Facteurs affectant la résistance à la corrosion des conduites de gaz en acier inoxydable

Facteurs d'environnement de service à l'intérieur des conduites de gaz en acier inoxydable

Pour les conduites en acier inoxydable transportant du gaz, les scénarios de corrosion les plus dommageables commencent généralement lorsqu'une phase liquide conductrice se forme sur la paroi du tuyau. Sans électrolyte (généralement de l’eau), la plupart des mécanismes de corrosion interne ralentissent considérablement.

Présence d'eau et point de rosée des gaz

L’eau gratuite est la condition nécessaire pour la plupart des corrosions internes. Même si le gaz quitte une usine « sec », les baisses de température le long du parcours peuvent forcer l’eau à se condenser si le point de rosée de l’eau n’est pas correctement contrôlé. Les directives de l'industrie mettent l'accent sur la déshydratation pour réduire le point de rosée des gaz et éliminer les conditions favorisant la corrosion.

• Les perturbations qui introduisent du gaz humide (ou permettent la condensation) concentrent le risque aux points bas, aux points morts et en aval du refroidissement.
• De petits volumes d’eau peuvent suffire s’ils stagnent et accumulent des sels, des fines de fer ou des bactéries.

Gaz acides, oxygène et sels qui « activent » une attaque localisée

Une fois l’eau présente, les espèces dissoutes déterminent la gravité et le mode de défaillance :

• Chlorures (provenant du transfert d'eau produite, de l'eau d'hydrotest, de l'infiltration d'air côtier ou des liquides de nettoyage) sont les déclencheurs les plus courants de corrosion par piqûres/fissures et de fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure.
• CO₂ abaisse le pH de l'eau condensée (acide carbonique) et peut augmenter le risque général de corrosion dans les systèmes à métaux mixtes ; la pénétration d’oxygène peut encore accélérer la corrosion dans les régions humides.
• H₂S modifie la susceptibilité à la fissuration et les exigences de qualification des matériaux dans les environnements acides ; l'utilisation des matériaux est généralement régie par la norme MR0175/ISO 15156.

À retenir : contrôlez le processus pour que les surfaces internes soient visibles gaz sec et dépôt de sel minimal ; lorsque cela ne peut être garanti (démarrages, raclages, hydrotests ou gaz hors spécifications), le choix des matériaux et la qualité de fabrication deviennent déterminants.

Chimie des alliages et sélection des nuances : pourquoi « l'acier inoxydable » n'est pas un seul matériau

Les aciers inoxydables résistent à la corrosion car un mince film passif d’oxyde de chrome se forme à la surface. Dans le mouillage chloré, la différence entre une résistance « adéquate » et « élevée » est souvent dominée par la teneur en chrome (Cr), en molybdène (Mo) et en azote (N), qui sont généralement comparées à l'aide de l'indice de résistance aux piqûres (PREN).

Utilisation de PREN pour comparer la résistance aux piqûres/fissures

PREN ≈ %Cr (3,3 × %Mo) (16 × %N) . Un PREN plus élevé indique généralement une meilleure résistance aux piqûres et à la corrosion caverneuse provoquées par les chlorures (un problème clé lorsque des gaz humides ou des condensats salés sont possibles).

Points pratiques à retenir : si le mouillage avec des chlorures est crédible (condensat, résidus d'hydrotest, exposition côtière, entraînement d'eau produite), la sélection des qualités doit être basée sur corrosion localisée et marge SCC , pas seulement « acier inoxydable contre acier au carbone ».

Température, chlorures et contraintes : le « fil-piège » SCC pour les conduites de gaz

La fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure (Cl-SCC) nécessite trois conditions en même temps : une contrainte de traction (la contrainte résiduelle de soudure peut être suffisante), des chlorures sur une surface mouillée et une température élevée. En pratique, la température est le facteur qui transforme souvent un risque gérable de piqûres en un risque de fissuration.

Un seuil pratique : 60 °C (150 °F) indicatifs

Lorsque les aciers inoxydables sont complètement immergés, il est rare de voir un SCC de chlorure en dessous d'environ 60 °C (150 °F). . Au-dessus de cette plage, la sensibilité augmente fortement, et même des niveaux de chlorure relativement faibles peuvent devenir problématiques, en particulier avec un cycle humide/sec qui concentre les sels à la surface.

Des commandes qui fonctionnent dans de vrais systèmes de tuyauterie

• Maintenez les températures des métaux en dessous du régime sensible au SCC lorsque cela est possible (conception de l'isolation, acheminement et évitement des points chauds).
• Réduisez l'exposition aux chlorures pendant l'hydrotest/la mise en service et assurez un drainage et un séchage complets (les films résiduels peuvent provoquer des piqûres qui évolueront plus tard vers des fissures).
• Si la température et les chlorures humides ne peuvent pas être évités de manière fiable, spécifiez des matériaux duplex/super duplex ou à alliage supérieur (et qualifiez-les selon les normes acides/de service applicables, le cas échéant).

Soudage, teinte thermique et état de surface : comment la fabrication peut effacer la résistance à la corrosion

Pour les tuyaux en acier inoxydable destinés au gaz, de nombreux problèmes de corrosion « mystérieux » remontent à la fabrication : teinte thermique, fer incrusté, mauvaise purge sur le diamètre intérieur, finition rugueuse et nettoyage/passivation incomplet. Ces problèmes créent des points faibles où la couche passive est endommagée ou ne peut pas se reformer uniformément.

Teinte thermique et tartre d'oxyde après soudage

La teinte thermique est plus qu'une décoloration : elle indique une surface oxydée et souvent une couche appauvrie en chrome à la surface. S'il est laissé en place, il peut réduire considérablement la résistance à la corrosion localisée là où les contraintes résiduelles sont les plus élevées (la zone affectée thermiquement et le pied de soudure).

Décapage et passivation (et pourquoi les deux sont importants)

Le décapage élimine le tartre de soudure/la teinte thermique et la couche de surface endommagée ; la passivation favorise un film passif robuste. Des normes telles que ASTM A380 (pratiques de nettoyage/détartrage/passivation) et ASTM A967 (traitements de passivation chimique) sont couramment utilisées pour définir les processus et la vérification acceptables.

• Utilisez une purge de diamètre intérieur appropriée pour éviter une oxydation interne importante sur les racines des soudures des tuyaux (particulièrement critique pour les conduites de gaz où l'accès interne est limité après l'assemblage).
• Éliminez la contamination par le fer des outils de meulage ou tout contact avec l'acier au carbone (le fer collecté peut « rouiller » sur la surface et déclencher une attaque sous-dépôt).
• Spécifiez des critères d'acceptation pour la finition des soudures (transitions douces, crevasses minimes), car la géométrie détermine la chimie des fissures et la rétention des dépôts.

Détails de conception et d'installation qui déterminent les performances en matière de corrosion

Même avec la bonne qualité et un bon soudage, les détails de conception déterminent si les liquides et dépôts corrosifs s'accumulent, si l'oxygène peut pénétrer et si les couples galvaniques accélèrent l'attaque.

Évitez les crevasses, les jambes mortes et les pièges à liquide

• Les lignes de pente sont lorsque cela est pratique et prévoient des points de drainage aux points bas pour éviter la stagnation du condensat.
• Minimisez les branches mortes et les branches coiffées ; l’eau stagnante est un facteur courant de corrosion influencée par les microbiologies (CMI).
• Utilisez des conceptions de joints/raccords qui ne créent pas de crevasses persistantes où se concentrent les saumures riches en chlorure.

Interactions galvaniques et métaux mélangés

Si l'acier inoxydable est connecté électriquement à des métaux moins nobles (par exemple, l'acier au carbone) et qu'un électrolyte est présent, la corrosion galvanique peut accélérer l'attaque du composant le moins noble et concentrer les dépôts à la jonction, créant également un risque de corrosion localisé pour l'acier inoxydable. Les stratégies d'isolation (unions diélectriques, conception soignée de la mise à la terre et évitement des jonctions « humides ») réduisent ce risque.

Opérations, hydrotests et MIC : les facteurs « cachés » qui décident de la résistance à long terme

De nombreuses défaillances dues à la corrosion des conduites de gaz en acier inoxydable ne se déclenchent pas pendant un fonctionnement en régime permanent, mais lors de la mise en service, des essais hydrauliques, des arrêts ou des perturbations du processus qui introduisent de l'eau et laissent des résidus.

Qualité de l’eau d’hydrotest et discipline de séchage

L’eau d’hydrotest et de rinçage peut introduire des chlorures et des microbes. Les directives pratiques de l'industrie recommandent généralement une eau à faible teneur en chlorure (souvent ~50 ppm de chlorure comme référence prudente) et met l'accent sur le nettoyage, la vidange et le séchage afin que l'eau stagnante ne reste pas à l'intérieur du tuyau.

Risque MIC lorsque l’eau stagne

Une corrosion d'origine microbiologique (CMI) peut se produire dans les eaux stagnantes, même à des niveaux de chlorure relativement modestes, et a été documentée dans des systèmes en acier inoxydable où les conduites n'ont pas été vidangées après des essais hydroélectriques. Le contrôle immédiat est opérationnel : ne laissez pas de films d'eau stagnante, et évitez les longues rétentions stagnantes sans biocide/mesures de contrôle là où le permettent votre process et la réglementation.

1. Définissez une séquence de mise en service qui se termine par une vidange complète, une purge des gaz secs (ou équivalent) et une vérification de la sécheresse.
2. Contrôlez l’entrée d’oxygène pendant les temps d’arrêt (couverture, isolation étroite et gestion des fuites), car l’oxygène dans les régions humides accélère l’attaque.
3. Inspectez d'abord les endroits les plus vulnérables : les points bas, les bras morts, en aval des refroidisseurs et les bobines lourdes à souder.

Tableau de décision pratique : facteur, mode de défaillance et que faire à ce sujet

Dernier point à retenir : Les conduites de gaz en acier inoxydable fonctionnent mieux lorsque vous traitez la résistance à la corrosion comme une propriété du système : la siccité du processus, la gestion des chlorures, la sélection de l'alliage (marge PREN/SCC), la qualité de fabrication et la conception de la gestion des liquides doivent tous s'aligner.

Références utilisées pour les points de données et les seuils

• SSINA : Fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure (rare en dessous de ~60 °C lorsqu'il est complètement immergé).
• Alliages unifiés : formule PREN et exemples de gammes PREN (Équation PREN et plages typiques pour les qualités courantes).
• Rapport PHMSA : Corrosion des pipelines (déshydratation et contrôle du point de rosée pour éliminer les conditions favorisant la corrosion).
• GRI : Évaluation directe de la corrosion interne des gazoducs (définition du point de rosée et mécanisme de condensation de l'eau).
• TWI : Restauration des propriétés de corrosion après soudage (enlever l'oxyde de teinte thermique et la couche appauvrie en chrome).
• Note technique du Nickel Institute : Décapage et passivation (Références et objectif ASTM A380/A967).
• Nickel Institute : exemples de boîtiers MIC en acier inoxydable après hydrotest (eau stagnante comme cause profonde).
• NACE MR0175 / ISO 15156-1 (contexte de service aigre et cadre de précautions liées au H₂S).