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Matériaux des joints d'échangeurs à plaques : NBR, EPDM, HNBR ou FKM ?

Auteur: Équipe éditoriale HeatEx Direct
Lecture: 8 minutes
Matériaux des joints d'échangeurs à plaques : NBR, EPDM, HNBR ou FKM ?

Dans un échangeur à plaques et joints, les plaques sont généralement en acier inoxydable ou en titane et sont rarement les premières à céder. Les joints sont en caoutchouc. Si le caoutchouc gonfle, durcit ou perd son élasticité, l'appareil fuit ; le choix du matériau des joints décide donc souvent si un échangeur à plaques tient dans un service donné. Ce choix est d'abord une question de chimie, ensuite une question de température.

Ce guide compare les quatre élastomères utilisés pour la plupart des joints d'échangeurs à plaques, NBR, HNBR, EPDM et FKM, et indique ce qu'il faut dire à un fournisseur pour qu'il propose le bon. Le catalogue de produits de ce site comprend des échangeurs à plaques et joints de Shanghai Heat Transfer Equipment avec joints NBR, HNBR, EPDM, H-EPDM et FKM, ainsi que des appareils de KDP et de Lanshi. Pour un service précis, envoyez les données des deux fluides via le formulaire de demande de devis.

1. L'essentiel

Le tableau résume les informations sur les matériaux publiées par Gislaved Gummi, fabricant de joints d'échangeurs à plaques, et les plages de température données dans un guide des joints de Heat Exchanger World.

MatériauRésiste bien àÀ éviterPlage de température typique
NBR (nitrile)Eau, huiles minérales, carburants, solvants hydrocarbonés, huiles végétales et graisses animalesAmines, cétones, aldéhydes, esters de bas poids moléculaire, acides organiques, bases, et acides comme l'acide chlorhydrique, nitrique ou sulfurique ; ozoneEnviron -10 °C à 110 °C
HNBR (nitrile hydrogéné)Les mêmes huiles et hydrocarbures que le NBR, avec une bien meilleure tenue au vieillissement thermiqueLes mêmes produits chimiques que le NBR ; moins bon à basse températureEnviron -10 °C à 160 °C en vapeur
EPDMEau, vapeur, nombreux acides et bases (excellent avec la soude), alcools, glycols, cétones, aldéhydes, aminesHuiles minérales, carburants, solvants hydrocarbonés et huiles caloporteuses, huiles végétales et graisses animales ; acides oxydants forts comme l'acide nitriqueEnviron -10 °C à 150 °C ; plus pour les qualités spéciales vapeur
FKM (fluorocarbone)Acides forts, solutions salines, hydrocarbures aromatiques et huiles caloporteuses, hydrocarbures chlorés ; eau et vapeur pour les qualités adaptéesBases, esters de bas poids moléculaire, cétones, éthers, aldéhydes ; amines et ammoniac, même à l'état de traces (ppm)Jusqu'à environ -15 °C en bas, service continu jusqu'à 200 °C pour les qualités adaptées

Ce sont des indications générales. Chaque fabricant de joints a ses propres mélanges avec leurs propres limites ; la vérification finale est donc toujours la fiche technique du mélange proposé.

2. Vérifier les deux fluides, pas un seul

Dans un échangeur à plaques et joints, chaque joint ferme son propre canal et, avec les joints annulaires autour des orifices, l'autre fluide qui traverse ces orifices. Chaque joint est donc en contact avec les deux fluides, et un paquet de plaques utilise normalement un seul matériau de joint. Ce matériau doit convenir aux deux fluides.

Tenez compte aussi de tout ce qui passera par l'appareil :

  • Les produits de nettoyage. Indiquez le produit, la concentration, la température et la fréquence de nettoyage. Un joint qui résiste au fluide du procédé peut tout de même être abîmé par le cycle de nettoyage.
  • Les produits de traitement de l'eau. Gislaved Gummi avertit que les amines organiques, présentes dans de nombreux inhibiteurs de corrosion, ainsi que les éthanolamines et l'ammoniac attaquent le FKM même à quelques ppm. Cette dégradation du FKM peut aussi provoquer une corrosion sous contrainte des plaques en acier inoxydable à haute température.
  • Les situations anormales. Si un autre fluide peut entrer dans l'appareil lors du démarrage, d'un rinçage ou d'un incident de procédé, mentionnez-le.

3. Température : limite et durée de vie

Une limite de température est la température la plus élevée que le mélange est censé supporter, pas une température à laquelle il dure aussi longtemps qu'à une température plus basse. Le caoutchouc vieillit plus vite quand il travaille chaud : il durcit, prend une déformation rémanente et appuie moins contre les plaques. Gardez une marge entre la température de service et la limite, et demandez au fournisseur la durée de vie attendue des joints à votre température réelle.

Les limites d'un même matériau varient selon les mélanges. Un article du magazine professionnel Processing décrit un mélange EPDM capable de fonctionner au moins un an à 175 °C dans l'eau chaude ou la vapeur, et une qualité de HNBR pour refroidisseurs d'huile offshore en service continu jusqu'à 175 °C. Il s'agit de mélanges précis, pas de limites générales de l'EPDM ou du HNBR. Pour le chauffage à la vapeur, voir un échangeur à plaques peut-il fonctionner à la vapeur ?

4. Huiles et hydrocarbures : NBR ou HNBR

Le NBR est le choix habituel pour les refroidisseurs d'huile de lubrification, d'huile hydraulique et de carburant. Ses points faibles sont le vieillissement thermique et l'ozone. Le HNBR résiste aux mêmes fluides et conserve bien mieux ses propriétés à haute température ; c'est pourquoi on l'utilise dans les refroidisseurs d'huile chaude et dans le pétrole et le gaz. Gislaved Gummi donne pour ses qualités de HNBR une limite de 160 °C en vapeur et un minimum de -10 °C. Un point à retenir de l'article de Processing : l'eau chaude et la vapeur peuvent abîmer le HNBR davantage que les hydrocarbures ; pour un refroidisseur d'huile, le côté eau compte donc aussi.

Ni le NBR ni le HNBR ne conviennent aux bases, aux amines, aux cétones ou aux acides forts.

5. Eau, vapeur et glycols : EPDM

L'EPDM est le joint standard pour les réseaux de chaleur, le CVC, l'eau chaude sanitaire, les boucles de glycol et de nombreux réchauffeurs à vapeur. Il résiste à l'eau, à la vapeur, à la soude et à de nombreux acides et amines, et il n'est pas attaqué par les inhibiteurs de corrosion utilisés habituellement dans les réseaux de vapeur. Il ne doit pas être utilisé avec des huiles, des carburants, des solvants hydrocarbonés, des huiles caloporteuses hydrocarbonées, ni des huiles végétales et graisses animales.

Ce dernier point surprend certains acheteurs. Un joint qui fonctionne bien côté eau dans une usine agroalimentaire peut lâcher vite si le produit contient de la matière grasse ; les services alimentaires avec des huiles ou des graisses exigent donc un autre mélange.

6. Acides et services chauds agressifs : FKM

Le FKM résiste aux acides forts, aux solutions salines, aux hydrocarbures aromatiques, aux huiles caloporteuses et aux hydrocarbures chlorés, et les qualités adaptées supportent l'eau et la vapeur à haute température. Il coûte plus cher que le NBR ou l'EPDM. Ses points faibles sont les bases, les esters, les cétones, les éthers, les aldéhydes, les amines et l'ammoniac. Avant de choisir le FKM pour sa résistance aux acides, vérifiez les produits de nettoyage et les additifs de traitement de l'eau par rapport à cette liste.

7. Agroalimentaire, boissons et pharmacie

Les joints en contact avec les aliments exigent un mélange apte au contact alimentaire et une déclaration de conformité. Dans l'UE, les matériaux au contact des aliments relèvent du règlement (CE) n° 1935/2004, et les bonnes pratiques de fabrication du règlement (CE) n° 2023/2006. Aux États-Unis, les articles en caoutchouc destinés à un contact répété avec les aliments relèvent de la FDA 21 CFR 177.2600. Alfa Laval, par exemple, cite le titre 21 du CFR de la FDA et les deux règlements européens parmi les normes auxquelles ses matériaux de joints sont conformes. Demandez au fournisseur la déclaration pour le mélange exact proposé, et non une affirmation générale sur le matériau.

8. Joints collés ou clipsés

Les joints sont fixés aux plaques soit par collage, soit mécaniquement, avec des clips qui maintiennent le joint dans la gorge de la plaque. Les joints sans colle peuvent être remplacés sans retirer l'ancienne colle, ce qui accélère le regarnissage sur site. La méthode possible dépend de la conception de la plaque ; les joints de rechange doivent donc correspondre aux plaques : un joint clipsé ne s'adapte pas à une plaque prévue pour des joints collés. La boutique de pièces de rechange d'Alfa Laval, par exemple, propose des joints clipsés, collés ou adhésivés selon le modèle de plaque.

9. Stockage des joints de rechange

Le NBR est sensible à l'ozone ; les joints NBR de rechange doivent donc être conservés dans des sachets plastiques fermés, à l'abri de la lumière et de la chaleur. Gislaved Gummi qualifie d'excellente la résistance à l'ozone de l'EPDM et du FKM ; stocker ces joints pendant plusieurs années n'est donc pas critique. Quel que soit le matériau, suivez les instructions de stockage du fabricant de joints et notez la date de fabrication de chaque jeu. Pour planifier les pièces de rechange, voir le guide d'achat des pièces de rechange.

10. Ce qu'il faut dire au fournisseur

ÉlémentCe qu'il faut donner
Les deux fluidesNom, composition et concentration, y compris les composants à l'état de traces
TempératuresNormale, maximale et minimale de chaque côté, y compris au démarrage et au nettoyage
PressionsPression de service et pression de calcul de chaque côté
NettoyageProduits, concentrations, températures et fréquence
AdditifsInhibiteurs de corrosion, biocides, type de glycol
Contact alimentaireRéglementations et déclarations exigées
Mode de fonctionnementContinu, ou démarrages et arrêts fréquents
Appareil existantMatériau actuel des joints et durée de vie obtenue, si vous remplacez des joints

Ce que cela signifie pour les acheteurs

Choisissez le joint en fonction des deux fluides et du cycle de nettoyage, pas seulement du produit principal. Utilisez le NBR ou le HNBR pour les huiles, l'EPDM pour l'eau, la vapeur et les glycols, et le FKM pour les acides et les hydrocarbures chauds en l'absence de bases, d'amines ou d'ammoniac. Gardez une marge de température, et demandez dans l'offre le nom du mélange et sa fiche technique, afin de pouvoir commander des années plus tard des joints de rechange dans le même matériau. Pour comparer les fournisseurs, la liste de contrôle pour choisir un fournisseur d'échangeurs à plaques et joints donne les autres questions à poser.

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