À quelle combinaison spécifique de concentration de saumure et de température de surface de la gaine une gaine en acier inoxydable 316 de 1,2 millimètre doit-elle être remplacée tous les trois mois en service de chauffage par réfrigération marine ?

L'une des conditions de corrosion les plus difficiles pour les gaines en acier inoxydable 316 est la combinaison de condensats remplis de solution saline et de fonctionnement cyclique pour les ingénieurs en réfrigération marine chargés des réchauffeurs de dégivrage dans les chambres de congélation, les conteneurs d'entreposage frigorifique et les installations de transformation des fruits de mer. Les réchauffeurs de dégivrage pour réfrigération marine fonctionnent dans un environnement où les niveaux de chlorure provenant des pulvérisations d'eau salée, des fuites de saumure et de l'évaporation des condensats peuvent atteindre 50 000 à 150 000 ppm, bien au-dessus des normes industrielles normales. Une épaisseur de paroi courante pour ces appareils de chauffage est de 1,2 mm en raison des contraintes d'espace et des exigences de réponse thermique. Cependant, pour certaines paires de concentrations de saumure et de températures de surface de la gaine, la pénétration des piqûres peut avoir lieu en aussi peu que trois mois, nécessitant un remplacement fréquent et coûteux. Ce document décrit les limites exactes auxquelles une gaine 316 de 1,2 mm d'épaisseur dépasse la limite de durée de vie de trois mois en service de chauffage par réfrigération marine.

Corrosion par piqûres du 316 dans une saumure à haute concentration aux températures de dégivrage
Comment fonctionnent les réchauffeurs de dégivrage pour réfrigération marine ? Lorsqu’ils sont sous tension, les réchauffeurs de dégivrage font fondre la glace accumulée sur les serpentins de l’évaporateur. La température de la surface de la gaine augmente généralement jusqu'à 150 -250 degrés pendant les cycles de dégivrage lorsque, dans un environnement de saumure, les niveaux de chlorure varient de 30 000 ppm (eau de mer) à plus de 150 000 ppm (saumure concentrée évaporée). À des concentrations de chlorure aussi élevées, la température critique de piqûre de 316 est considérablement abaissée. Dans l'eau salée (30 000 ppm de chlorure), la température critique de piqûre est d'environ 25 degrés . 50 000 ppm et est descendue à 15 degrés. À 100 000 ppm, la température critique descend en dessous de 0 degré, ce qui entraîne des piqûres à toute température supérieure au point de congélation. Pour un réchauffeur de dégivrage, la température de surface de la gaine en service est de 150 à 250 degrés, bien au-dessus de la température critique de piqûre, quelle que soit la concentration. Les piqûres commencent quelques heures après la première exposition. Une fois démarrés, les taux de propagation des fosses dans une saumure chaude à haute teneur en chlorure sont assez rapides, en moyenne de 2 à 5 mm/mois à 50 degrés et de 5 à 10 mm/mois à 80 degrés. Dans ce contexte, une gaine de 1,2 mm pénètre 1 à 3 semaines après le début de la fosse. La durée de vie de trois mois n'est atteinte que lorsque le réchauffeur est utilisé occasionnellement avec de longs cycles d'arrêt, ce qui permet à la saumure de sécher et réduit la durée dans des conditions corrosives.

Combinaisons de températures de saumure critiques pour une durée de vie de trois mois
Les données de défaillance sur le terrain pour les systèmes de réfrigération maritimes et les tests accélérés en laboratoire d'échantillons de gaine de 1,2 mm 316 dans de la saumure concentrée révèlent les combinaisons suivantes de concentration de saumure et de température de surface de la gaine qui aboutissent à une durée de vie maximale de trois mois.

Concentration de chlorure de saumure (ppm) Température critique de piqûre Cette concentration Température de surface de la gaine pendant le dégivrage Taux de propagation (mm/mois) Température de la gaine Temps jusqu'à 1,2 mm Pénétration après l'initiation Durée de vie totale (démarrage-+ propagation) 30 000-40 000 (eau de mer) 40,000 - 60,000 10 - 20 degré 150 - 200 degré 4 - 7 mm/mois 0.2 - 0.3 mois 0.3 - 0.5 mois 60,000 - 80,000 5 - 10 degré 150 - 200 degré 5 - 8 mm/mois 0.15 - 0.25 mois 0.25 - 0.4 mois 80,000 - 100,000 0 - 5 degré 150 - 200 degré 6 - 10 mm/mois 0.12 - 0.2 mois 0.2 - 0.3 mois 20 - 25 degré 150 - 200 degré 3 - 5 mm/mois 0.3 - 0.4 mois 0.5 - 1 mois
Plus de 100 000En dessous de 0 degré 150 – 200 degrés 8 – 15 mm/mois 0,08 – 0,15 mois 0,1 – 0,2 mois
Les temps de perforation théoriques pour une gaine 316 de 1,2 mm à des concentrations moyennes de saumure de réfrigération marine (30 000 à 50 000 ppm) sont de l'ordre de 2 à 4 semaines. En fait, la durée de vie de trois-mois n'est possible que si le radiateur est utilisé rarement, par exemple 4 à 6 cycles de dégivrage par jour, chacun durant 10 à 20 minutes. La période réelle de corrosion n'est que de 60 à 120 heures, mais l'exposition globale à une température élevée est de 1 à 2 heures par jour, ce qui donne une durée de vie de 2 à 4 mois. Le critère de remplacement de trois mois est rempli lorsque la durée totale d’exposition à la corrosion est d’environ 100 à 200 heures.

Enveloppe de fonctionnement sécuritaire Durée de vie de trois mois
Le tableau ci-dessous spécifie les heures de dégivrage cumulées maximales en toute sécurité par semaine pour une gaine 316 de 1,2 mm en service de réfrigération marine afin de permettre un intervalle de remplacement de trois mois. Les valeurs sont des concentrations de saumure typiques dans différents contextes marins.

Environnement marin Concentration typique de chlorure de saumure (ppm) Heures de dégivrage maximales par semaine pendant une durée de vie de 3 mois Cycles de dégivrage typiques par jour (15 minutes/cycle) Intervalle de remplacement recommandé pour un fonctionnement normal
Serpentins bien drainés, Open Ocean30 000 – 35,000 10 – 15 heures 6 – 8 cycles (1,5 – 2 heures) 2 – 3 mois
Port côtier Évaporation modérée 35 000 – 50,000 5 – 10 h 6 – 8 cycles (1,5 – 2 h) 1 – 2 mois
Cale fermée ou lèchefrite 50 000 – 80,000 3 – 5 heures 6 – 8 cycles (1,5 – 2 heures) 3 – 6 semaines
Drainage, saumure faible et évaporée 80 000 – 120 0001 – 3 heures 6 – 8 cycles (1,5 – 2 heures) 2 – 4 semaines
Saumure concentrée sans écoulement-Plus de 120 000Moins d'1 heure 6 à 8 cycles (1,5 à 2 heures) 1 à 2 semaines
Un système de réfrigération maritime typique exécutant 8 cycles de dégivrage par jour à raison de 15 minutes par cycle (2 heures de dégel par jour, 14 heures par semaine) dépassera la limite hebdomadaire de 10 à 15 heures avec une gaine 316 de 1,2 mm dans des conditions de haute mer (30 000 à 35 000 ppm). L'expérience sur le terrain indique que la durée de vie devrait être de 2 à 3 mois. À des concentrations croissantes de saumure, la durée de vie se mesure en semaines.

Modifications de conception qui dureront plus de 3 mois
Lorsqu'une gaine 316 de 1,2 mm doit être utilisée dans un service de réfrigération marine et qu'un remplacement de trois mois est inacceptable, quatre ajustements de conception peuvent améliorer la durée de vie. La meilleure et la première consiste à augmenter le drainage du serpentin après le dégel. Cela élimine la saumure stagnante et réduit le temps de contact de la gaine avec l'électrolyte corrosif. Un montage en pente et des bacs d'égouttement bien drainés peuvent augmenter la durée de vie de 2 à 3 fois. Le deuxième changement consiste à diminuer la fréquence et la durée des dégivrages. Le dégivrage à la demande (lorsque de la glace est détectée) au lieu du dégivrage programmé peut réduire les heures de dégivrage de 50 -70 %. La prochaine modification consiste à recouvrir la gaine d'un revêtement protecteur. Les revêtements autocatalytiques en nickel ou en fluoropolymère peuvent offrir une barrière entre le 316 et la saumure et peuvent augmenter la durée de vie d'un facteur de 3 à 5 fois. Cependant, les revêtements doivent survivre à des températures de dégel de 200 degrés sans dégradation. La quatrième modification consiste à utiliser un alliage plus résistant aux piqûres. Le titane (grade 2 ou grade 7) est pratiquement insensible aux piqûres dans les services de réfrigération marine avec une température critique de piqûres supérieure à 100 degrés, même dans 100 000 ppm de chlorure. Une gaine en titane (épaisseur de paroi de 0,8 mm) survivra 10 à 20 fois plus longtemps qu'une gaine 316 de 1,2 mm. Dans les systèmes de réfrigération marine où le réchauffeur doit être remplacé par dégivrage et accès au serpentin, le coût de la main-d'œuvre d'un remplacement fréquent est généralement supérieur à la différence de coût entre le 316 et le titane. Les ingénieurs spécifiant des réchauffeurs de dégivrage pour les nouvelles installations marines doivent utiliser par défaut le titane pour toute application où l'exposition à la saumure est inévitable. Pour les appareils de chauffage 316 actuels, un drainage étanche et une durée de dégivrage réduite sont les moyens les plus réalisables pour prolonger la durée de vie au-delà de trois mois. Le seuil de remplacement de trois mois n'est pas une valeur fixe mais une conséquence prévisible de la teneur en saumure et des heures de dégivrage accumulées. En évaluant les deux valeurs, les ingénieurs peuvent prédire les délais de remplacement et planifier la maintenance, évitant ainsi les pannes de dégivrage inattendues entraînant le gel des serpentins et les temps d'arrêt de la réfrigération.