Lorsque les cartouches chauffantes rencontrent des environnements corrosifs : guide de survie pour la sélection des matériaux

L'exposition aux produits chimiques détruit les éléments chauffants plus rapidement que pratiquement tout autre facteur opérationnel, mais la sélection des matériaux n'est généralement examinée que superficiellement lors des spécifications. L'idée selon laquelle l'acier inoxydable ne se corrode pas du tout conduit à des erreurs coûteuses dans les usines chimiques, les usines de transformation des aliments et même dans les usines qui semblent sûres. Connaître la réaction des différents métaux à certains problèmes chimiques permet à certains équipements de durer des années tandis que d’autres doivent être remplacés tous les mois.

Les conditions de chlorure sont les endroits les plus répandus et les plus dangereux pour la corrosion. L'air salin le long de la côte, les produits chimiques de nettoyage dans les installations alimentaires et les produits chimiques de traitement dans l'industrie chimique ajoutent tous des ions chlorure qui attaquent l'acier inoxydable 304 ordinaire par piqûres et fissurations par corrosion sous contrainte. Le processus commence par la pénétration du chlorure à travers la couche d'oxyde passive qui protège l'acier inoxydable. Ceci est suivi par une production d’acide localisée qui ronge rapidement le métal de base. Une fois les piqûres commencées, l’attaque s’accélère car la fosse génère un environnement pauvre en oxygène et riche en acide, ce qui encourage davantage d’attaques.

Comparés aux aciers inoxydables ordinaires, les alliages Incoloy 800 et 840 résistent bien mieux au chlorure. Ces alliages de nickel-fer-chrome maintiennent leurs couches passives stables dans les endroits où l'acier inoxydable 304 se décomposerait. Les structures d'oxyde plus résistantes sont obtenues en ajoutant du nickel supplémentaire, qui est généralement de 30 à 35 %. Avoir des niveaux de chrome d’environ 20 % vous offre une protection supplémentaire. L'Incoloy n'est pas seulement un bon choix pour les endroits très exposés aux chlorures, notamment les environnements maritimes, une utilisation importante de sel ou un traitement chimique. C'est nécessaire.

Différents matériaux doivent être pensés dans des situations acides. Différents acides, comme l’acide sulfurique, l’acide chlorhydrique et différents acides organiques, attaquent les métaux de différentes manières. L'acide sulfurique dissout les choses en général et rend l'hydrogène cassant. L'acide chlorhydrique décompose de manière agressive les oxydes protecteurs. Les taux de corrosion changent beaucoup avec la concentration et la température. Par exemple, les acides dilués à température ambiante peuvent convenir, tandis que les acides concentrés ou chauffés nécessitent des alliages spéciaux ou des revêtements protecteurs.

Les environnements caustiques ne sont pas très répandus dans la production régulière, mais ils se produisent lors du nettoyage ou de certains processus chimiques. L'aluminium et divers aciers inoxydables sont endommagés par les solutions d'hydroxyde de sodium et d'hydroxyde de potassium par fissuration caustique. L'Incoloy convient également à ces utilisations puisque les alliages à haute teneur en nickel sont très résistants aux attaques caustiques. Mais vous devez vérifier la concentration et la température exactes du produit caustique par rapport aux tableaux de corrosion, car les taux d'attaque augmentent rapidement au-delà des niveaux spécifiés.

La corrosion atmosphérique, souvent sous-estimée, détruit lentement les gaines chauffantes des usines. Les processus de combustion libèrent du dioxyde de soufre, les opérations de réfrigération ou chimiques libèrent des vapeurs d'ammoniac et différentes vapeurs organiques génèrent des revêtements corrosifs sur les surfaces métalliques. La corrosion à l’extérieur de la gaine rend la paroi plus mince, ce qui finit par entraîner des trous qui laissent entrer le fluide de traitement ou laisser s’échapper l’électricité. Une vérification régulière des surfaces extérieures permet de détecter ces dommages avant qu'ils n'entraînent une panne majeure.

La rouille interne, même si elle est plus difficile à voir, est tout aussi grave. Les fluides de procédé qui entrent par les joints d'étanchéité des bornes ou par les brèches de la gaine entrent en contact avec l'élément de résistance et l'isolation en oxyde de magnésium. L'eau, les solutions aqueuses ou les vapeurs qui peuvent se condenser en un liquide deviennent corrosives lorsqu'elles sont chauffées. Une fois sec, l’oxyde de magnésium est un excellent conducteur de chaleur et un excellent isolant électrique. Cependant, au contact de solutions ioniques, il devient conducteur. Cette pollution interne provoque des défauts à la terre, des valeurs de résistance étranges et des pannes inattendues.

La protection des bornes va au-delà de la simple gaine lorsqu'il s'agit de choisir des matériaux. Des joints époxy, des câbles en téflon et des bottes en caoutchouc silicone protègent les endroits où se termine la protection de la gaine. Ces pièces doivent être capables de gérer les produits chimiques présents dans leur environnement tout en étant flexibles et ne laissant pas passer l'électricité. Dans les environnements chimiques difficiles, l'extrémité de la borne tombe généralement en panne avant la partie chauffée. Cela signifie que le choix du bon alliage de gaine est tout aussi crucial que sa bonne étanchéité.

Lorsque les alliages ordinaires ne fonctionnent pas ou ne sont pas-rentables, les revêtements de protection sont une option. Différents types de revêtements, comme la céramique, les polymères et les métaux, peuvent protéger contre certaines substances. Mais les revêtements présentent également leurs propres problèmes, tels qu'un décalage de dilatation thermique, des défauts de piqûres et des dommages lors de l'installation. Vous devez être très prudent avec les radiateurs à revêtement, et leur remplacement peut nécessiter des étapes supplémentaires. Cela dépend des caractéristiques de l'application et de la capacité à la maintenir à jour, s'il faut utiliser des éléments chauffants revêtus ou des matériaux de base améliorés.

Les tests de compatibilité chimique peuvent sembler une évidence,-mais les gens les négligent souvent parce qu'ils manquent de temps ou parce qu'ils pensent savoir ce que sont les matériaux « standards ». Les tests d'immersion de matériaux potentiels dans des fluides de traitement réels, aux températures de travail et avec des cycles thermiques, montrent des défauts que les mesures en laboratoire pourraient manquer. Les fluides de traitement contiennent souvent de petites quantités d'impuretés, de produits d'oxydation non prévus ou des compositions changeantes qui modifient leur corrosivité. Les tests dans le monde réel, même sous des formes plus simples, empêchent les équipements de fabrication de tomber en panne et de coûter très cher.

Le coût total de possession est affecté par la corrosion au fil du temps, ce qui affecte les aspects économiques du choix des matériaux. Il est clair qu’un appareil de chauffage qui coûte deux fois plus cher mais dure cinq fois plus longtemps est une meilleure affaire. Mais cette évaluation doit prendre en compte les coûts d'installation, les retards, les pertes possibles de produit et les risques de sécurité liés aux pannes inattendues. L’approvisionnement intelligent ne se limite pas au prix de l’article. Il examine également les coûts sur toute la durée de vie de l'article.

Les règles environnementales rendent également plus difficile le choix des matériaux. Certaines utilisations, comme le contact alimentaire et les équipements médicaux, ne permettent que certains alliages et traitements de surface. Les pièces des terminaux et les matériaux internes sont affectés par la conformité RoHS et les règles comparables. Ces règles rendent plus difficile le choix des matériaux, mais elles indiquent également clairement lesquels peuvent être utilisés.