Pourquoi les vannes d’eau se corrodent : problèmes courants et choix des matériaux dans les systèmes hydrauliques

Problèmes de corrosion courants des vannes d'eau

Lors du fonctionnement réel des systèmes d'adduction d'eau, la corrosion des vannes se manifeste généralement sous les formes suivantes :

1) Corrosion superficielle du corps de vanne

Lors d'une utilisation prolongée, l'exposition continue à l'eau peut provoquer une corrosion uniforme de la surface du corps de la vanne. L'épaisseur de la paroi diminuant progressivement, la résistance structurelle et la tenue à la pression de la vanne déclinent avec le temps.

2) Corrosion localisée au niveau des zones d'étanchéité (corrosion par piqûres et corrosion caverneuse)

Les sièges de soupapes, les surfaces d'étanchéité et les zones de raccordement sont sujets à la formation de petits interstices ou de zones de stagnation du fluide. Dans les systèmes utilisant de l'eau chlorée ou présentant des variations fréquentes de la qualité de l'eau, la corrosion par piqûres et la corrosion caverneuse sont plus susceptibles de se produire, pouvant entraîner des fuites.

• Vannes papillon : La corrosion se développe souvent à l'interface d'étanchéité entre le bord du disque et le siège.
• Vannes à guillotine : Les problèmes se rencontrent le plus souvent au niveau des surfaces d’étanchéité de la guillotine, ainsi qu’au niveau de la tige, du presse-étoupe et des zones de raccordement de la guillotine.

3) Corrosion liée aux dépôts et blocage opérationnel

Dans les systèmes d'eau brute ou les applications où la qualité de l'eau est médiocre, les impuretés et les particules solides ont tendance à s'accumuler à l'intérieur de la vanne. Ces dépôts accélèrent non seulement la corrosion du métal sous-jacent, mais peuvent aussi perturber directement le fonctionnement de la vanne.

• Vannes à guillotine : La conception de leur cavité interne les rend plus susceptibles de piéger les fluides et les débris, ce qui les rend particulièrement vulnérables à ce problème.
• Vannes papillon : Lorsqu'elles sont utilisées pour la régulation en position partiellement ouverte pendant de longues périodes, des dépôts peuvent également s'accumuler sur la face amont du disque, créant des risques similaires et entraînant une augmentation du couple de fonctionnement, voire un grippage.

L'apparition de ces problèmes de corrosion indique généralement que la vanne est entrée dans une phase de dégradation de ses performances, nécessitant un entretien plus fréquent ou un remplacement éventuel.

Comment le choix du matériau de la vanne influence la résistance à la corrosion

Dans les systèmes d'eau, la résistance à la corrosion d'une vanne dépend largement du choix des matériaux, ce qui influe directement sur sa fiabilité à long terme. Voici les principaux points à prendre en compte lors du choix des matériaux des vannes :

1) Limitations des matériaux de base

Vannes en acier au carbone : économiques, mais sujettes à la corrosion dans les réseaux d’eau à forte teneur en oxygène dissous ou de qualité d’eau instable. De ce fait, leur durée de vie est souvent limitée pour les applications de longue durée.

Les aciers inoxydables courants (comme le 304) offrent une résistance modérée à la corrosion. Cependant, dans l'eau chlorée, l'eau de refroidissement en circuit fermé ou certains systèmes d'eau industriels, une corrosion par piqûres ou par crevasses peut se produire.

2) Utilisation ciblée d'alliages résistants à la corrosion

Pour des conditions d'eau plus agressives, telles qu'une forte teneur en chlorures, une eau acide ou l'eau de mer, on sélectionne généralement des matériaux présentant une résistance accrue à la corrosion :

1. Alliages d'acier inoxydable : des nuances telles que le 316/316L (avec ajout de molybdène pour une meilleure résistance à la corrosion par piqûres induite par les chlorures) et les aciers inoxydables duplex comme le 2205, qui combinent une haute résistance avec une excellente résistance à la corrosion.
2. Alliages de cuivre : notamment le bronze et le bronze d’aluminium, couramment utilisés dans l’eau de mer et certains milieux spécifiques en raison de leur forte résistance à la corrosion par l’eau de mer et de leurs bonnes propriétés anti-salissures.
3. Alliages haute performance résistants à la corrosion : des matériaux tels que l’Hastelloy et le titane sont utilisés dans des environnements extrêmement corrosifs, bien que leur coût plus élevé limite leur application aux services critiques.

Ces matériaux permettent d'obtenir une meilleure résistance à la corrosion en optimisant les proportions d'éléments tels que le chrome, le nickel, le molybdène et le cuivre, ce qui améliore la stabilité du film passif et ralentit le processus de corrosion au fil du temps.

3) Adaptation des matériaux aux différents types de vannes

• Vannes papillon :
  Une attention particulière doit être portée à la compatibilité des matériaux et à la résistance à la corrosion du couple d'étanchéité disque-siège. Un appariement correct est essentiel pour garantir une étanchéité fiable sur le long terme.
• Vannes à guillotine :
  Une approche plus globale est nécessaire, considérant la résistance à la corrosion du corps, de l'opercule et de la tige de la vanne comme un système complet. La corrosion d'un seul composant peut compromettre les performances globales de la vanne et entraîner une défaillance prématurée.

4) Principe fondamental de sélection des matériaux : « adéquat et stable »

Lors du choix des matériaux pour les vannes des réseaux d'eau, l'objectif n'est pas de rechercher systématiquement la résistance à la corrosion la plus élevée. Il convient plutôt de se baser sur la qualité réelle de l'eau, les conditions d'exploitation, la durée de vie prévue et le coût total du cycle de vie. Opter pour des matériaux offrant des performances adéquates et stables dans l'environnement concerné permet d'obtenir le meilleur compromis entre fiabilité, disponibilité et rentabilité.

Facteurs clés affectant la corrosion des vannes d'eau

D'un point de vue opérationnel, la corrosion des vannes d'eau est rarement due à un seul facteur. Elle résulte généralement de l'action conjointe de plusieurs conditions au fil du temps :

1. Composition du matériau
   La teneur en éléments d'alliage tels que le chrome, le nickel, le molybdène et le titane influe directement sur la stabilité des matériaux dans les environnements aqueux oxygénés et chlorés.
2. qualité de l'eau
   Différents types d'eau — comme l'eau chlorée, l'eau désinfectée, l'eau en circulation et l'eau contenant des impuretés en suspension — exercent des effets corrosifs très différents sur les matériaux des vannes.
3. Conditions de fonctionnement
   Un fonctionnement prolongé en position partiellement ouverte, des ouvertures et fermetures fréquentes et des variations localisées de la vitesse d'écoulement peuvent tous accélérer la corrosion et l'usure localisées.
   Par exemple, les vannes papillon sont plus sensibles à l'érosion-corrosion dans des conditions de régulation, tandis que les vannes à guillotine qui restent inactives pendant de longues périodes sont plus sujettes à la corrosion localisée liée à la stagnation.
4. Facteurs environnementaux
   Bien que les variations de température et les fluctuations de pression dans les systèmes d'eau soient relativement modérées, leurs effets à long terme peuvent tout de même accélérer le vieillissement et la corrosion des matériaux au fil du temps.

Comment teste-t-on la résistance à la corrosion des vannes d'eau ?

Afin de réduire les risques de corrosion en conditions réelles d'utilisation, la résistance à la corrosion des vannes d'eau est généralement évaluée lors des étapes de sélection des matériaux et de fabrication.

• Tests d'immersion
  Des échantillons de matériaux sont immergés pendant de longues périodes dans des milieux aqueux simulés afin d'observer le comportement et les tendances de la corrosion dans des conditions d'exposition continue.
• Tests au brouillard salin
  Cette méthode est largement utilisée pour simuler les environnements marins corrosifs ou à forte concentration de chlorures. Elle permet d'évaluer la stabilité à la corrosion des matériaux exposés à des eaux salines ou riches en chlorures.

• Tests électrochimiques
  En mesurant le comportement électrochimique des matériaux dans des solutions électrolytiques, ces tests fournissent des données comparatives sur les performances en matière de corrosion et facilitent l'évaluation et la sélection des matériaux.

Ces tests n'ont pas pour but d'atteindre des performances extrêmes en laboratoire, mais d'identifier précocement les risques de corrosion potentiels pouvant survenir dans les réseaux d'eau réels. Qu'elles soient appliquées aux vannes papillon ou aux vannes à guillotine, ces méthodes de vérification constituent des références importantes lors du choix et de la fabrication des vannes.

Au sein du système d'inspection en usine d' Union Valve , la résistance à la corrosion est un critère de qualité essentiel. Grâce à des tests standardisés, tels que le test au brouillard salin, la stabilité à la corrosion des matériaux du corps de vanne et des traitements de surface est rigoureusement vérifiée. Cette approche garantit une qualité constante d'un lot de production à l'autre et assure un fonctionnement fiable et durable dans les réseaux d'eau.

En génie des réseaux d'eau, la corrosion des vannes est souvent un problème latent et persistant. Lorsqu'elle se manifeste en fin d'exploitation, les coûts de maintenance peuvent être considérables et, dans certains cas, elle peut même compromettre la continuité de l'approvisionnement en eau et la sécurité globale du système.

C’est pourquoi la prise en compte précoce des risques de corrosion – dès les phases de conception et de sélection des vannes – par le choix approprié des matériaux, l’optimisation structurelle et la vérification nécessaire de la résistance à la corrosion, constitue un moyen efficace d’améliorer à la fois la fiabilité et la performance économique des systèmes d’eau.

Chez Union Valve, la résistance à la corrosion est un critère de contrôle essentiel dans la conception et la fabrication des vannes d'eau. Grâce à une sélection rigoureuse des matériaux, une attention particulière aux détails structurels et des tests pertinents avant livraison, nous identifions et maîtrisons les risques de corrosion potentiels avant la mise en service des vannes. Cette approche contribue à améliorer la fiabilité opérationnelle à long terme et garantit un fonctionnement stable et prévisible des réseaux d'eau.

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