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Parmi les diverses sources de refroidissement pour les navires et les installations situées dans les zones côtières, l’eau de mer constitue l’une des sources durables les moins coûteuses, mais elle représente également l’un des milieux corrosifs les plus agressifs pour les matériaux des échangeurs thermiques. De nombreux facteurs contribuent à la dégradation de ce milieu : concentrations élevées de chlorures et d’oxygène dissous, activité biologique accrue à haute température, présence de matières en suspension et variations de température. La connaissance de la compatibilité des matériaux n’est pas une question purement académique pour les exploitants de navires et les ingénieurs marins ; elle est essentielle, car elle permet d’assurer un fonctionnement fiable des navires, de réduire les temps d’arrêt et de maîtriser les coûts sur l’ensemble du cycle de vie du navire.
Comprendre le milieu corrosif
Les échangeurs de chaleur des systèmes de refroidissement à base d’eau de mer peuvent présenter divers risques combinés. La corrosion générale amincit lentement les surfaces métalliques, tandis que la corrosion par piqûres forme de petits orifices dans le métal et peut entraîner une défaillance du tube à un endroit critique. La corrosion galvanique se produit lorsque deux métaux différents sont connectés dans l’électrolyte conducteur que constitue l’eau de mer, provoquant une attaque accrue du métal le moins noble. La corrosion sous dépôt apparaît lorsqu’il y a un défaut d’écoulement d’eau dans les interstices situés sous les joints et aux raccords entre les tubes et la plaque tubulaire. La corrosion induite par les micro-organismes (MIC) est un phénomène causé par des micro-organismes, notamment des bactéries qui prolifèrent à l’intérieur des métaux et accélèrent fortement les processus de corrosion. Le choix entre ces options exige une réflexion approfondie sur le matériau approprié, en tenant compte non seulement de sa composition élémentaire, mais aussi de son état de service — c’est-à-dire de son environnement d’exposition à l’eau de mer, de la température, du courant et du régime de chloration.
Familles d’alliages courants et leurs performances
Les alliages de cuivre, tels que le cupronickel (90/10 et 70/30) et le laiton aluminium, sont depuis longtemps des matériaux courants pour les tubes d’échangeurs thermiques destinés à l’eau de mer. Ils présentent une bonne résistance à la corrosion, une excellente conductivité thermique et sont réputés résister aux bio-encrassements. Toutefois, ils subissent une corrosion-érosion à haute vitesse d’écoulement et une attaque accélérée en présence de sulfures. Les aciers inoxydables, notamment les aciers duplex, austénitiques à haute résistance et superausténitiques, offrent d’excellentes propriétés de résistance à la traction et de résistance à la corrosion par piqûres. Les aciers à haute résistance, quelle que soit leur forme de renforcement, sont sujets à la corrosion sous dépôt aux températures indiquées ci-dessus, et la chloration doit être contrôlée afin d’en limiter l’apparition.
Les alliages à base de nickel présentent une très haute résistance à la corrosion sur une large gamme de températures, mais ils figurent parmi les alliages les plus coûteux, ce qui peut les rendre trop chers pour des applications de valeur modeste. Toutefois, les alliages d’aluminium sont très légers et peu coûteux, mais leur résistance à l’eau de mer est médiocre et ils nécessitent généralement un revêtement spécial afin d’éviter la perforation du tube.
L’argument en faveur du titane
La résistance à la corrosion et la résistance mécanique du titane en font le meilleur matériau pour les échangeurs thermiques refroidis à l’eau de mer. Presque imperméable aux attaques des chlorures, sa couche d’oxyde passive garantit une protection contre la corrosion par piqûres et la corrosion sous contrainte, même dans l’eau de mer chaude et chlorée. Les tubes en titane résistent bien à l’érosion, à la CMI (corrosion microbienne induite) et à la fatigue, et peuvent être utilisés à haute vitesse. Dans la plupart des cas, la durée de service à long terme d’un équipement ou d’une installation en titane (généralement supérieure à 30 ans sans remplacement nécessaire) constitue l’option la plus rentable lorsqu’on prend en compte à la fois les coûts d’investissement initiaux et les frais d’entretien sur toute la durée de vie, comparée au coût des alliages de cuivre. Lorsqu’il s’agit de missions particulièrement exigeantes où l’intégrité du fonctionnement est essentielle — notamment le refroidissement des systèmes de plates-formes offshore ou la circulation au sommet des citernes de GNL — aucun matériau ne semble mieux adapté que le titane.
Stratégies d’atténuation allant au-delà du choix du matériau
Lors du choix d’un alliage particulier, d’autres facteurs tels que l’usage prévu et les méthodes de conception sont tout aussi importants. La durée de vie des tubes peut être prolongée grâce à la protection cathodique, soit par anode sacrificielle, soit par courant imposé, ce qui empêche les attaques galvaniques ou la corrosion localisée (piqûres) sur le matériau du tube. Les revêtements offrent une protection positive sous forme de barrière physique, par exemple à l’aide de revêtements en caoutchouc ou d’époxy dans un système sans solvant, ralentissant ainsi la vitesse de corrosion des éléments en acier au carbone. Les inhibiteurs d’entartrage/corrosion peuvent s’avérer efficaces pour prévenir la corrosion sous dépôt, grâce à des doses contrôlées qui protègent contre les piqures, car les dépôts ne provoqueront pas d’attaque sur le matériau. Une surveillance régulière de paramètres tels que le potentiel de corrosion, la chimie de l’eau et l’épaisseur de la paroi des tubes permet de détecter précocement toute dégradation, afin d’appliquer une maintenance préventive avant qu’une défaillance catastrophique ne se produise.
Conclusion
La compatibilité des matériaux pour une utilisation dans des échangeurs de chaleur refroidis à l’eau de mer exige une approche réfléchie, prenant en compte la nature corrosive de l’eau de mer, les propriétés des matériaux sélectionnés ainsi que le coût d’installation et d’entretien. En tant que membre du groupe SME, nous disposons de plus de 20 ans d’expertise en ingénierie maritime et en services d’échangeurs de chaleur pour accompagner nos clients dans ces décisions complexes. Grâce à notre atelier de plus de 5 000 m² à Nantong et à notre certification ISO de systèmes qualité, notre équipe de plus de 100 ingénieurs et techniciens est qualifiée pour proposer des solutions complètes : conseil en choix d’alliages, planification théorique de rétrofit, fourniture de pièces détachées, ainsi que réalisation de réparations et d’opérations d’entretien. Que vous souhaitiez remplacer les tubes d’un condenseur en acier revêtu de titane ou apporter des améliorations pour des performances accrues, nous sommes là pour vous aider. Contactez dès maintenant notre équipe technique, demandez un devis pour tout service ou découvrez davantage nos prestations via des études de cas et de la documentation produit.