Lingots de tantale dans les composants de compresseurs de gaz résistant à la corrosion

La sélection des matériaux pour les différents composants des compresseurs de gaz est importante pour la durabilité, la fiabilité et l'efficacité sur une longue période. Pour les composants soumis à des attaques de milieux agressifs, les lingots de tantale se sont imposés comme un choix de premier ordre en raison de leur résistance exceptionnelle à la corrosion, associée à une stabilité à haute température.

Fig. 1 Schéma d'un compresseur de gaz [1]

Pourquoi utiliser le tantale dans les environnements corrosifs ?

1. Résistance exceptionnelle à la corrosion

Letantale est l'un des métaux les plus résistants à la corrosion, principalement dans les milieux fortement acides et les réactifs chimiques agressifs. En fait, il résiste aux gaz et aux liquides acides comme aucun autre élément, ce qui le rend approprié pour les compresseurs de gaz avec des fractions corrosives possibles dans l'air ou le gaz. Par exemple, dans les raffineries pétrochimiques, un gaz contenant du soufre peut rapidement détruire les matériaux les moins résistants en quelques heures. En créant une couche d'oxyde stable et protectrice à sa surface, le tantale empêche toute corrosion ultérieure, ce qui augmente la durée de vie des pièces du compresseur et réduit les périodes d'inactivité.

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2. Des performances exceptionnelles à haute température

La plupart des compresseurs de gaz sont exposés à des températures élevées, en particulier dans les industries liées à l'énergie. Le tantale peut fonctionner à des températures extrêmement élevées grâce à son point de fusion incroyablement élevé de 3 017°C (5 463°F). Par conséquent, les lingots de tantale sont considérés comme idéaux pour la fabrication de pièces de compresseurs telles que les rotors et les pistons qui fonctionnent à des températures élevées, garantissant ainsi une efficacité maximale.

3. Durabilité et résistance supérieures

La résistance et la durabilité inhérentes au tantale font qu'il convient parfaitement aux composants soumis à des contraintes mécaniques continues. Dans les compresseurs de gaz, les pièces telles que les rotors et les soupapes sont exposées à des forces de cisaillement très élevées et à une usure mécanique. L'excellente résistance à la traction et à la fatigue du tantale tend à minimiser l'usure, ce qui permet aux composants de durer plus longtemps, même dans des conditions de fonctionnement extrêmes.

Applications courantes du tantale dans les compresseurs de gaz

1. Rotors et aubes de compresseurs

Les rotors et les pales des compresseurs de gaz sont soumis à une usure constante en raison de la rotation à grande vitesse et du bombardement constant par des particules abrasives dans le flux de gaz. Le tantale, très résistant à l'abrasion, est utilisé dans les rotors et les aubes qui doivent supporter simultanément la corrosion et les contraintes mécaniques. Le point de fusion élevé du tantale permet à ces composants de conserver leur intégrité structurelle, même dans les compresseurs fonctionnant à des températures élevées.

2. Joints et composants des soupapes

Les joints et les vannes des compresseurs de gaz assurent l'étanchéité nécessaire pour maintenir la pression et éviter les fuites de gaz. De nombreux environnements corrosifs provoquent la rupture de ces composants, généralement à cause des gaz pour lesquels les joints sont conçus. Le tantale est utilisé pour fabriquer des joints, des sièges de soupape et des corps de soupape ; sa résistance aux gaz corrosifs permet des performances durables et empêche les fuites ou les défaillances. Sa malléabilité et sa formabilité permettent de fabriquer avec précision les géométries complexes requises dans les systèmes de compresseurs d'aujourd'hui.

3. Composants haute pression

Les compresseurs de gaz fonctionnent à des pressions très élevées, ce qui soumet les pièces telles que les chambres de compression, les brides et les culasses à des contraintes très importantes. La résistance du tantale à la déformation, associée à sa capacité à supporter des variations de pression extrêmes, le rend tout à fait approprié pour ces pièces critiques. Les applications qui connaîtraient normalement des défaillances dues aux contraintes du matériau ou à la corrosion peuvent conserver leur intégrité structurelle et leur longévité grâce à l'utilisation du tantale.

4. Composants d'un échangeur de chaleur

Les compresseurs de gaz sont utilisés avec des échangeurs de chaleur dans de nombreuses industries où des changements de température peuvent se produire pendant ou après la compression. Les tubes et les chicanes des échangeurs de chaleur qui sont en contact avec des gaz chauds corrosifs tirent parti de l'exceptionnelle résistance à la corrosion du tantale combinée à sa bonne résistance aux chocs thermiques. Cela garantit l'intégrité structurelle et des performances de transfert de chaleur fiables en cas de cycles thermiques agressifs, là où la corrosion dégraderait d'autres matériaux.

Résistance à la corrosion : Tantale et autres matériaux

Bien que l'acier inoxydable, le titane et les alliages à base de nickel trouvent de nombreuses applications dans les compresseurs de gaz, ils ne font pas le poids face au tantale en termes de résistance à la corrosion et de stabilité à haute température. Vous trouverez ci-dessous une brève comparaison du tantale avec d'autres matériaux. Pour d'autres produits métalliques, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusion

Leslingots de tantale offrent le plus grand avantage dans les applications de compresseurs nécessitant une résistance supérieure à la corrosion et une stabilité à haute température. D'autres matériaux, y compris ceux en acier inoxydable et en titane, ont leur place, mais le tantale reste le matériau principal pour les environnements industriels très difficiles dans lesquels des performances élevées, la fiabilité et une longue durée de vie sont cruciales.

Références :

[1] Eugene "Buddy" Broerman, Tim Manthey, Jürgen Wennemar, Justin Hollingsworth, Chapter 6 - Screw Compressors, Editor(s) : Klaus Brun, Rainer Kurz, Compression Machinery for Oil and Gas, Gulf Professional Publishing, 2019, Pages 253-307, ISBN 9780128146835.