Quel type de corrosion localisée est particulièrement susceptible de se produire au point de dérivation de fluide dans un connecteur à quatre voies ?

I. Le té à 4 voies : un nœud à haut risque dans les systèmes de tuyauterie

Le Raccord en T à 4 voies , qui sert de composant essentiel aux écoulements convergents et divergents dans des réseaux de fluides complexes, est soumis à une combinaison unique de contraintes mécaniques, de dynamique des fluides et de facteurs corrosifs. Sa géométrie distincte en fait un nœud à haut risque au sein de l’ensemble du système.

Contrairement aux sections de tuyaux droites, l'intérieur d'un té à 4 voies implique l'intersection violente et la rotation brusque de quatre canaux d'écoulement dans une chambre centrale. Cette géométrie interne spécifique, notamment au niveau des entrées de dérivation où le fluide subit une forte 90∘ changement de direction, provoque des changements brusques de vitesse et de pression du fluide. Par conséquent, cette géométrie déclenche des types spécifiques de corrosion localisée. Ces formes localisées présentent des taux de corrosion nettement supérieurs à la corrosion générale, conduisant facilement à une perforation traversante des parois et à des défaillances catastrophiques.

II. Principaux types de corrosion localisée dans les zones de retournement d'écoulement

Dans les zones de retournement d'écoulement des raccords en T à 4 voies, deux des types de corrosion localisée les plus répandus et les plus destructeurs sont la corrosion accélérée par écoulement (FAC) et l'érosion-corrosion.

2.1 Corrosion accélérée par écoulement (FAC)

2.1.1 Mécanisme professionnel du FAC

La corrosion accélérée par écoulement, parfois appelée historiquement mais de manière inexacte sous le nom d'érosion-corrosion, est désormais distinctement classée dans la science moderne de la corrosion. FAC décrit principalement le phénomène où la couche d'oxyde protectrice sur la surface métallique (comme la magnétite) Fe3​O4​ sur l'acier) est soit dissous chimiquement, soit éliminé mécaniquement à un rythme accéléré en raison de l'augmentation de la vitesse du fluide et des turbulences, accélérant ainsi la corrosion du métal de base.

Le FAC résulte de l’interaction de la corrosion électrochimique et de la dynamique des fluides. Ses principes fondamentaux sont les suivants :

1. Contrôle du taux de transfert de masse : dans les solutions aqueuses neutres ou faiblement alcalines (par exemple, eau d'alimentation de chaudière, condensat), le taux de corrosion du métal est souvent contrôlé par le taux de transfert de masse de l'oxygène dissous ou des ions hydratés vers la surface métallique. La forte turbulence dans la zone de retournement d'un té à 4 voies amincit considérablement la couche de diffusion de surface (couche de diffusion Nernst).

2. Dissolution accélérée de la couche d'oxyde : un écoulement à grande vitesse et très turbulent, en particulier dans l'eau à faible teneur en oxygène ou désoxygénée de haute pureté, accélère la dissolution de la couche d'oxyde protectrice dans le fluide en vrac sous forme d'ions solubles.

3. Exposition au substrat : Une fois la couche protectrice retirée, le métal de base exposé se corrode rapidement et forme une nouvelle couche d'oxyde. Cependant, cette couche nouvellement formée est rapidement dissoute ou éliminée par l’écoulement accéléré. Cela forme un cercle vicieux conduisant à un amincissement rapide des parois.

2.1.2 Pourquoi les tés à 4 voies sont des points chauds FAC

Le turning zone of a 4-Way Tee is a typical FAC hotspot because of:

• Contrainte de cisaillement élevée : Comme le fluide produit un 90∘ à leur tour, des contraintes de cisaillement de fluide extrêmement élevées sont générées sur la face interne du coude (en particulier au niveau des bords des entrées de dérivation), attaquant directement la couche d'oxyde.

• Turbulence élevée localisée : les turbulences localisées de haute intensité formées par les zones de séparation des flux et de recirculation améliorent considérablement les taux de transfert de masse, accélérant la dissolution de la couche d'oxyde.

2.2 Érosion-Corrosion

2.2.1 Mécanisme professionnel d’érosion-corrosion

L'érosion-corrosion fait spécifiquement référence à l'effet synergique de l'usure mécanique et de la corrosion chimique lorsque le milieu contient des particules solides (par exemple, sable, scories, poudres de catalyseur). Les particules impactent la surface métallique avec une énergie cinétique élevée.

• Érosion mécanique : les particules solides heurtent et arrachent ou perturbent le réseau métallique, provoquant une perte de matière.

• Effet synergique : L'érosion mécanique accélère la corrosion : les impacts de particules éliminent non seulement la couche protectrice d'oxyde, mais exposent également une surface métallique fraîche et plus active, provoquant une montée en flèche du taux de corrosion électrochimique. Parallèlement, la nature lâche et poreuse des produits de corrosion les rend plus sensibles au récurage et à l'élimination par les particules, accélérant encore le processus d'érosion.

2.2.2 Points chauds d'érosion-corrosion dans les tés à 4 voies

Dans un té à 4 voies, les zones les plus exposées à l'érosion-corrosion sont les points d'impact directs après le virage et la région de courbure interne de la déviation de l'écoulement. En raison de l'inertie pendant le virage, les particules lourdes ont tendance à maintenir leur élan linéaire, impactant la paroi interne opposée de la branche tournante à des vitesses et des angles plus élevés.

Ce phénomène est particulièrement prononcé dans les systèmes transportant des boues à haute teneur en matières solides ou fonctionnant à des vitesses d'écoulement élevées.

III. Autres types de corrosion localisée

En plus du FAC et de l'érosion-corrosion, les caractéristiques géométriques des tés à 4 voies peuvent déclencher d'autres formes de corrosion localisée dans des conditions spécifiques du fluide :

3.1 Corrosion caverneuse

Si le Té à 4 voies utilise des raccords filetés ou des joints à brides et que de minuscules crevasses difficiles à nettoyer se forment au niveau des racines du filetage, sous le joint ou dans la zone de soudure, une corrosion caverneuse peut se produire. Dans une crevasse confinée, le renouvellement des fluides est limité, entraînant des changements localisés dans les gradients de concentration en oxygène, les niveaux de pH et la concentration en ions chlorure. Cela forme une cellule de corrosion, entraînant la dissolution rapide du métal dans la crevasse.

3.2 Corrosion par piqûre induite par les turbulences

Alors que la turbulence inhibe souvent la corrosion générale, sous un écoulement très turbulent et à grande vitesse dans des milieux contenant de fortes concentrations d'ions chlorure (comme l'eau de mer), la turbulence peut provoquer une érosion localisée sur la surface métallique, créant de minuscules points actifs. Ces taches ont tendance à évoluer vers des noyaux de corrosion par piqûres. Une fois qu'une piqûre se forme, son mécanisme autocatalytique entraîne la corrosion profondément dans le matériau, conduisant finalement à une perforation.