Corrosion des échangeurs de chaleur : causes et prévention, composant par composant

Comment prévenir la corrosion d'un échangeur de chaleur ?

On prévient la corrosion d'un échangeur de chaleur en traitant chaque composant selon son propre mécanisme : matériau des tubes et vitesse d'eau contre les piqûres et l'érosion, traitement d'eau contre les dépôts et la corrosion bactérienne, revêtements et protection cathodique sur plaques tubulaires et boîtes à eau contre la corrosion galvanique et caverneuse, choix des joints et des plaques sur les échangeurs à plaques. Aucune mesure unique ne couvre tout l'appareil.

Un échangeur tubulaire réunit plusieurs métaux, une paroi chauffée, des interstices et une eau souvent mal traitée ; un échangeur à plaques y ajoute des centaines de contacts sous joint. Le dommage suit la conception, il est donc prévisible. Voici chaque composant, avec renvoi à nos guides détaillés ; pour les mécanismes eux-mêmes, voir les types de corrosion industrielle.

Tubes : piqûres, érosion à l'entrée, dépôts, corrosion bactérienne et fissuration

Piqûres. Symptôme : piqûres isolées et profondes, souvent repérées par courants de Foucault. Cause : chlorures qui percent le film passif de l'inox, ou piles locales sous les dépôts. Les nuances inoxydables se classent par leur indice PREN, d'où le choix de nuances plus alliées, de duplex ou de titane en eau chlorurée. Voir notre guide de la corrosion par piqûres.

Érosion-corrosion à l'entrée des tubes. Symptôme : perte de métal lisse, en fer à cheval, au début de chaque tube, surtout face à l'entrée de la boîte à eau. Cause : la turbulence arrache la pellicule d'oxyde protectrice plus vite qu'elle ne se reforme, défaillance classique des tubes de condenseur en alliage de cuivre, aggravée par le sable, les débris, l'air et une mauvaise distribution. Prévention : vitesse côté tubes dans la plage admise par le concepteur et l'alliage, filtration des débris, inserts ou manchons d'entrée qui éloignent la turbulence du joint tube-plaque.

Dépôts et corrosion sous dépôt. Symptôme : tartre, limon ou biofilm, avec des piqûres dessous. Cause : vitesse trop faible, sels de dureté précipités sur la paroi chaude, filtration insuffisante ; la zone privée d'oxygène sous le dépôt devient anode. Prévention : traitement d'eau (inhibiteurs, filtration, maîtrise des purges), nettoyage régulier, vitesse assez élevée pour limiter l'encrassement sans éroder le tube. TEMA, et API 660 pour les services pétroliers, pétrochimiques et gaziers, encadrent ces choix ; les valeurs relèvent du concepteur, pas d'une règle empirique.

Corrosion bactérienne (MIC). Symptôme : tubercules avec, dessous, des piqûres agressives souvent en cuvette. Cause : bactéries sulfato-réductrices et ferrobactéries de l'eau de refroidissement, favorisées par la stagnation. Cas fréquent : un échangeur laissé plein d'eau d'épreuve hydrostatique non traitée. Prévention : biocide, vidange et séchage après l'épreuve, procédure de conservation à l'arrêt. Voir notre guide de la corrosion bactérienne.

Fissuration par corrosion sous contrainte. Symptôme : fissures fines et ramifiées, sans perte de métal visible. Cause : contrainte de traction et milieu précis — chlorures sur inox austénitique à température élevée, ammoniac sur laiton, soude caustique sur acier au carbone. Prévention : choix d'alliage (duplex, ferritique, alliage riche en nickel ou titane en service chloruré), pas de zones où les chlorures se concentrent par évaporation, détente des contraintes si le code le permet. Un revêtement ne la guérit pas.

Revêtement des tubes. Deux choses portent ce nom. Le revêtement d'extrémité prolonge celui de la boîte à eau sur une courte distance dans chaque tube, par-dessus le joint, pour protéger l'entrée et ne pas laisser de métal noble nu près d'acier revêtu. Le revêtement sur toute la longueur est un procédé spécialisé ; il ajoute une résistance thermique que le concepteur thermique doit valider. Tubes endommagés : obturation, chemisage ou retubage.

Plaques tubulaires et joints tube-plaque : corrosion galvanique et caverneuse

Corrosion galvanique. Symptôme : cratères autour des trous, ponts amincis, joints dudgeonnés qui commencent à suinter. Cause : une plaque tubulaire en acier au carbone reliée à des tubes en alliage de cuivre, en inox ou en titane. Le contact métallique des joints dudgeonnés est permanent, l'eau ferme le circuit, et l'immense surface des tubes sert de cathode face au peu d'acier exposé. Voir la corrosion galvanique des échangeurs de chaleur, qui explique pourquoi revêtir l'acier seul est dangereux.

Corrosion caverneuse. Symptôme : attaque dans les portées de joint, les rainures de cloison de passe et au bord des joints dudgeonnés. Cause : eau stagnante, appauvrie en oxygène, piégée dans un interstice ; sur plaque en inox en eau chlorurée, l'interstice entre tube et trou au-delà du dudgeonnage est typique. Voir notre guide de la corrosion caverneuse.

Prévention : matériaux choisis à la conception (plaques plaquées, alliages appariés), revêtement de la face prolongé dans les tubes, protection cathodique dans la boîte à eau, joints conçus pour limiter les interstices. Réparation : reconstruction à l'époxy chargé métal des cratères, des ponts et des portées de joint, puis revêtement pour immersion, comme expliqué dans la réparation de plaque tubulaire et de boîte à eau. La plaque tubulaire est une pièce sous pression : épaisseur résiduelle et acceptation des ponts relèvent de l'inspecteur du propriétaire, et les appareils enregistrés suivent les exigences de la juridiction, au Canada CSA B51 et l'autorité provinciale.

Boîtes à eau, boîtes de distribution et couvercles : eau brute, eau de mer, galvanique

Symptôme. Amincissement, piqûres et tubercules sur la paroi et le couvercle, surtout près de la bride de plaque tubulaire et de la tubulure d'entrée. Sur la fonte, une surface d'apparence saine qui se gratte au couteau en graphite tendre.

Cause. L'eau brute de rivière, de lac ou de mer est conductrice, oxygénée, chargée de limon et d'organismes, et la boîte à eau en acier ou en fonte est le métal le moins noble du système. La corrosion graphitique de la fonte est une forme de dissolution sélective.

Prévention. Un revêtement intérieur pour immersion sur toutes les surfaces mouillées, contrôlé par essai diélectrique, plus une protection cathodique : anodes sacrificielles boulonnées dans la boîte à eau ou système à courant imposé. Le revêtement réduit la demande de courant, les anodes protègent ses défauts. La protection cathodique se conçoit avec le spécialiste de protection cathodique ; avec des tubes en titane, les potentiels restent dans les limites du fournisseur.

Réparation. Reconstruction à l'époxy chargé métal, revêtement, anodes neuves. Une paroi sous le minimum du propriétaire ou une fonte graphitisée sans métal sain impose le remplacement.

Calandre et côté calandre : dépôts, impact et corrosion externe

Quand l'eau circule côté calandre, les zones lentes derrière les chicanes et près de la plaque tubulaire accumulent les dépôts, avec corrosion sous dépôt et corrosion bactérienne. Les trous de chicanes en acier s'agrandissent et laissent les tubes vibrer et s'user. Sous la tubulure d'entrée, l'impact érode la première rangée de tubes ; TEMA précise quand une plaque de protection contre l'impact est exigée. Une poche de gaz en haut ou de l'eau laissée au fond à l'arrêt crée des zones stagnantes.

À l'extérieur, une calandre calorifugée est exposée à la corrosion sous isolant. Prévention : eau côté tubes si possible, vitesse suffisante, protection contre l'impact, vidange complète à l'arrêt. Les réparations de calandre suivent le code ; le revêtement intérieur s'applique en service d'eau si l'accès le permet.

Corrosion d'un échangeur à plaques : sous les joints et choix des plaques

La corrosion se concentre là où la conception crée des interstices : sous les joints, aux points de contact entre plaques et aux orifices.

Corrosion caverneuse sous joint. Symptôme : piqûres ou ligne sombre le long de la rainure, fuite entre plaques ou vers l'extérieur. Cause : eau chlorurée piégée dans la rainure, aggravée par les dépôts ; sur inox, elle précède souvent les piqûres en surface libre.

Fissuration sous contrainte des plaques. Les plaques embouties en inox gardent des contraintes de formage et peuvent fissurer en service chloruré chaud, aux ondulations ou près des orifices.

Matériau des plaques. Choix qualitatif, dicté par le service : inox austénitique courant pour une eau propre et peu chlorurée ; inox plus alliés ou alliages de nickel à mesure que chlorures, température et conditions oxydantes augmentent ; titane pour l'eau de mer et l'eau saumâtre. Les élastomères de joints se choisissent pour leur compatibilité chimique et thermique.

Réparation. Tôles minces embouties, les plaques se nettoient, se contrôlent et se remplacent ; elles ne se reconstruisent pas. Le bâti et la plaque de serrage en acier au carbone relèvent du revêtement.

Échangeurs en graphite

Le graphite imprégné résiste à des acides que peu de métaux tolèrent ; ces appareils cèdent plutôt aux chocs thermiques et mécaniques, au vieillissement de la résine d'imprégnation et des joints. Leurs pièces en acier — calandres, têtes, tirants, brides — se corrodent dans les vapeurs acides et au contact du graphite, noble dans la série galvanique. Le graphite ne se soude pas ; la remise en état repose sur l'obturation, le scellement, la réimprégnation et le resurfaçage composite, décrits dans la remise en état d'un échangeur en graphite.

Composant × mécanisme × prévention × réparation

Questions fréquentes

Quelle est la cause la plus fréquente de corrosion d'un échangeur de chaleur ? En service d'eau de refroidissement : les dépôts et la corrosion sous dépôt, la corrosion galvanique des plaques tubulaires et des boîtes à eau en acier, et l'érosion-corrosion à l'entrée des tubes. Le mécanisme dominant se confirme à l'inspection.

Revêtir la plaque tubulaire arrête-t-il la corrosion galvanique ? Seulement s'il couvre aussi les extrémités de tubes, sans défaut, idéalement avec protection cathodique. Revêtir l'acier seul transforme chaque manque en petite anode face à toute la surface des tubes.

Peut-on revêtir l'intérieur des tubes d'un échangeur ? Oui : le revêtement d'extrémité protège l'entrée et le joint ; le revêtement sur toute la longueur est un procédé spécialisé à valider contre la conception thermique.

Comment arrêter la corrosion caverneuse d'un échangeur à plaques ? Choisir un alliage de plaque adapté au taux de chlorures et à la température, utiliser des joints compatibles et garder les plaques propres. Les plaques attaquées se remplacent.

Quelles normes encadrent la conception des échangeurs à faisceau tubulaire ? TEMA couvre la conception mécanique, protection contre l'impact comprise ; API 660 la complète pour les services pétroliers, pétrochimiques et gaziers. Les réparations sous pression suivent, au Canada, CSA B51 et l'autorité provinciale.

En pratique

Le côté eau des plaques tubulaires, boîtes à eau, boîtes de distribution et couvercles est l'endroit où une réparation à froid fait le plus de différence. Induscoat les reconstruit à l'époxy chargé métal et les revêt pour l'immersion, avec l'inspecteur du propriétaire et, si des anodes sont en jeu, le spécialiste de protection cathodique. Ce travail relève de notre service de maintenance et réhabilitation et de la réparation d'échangeurs pour les usines du Québec et de l'Ontario. Photos de la boîte à eau ouverte, matériaux des tubes et de la plaque, type d'eau : cela suffit pour commencer : demander une soumission. Les fiches techniques de la gamme Induscoat sont publiées sur le site de la marque, induscoat.com.