Vannes à bille pour fluides corrosifs : Sélection des matériaux et guide de choix

Les vannes à bille sont largement utilisées dans diverses industries traitant des fluides corrosifs, telles que le traitement chimique, le pétrole et le gaz, le traitement de l'eau et l'industrie pharmaceutique. Lors de la manipulation de fluides corrosifs, le choix des bons matériaux pour les vannes à bille est crucial pour assurer la sécurité, l'efficacité et la longévité de la vanne.

Les vannes à bille sont préférées aux autres vannes dans les environnements corrosifs pour plusieurs raisons.

• Modèle simple : Le modèle de vanne à bille minimise le nombre de composants susceptibles de corrosion. Les vannes à bille ont moins de pièces internes que d'autres types de vannes, comme les vannes à globe ou les robinets-vannes, ce qui signifie moins de surfaces exposées à l'attaque de l'environnement corrosif.
• Fermeture étanche : Les vannes à bille ont un obturateur en forme de bille qui tourne pour contrôler le débit du fluide à travers la vanne. Lorsque la bille est en position fermée, elle forme un joint étanche avec le corps de la vanne, empêchant toute fuite. Cette conception rend les vannes à bille idéales pour une utilisation dans des environnements où la moindre fuite peut causer des problèmes importants.

Causes de corrosion dans les vannes à bille

La corrosion est la destruction progressive du métal due à des réactions chimiques ou électrochimiques avec l'environnement. La corrosion dans les vannes à bille peut entraîner des fuites, une défaillance de la vanne et d'autres problèmes opérationnels comme le blocage de la bille à l'intérieur de la vanne.

Plusieurs facteurs, notamment l'exposition à des produits chimiques agressifs, des températures élevées et des environnements à haute pression, peuvent provoquer la corrosion des vannes à bille. Les vannes à bille peuvent se corroder pour plusieurs raisons.

• Exposition à des environnements corrosifs : Les vannes à bille fabriquées avec certains matériaux, comme l'acier au carbone ou la fonte, sont sensibles à la corrosion lorsqu'elles sont exposées à des environnements corrosifs, tels que l'eau de mer ou les solutions acides. La corrosion peut également se produire lorsque la vanne entre en contact avec des substances comme les acides, les alcalis et le chlore.
• Corrosion galvanique : La corrosion galvanique se produit lorsque deux métaux dissemblables sont en contact l'un avec l'autre en présence d'un électrolyte. Dans les vannes à bille, cela peut se produire lorsque différents matériaux sont utilisés pour le corps, la bille et la tige. Si ces matériaux ont des propriétés électrochimiques différentes, le flux de courant électrique peut provoquer la corrosion.
• Érosion-corrosion : L'érosion-corrosion est causée par l'usure mécanique et l'attaque chimique. Cela peut se produire dans les vannes à bille exposées à des flux à haute vitesse ou à des fluides abrasifs. L'action mécanique du fluide peut éliminer la couche d'oxyde protectrice à la surface de la vanne, exposant le métal sous-jacent à la corrosion.
• Corrosion induite par les microbes : La corrosion induite par les microbes (MIC) est causée par des micro-organismes, tels que des bactéries et des champignons, qui peuvent coloniser la surface des vannes à bille. Ces micro-organismes peuvent produire des acides et d'autres substances corrosives qui peuvent attaquer la surface métallique, provoquant la corrosion.

Sélection des vannes à bille pour les environnements corrosifs

Il existe plusieurs façons de traiter les fluides corrosifs lors de l'utilisation de vannes à bille dans les applications industrielles.

Sélection des matériaux

Matériaux généraux

Des matériaux tels que l'acier inoxydable ou le plastique peuvent être utilisés selon l'application. Ces matériaux sont connus pour leurs propriétés de résistance à la corrosion et peuvent résister à l'exposition à des produits chimiques et des environnements agressifs.

• L'acier inoxydable 316 est recommandé pour les environnements hautement corrosifs et à haute pression, tandis que l'acier inoxydable de grade 304 convient aux environnements légèrement corrosifs. Cependant, l'acier inoxydable est coûteux. Apprenez à choisir entre l'acier inoxydable 316 et 304 dans notre article détaillé.
• Les vannes à bille en plastique, telles que le PVC, le PP ou le PVDF sont très résistantes à la corrosion mais peuvent ne pas convenir aux applications à haute température et haute pression. Elles ont généralement une température maximale nominale de 60 °C (140 °F). Les vannes à bille en plastique sont rentables par rapport aux vannes en acier inoxydable, donc adaptées aux applications générales avec des fluides corrosifs.
• Les joints d'étanchéité tels que le FKM, le téflon ou l'EPDM peuvent offrir d'excellentes performances d'étanchéité dans des environnements corrosifs.

L'effet de la concentration, de la pression et de la température

Différents matériaux sont affectés par différentes substances et conditions de différentes manières, ce qui rend difficile le choix du bon matériau. Par exemple, de faibles concentrations d'acide sulfurique peuvent corroder l'acier, mais des concentrations élevées peuvent créer un film protecteur. L'hydrogène ne corrode l'acier que sous haute température et pression, tandis que le chlore n'est pas très corrosif à sec mais peut être très corrosif dans des conditions humides. Le choix du bon matériau pour le corps de la vanne implique de prendre en compte des facteurs tels que la résistance à la pression et à la température, le coût et la disponibilité, pas seulement la prévention de la corrosion. Le tableau 1 montre la compatibilité des fluides corrosifs courants avec les matériaux typiques des vannes à bille. Consultez également notre tableau de compatibilité chimique pour la compatibilité de plus de fluides corrosifs avec différents matériaux de vanne.

Tableau 1 : Compatibilité des matériaux avec les fluides corrosifs courants

Fluide	Informations sur les matériaux des vannes à bille
Acide sulfurique	Acier inoxydable (SS316) : Le SS 316 est très résistant à l'acide sulfurique à des concentrations allant jusqu'à 20% et des températures allant jusqu'à 150 °C (302°F). Cependant, à des concentrations et températures plus élevées, il peut se corroder. Hastelloy : L'Hastelloy est très résistant à l'acide sulfurique à des concentrations allant jusqu'à 70% et des températures allant jusqu'à 100 °C (212 °F). À des concentrations et températures plus élevées, il peut se corroder. Polypropylène (PP) : Le PP est résistant à l'acide sulfurique à des concentrations allant jusqu'à 70% et des températures allant jusqu'à 80 °C (176 °F). Cependant, il n'est pas recommandé pour une utilisation avec de l'acide sulfurique concentré ou à des températures plus élevées. PTFE (Téflon) : Le PTFE est très résistant à l'acide sulfurique à des concentrations allant jusqu'à 98% et des températures allant jusqu'à 200 °C (392 °F). Cependant, il peut ne pas convenir aux applications à haute pression. Viton : Le Viton est très résistant à l'acide sulfurique aqueux. Cependant, il peut ne pas convenir aux applications à haute pression. La vanne à bille en céramique est une alternative plus coûteuse pour les hautes pressions et températures.
Acide chlorhydrique	PVDF, PTFE, Hastelloy C et titane
Acide nitrique	Acide nitrique concentré (au-dessus de 70%) : Les vannes à bille fabriquées à partir de matériaux tels que l'Hastelloy C, le titane ou le zirconium sont recommandées en raison de leur excellente résistance à la corrosion dans des environnements hautement oxydants. Acide nitrique dilué (en dessous de 70%) : Des matériaux tels que l'acier inoxydable, le PTFE ou le FKM peuvent être utilisés pour les vannes à bille fonctionnant dans des solutions d'acide nitrique dilué à basses pressions et températures. Acide nitrique à haute température et pression : Pour les vannes à bille fonctionnant dans des solutions d'acide nitrique à haute température et pression, des matériaux tels que l'Inconel ou le Monel peuvent convenir en raison de leur haute résistance et de leur résistance à la corrosion à des températures élevées.
Chlore	Hastelloy C-276, titane, Monel et PVC
Ammoniac	Acier inoxydable 316, PTFE (pour 10% d'ammoniac)
Alcools, Cétones, Esters, Éthers	Alcools : Acier inoxydable Cétones : Les cétones peuvent être très réactives et peuvent attaquer certains matériaux de vanne. Par exemple, l'acétone peut dissoudre certains types de vannes en plastique. Les vannes en acier inoxydable et en laiton peuvent convenir pour certaines cétones, mais il est important de consulter le fabricant de la vanne pour des recommandations spécifiques. Esters : Les esters sont généralement compatibles avec les vannes en acier inoxydable. Cependant, certains esters, comme l'acétate d'éthyle, peuvent être agressifs et peuvent nécessiter l'utilisation de revêtements. Éthers : Les éthers peuvent être très réactifs et peuvent attaquer certains matériaux de vanne. Les vannes en acier inoxydable et en laiton conviennent à l'utilisation, mais il est important de consulter le fabricant de la vanne pour des recommandations spécifiques.

Revêtements

Les revêtements sur les vannes (comme le zinc) dans des environnements corrosifs agissent comme une barrière protectrice qui empêche le matériau sous-jacent de la vanne de réagir avec les substances corrosives. Une bille chromée dur dans les vannes à bille fournit une surface résistante à l'usure et à la corrosion, améliorant la durabilité de la vanne et assurant un fonctionnement en douceur dans des environnements exigeants.

Autres facteurs

Assurer une installation et une maintenance appropriées de la vanne peut aider à prévenir la corrosion. Une installation correcte comprend l'utilisation de joints d'étanchéité et de matériaux d'étanchéité appropriés et s'assure que la vanne est correctement alignée et fixée. La maintenance régulière comprend le nettoyage et l'inspection de la vanne pour détecter tout signe de corrosion. Apprenez-en plus sur la prévention de la corrosion dans notre article sur les mesures anti-corrosion pour les vannes.

FAQ

Quels matériaux sont recommandés pour les vannes à bille dans des environnements corrosifs ?

Les matériaux couramment utilisés pour les vannes à bille dans des environnements corrosifs comprennent l'acier inoxydable, le laiton et le plastique. Le matériau sélectionné doit avoir une haute résistance à la corrosion en fonction du fluide corrosif spécifique.

Comment puis-je réduire l'impact de la corrosion sur ma vanne à bille ?

Une installation appropriée, une maintenance régulière, et des revêtements et placages peuvent tous aider à réduire l'impact de la corrosion sur une vanne à bille. La sélection du bon type de vanne à bille peut également aider à réduire la corrosion.