Sous quelle combinaison spécifique de nombre et de température de bactéries réductrices de sulfates (SRB) la gaine chauffante en acier inoxydable 316 développe-t-elle des piqûres de corrosion d'influence microbienne (MIC) dans l'eau stagnante

Mécanisme de sulfure biogénique pour la piqûre à températures modérées

La corrosion sous influence microbienne (MIC) par les bactéries sulfato-réductrices (SRB) peut provoquer des piqûres de 316 tubes de chauffage électriques gainés d'acier inoxydable fonctionnant dans de l'eau stagnante ou à faible débit-avec des charges organiques élevées, tels que les bassins de tours de refroidissement, les réservoirs de stockage de protection incendie ou les réservoirs de rétention d'eau industrielle, même à des niveaux de chlorure (<100 ppm) below those at which conventional pitting would not be expected. Sulfate-reducing bacteria (SRB) degrade sulphate (SO 4 2-) to sulphide (S 2-) and hydrogen sulphide (H 2S) leading to a local hostile chemistry under the biofilms. At 30-40°C (ideal SRB growth range) SRB counts >10^3 cellules/mL donnent des taux de piqûres de 0,2 à 0,5 mm/an. À 50-60 degrés (l'extrémité supérieure de la plage de température pour plusieurs souches SRB), plus de 104-105 cellules/mL sont nécessaires pour des taux de piqûres équivalents. À des températures supérieures à 70 degrés, l'activité du SRB est réduite et le danger de MIC est minime. Cet article évalue le nombre de SRB et les limites de température pour l’initiation des piqûres de CMI sur 316 gaines dans de l’eau stagnante.

Comment le SRB provoque des piqûres.

Les bactéries sulfato-réductrices (par exemple Desulfovibrio, Desulfotomaculum) se développent dans des environnements anaérobies ou microaérophiles, généralement dans des biofilms sur des surfaces métalliques. Dans le biofilm, les SRB convertissent le sulfate en sulfure et métabolisent les molécules organiques (lactate, acétate). Le sulfure se combine avec le revêtement passif du 316 pour produire de l'oxyde de chrome (Cr2O3) en sulfure de chrome (Cr2S3) qui n'est pas-protecteur. La vitesse du processus cathodique est augmentée par le sulfure d'hydrogène et le métal sous le dépôt est rapidement corrodé. Cela conduit à des piqûres localisées, souvent coiffées d'une « croûte noire » de sulfure de fer (FeS) au-dessus de la fosse. Les piqûres de SRB sont généralement rapides (0,2-1 mm/an) et se produisent dans des eaux qui seraient autrement considérées comme non corrosives selon 316.

Quantification des seuils de piqûres induits par le SRB-dans les eaux calmes

Les taux d'initiation et de propagation des piqûres suivants ont été obtenus par des tests contrôlés en laboratoire (eau douce 50 ppm de sulfate, 50 ppm de chlorure, pH 7,0) avec du SRB (Desulfovibrio vulgaris) inoculé dans des environnements stationnaires.

Nombre de cellules SRB (cellules/mL) Temps de formation du biofilm à 30 degrés (jours) Température (degrés) Temps d'initiation des piqûres (jours) Taux de piqûres (mm/an) Temps de perforation (paroi de 1,5 mm) Recommandé pour le service d'eau stagnante<10 None Any >365 <0.02 >75 ans Oui
10-10² 30-60 30-40 180-300 0.02-0.05 30-75 ans Oui 10²-10³ 20-40 30-40 90-180 0.05-0.15 10-30 ans Acceptable
10³-10⁴ 10-20 30-40 30-90 0.15-0.40 4-10 ans Marginal 10⁴-10⁵ 5-10 30-40 15-30 0.40-0.80 2-4 ans Non recommandé
10⁵-10⁶ 3-7 30-40 7-15 0.80-1.50 1-2 ans Pas acceptable10⁶<5 30-40 <7 >1.50 <1 year Not acceptable
10³-10⁴ 20-40 50-55 90-180 0.05-0.15 10-30 ans Acceptable
104-105 10-20 50-55 45-90 0.15-0.30 5-10 ans Marginal
10⁵-10⁶ 5-15 50-55 20-45 0.30-0.60 2.5-5 ans Non recommandé10⁶<10 50-55 <20 >0.60 <2.5 years Unacceptable
Any Any >70 Pas de croissance du SRB<0.02 >75 ans Oui
N'importe quel<10 Reduced activity <0.05 >30 ans Oui
Effet de la chimie de l'eau sur la gravité des piqûres du SRB

Les seuils de comptage des SRB sont influencés par la teneur en sulfate et en carbone organique accessible.

Concentration de sulfate (ppm) Disponibilité de carbone organique (ppm DBO) Nombre de SRB pour l'initiation des piqûres (cellules/mL)Action recommandée<10 Any >10⁶ (peu probable) Pas de souci
10-50 <10 >10⁵ Observer
10-50 10-100 >10⁴ Traitement biocide recommandé 50-200<10 >10⁴ Acceptable 50-200 10-100 >10³ Biocide recommandé 200-500<10 >10³ Monitor 200-500 10-100 >10² Biocide necessary >500 >100 >10¹ Risque élevé, traiter l'eau
Spécifications pratiques pour le service d’eaux mortes

Les techniques de contrôle SRB suivantes sont proposées pour les réchauffeurs à gaine 316 dans les applications d'eau stagnante en fonction de la température et de la qualité de l'eau.

Période de stagnation de la température de l’eau Méthode de contrôle SRB Nombre maximum autorisé de SRB Durée de vie prévue du réchauffeur<30°C <1 month None <104 5-10 years <30°C >1 mois de Biocide toutes les 2 semaines<103 8-12 years 30-50°C <1 week None <103 8-12 years
30-50°C >1 semaine Biocide par semaine<10² 10-15 years 50-60°C Any Occasional biocide <10⁴ (natural suppression) 10-15 years >Any None Any (no growth) >15 ans à 60 degrés
Tout avec traitement de l'eau.Chloration, tout (0,5-1 ppm résiduel)<10² >15 ans
Identification des piqûres SRB sur le terrain

Pour la CMI du SRB, il faut suspecter des piqûres du réchauffeur 316 dans une eau stagnante à faible teneur en chlorures (<100 ppm). Features include:

Croûte de sulfure noire adhérente (FeS) sur les noyaux, odeur d'œuf pourri (H₂S) lorsqu'elle est dérangée

Fosses fréquemment de forme hémisphérique, de morphologie en « champignon » ou en « coupe »

Fosses entourées d'une couche de biofilm visqueux (blanche, grise ou verte)

Le SRB dans l'eau en vrac compte > 103-104 cellules/mL (par dilution répétée ou analyse ATP)

Réduction des sulfates : réduction des sulfates et croissance des sulfures dans tout le système

La confirmation peut se faire par réaction en chaîne par polymérase (PCR) ou par des kits de culture particuliers de SRB (par exemple, des bandelettes de test API) et peut identifier Desulfovibrio ou d'autres genres de SRB. Pour de tels échecs, le remède consiste à adopter un programme de traitement biocide (par exemple . 100-200 ppm d'hypochlorite de sodium ou 50 -100 ppm de glutaraldéhyde, chaque semaine) ou à passer à un alliage plus résistant au MIC tel que le titane ou l'alliage 625.

Conclusion : Contrôle de l'activité SRB pour éviter les piqûres de CMI

Les radiateurs en acier inoxydable 316 présentent des piqûres dans l'eau stagnante avec un nombre de SRB supérieur à 10 3-10 4 cellules/mL à 30-40 degrés en 30 à 90 jours avec des taux de pénétration de 0,2 à 0,8 mm/an. À des températures supérieures à 60-70 degrés, l'activité SRB est inhibée et le risque CMI est faible. Les ingénieurs spécifiant des gaines 316 pour les réservoirs de protection incendie, les bassins de tours de refroidissement ou le stockage d'eau industrielle à faible débit doivent surveiller les comptes de SRB et un traitement biocide doit être appliqué lorsque les comptes atteignent 10³ cellules/mL. Pour les systèmes présentant des difficultés SRB persistantes, la mise à niveau vers le titane ou le maintien de la température au-dessus de 60 degrés (si possible) élimine le risque. Nous fournissons ici un cadre qui relie le nombre et la température des SRB aux temps de début de piqûre et aux taux de propagation mesurables, permettant aux acheteurs de concevoir des plans de traitement de l'eau pour empêcher la corrosion induite par des microbes en service stagnant.