Les usines de traitement chimique dépendent des systèmes de tuyauterie pour transporter les acides, les alcalis, les solvants, les gaz, la vapeur, les eaux usées et d'autres milieux agressifs Ces systèmes fonctionnent souvent sous haute pression, température élevée, cycles thermiques répétés et exposition continue à des substances corrosives.
Les raccords de tuyauterie sont particulièrement vulnérables car ils changent de direction d'écoulement, relient différentes tailles de tuyau, créent des branches et ferment les extrémités du pipeline. La turbulence, les contraintes localisées, l'érosion et la concentration chimique peuvent rendre les coudes, les tés, les réducteurs, les bouchons et les raccords à bride plus susceptibles d'être endommagés que les sections de tuyau droites.
La sélection de raccords de tuyauterie résistant à la corrosion est donc essentielle pour protéger les travailleurs, l'équipement, la continuité de la production et l'environnement environnant Cet article explique les principales causes de corrosion dans les usines chimiques, compare les matériaux de raccord courants et décrit les facteurs que les acheteurs doivent prendre en compte lors de la spécification des composants de tuyauterie résistants à la corrosion.
Pourquoi la résistance à la corrosion est importante
La corrosion est la détérioration progressive d'un matériau par interaction chimique ou électrochimique avec son environnement Dans une usine chimique, la corrosion peut réduire l'épaisseur de la paroi, affaiblir un raccord, endommager une surface d'étanchéité ou créer de petites fosses qui finissent par se transformer en fuites.
Une fuite de pipeline chimique peut provoquer
- Exposition des travailleurs à des substances dangereuses
- Risques d'incendie ou d'explosion
- Contamination du produit
- Pollution environnementale
- Dégâts d'équipement
- Arrêts imprévus
- Maintenance coûteuse
- Perte de production
Un raccord peut paraître acceptable de l'extérieur alors que la corrosion se développe à l'intérieur Pour cette raison, la sélection des matériaux ne doit pas être basée uniquement sur l'apparence ou le coût initial.
Le raccord le plus économique est généralement celui qui offre des performances fiables tout au long de sa durée de vie prévue tout en répondant aux exigences de sécurité et de maintenance.
Formes courantes de corrosion dans les usines chimiques
Différents mécanismes de corrosion nécessitent des matériaux et des stratégies de protection différents.
Corrosion générale
La corrosion générale affecte une surface relativement importante et réduit progressivement l'épaisseur de paroi Bien qu'elle puisse être plus facile à prévoir que la corrosion localisée, elle nécessite toujours une tolérance à la corrosion adaptée et une surveillance régulière.
L'acier au carbone peut subir une corrosion générale lorsqu'il est exposé à l'eau, aux acides, à l'oxygène ou à d'autres milieux agressifs sans protection adéquate.
Corrosion par piqûres
Les piqûres créent des cavités petites mais profondes dans la surface du matériau L'acier inoxydable peut être vulnérable aux piqûres dans les environnements contenant du chlorure, en particulier lorsque la température et la concentration de chlorure augmentent.
Les piqûres sont dangereuses car elles peuvent pénétrer dans le mur alors que la surface environnante semble relativement intacte.
Corrosion de crevasse
La corrosion caverneuse se développe dans des espaces étroits où le liquide stagnant peut s'accumuler Les zones à risque courantes comprennent les interfaces de joints, les connexions filetées, les joints de bride, les dépôts et les assemblages mal conçus.
La sélection des matériaux, la conception des joints, la propreté des surfaces et les pratiques d'entretien influencent tous la résistance à la crevasse et à la corrosion.
Corrosion Galvanique
La corrosion galvanique peut se produire lorsque deux métaux différents sont connectés électriquement en présence d'un électrolyte Un matériau devient plus actif et se corrode plus rapidement.
Ce risque doit être pris en compte lorsque les raccords, tuyaux, brides, boulons, vannes et équipements sont fabriqués à partir de différents métaux.
Fissuration par corrosion sous contrainte
La fissuration par corrosion sous contrainte résulte de l'effet combiné d'une contrainte de traction et d'un environnement corrosif spécifique Les fissures peuvent se développer avec une corrosion visible limitée de la surface.
Les aciers inoxydables austénitiques peuvent être sensibles à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure dans certaines conditions de température et de contrainte Les aciers inoxydables duplex ou les alliages de nickel peuvent offrir une meilleure résistance dans des applications appropriées.
Corrosion Intergranulaire
La corrosion intergranulaire se produit le long des joints de grains des matériaux Elle peut être associée à un traitement thermique ou à une sensibilisation inappropriés pendant le soudage.
Des qualités de matériaux correctes, un traitement thermique contrôlé, des procédures de soudage qualifiées et un nettoyage post-soudage approprié peuvent aider à réduire ce risque.
Érosion-Corrosion
L'érosion-corrosion résulte de l'action combinée de la corrosion chimique et de l'écoulement à grande vitesse Elle est courante aux coudes, aux tés, aux réducteurs et à d'autres endroits où la direction de l'écoulement ou la vitesse change.
Les boues, les matières en suspension, les bulles et l'écoulement turbulent peuvent accélérer la perte de matière au rayon extérieur d'un virage ou en aval d'une restriction.
Comprendre les conditions de service chimique
Avant de sélectionner un matériau de raccord de tuyauterie, l'environnement de service complet doit être examiné.
Les informations importantes comprennent notamment
- Composition chimique
- Concentration
- Température de fonctionnement
- Température de conception
- Pression d'utilisation
- Pression de conception
- Vitesse d'écoulement
- Présence de solides
- Teneur en oxygène
- Niveau chlorure
- Valeur pH
- Produits chimiques de nettoyage
- Conditions de démarrage et d'arrêt
- Durée de vie prévue
Le même produit chimique peut se comporter différemment à différentes concentrations et températures Un matériau qui fonctionne bien dans une solution diluée à température ambiante peut se corroder rapidement dans une solution concentrée à température élevée.
Les contaminants traces peuvent également modifier le comportement à la corrosion Les acheteurs devraient donc fournir au fabricant des informations précises sur le processus plutôt qu'un seul nom général de fluide.
La sélection finale des matériaux pour le service chimique critique doit être confirmée par du personnel d'ingénierie qualifié utilisant des données de corrosion, des normes de projet et une expérience opérationnelle pertinentes.
Raccords de tuyaux en acier au carbone
L'acier au carbone est largement utilisé dans les canalisations industrielles car il offre une bonne résistance, soudabilité, disponibilité et rentabilité.
Il peut convenir pour
- Hydrocarbures non corrosifs
- Certains systèmes d'utilité
- Eau traitée
- Vapeur et condensat dans des conditions contrôlées
- Certains services chimiques avec une allocation de corrosion
- Systèmes de tuyauterie revêtus extérieurement
Cependant, l’acier au carbone non protégé peut se corroder rapidement dans des environnements acides, humides, riches en oxygène ou chimiquement agressifs.
Ses performances peuvent être améliorées grâce à :
- Augmentation de l'épaisseur de paroi
- Indemnité de corrosion
- Doublure interne
- Revêtement externe
- Protection cathodique
- Inhibiteurs chimiques
- Conditions de fonctionnement contrôlées
L'acier au carbone reste pratique pour de nombreux systèmes d'installations, mais il ne doit pas être sélectionné uniquement parce qu'il offre le coût initial du matériau le plus bas.
Raccords de tuyaux en acier inoxydable
L'acier inoxydable contient du chrome, qui forme une fine couche passive en surface Cette couche permet de protéger le matériau de nombreuses formes de corrosion.
Acier inoxydable 304 et 304L
Les grades 304 et 304 L offrent une bonne résistance générale à la corrosion et sont couramment utilisés dans la transformation des aliments, les produits pharmaceutiques, l'eau propre et les services chimiques doux.
La nuance 304 L à faible teneur en carbone offre une résistance améliorée à la sensibilisation après soudage.
Cependant, ces qualités peuvent ne pas offrir une résistance suffisante dans les environnements contenant des concentrations élevées de chlorure ou des produits chimiques particulièrement agressifs.
Acier inoxydable 316 et 316L
Les nuances 316 et 316 L contiennent du molybdène, ce qui améliore la résistance à la corrosion par piqûres et crevasses par rapport aux nuances 304.
Ils sont largement utilisés dans :
- Traitement chimique
- Production pharmaceutique
- Traitement de l'eau
- Environnements côtiers
- Systèmes alimentaires et de boissons
- Service de chlorure modéré
Bien que le 316 L soit souvent décrit comme résistant à la corrosion, il n'est pas résistant à la corrosion La température, la concentration de chlorure, l'acidité, la teneur en oxygène et les conditions de crevasse doivent encore être prises en compte.
Raccords de tuyaux en acier inoxydable duplex
L'acier inoxydable duplex combine des microstructures austénitiques et ferritiques Il offre généralement une résistance plus élevée et une meilleure résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte des chlorures que les aciers inoxydables austénitiques courants.
Les raccords duplex sont souvent sélectionnés pour :
- Flux de processus contenant du chlorure
- Production chimique
- Installations offshore
- Systèmes d'eau de mer
- Usines de dessalement
- Traitement des pâtes et papiers
- Production d'engrais
Une résistance plus élevée des matériaux peut permettre une épaisseur de paroi réduite dans certaines conceptions, mais toutes les dimensions doivent toujours être conformes au code de tuyauterie applicable.
Les matériaux duplex nécessitent des procédures contrôlées de fabrication, de traitement thermique, de formage et de soudage. Un traitement incorrect peut perturber l’équilibre des phases et réduire la résistance à la corrosion.
La vérification des matériaux et la documentation appropriée sont particulièrement importantes lors de l'achat de raccords en acier duplex.
Acier inoxydable super duplex
L'acier inoxydable super duplex offre une résistance améliorée aux piqûres, à la corrosion caverneuse et à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure.
Il peut être utilisé dans des environnements sévères tels que :
- Traitement chimique à haute teneur en chlorure
- Production pétrolière et gazière offshore
- Systèmes d'injection d'eau de mer
- Installations de dessalement
- Service de saumure agressif
- Équipement de processus marin
Bien que l'acier super duplex coûte plus cher que l'acier inoxydable courant, sa durée de vie plus longue et sa résistance élevée peuvent justifier l'investissement dans des applications exigeantes.
Les contrôles de fabrication et de soudage sont essentiels, les acheteurs doivent donc travailler avec des fournisseurs expérimentés dans ces matériaux.
Raccords en acier allié et nickel-alliage
Les raccords en acier allié sont couramment utilisés lorsqu'une résistance à haute température, une résistance à la pression, une résistance à l'oxydation ou des propriétés mécaniques spéciales sont requises.
Les alliages à base de nickel peuvent offrir une forte résistance aux acides, aux chlorures, aux environnements réducteurs et à la corrosion à haute température. Ils sont utilisés dans des applications de traitement chimique sévère où les aciers inoxydables ne peuvent pas fournir des performances adéquates.
Étant donné que les alliages de nickel sont coûteux, l’identification positive des matériaux, la traçabilité et la fabrication contrôlée sont essentielles. Dans certains systèmes, un alliage résistant à la corrosion ne peut être utilisé que pour la surface mouillée à travers le revêtement ou le revêtement.
Les avantages techniques et économiques de chaque option doivent être évalués sur la durée de vie prévue.
L'importance de la conception d'ajustement
La sélection des matériaux n'est qu'une partie du contrôle de la corrosion La conception du raccord affecte également le comportement de l'écoulement, la concentration des contraintes, le drainage et la probabilité de dépôts.
Les coudes à rayon long créent généralement moins de turbulence que les coudes à rayon court Cela peut réduire la perte de charge et l'érosion-corrosion dans les systèmes à grande vitesse.
Les réducteurs doivent être installés avec la bonne orientation pour éviter les poches de vapeur indésirables ou l'accumulation de liquide Les réducteurs excentriques sont souvent utilisés là où le maintien d'un côté plat est important.
Les raccords de branchement et les té doivent être conçus pour gérer les contraintes locales et les perturbations de l'écoulement Les jambes mortes doivent être minimisées dans les systèmes où les produits chimiques stagnants peuvent se concentrer ou être contaminés.
Le parement des brides, la sélection des joints, le boulonnage et les procédures d'assemblage affectent également les conditions de crevasse et les performances d'étanchéité.
Épaisseur de paroi et allocation de corrosion
L'épaisseur de paroi requise dépend de la pression, de la température, de la résistance du matériau, de la tolérance de fabrication, des charges mécaniques et du code de conception applicable.
Une tolérance à la corrosion peut être ajoutée pour tenir compte de la perte de matière prévue Cependant, l'augmentation de l'épaisseur de paroi n'est pas toujours une solution adéquate La corrosion localisée, la fissuration par corrosion sous contrainte et l'attaque chimique rapide peuvent provoquer une défaillance avant qu'une tolérance générale de corrosion ne soit consommée.
Pour les raccords formés, le fabricant devrait également envisager l'amincissement des parois pendant la production Le rayon extérieur d'un coude peut devenir plus mince à mesure que le matériau est étiré.
Les raccords finis doivent répondre à l'épaisseur de paroi minimale spécifiée après le formage, l'usinage et la préparation de la surface.
Qualité de fabrication et traitement thermique
Les processus de fabrication peuvent influencer la résistance à la corrosion Le formage, le soudage, l'usinage et le traitement thermique peuvent altérer la microstructure, introduire une contrainte résiduelle ou contaminer la surface.
Les contrôles importants comprennent notamment
- Matières premières vérifiées
- Procédures de formage qualifiées
- Températures de chauffage contrôlées
- Traitement correct de la solution lorsque cela est nécessaire
- Procédures de soudage qualifiées
- Métaux d'apport appropriés
- Refroidissement contrôlé
- Prévention de la contamination carbone-acier
- Nettoyage et passivation des surfaces
- Traçabilité du numéro de chaleur
Les produits en acier inoxydable et duplex doivent être manipulés avec des outils appropriés et stockés séparément de l'acier au carbone si nécessaire Les particules de fer incorporées peuvent rouiller et endommager l'apparence ou les performances locales des surfaces inoxydables.
Traitement de surface et passivation
L'état de surface des raccords en acier inoxydable peut influencer la résistance à la corrosion Les résidus de fabrication, la teinte thermique, le tartre, la graisse et les particules incorporées doivent être éliminés à l'aide de méthodes appropriées.
Le décapage peut éliminer le tartre d'oxyde et la teinte thermique. La passivation aide à restaurer ou à améliorer la couche superficielle protectrice riche en chrome en éliminant le fer libre et en favorisant la formation de films passifs.
Pour les applications hygiéniques ou de haute pureté, un polissage supplémentaire peut être nécessaire La rugosité de surface spécifiée doit correspondre aux exigences du procédé et du nettoyage.
Le traitement de surface ne peut pas compenser une qualité de matériau inadaptée, mais il peut aider un alliage correctement sélectionné à fonctionner comme prévu.
Inspection et tests de qualité
Les raccords résistants à la corrosion doivent être soumis à une inspection conformément à la norme applicable et aux spécifications du projet.
Les inspections communes comprennent notamment
- Examen visuel
- Inspection dimensionnelle
- Mesure de l'épaisseur de paroi
- Analyse de la composition chimique
- Identification positive du matériel
- Essais de propriétés mécaniques
- Tests de dureté
- Tests ultrasoniques
- Tests radiographiques
- Essais de ressuage liquide
- Essais hydrostatiques
- Inspection de rugosité de surface
- Tests de ferrite ou de bilan de phase si nécessaire
- Tests de corrosion intergranulaire lorsque spécifiés
Tous les tests ne sont pas requis pour chaque commande. Le plan d'inspection doit être basé sur le matériau, la méthode de fabrication, la gravité du service et les exigences du projet.
Les certificats d'essai de matériaux et les rapports d'inspection doivent correspondre aux marquages du produit et aux numéros de chaleur.
Considérations d'installation et de maintenance
Même les raccords correctement fabriqués peuvent tomber en panne si l'installation est mauvaise.
Les procédures de soudage doivent être appropriées pour le matériau et le service Un apport de chaleur excessif, un métal d'apport inapproprié, une contamination ou un blindage inadéquat peuvent réduire la qualité des joints et la résistance à la corrosion.
Les connexions de bride nécessitent une sélection correcte du joint, des faces d'accouplement alignées, des boulons appropriés et un serrage contrôlé. Une charge inégale du boulon peut entraîner des fuites et la formation de crevasses.
Après l'installation, les systèmes de tuyauterie chimique peuvent nécessiter un rinçage, un nettoyage, une passivation, des tests de pression et une inspection de base.
Les programmes d'entretien peuvent comprendre notamment
- Inspection visuelle
- Mesure d'épaisseur ultrasonique
- Surveillance de la corrosion
- Détection de fuite
- Inspection des emplacements à haute turbulence
- Examen lors des arrêts programmés
- Remplacement en fonction de l'état mesuré
Les coudes, les tés, les réducteurs et les points d'injection méritent souvent une attention supplémentaire car ils peuvent subir des attaques localisées plus graves.
Comment spécifier les raccords résistants à la corrosion
Une demande d'achat complète devrait inclure :
- Type d'ajustement
- Taille nominale des tuyaux
- Diamètre extérieur
- Épaisseur de paroi ou calendrier
- Qualité matérielle
- Norme de fabrication
- Norme dimensionnelle
- Pression et température de conception
- Milieu de traitement
- Indemnité de corrosion
- Connexion d'extrémité
- Exigences en matière de traitement thermique
- Exigences en matière de traitement de surface
- Inspection et essais
- Documentation
- Marquage
- Quantité et emballage
Pour les raccords personnalisés, les acheteurs doivent également fournir des dessins techniques et des tolérances approuvés.
Plus l'enquête est complète, plus le fabricant peut évaluer avec précision l'adéquation des matériaux, les exigences de production, le prix et le délai de livraison.
Choisir un fournisseur fiable
Un fournisseur fiable de raccords de tuyauterie résistant à la corrosion devrait démontrer
- Expérience avec le matériel requis
- Connaissance des normes internationales
- Sources de matières premières vérifiées
- Formage contrôlé et traitement thermique
- Usinage précis
- Traçabilité matérielle
- Capacités d'inspection appropriées
- Support pour l'inspection par des tiers
- Documentation complète d'exportation
- Communication technique professionnelle
Les acheteurs doivent éviter les fournisseurs qui remplacent les matériaux sans approbation, fournissent des certificats incohérents ou ne peuvent pas expliquer comment les produits en alliages spéciaux sont fabriqués et inspectés.
Conclusion
Les raccords de tuyauterie résistants à la corrosion sont essentiels à la sécurité et à la fiabilité des systèmes de traitement chimique. Une sélection réussie nécessite une compréhension complète du milieu chimique, de la concentration, de la température, de la pression, des conditions d'écoulement, du mécanisme de corrosion, des propriétés des matériaux, de la conception des raccords, de l'épaisseur de la paroi et de la qualité de fabrication.
L'acier au carbone, l'acier inoxydable, l'acier duplex, l'acier super duplex, l'acier allié et les alliages de nickel offrent chacun des avantages différents. Aucun matériau ne convient à chaque environnement chimique.
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