Le choix du matériau en acier inoxydable pour l’industrie agroalimentaire

La plupart des défis auxquels sont confrontés l'utilisation de l'acier inoxydable dans les industries laitières et autres industries de transformation des aliments sont liés aux échangeurs de chaleur et aux eaux de surface naturelles telles que l'eau de puits. Comme les brasseries, la plupart des industries alimentaires utilisent fréquemment des fluides chauds chauffés à la vapeur ou refroidis par de l'eau, ce qui est associé à la pasteurisation et à la stérilisation, et rencontrent donc souvent des problèmes tels que des fissures de corrosion sous contrainte. En général, la transformation des aliments ne corrode pas l'acier inoxydable standard tel que AISI304 ou 316. Cependant, le large éventail de méthodes de traitement utilisées dans cette industrie conduit à de nombreuses défaillances dues à la corrosion. Tel que:

• Erosion/corrosion dans les échangeurs thermiques de lait en acier inoxydable.
• Corrosion uniforme causée par l'acide lactique et d'autres acides organiques à haute température.
• Corrosion microbienne causée par les eaux de surface ou l’eau de puits.
• Fissures de corrosion sous contrainte, principalement des « fissures de chlorure ».
• Fatigue due à la corrosion causée par les vibrations.

 

Pour les échangeurs de chaleur à plaques de l'industrie laitière, le lactosérum, le lait et l'eau de traitement sont traités via des échangeurs de chaleur à plaques en acier inoxydable 1.4401, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.

Des produits	Température d'entrée, ℃	Température de sortie, ℃	Pression
Petit lait	30	10	Moyen
Lait	7	30	Haut
Eau de traitement	57	14	Faible

 

Afin d'éviter les fuites d'aliments contaminés, la pression de l'eau de traitement est maintenue aussi basse que possible. Les fuites se produisent lorsque les plaques minces entrent en collision les unes avec les autres au point de pression, ce qui est provoqué par des fissures de fatigue dans la section transversale mince après l'érosion et la corrosion du point de pression. L'étude microscopique métallographique de la section montre qu'aucune fissure de corrosion sous contrainte ne s'est produite. Étant donné que la basse pression se situe du côté de l’eau du procédé, associée aux fluctuations de pression et aux vibrations de l’écoulement du fluide, l’érosion/corrosion se produit de ce côté. La manière d'éviter la collision physique des plaques est de modifier la pression et les fluctuations de pression ou d'augmenter l'espacement entre les plaques.

 

Corrosion microbienne causée par l'eau de puits

L’industrie alimentaire utilise généralement de l’eau de puits. La teneur en fer de l’eau de puits est assez élevée, ce qui peut activer les bactéries liées au fer et provoquer une grave corrosion. L'une des méthodes de traitement de l'eau couramment utilisées consiste à éliminer le fer de l'eau de puits afin de donner un meilleur goût aux aliments et d'éviter la corrosion des équipements d'emballage et de transformation après le nettoyage et le rinçage. Les eaux de surface et de puits contiennent également un certain nombre de types de micro-organismes actifs dans des conditions aérobies et anaérobies. Les bactéries aérobies liées au fer oxydent les ions fer, tandis que les bactéries anaérobies liées au fer réduisent les ions fer. Ces deux réactions sont finalement classées comme corrosion microbienne (MIC). D'autres micro-organismes peuvent également être actifs dans l'eau, comme les bactéries réductrices d'acide sulfurique et les bactéries productrices d'acide. Dans le même biofilm, des bactéries aérobies et (ci-dessous) des bactéries anaérobies peuvent être actives.

Lorsque vous utilisez de l'eau de puits pour traiter des légumes en conserve (rincer et refroidir après pasteurisation). Là où l'eau ne coule pas pendant une longue période, les tuyaux fabriqués en 316L fuiront dans les six mois en raison de la température élevée de l'eau. L'eau du puits elle-même est froide (en dessous de 10°C), mais peut facilement monter jusqu'à 30°C en été si elle reste stationnaire pendant une longue période dans la canalisation. Comparés à Legionella, les biofilms corrosifs se sont formés à des taux d’activité plus élevés à des températures plus élevées.

 

Corrosion par piqûres causée par la désinfection et la stérilisation au chlore

L'hypochlorite de sodium est couramment utilisé pour nettoyer et désinfecter les équipements en acier inoxydable. Si la concentration d'hypochlorite de sodium est trop élevée ou si le temps de nettoyage et de désinfection est trop long, l'hypochlorite de sodium provoquera une grave corrosion de l'acier inoxydable, en particulier lorsque la température est supérieure à 25 ℃.

 

Fracture par corrosion sous contrainte

Il existe un risque de rupture par corrosion sous contrainte de chlorure à des températures supérieures à 60°C. À mesure que la déformation à froid, les contraintes de traction et la teneur en chlorure augmentent, le risque augmente. Comparé au tuyau déformé à froid sans recuit, le tuyau recuit est insensible à la rupture par corrosion sous contrainte de chlorure. L'extérieur des tubes en acier soudés à joints droits utilisés dans l'industrie laitière est beaucoup plus sensible au chlorure, en raison des contraintes de traction dans la section provoquées par la flexion pendant le processus de fabrication. Dans d’autres applications, les échangeurs de chaleur tubulaires peuvent être responsables de fissurations par corrosion sous contrainte de chlorure. Les fissures de contrainte liées aux chlorures sont plus susceptibles de se développer sur un côté de la coque si la température dépasse 60°C. Les AISI 304 et 316 sont sensibles à ce problème et il existe un risque de rupture par corrosion sous contrainte lorsqu'ils sont utilisés dans des évaporateurs de sucre où les aciers inoxydables ferritiques peuvent être utilisé à la place. L'acier inoxydable ferritique AISI 441 a été largement utilisé dans l'industrie sucrière, notamment l'AISI 439. En pratique, le choix des tuyauteries est développé en acier inoxydable 304 et en acier inoxydable 439. Acier inoxydable 304 pour les tuyaux plus courts et 439 pour les tuyaux plus longs.

Acier inoxydable 304 : L'acier peut être sélectionné lorsque la longueur du tuyau est inférieure à 3 mètres. Le coefficient de dilatation thermique de 304 l'acier inoxydable est de 1,8 × 10-2 mm/m℃, ce qui est beaucoup plus grand que celui de l'acier au carbone. Lorsque la cuve est à haute température, la contrainte thermique du tuyau est élevée. Les tubes en acier inoxydable AISI 304 ont été recuits après soudage à joint droit en usine.

Acier inoxydable 439 : ASTM439 est un acier inoxydable ferritique stabilisé au titane (17% ~ 19%Cr) utilisé pour les évaporateurs ou les serpentins jusqu'à 5 m de longueur. Le risque de rupture par corrosion sous contrainte est plus grand lorsque la longueur du tuyau est supérieure à 7 m, que la concentration de chlorure est élevée et que le degré de déformation à froid est élevé. Aucune fracture par corrosion sous contrainte ne se produit dans les aciers inoxydables ferritiques tels que l'AISI 439. Afin d'éviter la corrosion caverneuse, si la résistance à la corrosion et les conditions sanitaires le permettent, les gens utilisent généralement l'échangeur de chaleur dont la coque est en tôle d'acier au carbone épaisse et la paroi intérieure est d'épaisseur mince. Tube en acier AISI439. De cette manière, l'acier au carbone peut fournir une protection cathodique au tuyau en acier inoxydable à paroi mince, réduire les coûts de conception et de production et prolonger la durée de vie.