1.Introduction
Les tubes en acier inoxydable sont des matériaux tubulaires fabriqués à partir d'alliages à base de fer avec une teneur en chrome d'au moins 10,5%, présentant des avantages de performance uniques. La caractéristique la plus notable est la formation d'un film de passivation en oxyde de chrome dense, qui confère au matériau une excellente résistance à la corrosion. Selon la composition de l'alliage, la résistance à la traction des tubes en acier inoxydable peut varier de 520 à 1035 MPa, combinant une bonne résistance mécanique et plasticité. En termes d'adaptabilité à la température, différents types de tubes en acier inoxydable peuvent répondre aux exigences d'application allant de -196 environnements cryogéniques à 1100 conditions de haute température. De plus, leur surface lisse et l'absence de précipités les rendent entièrement conformes aux normes d'hygiène de qualité alimentaire (FDA) et de qualité médicale (ISO 13485).
1.1 Portée
Ce guide est applicable à une large gamme de types de tuyaux en acier inoxydable, y compris les nuances austénitiques (telles que 304, 316), les nuances ferritiques (telles que 430) et les tuyaux en acier inoxydable duplex (tels que 2205). Il fournit des instructions et des considérations détaillées et spécifiques pour chacune de ces nuances afin d'assurer leur application efficace et efficiente dans divers scénarios industriels et pratiques.
1.2 Précautions de sécurité
Lors de la manipulation de tuyaux en acier inoxydable, il est d'une importance capitale de porter un équipement de protection approprié, y compris des gants et des lunettes, pour se protéger contre les blessures potentielles. De plus, lors des opérations de soudage ou de découpe, il est essentiel d'assurer une ventilation adéquate pour éviter l'accumulation de fumées nocives et maintenir un environnement de travail sûr.
1.2.1 Protection des yeux :
Des lunettes de sécurité résistantes aux impacts (norme ANSI Z87.1) doivent être portées.
Lors des opérations de soudage, utilisez un casque de soudage à assombrissement automatique (numéro de teinte ≥ 10).
1.2.2 Protection respiratoire :
Utilisez des masques anti-poussière de grade N95 dans les environnements poussiéreux.
L'opération de décapage est équipée d'un masque à gaz à double effet pour les vapeurs organiques et les gaz acides.
1.2.3 Protection du corps :
Gants résistants aux coupures (norme EN 388, résistance à la coupure grade ≥ 3)
Tablier résistant aux acides et aux alcalis (en matériau PVC ou caoutchouc)
Chaussures de sécurité à embout d'acier (conformément à la norme ASTM F2413)
2.Principes pour la sélection des matériaux
Sélectionner la nuance d'acier inoxydable la plus appropriée est d'une importance capitale pour obtenir des performances optimales dans des conditions environnementales et opérationnelles spécifiques.
2.1 Principe d'adaptabilité aux environnements corrosifs
Médium acide (pH < 7) : Choisissez de préférence des aciers contenant du molybdène (316L/2205)
Environnement contenant du chlore : Valeur PREN > 35 (PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N)
Médium oxydant : Teneur en chrome ≥ 18% (comme 304/310S)
Oxydation à haute température (>800) : Sélectionnez 310S (Cr25Ni20)
Zone sensible à la corrosion sous contrainte : Évitez d'utiliser 304 dans des environnements avec du chlore et des températures supérieures à 60.
Conditions de fonctionnement à basse température (< -50) : L'acier austénitique doit être ultra-faible en carbone (304L/316L)
2.2 Principe de correspondance des performances mécaniques
Pression ordinaire : 304 (σb ≥ 515 MPa)
Pipeline haute pression : Acier duplex 2205 (σb ≥ 620 MPa)
Condition de travail résistant à l'usure : Traitement de durcissement de surface (HV ≥ 800)
Stress cyclique : Coefficient de résistance à la fatigue ≥ 0,35 (316LN est plus préférable)
Charge d'impact : -196, Akv ≥ 100J (alliage ultra-faible en carbone et azote)
2.3 Principe d'adaptabilité du processus
Tuyaux à paroi mince (δ< 3mm) : Sélectionnez 304L/316L (faible teneur en carbone non sensibilisante)
Tuyau à paroi épaisse : Pour 2205, l'apport de chaleur doit être contrôlé (15 - 25 kJ/cm)
Traitement post-soudure : décapage et passivation (acide nitrique 20% + acide fluorhydrique 3%)
Formage par pliage à froid : 304 est supérieur à 430 (allongement ≥ 40%)
Traitement de tube d'expansion : 316Ti (stabilisé au titane pour la résistance à la corrosion intergranulaire)
2.4 Principe d'optimisation économique pour le pliage à froid
Coût du matériau : 2205 ≈ 2 × 304,904L ≈ 4 × 304
Cycle de vie : Pour les pipelines chimiques, le coût annualisé est calculé sur une période de 20 ans.
Utilisation basée sur la qualité : tuyau principal 316L + tuyau de branche 304
Optimisation de l'épaisseur de paroi : ASME B31.3 permet une réduction de 15% de l'épaisseur de paroi.
Solution alternative : Tuyau composite (matrice en acier au carbone + revêtement en acier inoxydable)
2.5 Le principe de conformité aux normes
Qualité alimentaire : ASTM A270 (316L)
Industrie pharmaceutique : ASME BPE (Ra ≤ 0,5 μm)
Tuyauterie sous pression : GB/T 14976 (test de corrosion intergranulaire)
3.Une installation correcte prévient les fuites, les fractures de stress et les défaillances prématurées
3.1 Vérification des matériaux
Confirmez que le matériau du tuyau en acier inoxydable (tel que 304, 316L, etc.) est conforme aux exigences de conception.
Vérifiez s'il y a des rayures, des déformations ou des couches d'oxyde sur la surface. Si nécessaire, effectuez un traitement de décapage et de passivation.
3.2 Outils et accessoires
Outils de coupe : Machine de coupe spécialisée pour l'acier inoxydable (pour éviter la contamination par l'acier au carbone).
Machine à chanfreiner : Assurez-vous que l'interface de soudage est plate (avec un angle de chanfrein de 30° à 45°).
Outils de nettoyage : acétone ou alcool (pour éliminer la graisse et les impuretés).
3.3 Exigence environnementale
Évitez le soudage direct dans des environnements humides ou à haute teneur en chlore (comme près de la mer).
Assurez-vous que la zone de travail est maintenue propre et empêchez les contaminants tels que les copeaux de fer de s'y adhérer.
3.4 Spécification de coupe
Utilisez la découpe plasma ou des lames de scie spécifiques à l'acier inoxydable au lieu de disques de meule ordinaires (qui peuvent causer une pollution au carbone).
La déviation de la verticalité de l'incision ne doit pas dépasser 1°. Les bavures doivent être lissées à l'aide d'une lime ou de papier de verre.
3.5 Préparation des bords
Les interfaces de soudage doivent être usinées en rainures en V simple ou double (avec un angle de 30° à 45° et un bord de racine de 1 à 2 mm).
La rugosité de surface de la rainure est Ra ≤ 12,5 μm.
3.6 Inspection des soudures
Inspection visuelle (pas de fissures, pores)
Essais par ressuage (PT) ou essais radiographiques (RT)
4.Spécifications techniques pour les conditions de fonctionnement des tuyaux en acier inoxydable
4.1 Portée de travail régulière
Acier inoxydable austénitique (304/316) : -196 ~ 800
Acier inoxydable duplex (2205) : -50 ~ 300
Acier inoxydable ferritique (430) : -20 ~ 600
4.2 Précaution de température critique
Plage de sensibilisation : 450 - 850 (risque de précipitation de carbures)
Fragilité à basse température : Pour 304L, la ténacité à l'impact doit être vérifiée lorsque la température est inférieure à -196.
4.3 Interdiction de l'utilisation de médias
Acide chlorhydrique (toute concentration)
Acide fluorhydrique (>1% de concentration)
Alcali concentré à haute température (NaOH > 40%, > 80)
4.4 Traitement des milieux spéciaux
Solution chlorée : Pour 316L, la concentration de Cl doit être contrôlée en dessous de 1000 ppm à 25.
Environnement de sulfure d'hydrogène : Nécessite une qualité à très faible teneur en carbone (316L, C ≤ 0,03%)
4.5 Prévention de la cavitation
La pression d'entrée de la pompe est supérieure à 1,3 fois la pression de vapeur saturée du milieu.
Éviter la conception de virages à angle droit de 90 degrés.
4.6 Limite sur le nombre de cycles
304 : > 5000 analyses de fatigue sont requises.
2205 :> 10 000 tests doivent être effectués.
4.7 Paramètres de nettoyage CIP
Température : 80 ± 5
Agent de nettoyage : Solution d'acide nitrique à 1-2%
Temps : 30 - 60 minutes
4.8 Indicateurs clés de détection
Surveillance de l'épaisseur de la paroi : Mesure annuelle de l'épaisseur UT (avertissement requis lorsque le taux de corrosion > 0,1mm/an)
Inspection de surface : Détection de défauts PT tous les six mois (avec un accent sur les soudures)
5.Maintenance et inspection
5.1 Système d'inspection périodique
Inspection quotidienne : Inspection des fuites/bruits anormaux/vibrations (zones à haut risque)
Inspection mensuelle : État de serrage des boulons de bride (vérification du couple ±10%)
Inspection annuelle : Mesure complète de l'épaisseur de la paroi (précision du jauge d'épaisseur UT ± 0,1mm)
5.2 Normes de nettoyage et de maintenance
Saleté de surface : Agent de nettoyage neutre (pH 6-8) - essuyer avec un chiffon doux
Zone de soudage : Test de vinaigre trimestriel (pour détecter la contamination par le fer)
Exigences de drainage : Le système doit être complètement drainé lorsqu'il n'est pas utilisé (pour éviter le gel et la fissuration).
5.3 Technologie de surveillance de la corrosion
Méthode de la plaque suspendue : Installer des plaques de surveillance à des positions typiques (peser chaque trimestre)
Sonde ER : Surveillance en ligne du taux de corrosion (données téléchargées en temps réel)
Examen endoscopique : Corrosion interne au coude/point de ramification (vidéo haute définition)
6.Dépannage des problèmes courants
6.1 Réparation d'urgence pour fuite
Dispositif d'étanchéité de fuite sous pression (pression maximale ≤ 80% de la valeur de conception)
Joint d'étanchéité à haute résistance moléculaire (avec résistance à la température ≤ 150)
6.2 Défaillances mécaniques
Retirer la section endommagée (l'incision doit être ≥ 50mm du défaut)
La réparation de la soudure nécessite un traitement thermique local (un traitement de décapage à l'acide sulfurique est nécessaire pour 316L).
6.3 Élimination des défauts de corrosion
Réparation de la corrosion par piqûres Polissage de soudure Lorsque la profondeur dépasse 20 de l'épaisseur de la paroi, le tuyau doit être remplacé
Corrosion par crevasse Remplacer le joint de bride Utiliser un joint enveloppé de PTFE à la place
Corrosion sous contrainte Remplacer le tuyau entier Interdiction de la réparation locale par soudure
6.4 Système de protection cathodique
Anode sacrificielle : Un alliage de magnésium (-1,75V) est utilisé pour les pipelines d'eau de mer.
Courant supplémentaire : Sortie du redresseur ≤ 10A (étalonnage régulier requis)
6.5 Maintenance du revêtement
Réparation des dommages : Sablage grade Sa2.5 + Apprêt époxy (film sec ≥ 150μm)
Couche d'isolation : Test de teneur en ions chlorure (≤ 50 ppm)
7.Conclusion
Les tuyaux en acier inoxydable, en tant que matériau important dans l'industrie moderne, ne peuvent pleinement exercer leurs avantages de performance que lorsque le cycle de vie complet est géré de manière standardisée. Il est suggéré que les utilisateurs établissent une archive technique complète couvrant "sélection des matériaux - installation - exploitation - maintenance", et se concentrent sur la surveillance des changements dans les conditions de travail des zones sensibles à la corrosion. Pour les systèmes de tuyauterie clés, un modèle de gestion combinant technologie de surveillance en ligne avec évaluation professionnelle régulière est recommandé. En même temps, une communication technique avec les fournisseurs de matériaux doit être maintenue pour obtenir les dernières solutions.
Les paramètres techniques fournis dans ce guide doivent être ajustés en fonction des conditions de travail spécifiques. Pour les scénarios d'application spéciaux (tels que le grade nucléaire, l'ultra-haute pureté, etc.), des spécifications techniques spéciales doivent être suivies. Il est recommandé de confier à des institutions professionnelles une évaluation de la santé du système tous les trois ans pour garantir le fonctionnement sûr et économique du système de tuyauterie.
