Valve à bille en titane ou en acier inoxydable destinée à la marine

Vanne à boisseau sphérique en titane ou en acier inoxydable pour usage marin

Une vanne à boisseau sphérique en eau de mer échoue rarement car l'usure du corps est uniforme. Elle échoue au niveau de la crevasse : sous le joint du corps, derrière la bague de siège, dans l'espace entre la bille et la tige, ou dans le filetage d'un boulon de chapeau. C'est là qu'une vanne en acier inoxydable cède et qu'une vanne en titane justifie son prix, et c'est la raison pour laquelle la comparaison doit être faite sur le comportement en crevasse et sur la température du siège plutôt que sur une affirmation générale de résistance à la corrosion.

Données de la vanne

Corrosion comparée

Résistance à la piqûre, PRENNon applicable, pas de piqûreEnviron 25Température critique de piqûre en chlorurePlus de 100 degrés, pas de piqûreEnviron 20 à 25 degrésSeuil de corrosion par crevasseEnviron 70 à 80 degrés, chlorure neutreInférieur à 20 degrés en eau de mer stagnanteLimite d'élasticité275 MPa170 MPaDensité4,51 g/cm38,00 g/cm3Dilatation thermique8,6 micromètres par m K16 micromètres par m KComportement en eau de mer en écoulementFilm passif, pas d'usureAttaque par piqûre et par crevasse

Le PREN est cité pour les aciers inoxydables et non pour le titane, car le titane ne pique pas : il repose sur un film d'oxyde de dix nanomètres qui se reforme instantanément lorsqu'il est rayé, et ce film est stable dans les chlorures à toute température rencontrée par une vanne. Le chiffre pratique est le seuil de crevasse, environ 70 à 80 degrés Celsius dans un chlorure neutre, au-dessus duquel le titane peut se crevasse dans une ligne de joint serrée et le Gr7 avec son petit ajout de palladium est le corps le plus sûr. L'acier inoxydable 316L franchit son propre seuil à la température ambiante de l'eau de mer dans une crevasse stagnante, ce qui est exactement la condition à l'intérieur d'une vanne fermée.

Quand l'acier inoxydable a encore du sens

L'acier inoxydable n'est pas la mauvaise réponse partout. Dans un système d'eau de mer filtrée, en continu, à température contrôlée, les vannes 316L offrent plusieurs années de service et coûtent une fraction du titane. Le Duplex 2205 étend la plage de sécurité et est souvent le compromis pour les vannes plus grandes où un corps en titane serait un problème de fonderie. La décision repose sur trois questions : la conduite reste-t-elle immobile pendant de longues périodes, l'eau est-elle chlorée et la vanne est-elle jamais fermée sur une conduite chaude. Deux réponses affirmatives placent le titane en tête en termes de coût du cycle de vie ; trois réponses négatives laissent l'acier inoxydable compétitif.

Sièges et plafond de température

Un corps en titane ne fait pas une vanne en titane. Le siège est généralement en PTFE jusqu'à environ 200 degrés Celsius, le RPTFE légèrement plus haut, le PEEK jusqu'à environ 250 et le PCTFE plus bas mais avec une meilleure résistance à la perméation, tandis que le corps pourrait fonctionner bien plus chaud. Dans un système marin, le siège est aussi l'endroit où les fragments de sable et de coquillages se logent et rayent la bille, donc une vanne à passage intégral avec un siège métallique est choisie pour les boues ou pour la vapeur et un siège souple pour une étanchéité parfaite sur l'eau propre. Le joint de tige est le deuxième point faible : un garnissage en graphite tolère la chaleur, un joint élastomère tolère le désalignement, et aucun des deux ne tolère une course à sec à grande vitesse.

Accouplement galvanique et fixations

Le titane est cathodique par rapport à l'acier, à l'aluminium et à la plupart des aciers inoxydables, donc la partie en acier d'une jonction mixte est celle qui se corrode. Une vanne en titane boulonnée à une bride en acier avec des goujons en acier montrera une usure au niveau des goujons bien avant que le corps ne soit affecté, et une tige en acier inoxydable dans un corps en titane n'est sûre que tant que les deux restent mouillés et électriquement continus. Les solutions habituelles sont des joints et des rondelles isolants, des fixations revêtues ou duplex, et une tige de la même famille que le corps partout où le service le permet. Les joints filetés en titane grippent également, donc un lubrifiant approuvé pour le milieu est utilisé lors de l'assemblage.

Coût sur la durée de vie de la conduite

Une vanne à boisseau sphérique en titane Classe 150 coûte plusieurs fois plus cher qu'une vanne 316L de même taille, et lors d'une première commande, cette différence est difficile à justifier. La comparaison change lorsque la vanne se trouve dans une conduite de ballast, un circuit de lavage, un système de refroidissement offshore ou une chaîne de dessalement, où une vanne en acier inoxydable peut nécessiter un remplacement tous les deux à quatre ans et chaque remplacement entraîne un arrêt, une conduite vidangée et un nouvel ensemble de joints. Sur dix ans, la vanne en titane est généralement l'élément le moins cher, et sur un navire, le temps d'arrêt représente la plus grande partie du coût.

Spécification d'une vanne à boisseau sphérique marine

Indiquer le grade du corps et de la bille, la classe de pression et le type de face, le passage, le matériau du siège, la tige et l'actionnement, et nommer l'eau : chlorée ou non, la température, le débit et si la vanne restera fermée pendant de longues périodes. Pour une vanne en titane, ajouter la pression d'épreuve, le certificat et le marquage, et indiquer si le corps sera décapé ou poli, car un alésage poli est plus facile à nettoyer et montre plus rapidement un chemin de fuite. Lorsque le service est chaud et stagnant, spécifier le Gr7 plutôt que le Gr2 et l'indiquer sur le dessin.

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