Corrosion par érosion et corrosion accélérée par l'écoulement est l'attaque mécanique et électrochimique combinée qui se produit lorsque un fluide à haute vitesse ou turbulent arrache le film d'oxyde protecteur ou film passif d'une surface métallique plus rapidement que celui-ci ne peut se reformer, exposant du métal frais qui se corrode à nouveau dans une boucle répétitive.
Le résultat est une perte de métal directionnelle qui suit le trajet de l'écoulement, et non les piqûres aléatoires observées en conditions stagnantes.
La corrosion accélérée par l'écoulement (FAC) est une forme spécifique et à conséquences élevées de ce mécanisme qui amincit les tuyauteries en acier au carbone dans les systèmes de vapeur humide et d'eau d'alimentation.
La plupart des métaux d'ingénierie survivent dans des fluides agressifs uniquement parce qu'un film mince et adhérent sépare le métal de l'électrolyte. L'acier au carbone compte sur la magnétite (Fe3O4), les alliages de cuivre sur une couche d'oxyde cupreux, et les aciers inoxydables sur un film passif riche en chrome.
La corrosion par érosion commence lorsque la contrainte de cisaillement au niveau de la paroi, la turbulence, des gouttes percutantes ou des solides entraînés enlèvent mécaniquement ce film localement. Le métal nu se corrode rapidement, un nouveau film commence à croître, et l'écoulement l'enlève à nouveau.
Parce que la dissolution et l'enlèvement mécanique se renforcent mutuellement, la perte totale de métal est bien supérieure à celle de chacun des processus pris isolément. La vitesse est largement gouvernée par le transfert de matière à la paroi, donc tout ce qui augmente la turbulence ou la vitesse locale augmente le taux.
La corrosion par érosion présente une morphologie directionnelle distinctive qui la distingue de la corrosion par piqûres et d'autres formes localisées. Les signatures typiques incluent :
La corrosion par érosion se concentre partout où l'écoulement s'accélère, change de direction ou devient turbulent. Le tableau ci-dessous met en correspondance les sites courants avec leur cause dominante et les mesures pratiques d'atténuation.
| Site | Cause dominante | Atténuation |
|---|---|---|
| Coudes, courbes, Té | Turbulence et impact au changement de direction | Coudes à grand rayon, paroi plus épaisse, alliage résistant à la FAC |
| Roue et corps de pompe | Haute vitesse plus effondrement de cavitation | Augmenter la NPSH, alliages plus durs, dimensionnement correct |
| Sièges de vanne et obturateurs en régime de restriction | Flash et vitesse locale élevée à travers la restriction | Stellite ou obturateurs durcis, détente en plusieurs étages |
| Entrées de tubes de condenseur et d'échangeur de chaleur | Turbulence d'entrée et solides entraînés | Bagues d'entrée ou inserts, limites de vitesse |
| Canalisations d'eau d'alimentation et de vapeur humide | Corrosion accélérée par l'écoulement de l'acier au carbone | Alliage au chrome, contrôle du pH et de l'oxygène |
| Orifices et réducteurs | Jetting en aval de la restriction | Géométries profilées, liners résistants à l'usure |
L'érosion par l'extrémité d'entrée est un moteur fréquent de défaillance de tubes et de perte de capacité thermique, donc les entrées de tubes méritent une attention dédiée lors de la surveillance de l'état.
La FAC est la dissolution de la couche protectrice de magnétite sur l'acier au carbone et les aciers faiblement alliés dans l'eau en écoulement ou la vapeur humide.
Elle a causé des ruptures catastrophiques de tuyaux, y compris les ruptures des lignes de condensat et d'alimentation de Surry en 1986 et de Mihama en 2004, car l'amincissement peut être interne et invisible jusqu'à la rupture de la paroi.
La FAC est la plus agressive dans une fenêtre spécifique de conditions plutôt qu'à la température la plus élevée simplement. La FAC en phase monophasique atteint un pic approximatif dans la plage 130 à 150 °C, tandis que la FAC diphasique (vapeur humide) atteint un pic plus près de 180 °C.
La chimie de l'eau d'alimentation fixée dans le dégazeur influence fortement le taux, ce qui explique pourquoi la chimie du dégazeur et de l'eau d'alimentation de la chaudière doit être contrôlée délibérément.
Quatre leviers dominent le taux de FAC, et chacun a une réponse d'ingénierie claire.
| Variable | Effet sur la FAC | Objectif de contrôle |
|---|---|---|
| Teneur en chrome | Même environ 0,1 % de Cr réduit fortement le taux ; les aciers 1,25Cr-0,5Mo et 2,25Cr-1Mo sont très résistants | Remplacer les composants sensibles par de l'acier faiblement allié |
| pH de l'eau d'alimentation | Un pH plus élevé stabilise la magnétite | pH 9,2 à 9,8 avec traitement tout-volatil |
| Oxygène dissous | Une trace d'oxygène forme un oxyde plus protecteur | Traitement oxygéné uniquement sur les eaux de haute pureté |
| Vitesse d'écoulement et géométrie | La turbulence augmente le transfert de matière | Limites de vitesse, raccords à grand rayon |
Lors du remplacement des bobines suspectes, confirmez que le matériau livré contient bien le chrome spécifié ; un raccord en acier au carbone nominalement identique s'amincira à nouveau. La vérification des alliages sur le terrain par identification positive des matériaux empêche ce mélange.
Pour la corrosion par érosion en phase monophasique, la défense la plus directe est de maintenir la vitesse du fluide en dessous du seuil auquel le film protecteur ne peut pas survivre. Ces vitesses de conception approximatives pour l'eau de mer en écoulement illustrent comment le choix d'alliage apporte une marge de sécurité.
| Matériau | Vitesse maximale continue approximative en eau de mer (m/s) |
|---|---|
| Cuivre | 1,0 |
| Laiton Admiralty | 1,5 |
| Cuivre-nickel 90-10 | 3,5 |
| Cuivre-nickel 70-30 | 4,5 |
| Acier inoxydable 316 et titane | Très élevée (film stable) |
Un programme durable combine géométrie, chimie et matériaux avec une surveillance disciplinée de l'épaisseur de paroi. Utilisez des coudes à grand rayon et des réducteurs profilés, maintenez les vitesses dans les limites des alliages, contrôlez le pH et l'oxygène de l'eau d'alimentation, et remplacez les emplacements à haute susceptibilité par de l'acier contenant du chrome.
Inspectez ensuite selon un calendrier prédictif: relevés ultrasoniques en grille de l'épaisseur aux coudes, Té et en aval des orifices, suivis dans le temps pour projeter la durée de vie restante avant d'atteindre une épaisseur minimale.
Gérer ces parcours d'inspection, historiques d'épaisseur et dossiers d'alliages dans une GMAO permet de rendre visibles les tendances d'amincissement plutôt que de les laisser enfouies dans des tableurs.
Des plateformes telles que Fabrico permettent aux équipes de planifier des campagnes d'épaisseur et de suivre l'état des composants par rapport aux limites de durée de vie restante. Réservez une démonstration Fabrico pour voir comment cela s'intègre à un programme d'inspection existant.
Les deux impliquent l'enlèvement mécanique du film, mais les dégâts de cavitation proviennent de l'effondrement de bulles de vapeur contre la surface et produisent un aspect rugueux, spongieux et cratérisé. La corrosion par érosion produit des rainures lisses et directionnelles et des piqûres sous-creusées qui suivent le trajet de l'écoulement.
La FAC agit en dissolvant la magnétite. Le chrome dans l'acier forme un oxyde mixte beaucoup moins soluble dans l'eau à haute température, donc même de faibles ajouts de chrome, et a fortiori les nuances inoxydables, résistent au mécanisme.
Élever le pH dans la plage 9,2 à 9,8 stabilise l'oxyde protecteur et réduit le taux, mais le bénéfice dépend de l'amine utilisée et de sa répartition entre les phases eau et vapeur. La chimie doit être validée pour chaque cycle spécifique.
La mesure ultrasonore de l'épaisseur de paroi suivie dans le temps (tendances) aux emplacements connus sensibles. Une seule lecture ne montre que l'épaisseur actuelle ; la projection de la durée de vie restante provient de la comparaison des campagnes successives.
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