Réduction de la Corrosion dans les Réservoirs Caustiques
Causes de la Corrosion Caustique dans les Procédés de Démércaptanisation
Les conditions caustiques, dans les procédés MEROX et autres procédés de démércaptanisation, peuvent attaquer rapidement la couche protectrice de magnétite du substrat en acier et provoquer un amincissement du métal. Après la destruction de cette couche protectrice de magnétite, la soude caustique (NaOH) peut également réagir avec le fer élémentaire exposé pour former de l’hydrogène atomique, entraînant une fragilisation par l’hydrogène, une diminution de l’épaisseur des parois et une fissuration corrosive sous contrainte caustique (CSCC) ou une fragilisation caustique. Ces phénomènes ont conduit à de multiples défaillances d’usines sous différentes conditions caustiques.
Corrosion Caustique dans les Appareils à pH Élevé
La fissuration corrosive sous contrainte caustique, la corrosion par piqûres agressive et la fragilisation caustique sont des problèmes courants dans les extracteurs, absorbeurs, décanteurs et autres colonnes et appareils à pH élevé. Généralement utilisés dans les unités de démércaptanisation, y compris Merox, ces appareils produisent des condensats de gaz adoucis de bien meilleure qualité et à plus forte valeur ajoutée.
Exemple : Fissuration Corrosive sous Contrainte Causée par la Fragilisation Caustique
Comme le montre la Figure 1, la fissuration corrosive sous contrainte causée par la fragilisation caustique a entraîné la défaillance d’un appareil d’absorption de H₂S en raison de fissures au niveau de la buse principale de l’appareil. L’appareil contenait une solution à 20 % d’hydroxyde de potassium (KOH), de carbonate de potassium (K₂CO₃) et d’arsenic à 6 550 kPa (950 psi) et fonctionnait à 33 °C (91 °F). Les micrographies ont révélé des fissures caractéristiques de la fragilisation caustique provoquée par le KOH aux emplacements de la défaillance.
Exemple : Défaillance Catastrophique d’un Appareil Haute Pression due à la Corrosion Caustique
Dans une étude de cas de 2009, la fissuration corrosive sous contrainte caustique, provoquée par une solution de 4 % d’hydroxyde de sodium (NaOH) et d’eau, a entraîné la défaillance catastrophique d’un appareil haute pression produisant des cristaux de quartz aux États-Unis. L’accident a causé un décès et plusieurs blessés. Les micrographies de l’appareil endommagé ont confirmé que la fissuration corrosive sous contrainte caustique (CSCC) était probablement le mécanisme de défaillance. Par la suite, des fissures corrosives sous contrainte caustique ont été détectées dans plusieurs appareils sous pression de l’installation.
Comment Stopper la Corrosion des Appareils Caustiques
Contrôle de la Corrosion Caustique dans les Appareils à pH Élevé
Corrosion Caustique : Choix des Matériaux
La sensibilité des matériaux à la corrosion caustique et à la fissuration corrosive sous contrainte caustique (CSCC) dépend fortement de la concentration en soude caustique, de la température du procédé et du type d’alliage métallique. L’acier carbone est le matériau le plus couramment utilisé dans les environnements caustiques, mais il est sensible à la CSCC ainsi qu’à la corrosion générale ou par piqûres à des températures supérieures à 50–60 °C et pour des concentrations de NaOH inférieures à 20 % en poids. L’acier inoxydable offre une meilleure protection, mais reste exposé à la CSCC et à une corrosion agressive au-delà de 120 °C.
Solutions à l’Amincissement du Métal Causé par la Corrosion Caustique
Plusieurs solutions ont été testées avec des degrés de performance variables pour lutter contre la corrosion caustique, notamment le remplacement d’appareils, les revêtements et doublures organiques, le rechargement soudé (y compris en Monel et Hastelloy), ainsi que le revêtement modifié HVTS® Metalspray®. Chaque solution de choix de matériau pour service caustique présente ses avantages et ses inconvénients.
Remplacement d’un Appareil Caustique en Raison de la Corrosion
- Avantage : Le remplacement complet permet de choisir un matériau plus approprié dans le nouvel appareil en fonction de l’environnement.
- Inconvénient : Cette solution est très coûteuse, nécessite un délai d’exécution important et une planification avancée. Elle implique généralement un programme complexe de dépose et d’installation pour positionner et raccorder le nouvel appareil, ainsi que des plans de contingence en cas de retard d’installation. De plus, le nouvel appareil peut rencontrer les mêmes problèmes, réduisant ainsi sa durée de vie prévue.
Revêtements et Doublures Organiques
- Avantage : Solution temporaire à faible coût, appliquée lors d’un arrêt programmé. Certains revêtements organiques ont montré de bons résultats dans des environnements acides.
- Inconvénient : Durée de vie limitée du revêtement, avec de multiples défaillances signalées en service en raison de la nature agressive et souvent imprévisible de l’environnement caustique. Une fois le revêtement défaillant, la perte de métal se poursuit, pouvant mener à l’échec de l’évaluation d’aptitude au service et nécessitant un arrêt forcé.
Rechargement Soudé en Métal, Monel et Hastelloy
- Avantage : Solution éprouvée dans les environnements à amine et autres environnements agressifs, où les hautes températures et pressions exacerbent la nature corrosive des fluides de procédé.
- Inconvénient : L’application sur site est coûteuse et lente, avec de faibles cadences de couverture nécessitant généralement un chemin critique de projet prolongé. Le soudage crée des ZAT (zones affectées thermiquement) nécessitant une stabilisation des équipements et un traitement thermique post-soudage (PWHT), ce qui rend les solutions de soudage sur site plus risquées, onéreuses et moins rentables.
Revêtement HVTS Metalspray®℠ Modifié
- Avantage : Solution éprouvée dans les environnements à amine et autres environnements agressifs, où les hautes températures et pressions exacerbent la nature corrosive des fluides de procédé. Plus rentable que le rechargement soudé grâce à une application plus rapide, ce qui raccourcit le chemin critique et réduit ainsi les jours d’arrêt. Les références positives de compagnies pétrolières nationales et internationales confirment que le revêtement HVTS® Metalspray® est une méthode de protection anticorrosion adaptée.
- Inconvénient : Les revêtements non modifiés en Monel et Hastelloy sont plus perméables lorsqu’ils sont appliqués par projection thermique plutôt que par soudage. Le choix du prestataire de services joue un rôle crucial dans la réussite d’une application de projection thermique sur site. Le fournisseur doit apporter la preuve que son matériau, sa technologie de projection et sa méthodologie d’application sont adaptés à l’environnement opérationnel.
Revêtement en Alliage HVTS® – Adaptabilité aux Environnements Caustiques
Une Solution pour l’Atténuation de la Corrosion Caustique
Présenté pour la première fois lors de la conférence Materials Performance & Welding Technologies (NACE) en 2019, article n° MPWT19-14436, « Mitigation of Caustic Corrosion: Alloy and Process Considerations for High Velocity Thermal Spray Cladding » traite de l’adaptabilité et des performances des alliages appliqués par HVTS® modifié pour des environnements où une corrosion générale à pH élevé ou une fissuration caustique sous contrainte (CSCC) peut se produire.
Des essais approfondis ont été réalisés, à la fois dans des conditions ambiantes et en autoclaves haute pression et haute température, afin de mieux comprendre la performance des matériaux dans les environnements caustiques.
Bien que le Nickel Alloy 200 et le Monel 400 puissent être jugés appropriés selon les choix traditionnels de matériaux, les considérations liées au procédé de projection thermique dans le dépôt du matériau, ainsi que l’impact d’éléments accessoires dans le flux de procédé (comme les halogénures), rendent ces alliages inadaptés.
Des systèmes de revêtement plus complexes à base de Nickel ont été évalués dans cette étude, avec des recommandations de matériaux appropriés, appliqués sans l’impact thermique du soudage ou pour protéger des surfaces où des zones affectées thermiquement (ZAT) ont été créées et où le traitement thermique post-soudage est problématique.
Étude HVTS® sur la Corrosion Caustique – Résultats des Essais et Conclusions
Aucun produit de corrosion à base de fer n’a été observé sur la surface de la zone d’essai d’exposition, et les systèmes HVTS® sont restés complètement intacts. De plus, les analyses par imagerie MEB (SEM) et par spectroscopie EDS effectuées sur les panneaux testés ont confirmé l’absence de produits de corrosion à l’interface entre le revêtement et le substrat, ainsi qu’à l’intérieur des matrices de projection thermique.
Des analyses élémentaires globales ont également été réalisées pour détecter d’éventuelles anomalies dans la matrice de projection thermique ou la présence d’éléments de la solution test, comme le sodium (Na), pouvant indiquer une pénétration corrosive du revêtement. Les analyses du système de contrôle conventionnel NiCrMo ont révélé la présence de sodium (Na) dans la couche superficielle du système de projection thermique ; cela pourrait indiquer une pénétration caustique éventuelle des systèmes d’alliages non modifiés. Tous les systèmes de projection thermique NiCrMo-XX modifiés ont empêché la pénétration caustique, l’exposition et la corrosion du substrat en acier carbone.
Étude de Cas : HVTS Évite le Remplacement d’un Appareil
IGS fournit une atténuation efficace de la corrosion caustique
Un grand producteur de produits chimiques, possédant des installations de production aux États-Unis et au Moyen-Orient, rencontrait de graves problèmes de corrosion dans ses appareils de procédé caustiques.
Après des défaillances répétées des revêtements organiques et l’amincissement continu du métal du substrat qui en résultait, le client envisageait de remplacer les appareils.
En découvrant la technologie de revêtement en alliage de haute noblesse HVTS® d’IGS, appliquée sur site comme barrière anticorrosion efficace pour les environnements caustiques, les propriétaires d’actifs ont commandé des essais supplémentaires à long terme, reproduisant leurs conditions de service opérationnelles, afin de valider davantage l’adéquation de la solution à leur procédé. Les résultats des tests furent concluants : les alliages NiCrMo-XX modifiés d’IGS constituent une barrière protectrice efficace pour le substrat en acier carbone des appareils dans ces environnements caustiques agressifs spécifiques au client.
Application sur Site du Revêtement HVTS® pour un Service Caustique au Moyen-Orient : Prévention de la Fissuration Corrosive sous Contrainte
L’application in situ a été réalisée au début du printemps 2020 avec 351 m² de revêtement HVTS® d’IGS appliqués sur un décanteur de lavage caustique au Moyen-Orient, afin de prévenir la fissuration corrosive sous contrainte de la virole et des soudures causée par l’environnement caustique corrosif.
L’appareil critique initial avait été installé et mis en service en 2011. Suite à une défaillance majeure, le décanteur caustique a été remplacé en 2015. Un revêtement organique avait alors été appliqué sur toute la surface interne de l’appareil. Cependant, des défaillances répétées du revêtement organique sont survenues au fil des ans, entraînant une perte progressive de l’épaisseur métallique des parois.
À la suite des résultats concluants des tests HVTS® en 2019, le propriétaire de l’actif a choisi de s’associer à IGS pour installer une barrière en alliage noble HVTS® couvrant l’intégralité de la virole interne, afin de stopper l’amincissement du métal et de garantir l’intégrité de l’appareil pour l’avenir.
Le responsable de la maintenance de l’usine de produits chimiques du Moyen-Orient a commenté :
« Nous sommes extrêmement satisfaits des performances de la technologie HVTS® et des capacités opérationnelles des équipes d’installation d’IGS sur site. »
Une application similaire doit prochainement être réalisée dans l’une de leurs installations aux États-Unis.
À LIRE : Revêtements Organiques dans les Appareils Sous Pression : Analyse des Défaillances des Revêtements Internes
Histoire de Réussite en Raffinerie :
Le Revêtement HVTS® Combat un Taux Élevé de Corrosion dans un Appareil Sous Pression Caustique
Jason Lynn, Directeur du Développement Commercial chez IGS, partage cette réussite issue d’une raffinerie de la côte du Golfe, où le projet a non seulement stoppé la corrosion dans un appareil sous pression caustique, mais a également généré des économies substantielles.
Notre revêtement unique par projection thermique à grande vitesse (HVTS®) a permis au client de maintenir cet équipement en service pendant une période plus longue. En termes financiers, cela représente plusieurs millions de dollars économisés sur les arrêts programmés et les matériaux. Notre projet HVTS® leur a permis de passer plusieurs cycles d’arrêt sans intervention, faisant de cette solution un choix réellement impactant pour le client.
Revêtement en Alliage HVTS® pour l’Atténuation de la Corrosion dans Votre Environnement Caustique
Nous protégeons les appareils caustiques Merox dans le monde entier. Afin de garantir l’adéquation du revêtement en alliage HVTS® à votre environnement spécifique, nous vous invitons à remplir le formulaire ci-dessous. Un expert local se mettra rapidement en contact avec vous pour vous aider à préserver l’intégrité de vos actifs. Des essais supplémentaires en laboratoire peuvent être nécessaires, et ils peuvent être réalisés rapidement dans le laboratoire de solutions technologiques d’IGS.
Je suis là pour vous aider
Colin Bateman
Expert Technique IGS
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