic Cracking)

In presenza di catalizzatore in flusso a velocità elevate, i componenti dell'unità subiscono erosione severa. L'applicazione di rivestimenti HVAS con flux-cored wires a base di carburo di tungsteno fornisce la durezza necessaria per resistere all'impatto del catalizzatore.

Serbatoi di stoccaggio e tubazioni di raffineria

Serbatoi, separatori e tubazioni soggetti a corrosione atmosferica o chimica possono essere protetti con strati di lega anticorrosiva applicati internamente o esternamente, prolungando l'integrità del recipiente. Le sezioni di tubazione critiche o le valvole possono essere rivestite in posizione per aumentarne la resistenza ai media aggressivi.

Caso d'uso rappresentativo: protezione di una colonna di distillazione in turnaround di raffineria

Il seguente caso d'uso descrive uno scenario applicativo rappresentativo della tipologia di interventi che Flame Spray esegue regolarmente con tecnologia HVAS, ricostruito a partire dalla casistica operativa tipica del settore.

Lo scenario
Una raffineria con unità di topping atmosferico approccia la fermata pluriennale programmata. Le ispezioni di routine eseguite nel periodo precedente al turnaround hanno evidenziato, sulla sezione superiore di una colonna di distillazione atmosferica, un assottigliamento delle pareti causato da corrosione da acidi naftenici e sulfidization a temperatura elevata. La diagnosi metallurgica ha confermato la natura del meccanismo di degrado e ha escluso difetti strutturali, ma ha posto l'asset manager di fronte a una scelta strategica.

Le opzioni in valutazione
Opzione A — Sostituzione della sezione superiore della colonna

• Costi capitali significativi (fabbricazione, trasporto, sollevamento, installazione)
• Lead time di fabbricazione potenzialmente incompatibile con la finestra di turnaround
• Necessità di hot work in cantiere e PWHT
• Rischi associati allo smontaggio/rimontaggio

Opzione B — Weld overlay interno in lega Inconel 625

• Tempi di esecuzione lunghi per la superficie da trattare
• Necessità di gas combustibili e infiammabili in spazio confinato
• Rischio di distorsioni e residui termici
• PWHT problematico in sito

Opzione C — Rivestimento HVAS on-site con lega NiCrMo

• Intervento eseguibile durante la finestra di turnaround già pianificata
• Nessun trattamento termico post-deposizione
• Nessun gas combustibile in spazio confinato (semplificazione delle procedure HSE)
• Possibilità di operare su scaffolding interno alla colonna con squadra di operatori specializzati

L'intervento HVAS
La sequenza operativa tipica di un intervento HVAS on-site su colonna di distillazione comprende:

1. Pianificazione preliminare: sopralluogo tecnico, analisi del componente, definizione delle aree da rivestire, scelta del materiale (es. flux-cored wire NiCrMo), redazione del procedimento qualificato.
2. Allestimento del cantiere: installazione delle scaffolding interne, sistemi di ventilazione e aspirazione dedicati, qualifica degli operatori specializzati per spazi confinati.
3. Preparazione superficiale: sabbiatura fino al grado Sa 3 secondo ISO 8501-1 per garantire il profilo di ancoraggio meccanico ottimale.
4. Applicazione HVAS: deposizione del rivestimento secondo procedura qualificata, con controllo in tempo reale di spessore e uniformità.
5. Controlli non distruttivi: verifica degli spessori (test ultrasonori), continuità del coating (holiday detection), controllo visivo della microstruttura.
6. Documentazione e tracciabilità: certificato di intervento, schede tecniche del coating, mappa delle zone trattate, report fotografico.

Il risultato
Il vantaggio strategico per l'operatore non è solo metallurgico, ma soprattutto operativo ed economico. Senza voler quantificare risultati specifici — che variano sensibilmente in funzione del componente, dell'ambiente di servizio e dei materiali utilizzati — l'intervento HVAS on-site permette tipicamente di:

• Estendere significativamente la vita utile del componente protetto, agendo come barriera metallurgica al meccanismo di degrado
• Contenere i costi complessivi rispetto alle soluzioni di sostituzione o weld overlay
• Mantenere la finestra di turnaround pianificata, evitando l'estensione del fermo impianto
• Differire o eliminare la necessità di sostituzione dell'asset in occasione del turnaround successivo
• Ridurre i rischi HSE legati a hot work e gas combustibili in spazi confinati

Il dimensionamento reale del beneficio è sempre il risultato di un'analisi tecnica condotta caso per caso dal team di ingegneri Flame Spray.

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