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Une équation accueillera tous les ingénieurs marins et gestionnaires de flotte sur les équipements qu’ils spécifient, et la voici : En ce qui concerne le choix de votre échangeur refroidi à l’eau de mer, le facteur principal à prendre en compte est le matériau. La vérité est que l’eau de mer est agressive. Elle est très corrosive, contient de fortes concentrations de chlorures et d’oxygène dissous, et abrite une multitude d’organismes qui se nourrissent avidement de tout matériau mal spécifié. SME réalise chaque année plus de 500 rétrofits et réparations, et il apparaît systématiquement que le choix du matériau influe directement sur la durée de vie et le coût final. Nous nous concentrerons ici sur trois matériaux couramment utilisés : le titane, l’acier inoxydable 316L et l’acier inoxydable super austénitique SMO 254, en les analysant selon quatre critères : résistance à la corrosion, propriétés mécaniques, valeur et aptitude à l’usage.
Résistance à la corrosion dans les environnements maritimes
La corrosion localisée, sous forme de piqûres et de corrosion sous dépôt, constitue la principale cause de défaillance des plaques d’échangeurs thermiques utilisées en eau de mer.
Le modèle par défaut est acier inoxydable 316L. Le niveau de résistance à l’attaque par les chlorures du matériau est modéré en raison de sa teneur en molybdène (environ 2 à 3 %). Toutefois, dans les applications à faible débit ou en eau de mer stagnante, le risque principal est la corrosion sous dépôt biologique et sous jointe. Dans la plupart des cas, nous remplaçons la plaque en 316L installée sur des navires opérant en zone tropicale ou en eau salée ou saumâtre, et constatons qu’elle a subi une attaque par piqûres après environ 12 à 18 mois.
SMO 254 est une nuance superausténitique qui contient également une teneur nettement plus élevée en nickel. Son nombre équivalent de résistance à la piqûre (PREN) dépasse 40, ce qui la rend nettement plus résistante aux piqûres causées par les chlorures que le 316L classique. Elle fonctionne correctement en eau salée chaude et résiste à des traitements chlorés brefs ou à des environnements légèrement stagnants. La durée de vie sans corrosion importante de l’SMO 254 varie selon les cas ; elle s’est avérée, dans divers projets de PME liés à la construction navale en milieu côtier, atteindre de 3 à 5 ans.
Titane (grade 1 ou 2) offre une fiabilité pratiquement illimitée lorsqu’il est utilisé en eau de mer. Le film d’oxyde passif est très stable, même à haute température (jusqu’à 120 ℃) et dans un écoulement à haute vitesse. Contrairement aux aciers inoxydables, le titane résiste à des problèmes tels que la corrosion sous dépôt, la corrosion-érosion et la rupture par corrosion sous contrainte. Lorsque le coût n’est pas un facteur déterminant et que les arrêts non planifiés sont inacceptables, le titane s’impose.
Propriétés mécaniques et conductivité thermique
Outre la corrosion, les plaques d’échangeur de chaleur doivent résister aux différences de pression, aux vibrations et aux cycles thermiques.
La limite élastique du 316L est d’environ 170 – 220 MPa. Ce matériau est malléable et facile à formater, mais il est moins résistant ; par conséquent, des plaques plus épaisses sont nécessaires pour les systèmes à haute pression, ce qui réduit l’efficacité thermique.
Une résistance limite à la déformation maximale de l’ordre de 300 à 350 MPa est possible avec l’alliage SMO 254, ce qui permet d’utiliser des plaques plus minces et plus efficaces qu’auparavant, sans compromettre l’intégrité structurelle. Le rapport élevé résistance/poids dépasse souvent la faible conductivité thermique, ce qui en fait une solution idéale pour les petites structures.
Le titane de grade 2 présente une limite élastique comprise entre 250 et 400 MPa et constitue également un matériau excellent en termes de ténacité et de résistance à la fatigue. En revanche, sa conductivité thermique est inférieure à 50 % de celle des aciers inoxydables équivalents, ce qui nécessite des épaisseurs réduites et des débits efficaces afin d’obtenir un transfert thermique équivalent. Il entraîne une chute de température notable dans les plaques ; notre équipe technique recommande une ondulation optimale afin de compenser cet effet lors de nos opérations de rétrofit.
Soudabilité et considérations liées à la réparation
En pratique, les plaques subissent des dommages mécaniques, des défaillances de joints et de l’érosion. Le remplacement ou la réparation sur site doit être simple à mettre en œuvre.
l’acier inoxydable 316L peut être facilement soudé à l’aide d’un système TIG et est simple à réparer. De nombreux exemples d’utilisation de 316L sont présents dans la plupart des ateliers de chantiers navals, et des plaques de rechange en 316L sont disponibles en stock. Toutefois, le soudage entraîne une diminution de la résistance à la corrosion dans la zone affectée thermiquement (ZAT), ce qui rend parfois nécessaire un décapage après soudage.
Il est essentiel de développer une grande maîtrise du soudage avec des baguettes d’apport à haut teneur en nickel pour appliquer l’acier SMO 254, et de veiller attentivement à l’apport de chaleur pendant les opérations de soudage. Un soudage inapproprié peut provoquer la précipitation de phases intermétalliques, entraînant ainsi une perte des propriétés anticorrosion. Les techniciens certifiés de SME sont formés aux procédures de soudage superausténitiques, mais de nombreux chantiers de réparation généraux ne disposent pas de cette capacité.
La prévention de la fragilisation exige un blindage complet lors du soudage du titane, soit à l’argon, soit à l’hélium. Ce n’est pas une opération destinée aux personnes non qualifiées. Toutefois, comme le titane résiste très bien à l’érosion, il entraîne globalement moins de réparations. SME indique qu’il est préférable de remplacer les plaques par une soudure d’usine en cas de dommage, plutôt que de procéder à des réparations sur site.
Coût et valeur sur le cycle de vie
Le coût économique initial peut souvent constituer le facteur déterminant dans l’achat d’un produit, mais ce n’est pas le cas lorsqu’on effectue une analyse du cycle de vie.
Le matériau le moins coûteux à l’achat est l’acier inoxydable 316L. Toutefois, sa durée de vie courte en eau salée (généralement de 2 à 3 ans) implique des remplacements fréquents, le remplacement des joints, ainsi que des interruptions d’exploitation, ce qui peut faire tripler le coût total sur la décennie d’exploitation du navire.
L’acier inoxydable SMO 254 coûte deux ou trois fois plus cher que le 316L, mais offre une durée d’utilisation de 4 à 5 ans dans des conditions typiques d’eau de mer. Son retour sur investissement est généralement atteint en environ un an et demi, ce qui en fait un choix rentable pour des besoins intermédiaires en matière de performance.
Le premier coût est le coût le plus élevé : les plaques en titane d’origine présentent ce premier coût, qui peut être 5 à 8 fois supérieur à celui de l’acier inoxydable 316L. Comme ces plaques sont conçues pour fonctionner pendant 15 à 20 ans, leur remplacement doit être très rare ; si le navire exige une longue durée de vie opérationnelle ou une mission exigeante, ce choix représente alors le coût global sur le cycle de vie le plus bas pour ce type de navire. Nous avons déjà fourni du titane à plus de 1 000 navires, et aucun d’entre eux n’a connu de défaillance au cours des 10 dernières années.
Conclusion : Laissez les PME guider votre décision
Nous nous engageons à obtenir des résultats ! Chez SME, il n’existe pas une seule solution unique. Ce genre d’approche n’est pas notre façon de faire. Notre équipe, composée de plus de cent ingénieurs et techniciens spécialisés, réalise en moyenne plus de cinq cents projets achevés chaque année. Chaque année, pour chaque chantier naval en Chine et pour les prestataires de services du monde entier, chacun de vos projets bénéficie d’une garantie de douze mois. Et si ce n’était pas le cas : « il s’agit simplement de s’impliquer pleinement, y compris en fournissant le matériau adéquat pour vous permettre de démarrer. » Pour une assistance économique et rapide avec l’acier inoxydable 316L, pour des performances fiables avec l’acier SMO 254, et pour une livraison assurée de vos alliages titane, nous vous promettons une assistance technique réactive, des services mondiaux sur site lors de l’installation, ainsi que des découpes et fabrications parfaitement adaptées, réalisées dans notre usine de 5 000 m² située à Nantong. Cela exige une évaluation approfondie de l’exploitation du service et du cycle de vie du navire, ainsi que du budget du client, afin d’élaborer une proposition accompagnée d’une garantie qui prévient les défaillances et minimise les coûts pour un résultat optimal.