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L’eau de mer à forte salinité constitue l’un des environnements les plus exigeants pour un échangeur thermique marin. Dans des zones telles que le golfe Arabique, la mer Rouge et certaines parties de la mer Méditerranée, la salinité peut dépasser 40 ppt, accompagnée d’une température élevée de l’eau, d’une forte concentration en oxygène dissous et d’une activité biologique intense, autant de facteurs qui accélèrent la corrosion, favorisent l’entartrage et provoquent un encrassement important sur l’échangeur thermique à plaques (PHE). Les exploitants de navires naviguant dans ces eaux particulièrement agressives ne peuvent pas compter sur des conceptions traditionnelles. SME Group, doté de plus de vingt ans d’expérience en ingénierie maritime, propose des solutions adaptées à cette exigence grâce à une combinaison de ses produits, allant du système de protection cathodique à courant imposé (ICCP), au système de protection contre la croissance marine (MGPS), au système d’électrolyse sélective (SED) et à l’échangeur thermique à plaques (PHE), jusqu’à la conception spécifique haute salinité de notre PHE.
1. Sélection avancée de matériaux pour des conditions de salinité extrême
La sélection des matériaux constitue la base de tout échangeur de chaleur à plaques (PHE) conçu pour un service à forte salinité. L’acier inoxydable 316L peut convenir dans des conditions typiques d’eau de mer, mais il est sujet à la corrosion par piqûres et à la corrosion sous dépôt dans des conditions de forte salinité. SME recommande vivement le titane comme matériau idéal pour les plaques de PHE destinées aux applications à forte salinité. En effet, la couche passive d’oxyde qui se forme naturellement sur le titane est tellement exceptionnellement stable, même en présence de chlorures à haute température, qu’il bénéficie d’une durée de vie théoriquement infinie en eau de mer — ainsi que de la garantie qu’une perforation catastrophique des tubes ne peut pas se produire.
Là où le titane serait trop coûteux pour certaines applications, nous proposons d’utiliser des aciers inoxydables superausténitiques tels que le 254 SMO ou des alliages à base de nickel comme l’alliage C-276. Bien que cela améliore la résistance à la corrosion localisée induite par les chlorures, une attention particulière doit être portée à la fois à la température et à la vitesse d’usage. Nos ingénieurs collaborent avec chacun de nos clients, sur chaque cuve individuelle, en analysant leur profil de salinité, leurs plages de température et leurs vitesses de fonctionnement, afin de sélectionner la solution la plus économique. Dans notre usine de fabrication certifiée ISO 9001, située à Nantong et couvrant 5 000 m², nous respectons les spécifications matériaux les plus rigoureuses pour la construction du PHE, afin de répondre aux conditions extrêmes auxquelles sont soumises les unités opérant dans les environnements les plus sévères du monde.
2. Prévention de l’entartrage et gestion thermique
Une plus forte concentration de sel dans le fluide entraîne une proportion accrue de carbonate de calcium, d’hydroxyde de magnésium et d’autres agents formant des dépôts. Lorsque l’eau de mer est chauffée des deux côtés de l’échangeur à plaques (PHE), ces substances se déposent sur les plaques sous forme d’une couche de tartre qui entrave le transfert thermique et augmente les pertes de pression. Si l’accumulation de tartre n’est pas maîtrisée, cette couche peut même provoquer un bouchon.
SME lutte contre le tartre grâce à plusieurs approches de conception. Les motifs de cannelures des plaques sont conçus pour générer une turbulence élevée du fluide, ce qui renforce la contrainte de cisaillement à la surface de transfert thermique et réduit ainsi la probabilité d’adhérence du tartre. Les plaques comportent également des canaux d’écoulement surdimensionnés dans les zones les plus chaudes de l’empilement, afin de limiter la surchauffe locale et d’empêcher la précipitation. SME fournit également des recommandations concernant les températures d’entrée de l’eau de refroidissement, fondées sur la température de saturation de précipitation du carbonate de calcium dans la zone de navigation concernée.
Dans les environnements marins particulièrement agressifs, SME est en mesure de spécifier des échangeurs à auto-nettoyage (PHE), ou de proposer des procédures de nettoyage chimique adaptées et sûres pour nos matériaux de plaques. Couplés à un système de prévention de la croissance biologique (MGPS), qui peut intensifier les phénomènes d’entartrage, ces dispositifs permettent à l’opérateur de maintenir de façon optimale les performances thermiques dans des environnements marins sévères.
3. Réduction de la vitesse d’écoulement et maîtrise de l’érosion
Ces vitesses d’écoulement élevées réduiront partiellement l’encrassement, mais, d’un autre côté, elles augmenteront le taux d’érosion-corrosion. Dans les eaux à forte salinité, où les chlorures attaquent vigoureusement, ce phénomène peut poser un problème particulier. SME conçoit ces échangeurs pour trouver un juste équilibre entre un bon rendement de transfert thermique et une sollicitation modérée afin d’éviter une usure prématurée des plaques. Les paramètres pouvant être ajustés entre vitesse élevée et érosion-corrosion sont nettement plus tolérants pour les plaques en titane que pour celles en acier inoxydable.
Nous utilisons la modélisation CFD des profils d’écoulement à travers l’empilement de plaques afin de déterminer si certaines zones de cet empilement pourraient être soumises à des vitesses d’écoulement élevées en des points spécifiques. Les experts métier (SME) utilisent ensuite leur expérience en matière de géométrie des plaques, de dimensionnement des orifices et de configuration des joints pour optimiser la répartition de l’écoulement, de façon à réduire l’érosion tout en garantissant que la vitesse reste suffisamment élevée pour maîtriser le biofouling. Cette approche permet de réduire le nombre de plaques dans les installations exploitant des eaux à forte salinité, où le biofouling peut poser problème.
4. Protection intégrée contre la corrosion pour une fiabilité système globale
Même les matériaux de plaques de qualité supérieure peuvent être compromis par une attaque initiée ailleurs sur le navire, due à des réactions électrochimiques provoquées par l’eau fortement salée en contact avec les canalisations, raccords et connexions. Des courants parasites provenant de systèmes de protection cathodique, de défauts électriques ou même de potentiels générés par les arbres d’entraînement peuvent pénétrer dans les circuits contenant de l’eau de mer et provoquer une corrosion rapide des composants des échangeurs thermiques, indépendamment du matériau des plaques.
Risques auxquels fait face l’approche intégrée de protection des PME. Une protection ciblée précisément de la coque est assurée par le système ICCP (protection cathodique à courant imposé), garantissant qu’aucun courant parasite provenant de la coque ne puisse atteindre les PHE et les influencer. L’accumulation de charges électrostatiques sur l’arbre d’hélice, due à sa rotation, peut générer des niveaux de tension susceptibles de provoquer la corrosion du circuit de refroidissement à eau de mer. Le dispositif de mise à la masse de l’arbre (SED) neutralise l’électricité statique sur l’arbre et empêche ainsi ces courants corrosifs potentiels de s’écouler vers l’eau de mer via l’arbre, le générateur entraîné par l’arbre, puis finalement via le carter extérieur du générateur entraîné par l’arbre. Couplé à un système MGPS (qui prévient l’encrassement biologique des surfaces, phénomène pouvant engendrer des piles d’aération différentielle sur les surfaces métalliques), ce système combiné contrarie efficacement la menace posée à la fois par les agents corrosifs et biologiques dans des conditions de forte salinité.
L’équipe d’assistance technique de SME collabore avec vous pour analyser l’ensemble de votre navire, y compris les matériaux des tuyaux, la liaison équipotentielle et la protection existante, afin de concevoir une solution complète visant à maximiser la durée de vie de vos échangeurs thermiques à plaques (PHE). Avec plus de 500 projets nouveaux et existants par an ainsi que plus de 100 ingénieurs en électricité et en mécanique, le groupe SME est idéalement positionné pour développer pour vous une solution PHE sur mesure, même dans les environnements salins les plus extrêmes, et vous offrir la sérénité dont vous avez besoin. Avec nous, votre solution va au-delà de vos préoccupations.