I prigionieri sono elementi di fissaggio comuni in molti settori dell'industria pesante. Apparentemente semplici, svolgono un ruolo importante nei sistemi che devono gestire pressione, calore e vibrazioni. Molti ingegneri e acquirenti scelgono i prigionieri perché sono affidabili, resistenti e facili da installare. Questa guida fornisce una spiegazione chiara e semplice di cosa sono i prigionieri, come vengono realizzati e come vengono utilizzati. Illustra inoltre le principali tipologie, i materiali, i gradi di resistenza e le finiture.
1. Cosa sono i prigionieri?
Un prigioniero filettato è una lunga asta diritta con filettatura su entrambe le estremità. La maggior parte dei prigionieri filettati sono completamente filettati da un'estremità all'altra, e vengono anche chiamati barre filettate . Solitamente vengono utilizzati con due dadi esagonali pesanti, uno per ciascuna estremità. Questi dadi creano una forte forza di serraggio, garantendo la sicurezza del giunto.
I prigionieri si differenziano dai bulloni tradizionali perché non hanno testa. Inoltre, consentono agli operatori di rimuovere solo i dadi durante la manutenzione, in modo che il bullone rimanga in posizione. Questo rende le riparazioni più rapide e sicure. Ecco perché i prigionieri sono comuni nelle flange del settore petrolifero e del gas, nelle condutture, nei recipienti a pressione, negli scambiatori di calore e in molti macchinari.
I prigionieri possono sopportare carichi molto elevati. Possono anche sopportare calore e pressione. Ecco perché sono importanti nei settori in cui la sicurezza è la massima priorità.
2. Bulloni prigionieri standard
I prigionieri seguono standard rigorosi. Questi standard aiutano gli ingegneri a scegliere il bullone corretto per ogni lavoro. Garantiscono inoltre che i bulloni possano funzionare bene in condizioni difficili. Gli standard più comuni per i prigionieri includono:
ASTM A193 per applicazioni ad alta temperatura e alta pressione
Norma ASTM A320 per servizio a bassa temperatura
Norma ASME B16.5 per le dimensioni delle flange
API 6A per apparecchiature petrolifere e del gas
ISO e DIN per bulloni prigionieri metrici
Questi standard definiscono i requisiti dei materiali, la resistenza meccanica, il trattamento termico, i test e le dimensioni. Quando un ingegnere di progetto sceglie un grado specifico, significa che il prigioniero deve rispettare tutte le regole previste dallo standard. Questo aiuta a prevenire guasti, perdite e incidenti. Questi standard garantiscono che ogni prigioniero soddisfi i requisiti minimi di sicurezza e prestazioni.
3. Perché vengono utilizzati i prigionieri (vantaggi principali)
I prigionieri offrono numerosi vantaggi, che li rendono molto diffusi nei sistemi industriali. Grazie a questi vantaggi, i prigionieri sono diventati lo standard in molti progetti industriali.
Innanzitutto , consentono una distribuzione uniforme del carico. Quando una flangia o un giunto a pressione devono sopportare una pressione, i dadi si serrano seguendo uno schema circolare. Il carico si distribuisce uniformemente, garantendo la tenuta del giunto.
In secondo luogo , i bulloni prigionieri sono facili da installare e rimuovere. Gli operai possono svitare i dadi durante la manutenzione, senza dover rimuovere l'intero bullone. Ciò consente di risparmiare tempo e ridurre i tempi di inattività per le fabbriche.
In terzo luogo , i prigionieri possono sopportare temperature e pressioni elevate. Molti materiali, come il B7 o l'Inconel, sono progettati per queste condizioni. Ciò rende i prigionieri utili in caldaie, sistemi a vapore, reattori e raffinerie.
In quarto luogo , i prigionieri sono disponibili in diverse lunghezze. Quando una flangia è spessa o quando si utilizza un materiale isolante, i progettisti possono scegliere un prigioniero più lungo senza modificare il progetto.
In quinto luogo , i bulloni prigionieri sono convenienti. Sono semplici da produrre in molte dimensioni, quindi si adattano a una vasta gamma di sistemi.
4. Tipi di prigionieri
Esistono diverse tipologie principali di prigionieri, ognuno dei quali viene utilizzato per uno scopo diverso.
Bulloni prigionieri completamente filettati
Sono i più comuni. Hanno filettature su tutta la lunghezza. Vengono utilizzati con due dadi per i collegamenti flangiati. La maggior parte delle flange per il settore petrolifero e del gas utilizza questo tipo di flangia.
Bulloni a doppia estremità
Questi bulloni hanno filettature su entrambe le estremità, ma hanno una sezione centrale liscia. Un'estremità di solito si inserisce in un foro filettato di una macchina. L'altra estremità contiene un dado. Questi bulloni sono utilizzati in pompe, valvole e motori.
Bulloni prigionieri con estremità filettata
Questi bulloni hanno un'estremità corta filettata e un'estremità lunga filettata. L'estremità corta si inserisce in un foro filettato. L'estremità lunga contiene un dado. Sono utilizzati in apparecchiature ad alta pressione e alta temperatura.
Perni a filettatura continua
Sono simili ai perni completamente filettati, ma sono spesso utilizzati nell'edilizia generale. Possono essere utilizzati per molti semplici scopi di fissaggio.
Perni a gambo ridotto
Questi bulloni hanno una sezione centrale più sottile. Vengono utilizzati quando gli ingegneri vogliono controllare le sollecitazioni nel giunto. Ogni tipo di bullone prigioniero viene scelto in base al carico, alla temperatura, allo spazio e alle esigenze progettuali.
5. Materiali utilizzati per i prigionieri
I prigionieri necessitano del materiale corretto perché sono soggetti a calore, pressione, corrosione o agenti chimici. I materiali più comuni includono:
Acciaio al carbonio
L'acciaio al carbonio è resistente ed economico. I prigionieri ASTM A193 B7 sono i più comuni per applicazioni ad alta temperatura. L'acciaio ASTM A320 L7 è utilizzato per applicazioni a bassa temperatura. Il B7M ha una durezza inferiore, adatta ad ambienti con presenza di H₂S.
Acciaio legato Gli acciai legati possono sopportare temperature e sollecitazioni elevate.
A193 B16 viene utilizzato a temperature superiori a 450°C.
Acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile è resistente alla ruggine e alla corrosione. I gradi disponibili includono 304, 316, 321 e 347. Questi vengono utilizzati in impianti chimici, alimentari e navali.
Leghe di nichel
Queste leghe resistono a temperature estreme e alla corrosione. I gradi più comuni sono: Inconel 718 , Inconel 625 , Monel 400, Hastelloy C276, Duplex e Super Duplex. Queste leghe sono utilizzate in piattaforme offshore, nell'industria chimica, nei forni ad alta temperatura e in ambienti marini. Il materiale corretto garantisce sicurezza e lunga durata.
6. Finiture dei prigionieri
Le finiture proteggono la superficie del bullone dalla corrosione e ne facilitano l'installazione. Vengono utilizzate finiture diverse in base all'ambiente e al costo.
Le finiture più comuni per i prigionieri includono: zincatura per una protezione di base contro la corrosione; zincatura a caldo (HDG) per uso esterno o marino; bulloni con rivestimento in PTFE (Teflon) utilizzati in impianti chimici e attrezzature offshore; bulloni Dacromet o Geomet per una forte resistenza alla corrosione; ossido nero per un aspetto pulito e una leggera protezione; rivestimento fosfatico per una migliore lubrificazione durante il serraggio. Una buona finitura previene la ruggine, riduce l'attrito e migliora la durata del bullone.
7. Gradi di resistenza per prigionieri
I gradi di resistenza dei prigionieri sono importanti perché indicano il carico che il prigioniero può sopportare. Questi gradi sono elencati in standard come ASTM A193 e A320. I gradi di resistenza più comuni includono: i prigionieri A193 B7 sono adatti per l'elevata resistenza in servizio ad alta temperatura. A193 B7M è utilizzato per la durezza controllata in ambienti con gas acidi (H₂S). A193 B16 è adatto per prestazioni a temperature molto elevate. A320 L7 è utilizzato per servizio a bassa temperatura. A320 L7M è ampiamente utilizzato in sistemi a bassa temperatura e funziona bene in applicazioni criogeniche.
Tipi di acciaio inossidabile : la resistenza varia a seconda del tipo, ma l'acciaio inossidabile offre resistenza alla corrosione e una buona resistenza meccanica.
Gradi di leghe di nichel : l'Inconel e altre leghe possono raggiungere livelli di resistenza estremamente elevati. Vengono utilizzate quando le condizioni sono troppo severe per l'acciaio. I gradi di resistenza aiutano gli ingegneri a scegliere il bullone prigioniero più adatto a ciascun progetto.
8. Dove vengono utilizzati i prigionieri (applicazioni)
I prigionieri sono utilizzati in molti settori perché sono resistenti e facili da usare.
I prigionieri per l'industria petrolifera e del gas sono utilizzati in oleodotti, raffinerie, piattaforme di perforazione, dispositivi di prevenzione delle eruzioni e recipienti a pressione. Sono essenziali per i collegamenti flangiati.
Impianti petrolchimici: vengono utilizzati in reattori, scambiatori di calore, unità di cracking e serbatoi per la lavorazione di prodotti chimici.
Nelle centrali elettriche, i prigionieri tengono in posizione tubazioni del vapore, caldaie, turbine, valvole e tubazioni ad alta pressione.
Applicazioni offshore e marine: Resistono alla corrosione dell'acqua di mare e vengono utilizzate in piattaforme, unità FPSO e apparecchiature sottomarine.
Settore minerario e industria pesante: vengono installati su frantoi, nastri trasportatori, pompe e macchinari pesanti.
Applicazioni industriali generali: Vengono utilizzate in pompe, motori, compressori e in molti sistemi edili.
Conclusione:
In sintesi, il prigioniero è un elemento di fissaggio di fondamentale importanza, la cui forza risiede nel suo design semplice e senza testa. Questa forma unica, combinata con due dadi, consente una distribuzione ottimale del carico e un tensionamento preciso sul campo, essenziale per sistemi ad alta pressione e a tenuta stagna.
Regolamentati da rigorosi standard come ASTM A193/A320, i prigionieri sono realizzati con materiali specifici, dall'acciaio legato B7 ad alta resistenza all'acciaio inossidabile B8M resistente alla corrosione, e protetti da finiture speciali come il PTFE. Grazie alla loro resistenza garantita, alla resistenza alla fatica e alla compatibilità ambientale, i prigionieri rappresentano lo standard per le connessioni flangiate nei settori più esigenti, tra cui petrolio e gas, produzione di energia e lavorazione chimica.
Quando la sicurezza, la precisione e le prestazioni in condizioni estreme (calore elevato, alta pressione o freddo gelido) sono imprescindibili, il bullone prigioniero rimane il campione indiscusso del fissaggio industriale.
