Les risques uniques du chauffage des solvants chlorés
Les solvants chlorés-trichloroéthylène, chlorure de méthylène, perchloroéthylène-sont les bêtes de somme du dégraissage à la vapeur. Ils dissolvent les huiles et graisses lourdes que les nettoyants aqueux ne peuvent pas toucher. Chauffer ces solvants jusqu'à leur point d'ébullition pour générer de la vapeur présente des défis de sécurité uniques que l'on ne retrouve pas dans les bains de placage aqueux.
Le principal risque est l’hydrolyse des solvants. Les solvants chlorés réagissent avec l'eau à des températures élevées pour former de l'acide chlorhydrique. Cet acide attaque les échangeurs de chaleur métalliques par une corrosion rapide et uniforme. Les produits de corrosion contaminent le solvant. Les parois amincies du tube finissent par laisser échapper de la vapeur dans le solvant, créant ainsi un mélange dangereux.
Le risque secondaire est le-feu sec. Les niveaux de solvant dans les puisards de dégraissant fluctuent à mesure que l'entraînement-épuise le réservoir. Un échangeur de chaleur momentanément exposé au-dessus du niveau de liquide subit une augmentation rapide de la température. Les bobines métalliques peuvent atteindre des températures qui enflamment les vapeurs de solvant. Les enjeux de sécurité sont plus élevés que dans n’importe quelle application aqueuse.
Le cycle de corrosion par hydrolyse
Les solvants chlorés sont hygroscopiques. Ils absorbent l'humidité atmosphérique pendant le fonctionnement. À des températures d'ébullition, l'eau absorbée hydrolyse le solvant, libérant du HCl. Les stabilisants ajoutés par les fabricants de solvants récupèrent une partie du HCl, mais le stabilisant est consommé avec le temps.
Un échangeur de chaleur en acier inoxydable dans cet environnement est confronté à une attaque continue de HCl. Le taux de corrosion, même s’il n’est pas catastrophique en un seul jour, amincit progressivement la paroi du tube. Les piqûres commencent au niveau des inclusions de surface et des joints de grains. Le condensat de vapeur à l’intérieur du tube finit par se frayer un chemin à travers une fosse ou une fissure jusqu’au bain de solvant.
L'interaction vapeur--solvant qui en résulte accélère considérablement l'hydrolyse. Pics de génération de HCl. Le solvant devient acide. Les pièces ressortent avec des surfaces gravées ou colorées. La totalité de la charge de solvant doit être remplacée-dans le cadre d'un événement coûteux d'élimination des déchets dangereux.
Tableau 1 : Comparaison de la sécurité des matériaux des échangeurs de chaleur en service avec solvants chlorés
| Matériel | Résistance à la corrosion HCl | Sec-Risque d'incendie | Conséquence d'une fuite de vapeur | Cote de sécurité globale |
|---|---|---|---|---|
| Acier inoxydable 316L | Pauvre | Élevé (risque d'inflammation) | Hydrolyse accélérée | Faible |
| Titane | Modéré (piqûres) | Modéré | Hydrolyse modérée | Faible-Modéré |
| Quartz | Bon (chimique) | Fracture sur feu sec- | Aucun (si intact) | Modéré |
| PTFE (vidange par gravité-) | Excellent | Faible (auto-drainant-) | Pas de catalyse d'hydrolyse | Haut |
Évaluation de la sécurité basée sur les données publiées sur la compatibilité chimique et les rapports d'incidents de dégraissage à la vapeur.
Pourquoi la gravité ?-La conception des drains est importante
Un serpentin d'immersion standard chauffé à la vapeur-retient le condensat à l'intérieur des tubes lorsque le débit de vapeur s'arrête. L’eau emprisonnée, encore chaude, crée un risque permanent de corrosion à l’intérieur des tubes métalliques. Lorsque le serpentin est exposé au-dessus du niveau de solvant, cette eau emprisonnée se transforme en vapeur, créant des pics de pression qui stressent les parois du tube.
Un échangeur de chaleur en PTFE à drainage par gravité-est conçu pour une évacuation complète des condensats. Les tubes descendent continuellement jusqu'à un collecteur de collecte de condensats au point le plus bas. Lorsque le débit de vapeur s'arrête, le condensat s'écoule complètement. Il ne reste aucune eau emprisonnée. Aucune corrosion interne ne se produit. Aucun pic de pression ne se développe lors d'une exposition au feu sec-.
Le matériau PTFE lui-même n'est pas-catalytique pour l'hydrolyse des solvants. Contrairement aux surfaces métalliques qui peuvent accélérer la formation de HCl, le PTFE est chimiquement inerte. Le solvant ne voit que des liaisons carbone-fluor qui n'offrent aucun site réactif pour la catalyse de l'hydrolyse. Les taux de consommation de solvant stabilisant diminuent, prolongeant ainsi la durée de vie du bain.
Sec-Tolérance au feu
Tous les échangeurs de chaleur des dégraissants risquent une exposition momentanée au-dessus du niveau de solvant lors d'événements de niveau bas-. Un serpentin métallique exposé à de la vapeur à 150 degrés à l'intérieur et à des vapeurs de solvant chaudes à l'extérieur fonctionne près de la température d'auto-inflammation de certains mélanges solvant-air. Une section de tube métallique cuite à sec- peut atteindre une température de vapeur bien supérieure aux limites de sécurité.
Le PTFE résiste à des températures continues jusqu'à 260 degrés sans dégradation. Une brève exposition au feu sec-à des températures de vapeur typiques de 120 à 160 degrés ne provoque aucun changement matériel. La surface en PTFE n'oxyde pas, ne catalyse pas et n'enflamme pas les vapeurs de solvant. Lorsque le niveau de solvant est rétabli, la bobine PTFE reprend son fonctionnement normal sans dommage.
Les radiateurs à quartz offrent une résistance chimique similaire, mais se brisent sous le choc thermique d'un solvant froid frappant une surface chaude et sèche-. Le PTFE absorbe le choc thermique par déformation élastique sans fracture.
Résultats sur le terrain d'une opération de dégraissage aérospatiale
Un fabricant de composants aérospatiaux a remplacé les thermoplongeurs en acier inoxydable dans les dégraissants à vapeur de trichloréthylène par des échangeurs de chaleur en PTFE à drainage par gravité. Les radiateurs en acier inoxydable devaient être remplacés tous les 14 à 18 mois en raison de piqûres de corrosion. La consommation mensuelle de solvant stabilisant était en moyenne de 0,8 % du volume du bain.
Après l'installation du PTFE, la consommation de solvant stabilisant a diminué à 0,3 % par mois, suggérant une réduction de la génération de HCl. La durée de vie du bain de solvant est passée de six mois à plus de neuf mois entre les changements. La conception du drain par gravité-a éliminé deux cas de fuite de vapeur liée aux condensats-qui avaient auparavant contaminé les charges de solvant. Aucun incident de sécurité lié au chauffage-s'est produit en trois ans d'exploitation.
Résumé
Le dégraissage au solvant chloré présente des risques uniques pour les échangeurs de chaleur : corrosion du HCl due à l'hydrolyse, contamination par fuite de vapeur et risques d'incendie à sec. Les échangeurs métalliques échouent à cause de la corrosion par piqûre et peuvent catalyser la décomposition du solvant.
Un échangeur de chaleur en PTFE à drain gravitationnel-répond à ces trois risques. L'inertie chimique élimine la corrosion et la catalyse d'hydrolyse. L'évacuation complète des condensats empêche la corrosion interne et les pics de pression d'incendie sec-. La tolérance à une température élevée-offre une marge de sécurité incendie à sec-inégalée par les métaux ou le quartz.
Pour les opérations de dégraissage à la vapeur évaluant les options d'échangeur de chaleur plus sûres, une analyse technique est disponible sur soumission du type de solvant, du volume du bain, de la température de fonctionnement, de la pression de vapeur et de la géométrie du réservoir.
