Quelles sont les causes de la corrosion dans les échangeurs de chaleur ?

Il existe de nombreux types d'échangeurs de chaleur, largement utilisés dans la production chimique et qui y jouent un rôle important. Ce sont des équipements courants dans de nombreux secteurs industriels. Lors de leur utilisation, la corrosion est fréquente. Quelles en sont les causes ? Voici une brève explication.

1. Choix des matériaux pour les échangeurs de chaleur : Le facteur déterminant est le coût. Les matériaux utilisés pour les tubes comprennent l’acier inoxydable, les alliages cuivre-nickel, les alliages à base de nickel, le titane et le zirconium, etc. Les tubes soudés sont privilégiés, sauf dans les applications industrielles où leur utilisation est impossible. Seuls les matériaux résistants à la corrosion sont utilisés pour les tubes, tandis que l’acier au carbone est employé pour la calandre.

2. Corrosion des métaux des échangeurs de chaleur

1) Le principe de la corrosion des métaux : La corrosion des métaux fait référence à la destruction des métaux sous l'action chimique ou électrochimique du milieu environnant, et souvent sous l'action combinée de facteurs physiques, mécaniques ou biologiques, c'est-à-dire la destruction des métaux sous l'influence de leur environnement.

2) Plusieurs types courants de dommages dus à la corrosion des échangeurs de chaleur :

a. Corrosion uniforme : Les dommages de corrosion uniformes macroscopiques qui se produisent sur toute la surface exposée au milieu ou sur une grande zone sont appelés corrosion uniforme.

b. Corrosion par contact : Deux métaux ou alliages de potentiels différents entrent en contact et sont immergés dans une solution électrolytique, ce qui provoque la circulation d’un courant électrique entre eux. La vitesse de corrosion du métal à potentiel positif diminue, tandis que celle du métal à potentiel négatif augmente.

c. Corrosion sélective : Le phénomène dans lequel un certain élément d'un alliage pénètre préférentiellement dans le milieu en raison de la corrosion est appelé corrosion sélective.

d. Corrosion par piqûres : La corrosion qui se concentre sur des points individuels de petite taille à la surface du métal et qui a une plus grande profondeur est appelée corrosion par piqûres, également connue sous le nom de corrosion par petits trous ou corrosion par piqûres.

e. Corrosion des interstices : Une corrosion sévère des interstices se produit dans les interstices et les zones recouvertes des surfaces métalliques.

f. Corrosion par érosion : La corrosion par érosion est un type de corrosion qui accélère le processus de corrosion en raison du mouvement relatif entre le milieu et la surface métallique.

g. Corrosion intergranulaire : la corrosion intergranulaire est un type de corrosion qui corrode de préférence les joints de grains et les zones adjacentes des métaux ou des alliages, tandis que la corrosion des grains eux-mêmes est relativement faible.

h. La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) et la fissuration par fatigue-corrosion (SCC) sont des fractures de matériaux causées par l'action combinée de la corrosion et de la contrainte de traction dans un certain système diélectrique métallique.

i. Dommages causés par l'hydrogène : Le métal dans la solution électrolytique peut subir des dommages causés par la perméation d'hydrogène due à la corrosion, au lavage acide, à la protection cathodique ou à l'électroplacage.

3. Influence du fluide de refroidissement sur la corrosion des métaux : l’eau naturelle est le fluide de refroidissement le plus couramment utilisé dans l’industrie. De nombreux facteurs influent sur la corrosion des métaux, dont les principaux et leurs effets sur plusieurs métaux couramment utilisés :

1) Oxygène dissous : L’oxygène dissous dans l’eau est un oxydant qui participe au processus cathodique et favorise donc généralement la corrosion. Lorsque la concentration d’oxygène dans l’eau est inégale, des zones de concentration d’oxygène se forment, provoquant une corrosion localisée. Pour l’acier au carbone, l’acier faiblement allié, les alliages de cuivre et certains aciers inoxydables, l’oxygène dissous est le facteur le plus important influençant leur comportement à la corrosion dans l’eau.

2) Autres gaz dissous : En l’absence d’oxygène dans l’eau, le CO₂ provoque la corrosion du cuivre et de l’acier, mais pas celle de l’aluminium. Des traces d’ammoniac corrodent les alliages de cuivre, mais sont sans effet sur l’aluminium et l’acier. Le H₂S favorise la corrosion du cuivre et de l’acier, mais est sans effet sur l’aluminium. Le SO₂ diminue le pH de l’eau et augmente sa corrosivité envers les métaux.

3) Dureté : De manière générale, l’augmentation de la dureté de l’eau douce réduit la corrosion des métaux tels que le cuivre, le zinc, le plomb et l’acier. L’eau très douce est fortement corrosive ; le cuivre, le plomb et le zinc ne doivent donc pas y être utilisés. À l’inverse, le plomb résiste à la corrosion en eau douce, mais provoque une corrosion par piqûres en eau très dure.

4) Valeur du pH : L'acier se corrode moins dans l'eau avec un pH > 11 et se corrode davantage lorsque le pH

5) L'influence des ions : Les ions chlorure peuvent endommager la surface des métaux passivés tels que l'acier inoxydable, induisant une corrosion par piqûres ou une SCC.

6) Impact du tartre : tartre de CaCO3 en eau douce. La couche de tartre de CaCO3 n’est pas propice au transfert de chaleur, mais elle est bénéfique pour prévenir la corrosion.

4. Influence des transferts thermiques sur la corrosion : Le comportement des métaux face à la corrosion diffère selon la présence ou l’absence de transfert thermique. De manière générale, les transferts thermiques accentuent la corrosion des métaux, notamment en cas d’ébullition, de vaporisation ou de surchauffe. L’impact des transferts thermiques varie selon le milieu et le métal.

5. Méthodes anticorrosion : La connaissance des causes des différentes corrosions dans les échangeurs de chaleur et la sélection de mesures anticorrosion appropriées peuvent permettre d'atteindre l'objectif d'une utilisation efficace des équipements.