Dans un tube chauffant en titane surchauffant de la vapeur basse-pression (150 degrés, 4 bars) pour injection dans un réservoir de saumure, le tube principal fonctionne en vapeur sèche et reste passif avec un taux de corrosion inférieur à 0,01 mm par an. Cependant, la conduite de retour des condensats, où la vapeur se condense après avoir transféré de la chaleur, contient de l'eau liquide avec des chlorures dissous provenant du réservoir de saumure en raison d'une rétrodiffusion ou d'un transfert. Le film de condensat est fin et concentré, créant un environnement chloré très agressif. La combinaison du condensat qui s'écoule et des chlorures concentrés provoque une attaque de rainures-une érosion linéaire localisée-un motif de corrosion-au bas de la conduite de retour des condensats. Le taux de rainurage peut atteindre 0,3 à 1,5 mm par an, conduisant à une perforation en 1 à 5 ans sans que le tube principal ne soit affecté.
Le mécanisme d'attaque par rainurage dans les conduites de retour de condensat
Dans la conduite de vapeur principale, la vapeur à haute-température (150 degrés) est sèche et contient moins de 0,1 % d'eau liquide. Les concentrations de chlorure restent faibles. Dans la conduite de retour des condensats, la vapeur se condense sur les parois du tuyau du refroidisseur, formant un mince film liquide. Les chlorures du réservoir de saumure en retour-diffusion (1 000 à 10 000 ppm) se concentrent dans ce film par évaporation. Le condensat qui s'écoule crée une contrainte de cisaillement au fond du tuyau, éliminant mécaniquement le film passif. La combinaison d'une concentration élevée de chlorure (10 000 à 50 000 ppm à la surface du métal) et d'un écoulement élimine l'oxyde protecteur, provoquant des rainures linéaires le long du fond du tuyau.
Taux de rainurage quantitatifs dans les conduites de retour de condensats
Des tests contrôlés dans un condensat simulé (concentrations variables de chlorure) s'écoulant à 1 m/s sur du titane de grade 2 ont établi les taux de rainurage suivants. À une concentration de chlorure de condensat de 100 ppm, le taux de rainurage est de 0,05 à 0,10 mm par an et le temps nécessaire à la perforation d'une paroi de 1,5 mm est de 15 à 30 ans. À 500 ppm, le taux de rainurage est de 0,15 à 0,30 mm par an et le délai de perforation est de 5 à 10 ans. À 1 000 ppm, le taux de rainurage est de 0,30 à 0,60 mm par an et le délai de perforation est de 2,5 à 5 ans. À 5 000 ppm, le taux de rainurage est de 0,80 à 1,50 mm par an et le délai de perforation est de 1 à 2 ans. À 10 000 ppm, le taux de rainurage est de 1,50 à 3,00 mm par an et le délai de perforation est de 0,5 à 1 an. À titre de comparaison, le tube principal de vapeur sèche, au même niveau de transfert de chlorure, ne présente aucune rainure mesurable.
Influence de la vitesse d'écoulement des condensats et de l'orientation des tuyaux sur le rainurage
Le taux de rainurage augmente avec la vitesse d'écoulement. À 0,5 m/s et 1 000 ppm de chlorure, le taux de rainurage est de 0,15 à 0,30 mm par an. À 1,0 m/s et 1 000 ppm, le taux est de 0,30 à 0,60 mm par an. À 2,0 m/s et 1 000 ppm, le taux atteint 0,50 à 1,00 mm par an. L'orientation des tuyaux est également importante ; les tuyaux horizontaux avec rainure inférieure sont les plus sensibles. Les conduites verticales à flux descendant subissent moins de rainures car le film de condensat est réparti plus uniformément. Les tuyaux dotés de siphons fréquents qui éliminent les condensats ont des taux de rainurage plus faibles car le film liquide est plus fin.
Guide d'atténuation des rainures pour les systèmes d'injection de vapeur
Le tableau suivant fournit des recommandations pour prévenir les attaques par rainures dans les conduites de retour de condensats en titane dans les systèmes d'injection de vapeur avec réservoirs de saumure.
| Chlorure de condensat (ppm) | Vitesse d'écoulement (m/s) | Action recommandée | Taux de rainurage attendu (mm/an) | Durée de vie du tuyau (paroi de 1,5 mm) |
|---|---|---|---|---|
| <500 | <1 | Aucun | <0.15 | >10 ans |
| 500–1,000 | <1 | Vidangez fréquemment les condensats | 0.15–0.30 | 5 à 10 ans |
| 1,000–5,000 | <1 | Installer le revêtement PTFE | 0.10–0.20 | 7 à 15 ans |
| 1,000–5,000 | >1 | Réduire la vitesse d'écoulement + revêtement PTFE | 0.15–0.30 | 5 à 10 ans |
| >5,000 | N'importe lequel | Utilisez du grade 12 ou remplacez le tuyau chaque année. | 0.50–1.00 | 1,5 à 3 ans |
Ingénierie au-delà de l’atténuation des rainures
La qualité du titane affecte la résistance au rainurage. Le grade 7 (palladium-stabilisé) a des taux de rainurage 2 à 3 fois inférieurs au grade 2 dans les condensats à haute teneur en -chlore. La 12e année offre une amélioration intermédiaire. L'épaisseur de la paroi fournit une surépaisseur de rainure ; un mur de 2,5 mm avec un taux de rainurage de 0,5 mm par an dure 5 ans. Un purgeur de vapeur doit être installé au point le plus bas de la conduite de condensat pour éliminer immédiatement le condensat. Un clapet anti-retour empêche la redistribution de la saumure-dans la conduite de condensats. Un rinçage périodique à l'eau douce (quotidiennement) dilue les chlorures dans la conduite de condensats. Le tuyau doit être incliné vers le siphon pour éviter l’accumulation de condensat.
Faire une spécification éclairée
Pour une tige chauffante en titane utilisée pour surchauffer la vapeur injectée dans un réservoir de saumure, concevez la conduite de retour des condensats avec un revêtement en PTFE de 1 mm d'épaisseur, un purgeur de vapeur au point le plus bas et un clapet anti-retour pour empêcher la diffusion inverse. Pour les systèmes existants avec rainures, installer un jet d'eau qui injecte de l'eau fraîche dans la conduite de condensats à raison de 1 L par heure pour diluer les chlorures. Spécifiez du titane grade 7 pour la conduite de retour des condensats. Pendant le fonctionnement, inspectez chaque année le fond de la conduite de condensats à l’aide d’une cartographie d’épaisseur par ultrasons ; si la rainure dépasse 0,3 mm de profondeur, remplacez la section concernée. En contrôlant la concentration de chlorure du condensat et en utilisant des revêtements en PTFE, l'ingénieur évite les attaques de rainures tout en permettant au tube principal en titane de fonctionner sans être affecté.
