Pourquoi faut-il accorder plus d'attention aux autoclaves à vapeur ?

Les facteurs environnementaux influencent considérablement la durée de vie et la fréquence de maintenance des autoclaves. Le facteur le plus important est la qualité de l'eau et, par conséquent, celle de la vapeur. Le taux de sécheresse et le pourcentage de particules dans la vapeur alimentant les autoclaves auront un impact sur les équipements de tuyauterie et la structure de l'autoclave. L'eau dure, riche en carbonate de calcium, provoque des dépôts de calcaire dans les serpentins de chauffage, les canalisations et sur les surfaces internes de l'autoclave en contact avec l'eau. Les chlorures présents dans l'eau peuvent également entraîner la corrosion des surfaces internes de l'autoclave, même si elles sont en acier de haute qualité.

Pollution chimique dans les systèmes à vapeur

La pollution chimique se produit lorsque des substances chimiques sont présentes dans l'eau d'alimentation de la chaudière. Par exemple, les métaux lourds comme le mercure, le cadmium et le plomb, qui sont nocifs pour la santé humaine, ainsi que les chlorures, qui ont un effet corrosif sur l'acier inoxydable, peuvent causer une contamination chimique.

Sécheresse de la vapeur

Comme on le sait, les gouttelettes d'eau présentes dans la vapeur réduisent l'enthalpie d'évaporation, provoquant l'accumulation de calcaire sur les surfaces des tuyaux et de transfert. Cela signifie que la vapeur entrant dans le système sera humide. Les gouttelettes d'eau compliquent également le transfert de chaleur. L'eau accumulée dans la conduite de vapeur peut provoquer des coups de bélier, car elle se déplace à la vitesse de la vapeur. Ce phénomène génère du bruit et des vibrations

Qualité de l'eau utilisée dans les autoclaves

Il existe de nombreux facteurs pouvant influencer la qualité de l'eau : la dureté, la quantité de minéraux, la présence de chlorures, etc. De nombreuses entreprises utilisent de l'eau du robinet pour leurs autoclaves à vapeur, mais cette pratique peut entraîner des pannes coûteuses si la qualité de l'eau est insuffisante. Bien que l'eau du robinet soit une source pratique pour produire de la vapeur, elle peut également endommager l'autoclave.

Pour protéger les surfaces internes de l'autoclave de l'usure et éviter le calcaire dans les installations, l'eau utilisée peut être conditionnée chimiquement. L'utilisation d'un filtre RO (osmose inverse) sur la source d'eau permet également de capturer les minéraux causant la dureté, prolongeant ainsi considérablement la durée de vie des éléments chauffants.

L'eau ayant les caractéristiques suivantes améliorera considérablement la durée de vie de l'autoclave et l'efficacité du processus :

Niveau de pH : 7,5 – 9

Conductivité : < 220 mS/m

Dureté totale (GH) : 5 – 8 Fr

Fe : < 0,05 mg/l

CO2 : < 20 mg/l

Cl : < 100 g/m³

SO4 : < 325 g/m³

O2 : < 0,05 mg/l

SiO2 : minimum

Adoucissement de l'eau

Les adoucisseurs d'eau sont des échangeurs d'ions qui éliminent les ions positifs. En général, les adoucisseurs éliminent les ions calcium (Ca²⁺) et magnésium (Mg²⁺).

Les adoucisseurs fonctionnent en capturant les minéraux durs et en les séparant. La réaction se produit sur une surface de résine. L'eau dure qui passe à travers la résine absorbe les ions calcium et magnésium, tout en échangeant ces ions contre des ions sodium non durs.

MgSO₄ + R₂Na → R₂Mg + Na₂SO₄

CaCl₂ + R₂Na → R₂Ca + NaCl

(Eau dure) + (Résine chargée de sodium) → (Résine épuisée) + (Eau adoucie)

Il est important de ne pas utiliser d'eau brute dans les chaudières. L'utilisation d'eau brute dans une chaudière peut provoquer la formation de dépôts de calcaire et entraîner le transport de l'eau dans la chaudière. Seule l'eau d'alimentation ou l'eau déminéralisée doit être utilisée. Dans les chaudières à basse pression, de l'eau adoucie peut également être utilisée.

Corrosion des autoclaves

Les aciers pour récipients sous pression tels que le P355GH et le P295GH sont utilisés dans la fabrication des autoclaves en raison de leurs propriétés mécaniques. La principale différence entre ces aciers et les aciers inoxydables réside dans leur teneur en chrome. Les aciers inoxydables possèdent une très fine et stable couche d'oxyde de chrome à la surface. Cette couche empêche les molécules d'oxygène de pénétrer dans le métal et d'oxydé le fer, protégeant ainsi l'acier contre la corrosion. En revanche, les aciers pour récipients sous pression ont une teneur en chrome inférieure à celle des aciers inoxydables. Les aciers au carbone P355GH et P295GH utilisés dans les autoclaves présentent les compositions suivantes : C : ≤0,12 ; Si : 0,25~0,75 ; Mn : 0,20~0,50 ; P : 0,07~0,15 ; S : ≤0,03 ; Cu : 0,25~0,55 ; Cr : 0,30~1,25 ; Ni : ≤0,65 et le reste est constitué de fer (Fe) et d'impuretés.

Outre l'usure et les perforations, l'exposition prolongée des matériaux en acier à la chaleur et à l'humidité peut également provoquer l'oxydation. Les composants tels que les chlorures et le chlore présents en grande quantité dans l'eau sont particulièrement nocifs pour l'acier.

Les atomes d'oxygène présents dans la vapeur et l'air envoyés dans l'autoclave pénètrent dans l'acier et réagissent avec les atomes de fer, ce qui entraîne progressivement la corrosion. La réaction chimique est la suivante :

Fe(s) + 2H₂O(g) → Fe (OH)₂(s) + H₂(g)

Un autre facteur important contribuant à la corrosion des autoclaves est l'inclinaison incorrecte de l'appareil sur son socle. Lors de l'installation, il est crucial de maintenir une inclinaison de 0,1 % à 0,2 % par rapport à la longueur de l'autoclave. Une inclinaison correcte permet à la condensation générée pendant le processus de s'écouler à travers le condensat et d'éviter la corrosion. Si l'inclinaison est excessive, l'eau peut dépasser le condensat et s'accumuler à un autre endroit, provoquant ainsi la corrosion de l'acier. Si l'inclinaison est insuffisante, l'eau ne parvient pas au condensat et reste dans la zone, causant également de la corrosion. L'inclinaison de l'autoclave doit être vérifiée par des professionnels une fois par an. Il est également conseillé de vérifier périodiquement l'éclairage pour détecter toute accumulation d'eau sous l'autoclave et de procéder au nettoyage si nécessaire. Un nettoyage régulier empêchera la corrosion sous l'autoclave.

Lorsque la corrosion apparaît sur les surfaces internes de l'autoclave, il est nécessaire d'effectuer un sablage pour éliminer la rouille. Si cela n'est pas fait à temps, les couches de rouille peuvent affaiblir le matériau dans ces zones et entraîner des fissures ou des écaillages dans les zones rouillées.

En raison des problèmes mentionnés ci-dessus, les autoclaves doivent être soumis à une maintenance périodique régulière. La qualité de l'eau et les analyses des condensats doivent être effectuées et évaluées soigneusement par des professionnels qualifiés. Les tests de contrôle non destructifs (NDT) doivent être répétés si nécessaire pour vérifier la sécurité de l'autoclave et assurer son bon fonctionnement.