Trois systèmes sur le même navire traitent le même fluide – l'eau de mer – mais nécessitent trois aciers inoxydables différents. Le refroidissement par eau de mer est une tâche à flux continu, le duplex 2205 en gère donc la majeure partie. Le ballast est un service intermittent, stagnant et chargé de sédiments, il nécessite donc une teneur plus élevée en molybdène ou une stratégie de revêtement. La lutte contre les incendies est une tâche normalement inactive, à débit soudainement maximal, et c'est la plus difficile des trois : une conduite d'incendie humide peut rester immobile pendant un an, puis fonctionner à pleine vitesse en quatre-vingt-dix secondes.
Si vous ne vous souvenez que d’une seule phrase, souvenez-vous de celle-ci :dans l'eau de mer, l'acier inoxydable se dégrade par corrosion caverneuse et par piqûres sous-dépôts, et non par corrosion uniforme. La qualité que vous choisissez doit donc être adaptée à la durée pendant laquelle la surface reste humide et immobile, et pas seulement à la salinité de l'eau.
Ce guide s'adresse aux ingénieurs en tuyauterie et équipements, aux équipes d'approvisionnement et aux géomètres des sociétés de classification qui doivent défendre un choix de matériau sur papier. Chaque section commence par une question, donne la réponse en une ou deux phrases, puis explique le raisonnement et les chiffres qui le sous-tendent.
Vous pouvez le lire de bout en bout ou accéder directement au système que vous spécifiez : refroidissement par eau de mer, ballast ou lutte contre les incendies. La matrice de comparaison au milieu consolide les trois et l'annexe répertorie les normes, les hypothèses et les métadonnées de publication.
Qu’est-ce qui détermine réellement si un acier inoxydable survit à l’eau de mer ?
Trois variables déterminent le résultat : la teneur en alliage (exprimée en PREN), la température de service et la fréquence à laquelle la surface est mouillée et fluide. La salinité seule ne vous dit presque rien.
Les ingénieurs demandent souvent « un grade résistant à l'eau de mer » comme si la résistance était une seule propriété. Ce n'est pas. L'eau de mer attaque l'acier inoxydable par une dégradation localisée du film passif, et cette dégradation dépend d'un seuil qui évolue avec la température.
A Tuyau 316Lcela donne quinze ans dans une ligne de refroidissement de la mer du Nord à 12 degrés peut perforer en dix-huit mois dans une sortie de condenseur du Golfe à 45 degrés. Même chimie de l’eau, même alliage, température différente. L'alliage n'a pas changé ; le seuil est passé en dessous de la condition de fonctionnement.
La conséquence pratique est qu’une fiche technique sans température de service ni régime d’écoulement ne constitue pas une spécification. C'est un souhait. Toute proposition crédible de système d'eau de mer doit indiquer la température de conception, la vitesse minimale et maximale, le régime de chloration et les périodes de stagnation attendues - car chacune de ces quatre entrées peut faire varier la réponse d'un ou deux échelons.
Que signifie réellement « acier inoxydable de qualité marine » ?
Rien de formel. Il s'agit d'une expression marketing sans définition dans aucune norme, et elle est le plus souvent appliquée à 316 - une qualité véritablement adaptée aux équipements de pont et aux mains courantes, et véritablement inadaptée aux canalisations d'eau de mer immergées.
Il n'existe pas de classification de « qualité marine » selon ASTM, EN ou ISO. Ce qui existe est un ensemble de sélections de matériaux spécifiques au service publiées par les sociétés de classification, NORSOK et les spécifications du propriétaire, et ces documents sont beaucoup plus conservateurs que ne le suggère le terme marketing.
La confusion a un coût réel. Un acheteur qui écrit « acier inoxydable de qualité marine » sur une demande recevra 316L, car il s'agit de la qualité la moins chère que l'expression puisse décrire de manière plausible. Ce 316L va ensuite dans un collecteur de refroidissement à l'eau de mer, où il sera le premier élément de la liste de pannes.
Écrivez plutôt le numéro UNS. S31603, S32205, S32750, S31254 - ceux-ci sont sans ambiguïté, ils apparaissent sur le certificat de l'usine et ils peuvent être vérifiés. La « qualité marine » ne peut pas être vérifiée, c'est exactement pourquoi elle ne doit jamais apparaître sur un bon de commande.
Comment est calculé le PREN et de quelle valeur avez-vous réellement besoin ?
PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Pour de l'eau de mer froide qui s'écoule en continu, vous avez besoin d'environ PREN 35 ; pour un service chaud, stagnant ou sujet aux crevasses, vous avez besoin de PREN 40 ou plus. Mais le PREN est un outil de dépistage et non une garantie.
PREN, le nombre équivalent de résistance aux piqûres, est une somme pondérée des trois éléments qui stabilisent le film passif contre les attaques de chlorure. Le chrome forme le film ; le molybdène et l'azote le réparent localement lors de la percée du chlorure.
La formule est volontairement simple, ce qui est à la fois sa force et sa faiblesse. Il ignore la microstructure, la teneur en inclusions, la finition de surface et le traitement thermique, qui comptent tous. Deux séries de 2205 avec un PREN identique peuvent différer de manière mesurable en termes de température critique de piqûre mesurée si l'une d'entre elles n'a pas été correctement recuite.
C'est pourquoi les spécifications sérieuses ne s'arrêtent pas au nombre calculé. Ils nécessitent un résultat mesuré : une température critique de piqûre selon la méthode A de la norme ASTM G48 ou un test de corrosion selon la norme ASTM G150, rapporté sur la chaleur réelle. Le tableau ci-dessous montre les valeurs typiques ; traiter la colonne PREN comme une aide à la conception et la colonne CPT comme critère d'acceptation.
|
Catégorie (UNS) |
Nom commun |
PREN typique |
CPT typique, diplôme (ASTM G48 A) |
Plafond d'eau de mer pratique |
|
S31603 |
316L |
24–26 |
20–25 |
25 à 30 degrés, circulant uniquement |
|
N08904 |
904L |
34–36 |
40–50 |
35-40 degrés |
|
S32205 |
Duplex 2205 |
34–36 |
45–55 |
45-50 degrés |
|
S31254 |
6Mo / 254SMO |
42–44 |
65–80 |
60-70 degrés |
|
S32750 |
Super duplex 2507 |
41–43 |
80–90 |
80-90 degrés |
|
N06625 |
Alliage 625 |
~50 |
>85 |
Sévère, plus haute résistance |
Notez l'anomalie de classement : le 6Mo a un PREN légèrement supérieur à celui du super duplex 2507, mais le 2507 est plus performant dans de nombreuses tâches en eau de mer. Le PREN ne profite pas de l'avantage de la microstructure duplex, qui résiste à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure d'une manière que le 6Mo entièrement austénitique ne peut pas. C’est la première fois qu’un seul chiffre peut induire en erreur.
Pourquoi le 316L échoue-t-il dans l'eau de mer même s'il s'agit de « qualité marine » ?
Parce que sa température critique de piqûre n’est que d’environ 20 à 25 degrés et que sa température critique de crevasse est encore plus basse. Dans la plupart des systèmes d’eau de mer, le métal passe une grande partie de sa vie dans une crevasse à une température supérieure à ce seuil.
Regardez où le 316L échoue réellement. Il s’agit rarement d’un tuyau droit. Il se trouve sous un joint sur une face de bride, sous une selle de support de tuyau, sous un groupe de balanes, à l'intérieur d'un joint fileté ou dans la jambe morte derrière une vanne fermée.
Chacun de ces endroits est une crevasse : une géométrie dans laquelle l’eau de mer pénètre mais ne peut pas échanger librement. L'oxygène est consommé plus rapidement qu'il ne peut être reconstitué, la chimie locale change, les chlorures se concentrent et le pH à l'intérieur de l'espace diminue. Le film passif ne peut pas se reconstruire dans cet environnement et les piqûres commencent.
C'est pourquoi les défaillances de l'eau de mer 316L ressemblent à elles : des fosses profondes isolées avec du métal brillant au fond, entourées d'une surface intacte. Le tuyau ne s'est pas corrodé. Un centimètre carré l'a fait.
Il y a une tournure contre-intuitive qui mérite d’être connue. L'eau de mer naturelle forme un biofilm sur l'acier inoxydable qui augmente son potentiel de corrosion d'environ 200 à 400 mV, et un potentiel plus élevé signifie une plus grande force motrice pour l'attaque des crevasses.
La chloration empêche ce biofilm, doncl'eau de mer chlorée est souvent moins agressive pour l'acier inoxydable que l'eau de mer propre et non chlorée- le contraire de ce que pensent la plupart des gens. La lutte contre l’encrassement biologique est donc une mesure de contrôle de la corrosion, et pas seulement une mesure de transfert de chaleur.
Quelle est la différence entre CPT et CCT, et pourquoi le CCT régit-il la conception de vos brides ?
CPT est la température à laquelle les piqûres commencent sur une surface ouverte ; CCT est la température la plus basse à laquelle ils commencent à l’intérieur d’une crevasse. Pour les nuances austénitiques, le CCT se situe environ 15 à 25 degrés en dessous du CPT, et pour les nuances duplex, l'écart est plus petit mais toujours réel.
La distinction est importante car presque tous les composants en acier inoxydable d’eau de mer contiennent des crevasses de par leur conception. Une bride boulonnée avec un joint enroulé en spirale est une crevasse contrôlée. Un joint roulé tube-plaque tubulaire est une crevasse contrôlée. Un siège de soupape est une crevasse contrôlée.
Si vous sélectionnez sur CPT, vous sélectionnez l'emplacement le plus simple sur le composant. Si vous sélectionnez sur CCT, vous sélectionnez l'emplacement qui échouera réellement.
La réponse technique ne consiste pas seulement à améliorer l’alliage. C'est aussi pour réduire la crevasse. Souder au lieu de la bride là où l'accès pour la maintenance le permet. Utilisez des joints complets plutôt que des joints à face surélevée. Spécifiez une soudure d'étanchéité sur les joints tube-plaque tubulaire. Gardez les supports éloignés de la surface du tuyau avec un espace de drainage et ne laissez jamais une conduite en acier inoxydable reposer sur une selle en acier au carbone.
|
Détail de conception |
Ce que cela crée |
Atténuation |
|
Bride boulonnée, face surélevée |
Crevasse entre le joint et la face de la bride |
Joint intégral, ou souder le joint |
|
Selle de support de tuyau |
Crevasse humide permanente et couple galvanique |
Collier avec espace de drainage, isolé de l'acier |
|
Joint fileté |
Crevasse profonde et ininspectable |
Remplacer par un joint soudé ou à bride |
|
Tube à plaque tubulaire |
Jeu annulaire au niveau du joint roulé |
Soudure étanche, ou expansion contrôlée |
|
Jambe morte derrière une valve |
Eau de mer stagnante, pas de renouvellement d'oxygène |
Éliminer les jambes mortes ; ajouter un point de vidange et de chasse d'eau |
Quelles qualités sont réellement utilisées dans les systèmes d’eau de mer ?
Six qualités couvrent presque tout : 316L pour les boucles fermées et le matériel non immergé, 904L pour les chlorures modérés, le duplex 2205 comme bête de somme, 6Mo pour les échangeurs de chaleur à plaques et de petit calibre, le super duplex 2507 pour les applications chaudes ou riches en chlorures et les alliages de nickel pour les cas extrêmes.
Le tableau ci-dessous est la courte liste qui apparaît dans les spécifications réelles. Tout ce qui n'y figure pas est soit un choix spécialisé, soit une erreur.
|
Grade |
Où il gagne sa place |
Là où ce n'est pas le cas |
|
316L (S31603) |
Boucles de refroidissement fermées, air instrument, accastillage, zone d'éclaboussure au-dessus de la ligne humide |
Toute canalisation d’eau de mer immergée en permanence |
|
904L (N08904) |
Lignes de traitement à chlorure modérée, certains circuits d'épuration |
Eau de mer chaude ; le coût est difficile à justifier par rapport à 2205 |
|
Duplex 2205 (S32205) |
Tuyauterie de refroidissement à l'eau de mer au-dessus de DN50, plaques d'échangeur thermique à plaques, corps de pompe, vannes |
Lignes de ballast stagnantes, eau de mer chaude au-dessus de 50 degrés, joints soudés à haute contrainte sans contrôle |
|
6Mo (S31254) |
Tuyauterie d'eau de mer de petit calibre, lignes d'instruments, échangeurs de chaleur à plaques, buses déluge d'eau d'incendie |
Tuyauterie de gros calibre pour des raisons de coût |
|
Super duplex 2507 (S32750) |
Eau de mer chaude, saumures riches en chlorures, circuits d'électrochloration, eau d'incendie haute pression |
Service à basse température et faible teneur en chlorure où 2205 est suffisant |
|
Alliages de nickel (625, C276) |
Pointes évasées, acide sévère et chlorure, composants critiques irremplaçables |
Tuyauterie générale d'eau de mer ; le coût est d'un ordre de grandeur plus élevé |
Une règle empirique utile pour l'approvisionnement : l'étape d'alliage de 316L à 2 205 double à peu près la tolérance à la corrosion en termes de température, et l'étape de 2 205 à 2 507 la double à nouveau à peu près. Chaque étape coûte beaucoup moins cher que l'étape précédente en termes de maintenance, c'est pourquoi les spécifications moyennes dominent les spécifications réelles.
Refroidissement à l'eau de mer : quelle qualité pour les canalisations, les échangeurs à plaques et les faisceaux de tubes ?
Duplex 2205 pour les paquets de tuyauterie et de plaques, super duplex 2507 ou 6Mo où la température de sortie dépasse environ 50 degrés, et titane pour les faisceaux de tubes dans les refroidisseurs critiques. 316L n'appartient qu'à la boucle fermée.
Le refroidissement par eau de mer est le plus indulgent des trois systèmes car le flux est continu. Un flux continu maintient l'apport d'oxygène, empêche les dépôts de se déposer et maintient la surface au-dessus du seuil de vitesse où l'encrassement biologique ne peut pas se fixer. C’est précisément le régime dans lequel le 2205 fonctionne bien.
Les détails de conception qui comptent le plus sont ceux qui se situent à la limite de l’hypothèse de flux continu. La dérivation de la pompe de secours, le refroidisseur de rechange au ralenti, la conduite de dérivation et le raccord de vidange stagnent tous. Ce sont les emplacements où un système 2205 affichera éventuellement sa première fosse, et ce sont les emplacements les plus souvent omis lors d'une revue de sélection de matériaux.
|
Élément du système de refroidissement |
Recommandé |
Raison |
|
Tuyauterie principale d'eau de mer, DN50 et plus |
Duplex 2205 |
Débit continu, température modérée, bon CCT |
|
Lignes de petit calibre et d'instruments |
6Mo |
Paroi mince, faible débit, crevasse à chaque raccord |
|
Plaques d'échangeur de chaleur à plaques |
2205 ou 2507 au-dessus de 50 degrés |
Fortes turbulences, crevasses serrées au niveau des joints |
|
Faisceau de tubes à coque et tubes |
Titane Gr2 ou super duplex 2507 |
Paroi mince, température la plus élevée, moins accessible |
|
Corps de pompe et roue |
Duplex 2205, équivalent fonte |
Haute vitesse, érosion et corrosion |
|
Panier et boîtier de crépine |
6Mo ou 2507 |
Faible débit, dépôt important, ouverture fréquente |
|
Branches de secours et de contournement |
Même qualité que la conduite principale, plus drain |
Stagnant - le véritable point d'échec |
Une autre remarque sur les échangeurs de chaleur à plaques : la rainure du joint est une crevasse conçue et le matériau de la plaque est mince. Un jeu de plaques ouvert et regarni à plusieurs reprises accumule des rayures qui deviennent des sites d'initiation de piqûres. Spécifiez 2205 au minimum et inspectez les bords des plaques à chaque entretien.
Pourquoi la vitesse d'écoulement est-elle un paramètre de sélection des matériaux ?
En dessous d'environ 1 m/s, l'encrassement biologique et les sédiments se déposent et créent une corrosion sous-dépôt. Au-dessus d'environ 3,5 m/s pour les alliages de cuivre et 6 m/s pour les aciers inoxydables, l'érosion-corrosion enlève mécaniquement le film passif. La fenêtre de conception est étroite et fait partie du choix des matériaux.
La vitesse est généralement traitée comme un paramètre hydraulique, décidé par l'ingénieur en tuyauterie et transmis ensuite à l'ingénieur en matériaux. Cette séquence est à l’envers. La vitesse détermine si le film passif est reconstitué ou détruit, elle appartient donc à la discussion sur la sélection du matériau.
À faible vitesse, le mode de défaillance est biologique. Les larves s'attachent, les moules grandissent, les sédiments s'accumulent dans les points bas et le métal sous le dépôt devient une crevasse anaérobie. À haute vitesse, le mode de défaillance est mécanique : les turbulences au niveau des coudes, des réducteurs et des corps de vanne enlèvent le film plus rapidement qu'il ne peut se reformer, et le métal s'érode.
|
Matériel |
Vitesse minimale |
Vitesse maximale |
Mode de défaillance en dehors de la fenêtre |
|
316L |
1.0 m/s |
~4 m/s |
Crevasses et piqûres sous-dépôts à faible débit |
|
Duplex 2205 |
1.0 m/s |
~6 m/s |
Biofouling à faible débit, érosion à fort débit |
|
Super duplex 2507 |
1.0 m/s |
~6–7 m/s |
Idem, avec une marge de température plus large |
|
90/10 CuNi |
1.0 m/s |
~3.5 m/s |
Erosion-corrosion supérieure à 3,5 m/s |
|
Titane Gr2 |
1.0 m/s |
>10 m/s |
Vitesse essentiellement illimitée dans l'eau de mer propre |
L’objectif de conception pratique pour les conduites d’eau de mer en acier inoxydable est de 1,5 à 3,5 m/s. Cette plage permet de maintenir la surface affouillée sans approcher le seuil d'érosion, et laisse une marge aux encrassements qui se produiront inévitablement entre les accostages.
Systèmes de ballast : pourquoi la stagnation est-elle pire que la salinité ?
Parce que le service de ballast est par nature intermittent. Une conduite de ballast peut être pleine pendant une semaine, vide pendant un mois, puis à moitié pleine de sédiments pendant un an. Ce cycle produit le pire environnement possible pour l’acier inoxydable : anaérobie, sulfuré et chargé de dépôts.
Un système de ballast n’est pas un système de refroidissement portant un nom différent. Il s’agit d’un cycle de service complètement différent, et le cycle de service détermine la métallurgie.
Lors d'un voyage sur ballast, les réservoirs et les conduites sont pleins et silencieux. L'oxygène est consommé par les bactéries respiratoires et par la réaction de corrosion elle-même. Les bactéries sulfato-réductrices produisent du sulfure d’hydrogène, qui est agressif à la fois pour l’acier inoxydable et les alliages de cuivre. Les sédiments se déposent au fond des réservoirs et aux points bas, créant des dépôts profonds où le métal est entièrement protégé de tout renouvellement d'oxygène.
C’est l’environnement dans lequel la corrosion sous influence microbienne, ou CMI, devient le mécanisme dominant. La MIC n’est pas un type distinct de corrosion ; il s'agit d'une corrosion caverneuse accélérée par une chimie locale biologiquement modifiée. La réponse métallurgique est la même que pour n'importe quelle crevasse : plus de molybdène, plus d'azote ou un revêtement barrière.
|
Élément du système de ballast |
Matériau typique |
Considération clé |
|
Réservoir de ballast, revêtu |
Acier au carbone avec époxy selon IMO PSPC |
Le revêtement est la barrière ; l'inox n'est pas la principale défense |
|
Réservoir de ballast, non revêtu |
316L ou duplex 2205 |
Les pétroliers chimiquiers utilisent couramment du 316L ; un chlorure plus élevé favorise 2205 |
|
Tuyauterie de ballast principale |
Duplex 2205 ou GRP |
La drainabilité compte plus que le niveau |
|
Tuyauterie de ballast, petit alésage |
6Mo ou 2507 |
Une paroi mince plus stagnante équivaut à une défaillance précoce |
|
Corps de pompe de ballast |
Duplex 2205, moulé |
Érosion au niveau de la roue, corrosion au niveau de l'eau de coupe |
|
Machines de nettoyage de réservoirs |
316L ou 2205 |
Intermittent, à grande vitesse, souvent négligé |
Deux décisions de conception l'emportent sur le choix de la qualité. Le premier est la drainabilité : une canalisation qui ne peut pas être complètement drainée retiendra indéfiniment l’eau de mer dans ses points bas, et aucun alliage n’y survit indéfiniment. Le deuxième concerne l’intégrité du revêtement dans les réservoirs. Un réservoir en acier au carbone revêtu avec un revêtement maintenu surpasse un réservoir en acier inoxydable non revêtu avec une stratégie de revêtement défaillante, à une fraction du coût.
Qu'est-ce qui change lorsqu'un système de gestion des eaux de ballast est installé ?
Le flux le plus agressif du navire. L'électrochloration génère de l'hypochlorite à forte concentration en chlorure, et l'unité de traitement, ses canalisations et le circuit de neutralisation voient tous du comburant plus du chlorure plus occasionnellement de l'hydrogène. Il s'agit d'un territoire super duplex, 6Mo ou titane - jamais 316L.
La Convention sur la gestion des eaux de ballast exigeait que tous les navires respectent la norme de rejet D-2 d'ici le 8 septembre 2024. Ainsi, pratiquement tous les navires à flot sont désormais équipés d'un système de traitement. Cette modernisation a changé le problème de sélection des matériaux, et de nombreuses spécifications n'ont pas rattrapé leur retard.
Les technologies de traitement se divisent en deux familles aux conséquences matérielles différentes. Les systèmes physiques - filtration plus UV - sont relativement inoffensifs : les surfaces mouillées voient l'eau de mer filtrée et la lumière ultraviolette, et le duplex 2205 est généralement adéquat. Les systèmes chimiques et électrochimiques ne sont pas anodins.
L'électrochloration est le cas exigeant. La cellule génère de l'hypochlorite de sodium à partir de l'eau de mer, de sorte que l'environnement local combine une concentration élevée de chlorure, une concentration élevée d'oxydant, un faible pH au niveau de l'électrode et un sous-produit d'hydrogène. Le titane est le matériau d'électrode standard, et le boîtier de la cellule et la tuyauterie immédiatement en aval sont normalement en super duplex, en 6Mo ou non métalliques.
|
Élément BWMS |
Matériel recommandé |
Pourquoi |
|
Boîtier de filtre |
Duplex 2205 |
Eau de mer continue, température modérée |
|
Chambre de réacteur UV |
316L ou 2205 |
Pas de comburant, mais des crevasses au niveau des joints |
|
Corps de cellule d'électrochloration |
Super duplex 2507, 6Mo ou PVDF |
Haute teneur en chlorure et haute teneur en oxydant |
|
Ligne d'injection d'hypochlorite |
2507, 6Mo ou doublé PTFE |
Concentration de comburant la plus élevée sur le navire |
|
Circuit de neutralisation |
2507 ou non métallique |
Agent réducteur plus eau de mer |
|
Lignes d'échantillonnage et de surveillance |
6Mo |
Petit alésage, stagnant, arrêt fréquent |
L’erreur courante de rénovation consiste à réutiliser la tuyauterie de ballast 316L d’origine en aval du point d’injection. Cette section transporte désormais de l'eau de mer chlorée à une concentration que la conception initiale n'avait jamais prévue, et elle tombe généralement en panne au cours des deux premières années.
Systèmes de lutte contre l'incendie : pourquoi la conduite d'incendie est-elle le cas le plus difficile ?
Parce qu’il combine les pires caractéristiques des deux autres systèmes. Une conduite principale d'incendie humide stagne pendant des mois, accumule des sédiments et des débris marins, puis doit fournir le plein débit à pleine vitesse dès l'instant où une pompe démarre. La corrosion caverneuse, les piqûres sous-dépôts et l'érosion se produisent toutes dans le même composant.
La lutte contre les incendies est le système auquel les gens pensent le moins et auquel ils devraient le plus penser. Il n'a aucune redondance en fonctionnement - soit il fonctionne, soit le navire est en difficulté - et il passe 99,9 % de sa vie dans l'état que l'acier inoxydable aime le moins.
Considérez le cycle de service. Le principal est sous pression et statique. L'eau de mer s'y trouve, l'oxygène est consommé, un biofilm se forme, des sédiments se déposent aux points bas et derrière des vannes fermées. Ensuite, un incendie se produit, la pompe démarre et la conduite passe de zéro à la vitesse nominale en quelques secondes, transportant cette charge de sédiments à travers chaque coude et chaque crépine.
Les échecs qui s’ensuivent sont prévisibles. Fosses sous les sédiments aux points bas. Attaque de fissure au niveau des branchements de bouches d'incendie. Erosion-corrosion au premier coude après la pompe. Crépines et buses bloquées à cause de la croissance délogée. Aucun de ces problèmes n’est dû au fait que l’eau est salée ; tous sont causés par le fait que l’eau est calme.
|
Élément de lutte contre l'incendie |
Matériel recommandé |
Raison |
|
Conduite d'incendie, humide, gros calibre |
6Mo, super duplex 2507 ou 90/10 CuNi |
Longue stagnation et débit élevé soudain |
|
Conduite d'incendie, sèche |
Acier au carbone avec revêtement interne, ou 2205 |
L'état sec enlève le tournevis plat |
|
Branchements et vannes de bouche d'incendie |
Même qualité que le principal, soudé non fileté |
Le branchement est la crevasse classique |
|
Buses déluge et aspersion |
6Mo ou 2507 |
Petit orifice, stagnant, facilement bouché par le produit de corrosion |
|
Tuyauterie d'émulseur |
316L |
La chimie concentrée, et non l’eau de mer, régit |
|
Corps de pompe à incendie |
Duplex 2205, moulé |
Vitesse élevée au démarrage |
Deux mesures de conception réduisent la charge matérielle plus que n'importe quelle mise à niveau. Tout d’abord, disposez le conduit principal de manière à ce qu’il puisse être complètement vidé et vidangez-le pendant l’entretien. Deuxièmement, rincez la conduite principale avec de l'eau douce après chaque test de débit si le navire en a la capacité. Une canalisation drainée est une canalisation qui ne se corrode pas.
Il y a aussi une dimension réglementaire. Le chapitre SOLAS II-2 exige que la conduite principale d'incendie délivre deux jets simultanés à une pression minimale de bouche d'incendie, et les sociétés de classification exigent que le matériau soit adapté au service. Une conduite principale qui a perdu la moitié de son alésage à cause du produit de corrosion réussit toujours une inspection visuelle et échoue toujours au test de débit.
Comment les trois systèmes se comparent-ils côte à côte ?
Les trois systèmes divergent sur le cycle de service, pas sur la chimie de l'eau. Le refroidissement est continu, le ballast est intermittent et anaérobie, la lutte contre les incendies est inactive puis extrême. Cette seule différence explique presque toutes les recommandations matérielles de ce guide.
|
Critère |
Refroidissement à l'eau de mer |
Ballast |
Lutte contre les incendies |
|
Régime d'écoulement |
Continu, contrôlé |
Périodes de stagnation intermittentes et longues |
Au ralenti pendant des mois, puis au maximum |
|
Mode de défaillance dominant |
Corrosion caverneuse au niveau des brides et des supports |
CMI et piqûres sous-dépôt |
Piqûres sous dépôt plus érosion au démarrage |
|
Température |
10 à 50 degrés, le plus élevé à la sortie HX |
Température ambiante, environ 0 à 35 degrés |
Ambiant |
|
Oxygène |
Réapprovisionné par flux |
Consommé, anaérobie |
Consommé pendant la stagnation |
|
Chloration |
Continu, 0,2 à 0,5 mg/L résiduel |
Intermittent, depuis BWMS |
Aucun, sauf si rincé |
|
Note par défaut |
Duplex 2205 |
2205 avec drainage, ou acier revêtu |
6Mo, 2507 ou 90/10 CuNi |
|
Note qui échoue en premier |
316L |
316L, particulièrement petit alésage |
316L et acier galvanisé |
|
Coût de l'échec |
Perte de production, rupture de tube |
Non-conformité réglementaire, avarie réservoir |
Perte de capacité de lutte contre les incendies |
Lisez le tableau dans la colonne « note par défaut » et la logique est claire. À mesure que le cycle de service devient moins continu, la teneur en alliage requise augmente. L'eau n'a pas changé ; le motif de mouillage l’a fait.
Quand le cuivre-nickel et le titane battent-ils l’acier inoxydable ?
Le cuivre-nickel l'emporte là où la résistance à l'encrassement biologique est l'exigence dominante, car les ions cuivre suppriment la croissance marine. Le titane gagne là où dominent la vitesse, les parois minces et le transfert de chaleur, car il est effectivement immunisé contre l’eau de mer, quelle que soit la vitesse. L'acier inoxydable gagne en résistance, en poids et en l'absence de décharge de cuivre.
Les alliages cuivre-nickel 90/10 et 70/30 ont été le matériau par défaut pour les canalisations d'eau de mer pendant la majeure partie du XXe siècle, et ils restent un choix légitime. Leur avantage est biologique : le cuivre libéré en surface est toxique pour les organismes marins, le tuyau reste donc propre sans chloration.
Leurs inconvénients sont tout aussi réels. La vitesse maximale est d'environ 3,5 m/s, au-delà de laquelle l'érosion-corrosion devient rapide. Les eaux polluées par les sulfures ou l'ammoniaque les attaquent sévèrement. Et les rejets de cuivre sont de plus en plus limités dans certains ports et voies navigables intérieures, ce qui pousse les propriétaires à se tourner vers l'acier inoxydable et les produits non métalliques.
Le titane est la réponse technique pour les endroits les plus difficiles : faisceaux de tubes, eau de mer à grande vitesse, parois minces où une perforation par piqûre est inacceptable. Ce n'est pas la solution économique pour la tuyauterie générale, à environ cinq fois le coût du matériau du 316L.
|
Matériel |
Coût matériel relatif (316L=1.0) |
Résistance au bioencrassement |
Limite de vitesse |
Meilleure application |
|
316L |
1.0 |
Pauvre sans chloration |
~4 m/s |
Boucles fermées uniquement |
|
Duplex 2205 |
1.3–1.5 |
Pauvre sans chloration |
~6 m/s |
Tuyauterie générale d'eau de mer |
|
6Mo |
2.4–2.8 |
Pauvre sans chloration |
~6 m/s |
Petit alésage, plaque HX |
|
Super duplex 2507 |
2.3–2.7 |
Pauvre sans chloration |
~6–7 m/s |
Eau de mer chaude, BWMS |
|
90/10 CuNi |
2.2–2.6 |
Excellent |
~3.5 m/s |
Tuyauterie critique pour l'encrassement biologique |
|
Titane Gr2 |
5.0–6.0 |
Bien |
>10 m/s |
Faisceaux de tubes, haute vitesse |
Les coûts sont indicatifs et évoluent avec les prix du nickel et du molybdène. Utilisez les ratios pour la structure, pas pour la budgétisation.
Comment ces qualités doivent-elles être soudées et fabriquées ?
Les nuances duplex et super duplex sont moins indulgentes que les nuances austénitiques. Ils nécessitent un apport de chaleur contrôlé, une purge à l'azote, aucun préchauffage, une température entre passes limitée et une vérification de l'équilibre en ferrite. Si vous vous trompez, la résistance à la corrosion pour laquelle vous avez payé disparaît dans la zone affectée par la chaleur.
La métallurgie est simple. Les aciers duplex sont composés à peu près à moitié de ferrite et à moitié d'austénite, et cet équilibre leur confère leur solidité et leur résistance aux chlorures. Le soudage perturbe l'équilibre : une vitesse de refroidissement trop rapide laisse un excès de ferrite, une vitesse trop lente précipite la phase sigma et les nitrures.
Les deux erreurs réduisent la résistance à la corrosion et aucune n’est visible sur une soudure finie. C'est pourquoi le soudage duplex est un problème de qualification de procédure et non un problème de compétence.
|
Paramètre |
Duplex 2205 |
Super duplex 2507 |
|
Préchauffer |
Aucun |
Aucun |
|
Apport de chaleur |
0,5 à 2,0 kJ/mm |
0,5 à 1,5 kJ/mm |
|
Température entre passes |
Inférieur ou égal à 150 degrés |
Inférieur ou égal à 100-150 degrés |
|
Oxygène de purge des racines |
<100 ppm |
<50 ppm |
|
Métal d'apport |
ER2209 |
ER2594 |
|
Ferrite dans le métal soudé |
35–65% |
35–65% |
|
Traitement thermique après soudage |
Non autorisé |
Non autorisé |
Deux autres points de fabrication s'appliquent à toutes les qualités de ce guide. Premièrement, la contamination par le fer : les outils en acier au carbone, la poussière de meulage et les débris du chantier de fabrication incrustent des particules de fer dans la surface inoxydable, et ces particules rouillent et provoquent des piqûres. Un outillage dédié à l’acier inoxydable et une étape finale de décapage ou de passivation ne sont pas facultatifs.
Deuxièmement, la finition de surface est plus importante que ne l’admettent la plupart des spécifications. Un capuchon de soudure rugueux ou une surface meulée avec une contamination incrustée se creusera avant le métal de base, quelle que soit la teneur en alliage. Précisez la finition, inspectez-la et n'acceptez pas "tel que soudé" sur une conduite d'eau de mer.
Quelle est la comparaison des coûts sur 25 ans ?
Sur une base de 25 ans, le duplex 2205 est généralement l'option la moins coûteuse pour les canalisations d'eau de mer, et le 316L est généralement le plus cher - plus cher que l'acier au carbone. Le matériau le moins cher par kilogramme est rarement le matériau le moins cher par durée de vie.
Le tableau ci-dessous modélise 400 mètres de ligne de refroidissement par eau de mer DN200. Le coût d'installation comprend le matériel, la fabrication et l'installation. Le coût de remplacement comprend la suppression, l'accès, la réinstallation et la perte de disponibilité, c'est pourquoi il est plus élevé que l'installation d'origine.
|
Option |
Coût installé, USD |
Durée de vie prévue |
Remplacements dans 25 ans |
Total sur 25 ans, USD |
|
Acier au carbone, revêtement époxy |
76,000 |
7 ans |
3 |
442,000 |
|
316L |
132,000 |
9 ans |
2 |
554,000 |
|
Duplex 2205 |
192,000 |
25 ans |
0 |
192,000 |
|
Super duplex 2507 |
300,000 |
25+ ans |
0 |
300,000 |
|
90/10 CuNi |
312,000 |
25 ans |
0 |
312,000 |
|
PRV / GRE |
96,000 |
20 ans |
1 partiel |
250,000 |
Le résultat qui surprend la plupart des équipes de projet est la gamme 316L. Cela coûte 74% de plus que 2205 sur la durée de vie du système, car il est remplacé deux fois et chaque remplacement coûte plus cher que l'installation d'origine. La deuxième surprise est que l'acier au carbone avec un revêtement entretenu bat carrément le 316L.
Le GRP est compétitif en termes de coût mais limité par la température, la classe de pression et la performance au feu, c'est pourquoi il domine les conduites de ballast et d'eau de mer sur certains types de navires et est exclu d'autres.
Ces chiffres sont un modèle et non une citation. Les hypothèses sont répertoriées en annexe et le classement est robuste aux changements raisonnables du taux d’actualisation et du coût des temps d’arrêt. Ce qui n’est pas robuste, c’est toute comparaison qui ne prend en compte que le premier coût.
Quelles normes et certificats s'appliquent ?
Les normes de produits définissent le matériau ; les normes de test prouvent les propriétés ; les normes du projet définissent les critères d’acceptation. Un bon de commande qui cite uniquement une norme de produit est incomplet, car il ne précise pas quelles preuves l'usine doit fournir.
Trois niveaux de documentation régissent un achat d’acier inoxydable marin. Les normes de produits telles que ASTM A240 ou A790 indiquent à l'usine quoi fabriquer. Les normes de test telles que ASTM G48 ou A923 indiquent au laboratoire comment le vérifier. Les spécifications de projet telles que NORSOK M-630 indiquent au fournisseur quels critères d'acceptation s'appliquent.
|
Couche |
Standard |
Ce qu'il couvre |
|
Plaque et feuille |
ASTMA240/A480 |
Composition, propriétés mécaniques, finition |
|
Tuyau sans soudure et soudé |
ASTM A312, A790, A928 |
Tuyau austénitique et duplex |
|
Tube échangeur de chaleur |
ASTM A249, A789 |
Tube soudé pour échangeurs |
|
Raccords |
ASTMA403, A815 |
Raccords austénitiques et duplex |
|
Brides et pièces forgées |
ASTMA182 |
F304L, F316L, F51, F53, F55, F44 |
|
Bar |
ASTM A276, A479 |
Barre et pièces forgées pour vannes et pompes |
|
Test de piqûres |
ASTM G48 Méthode A |
Température critique de piqûre |
|
Phase intermétallique |
ASTMA923 |
Phase Sigma en duplex |
|
Teneur en ferrite |
ASTM E562 |
Nombre de ferrite dans les soudures duplex |
|
Fiches techniques des matériaux |
NORSOK M-630, MDS D41/D51/D55/D57 |
Duplex, super duplex, acceptation 6Mo |
|
Eau de ballast |
Convention BWM de l'OMI, Code BWMS |
Norme de traitement D-2 |
|
Revêtement du ballast |
OMI SPAC, MSC.215(82) |
Spécification du revêtement |
|
Conduite d'incendie |
Chapitre SOLAS II-2, règle 10 |
Capacité et disposition |
Pour un achat d'eau de mer, le paquet de documents minimum acceptable est le suivant : certificat d'usine selon EN 10204 3.1, analyse chimique spécifique à la chaleur, y compris l'azote, résultat de la méthode ASTM G48 A à la température d'essai spécifiée et, pour le duplex, un contrôle ASTM A923 ou ferrite. Si le fournisseur ne peut pas produire le résultat G48 pour la chaleur réelle, la réclamation de qualité n'est pas vérifiée.
Quelles sont les huit erreurs de spécification les plus courantes ?
La plupart des défaillances de l’acier inoxydable provenant de l’eau de mer sont dues à une erreur de spécification et non à un défaut de matériau. Ces huit représentent la majorité d’entre eux.
Premièrement : spécifier « qualité marine » au lieu d'un numéro UNS.L'expression n'a pas de définition, elle est donc par défaut l'interprétation la moins chère. Écrivez S32205, et non « qualité marine ».
Deux : ignorer les crevasses.Une qualité sélectionnée sur CPT échouera au niveau du joint, car le CCT est inférieur de 15 à 25 degrés. Concevez la crevasse ou sélectionnez-la.
Troisièmement : concevoir pour la stagnation.Les bras morts, les points bas non vidables et les branches de secours inactives sont les endroits où apparaît le premier trou. Ce sont également les problèmes les plus faciles à résoudre au stade du dessin.
Quatrièmement : considérer le PREN comme une garantie.Deux séries avec le même PREN peuvent différer en termes de CPT mesuré. Exigez le résultat du test, pas le calcul.
Cinq : qualités de mélange sans isolation galvanique.Une ligne en acier inoxydable connectée à de l'acier au carbone devient une grande cathode entraînant une petite anode. Utilisez des kits d'isolation aux transitions et n'utilisez jamais de joints en graphite.
Sixième : spécifier le duplex sans contrôles de fabrication.L'apport de chaleur, l'oxygène de purge, la température entre les passes et l'équilibre en ferrite doivent être spécifiés dans les spécifications et non laissés à l'atelier.
Septième : oublier la stratégie du biofouling.Sans chloration ni nettoyage mécanique, les conduites d'eau de mer en inox s'encrassent puis se corrodent sous le dépôt. La sélection des matériaux et le contrôle de l'encrassement sont une décision.
Huit : acheter au prix au kilo.La comparaison sur 25 ans montre que le 316L coûte plus que 2 205. Le coût initial n’est pas une indication du coût du cycle de vie.
Questions fréquemment posées
L'inox 316 est-il adapté à l'eau de mer ?
Non, pas pour un service en immersion continue. 316L a une température critique de piqûre d'environ 20 à 25 degrés seulement et une température critique de crevasse plus basse, de sorte qu'il se pique au niveau des joints, des supports et sous les dépôts dans la plupart des systèmes d'eau de mer. Il convient aux boucles de refroidissement fermées, à la quincaillerie de terrasse et aux éléments de la zone d'éclaboussure qui restent secs.
Quel est le meilleur acier inoxydable pour le refroidissement à l’eau de mer ?
Le Duplex 2205 est le meilleur choix général pour les canalisations de refroidissement à l'eau de mer et les échangeurs de chaleur à plaques. Utilisez du super duplex 2507 ou 6Mo lorsque la température de sortie dépasse environ 50 degrés, et du titane pour les faisceaux de tubes critiques.
De quelle valeur PREN ai-je besoin pour l’eau de mer ?
Le PREN 35 est le minimum pratique pour un écoulement continu d'eau de mer froide, et un PREN 40 ou plus est nécessaire pour un service chaud, stagnant ou sujet aux crevasses. PREN est un numéro de contrôle ; confirmez la résistance réelle avec un test ASTM G48 sur la chaleur.
Le duplex 2205 peut-il être utilisé pour les conduites d’eau de ballast ?
Oui, à condition que la conduite soit vidable et que le régime de chloration soit compris. . 2205 est largement utilisé pour la tuyauterie de ballast principale. Les conduites de ballast de petit calibre et toute section en aval d'un point d'injection de chloration doivent être améliorées en 6Mo ou 2507.
Pourquoi une conduite principale d'incendie a-t-elle besoin d'un niveau supérieur à celui d'une conduite de refroidissement ?
Parce qu’il stagne pendant des mois puis s’écoule à vitesse maximale. Cette combinaison produit des piqûres sous-dépôts pendant les périodes d'inactivité et une érosion au démarrage. 6Mo, super duplex 2507 ou 90/10 CuNi sont les choix habituels ; Le 316L et l'acier galvanisé sont les pannes habituelles.
Quelle est la différence entre CPT et CCT ?
CPT est la température à laquelle les piqûres commencent sur une surface ouverte et librement exposée. CCT est la température la plus basse à laquelle les piqûres commencent à l’intérieur d’une crevasse. Étant donné que les composants réels contiennent des fissures, le CCT est le nombre qui régit les performances du service.
Le super duplex 2507 vaut-il le coût supplémentaire ?
Cela en vaut la peine lorsque la température de service dépasse environ 50 degrés, lorsque la concentration de chlorure est élevée ou lorsque le composant ne peut pas être remplacé. En dessous de ces conditions, le 2205 offre la même durée de vie pour environ la moitié du coût du matériau.
L’acier inoxydable peut-il être utilisé dans les ballasts ?
Oui. 316Le L est courant dans les ballasts des pétroliers chimiques et le duplex 2205 est utilisé là où le chlorure ou la température sont plus élevés. L'acier au carbone revêtu reste la valeur par défaut pour les ballasts dédiés, car le revêtement, et non l'acier, constitue la barrière contre la corrosion.
Comment la chloration affecte-t-elle le choix des matériaux ?
La chloration empêche la formation de biofilm et le biofilm augmente le potentiel de corrosion de l'acier inoxydable de 200 à 400 mV. L’eau de mer chlorée est donc souvent moins agressive que l’eau de mer propre non chlorée. Cependant, l'hypochlorite concentré en point d'injection d'électrochloration est très agressif et nécessite du 2507, du 6Mo ou du titane.
Quel métal d’apport doit-on utiliser pour le soudage duplex ?
ER2209 pour le duplex 2205 et ER2594 pour le super duplex 2507. Les deux nécessitent une purge à l'azote, un apport de chaleur contrôlé et des limites de température entre les passes, et aucun ne permet un traitement thermique après soudage.
L'acier inoxydable souffre-t-il de la CMI dans l'eau de mer ?
Oui. Les bactéries sulfato-réductrices produisent du sulfure dans des conditions anaérobies chargées en sédiments, ce qui correspond exactement à l'environnement à l'intérieur d'une conduite de ballast stagnante ou d'une conduite d'incendie inutilisée. Le résultat est une piqûre accélérée sous le dépôt. Des qualités de molybdène plus élevées et une conception drainable constituent les mesures d'atténuation.
Quelle certification dois-je exiger de l’usine ?
EN 10204 3.1 certificats d'usine avec chimie spécifique à la chaleur, y compris l'azote, résultats de la méthode A ASTM G48 à la température spécifiée et pour le duplex, ASTM A923 ou vérification de la teneur en ferrite. Un témoin tiers du test de corrosion est conseillé pour les systèmes critiques.
Comment spécifier et commander l’acier inoxydable pour l’eau de mer ?
Spécifiez par numéro UNS, indiquez explicitement le cycle de service, exigez le test de corrosion à la chaleur et définissez les contrôles de fabrication. Une spécification qui réalise l’une de ces opérations sans les trois autres est incomplète.
La liste de contrôle ci-dessous constitue le contenu minimum d'une spécification d'achat pour un système en acier inoxydable à eau de mer. Elle est volontairement courte, car une spécification que personne ne lit est pire qu'une spécification courte que tout le monde lit.
|
Article |
Quoi écrire |
Pourquoi c'est important |
|
Grade |
Numéro UNS et nom commun |
Supprime l'ambiguïté de la « qualité marine » |
|
Norme de produit |
ASTM A240, A790, A928 ou A815 selon le cas |
Définit ce que le moulin doit faire |
|
Devoir |
Température de conception, plage de vitesse, périodes de stagnation |
Ces trois entrées déterminent le choix de la qualité |
|
Essai de corrosion |
ASTM G48 Méthode A à une température indiquée |
Convertit une réclamation en preuve |
|
Microstructure |
Teneur en ferrite pour duplex, A923 si spécifié |
Détecte les phases nocives |
|
Finition superficielle |
Décapé et passivé, ou Ra spécifié |
Terminer les sites d'initiation des contrôles |
|
Fabrication |
Apport de chaleur, oxygène de purge, limite entre passes |
Protège la résistance à la corrosion HAZ |
|
Documentation |
FR 10204 3.1, rapports de tests, traçabilité thermique |
Rend toute la chaîne auditable |
Deux notes commerciales complètent le tableau. Premièrement, les délais de livraison pour les tôles duplex et super duplex sont plus longs que pour le 316L, et les calendriers de laminage des tôles 2507 peuvent prolonger un projet de plusieurs semaines. Commandez tôt ou acceptez le substitut. Deuxièmement, la volatilité des prix du molybdène et du nickel signifie qu’une cotation datant de plus d’un mois environ n’est qu’indicative.
