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8/14/2019 Degradation Raffinage
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AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Maîtrise des dégradations des matériauxMaîtrise des dégradations des matériauxdans l’industrie du raffinagedans l’industrie du raffinage
Martin RICHEZ
8/14/2019 Degradation Raffinage
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2 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Présentation
Corrosion dans le raffinage – Généralités
Documents professionnels
Choix des matériaux
Exemple : réacteur d’hydrodésulfuration
Conclusion
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3 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Généralités
3 -
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4 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Dégradation dans l’industrie du raffinageHydrocarbures non corrosifs en eux mêmes, mais les brutscontiennent de nombreux éléments pouvant former descomposés corrosifs :
Soufre organiqueChlore (chlorure de sodium, magnésium, ou calcium)Azote organiqueAcides organiquesMétaux (notamment mercure)
Produits employés par certains procédés :Pour la chloration ou la sulfuration des catalyseursHF ou H2SO4 pour les unité d’alkylationPour le traitement des eaux…
Les conditions physico chimique sont très variables :Depuis le vide jusqu’à 180barsDe l’ambiante à plus de 800°CDégradations en présence d’un électrolyteNombreux processus de dégradation à haute température
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5 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Illustration – distillation atmosphérique
Dessaleur – extraction des chlorures
Injection soude
Sulfuration ou corrosion
naphténiques
Corrosion par NH4ClOu NH4HS, H2S
Injection aminesneutralisantes et
filmantes
Corrosion par NH4ClSi temp. trop basse
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6 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Documents professionnels
6 -
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7 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Principaux organismes
API (American Petroleum Institute)
NACE (National Association of Corrosion Engineers)
EFC (European Federation of Corrosion)
CEFRACOR (Centre Français De L'anticorrosion)
Commission CIPG (Corrosion dans l’industrie du
pétrole et du gaz)
Journées GEMER (Groupe d’etude sur les matériaux en
raffinerie)
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8 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Publication récente
Août 2009
Ouvrage présentant une
excellente synthèse sur les
modes de dégradation
dans l’industrie pétrolière
Disponible sur
Amazon.com !!!
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9 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Principaux documents APIRECOMMENDED PRACTICE 571 (2003) Damage Mechanisms Affecting FixedEquipment in the Refining Industry – traduit en Français
RECOMMENDED PRACTICE 941 (2008) Steels for Hydrogen Service at ElevatedTemperatures and Pressures in Petroleum Refineries and Petrochemical Plants
RECOMMENDED PRACTICE 932-B (2004) Design, Materials, Fabrication,Operation, and Inspection Guidelines for Corrosion Control in HydroprocessingReactor Effluent Air Cooler (REAC) Systems
TECHNICAL REPORT 938-C (2005) Use of Duplex Stainless Steels in the OilRefining Industry
API BULLETIN 939E (2008) Identification, Repair, and Mitigation of Cracking of
Steel Equipment in Fuel Ethanol Service
TECHNICAL REPORT 939-D (2007) Stress Corrosion Cracking of Carbon Steel inFuel-Grade Ethanol: Review, Experience Survey, Field Monitoring, andLaboratory Testing
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10 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Principaux documents APIRECOMMENDED PRACTICE 945 (2003) Avoiding Environmental Cracking in Amine Units
RECOMMENDED PRACTICE 581 (2008) Risk-Based Inspection Technology
RECOMMENDED PRACTICE 939-C (2009) Guidelines for Avoiding Sulfidation (Sulfidic)Corrosion Failures in Oil Refineries
STANDARD 560 (2001) Fired Heaters for General Refinery Service
ANSI/API STANDARD 530 (2008) Calculation of Heater-tube Thickness in PetroleumRefineries - ISO 13704:2007 (Identical), Petroleum, petrochemical and natural gasindustries—Calculation of heater-tubethickness in petroleum refineries
RECOMMENDED PRACTICE 934 series « about manufacturing of reactors made of 1.25%CrMo,2.25%CrMo, 2.25%CrMoV steel »
Important subject in progress : MPT of heavy wall reactors
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11 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
NACE documents
Publication 5A171 (2007 Edition) Materials for Storing and Handling CommercialGrades of Aqueous Hydrofluoric Acid and Anhydrous Hydrogen Fluoride
Publication 8X194 (2006 Edition) Materials and Fabrication Practices for New
Pressure Vessels Used in Wet H2S Refinery Service
Publication 8X294 (2003 Edition) Review of Published Literature on Wet H2SCracking of Steels Through 1989
Publication 34103 Overview of Sulfidic Corrosion In Petroleum Refining
Publication 34105 Effect of Nonextractable Chlorides on Refinery Corrosion andFouling
Publication 34101 Refinery Injection and Process Mixing Points
NACE SP0294-2006 Design, Fabrication, and Inspection of Storage Tank Systemsfor Concentrated Fresh and Process Sulfuric Acid and Oleum at AmbientTemperatures
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12 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Documents NACE
Standard MR0103-2005 Materials Resistant to Sulfide Stress Cracking in Corrosive PetroleumRefining Environments
Standard RP0170-2004 Protection of Austenitic Stainless Steels and Other Austenitic Alloysfrom Polythionic Acid Stress Corrosion Cracking During Shutdown of Refinery Equipment
Standard RP0193-2001 External Cathodic Protection of On-Grade Carbon Steel Storage TankBottoms
Standard RP0198-2004 The Control of Corrosion Under Thermal Insulation and FireproofingMaterials—A Systems Approach
Standard RP0403-2003 Avoiding Caustic Stress Corrosion Cracking of Carbon Steel RefineryEquipment and Piping
Standard RP0472-2005 Methods and Controls to Prevent In-Service Environmental Crackingof Carbon Steel Weldments in Corrosive Petroleum Refining Environments
NACE SP0590-2007 Prevention, Detection, and Correction of Deaerator Cracking
Document en cours concernant la corrosion sur les distillations atmosphériques
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13 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
EFC
Guidelines on Materials Requirements for Carbon and Low AlloySteels for H2 S-Containing Environments in Oil and GasProduction - July 2009
Corrosion under insulation (CUI) guidelines - March 2008
Amine unit corrosion in refineries - April 2007
Corrosion in refineries – July 2007
Corrosion by carbon and nitrogen - Metal dusting, carburisationand nitridation – June 2007
Control of Corrosion in Cooling waters - 2004
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14 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
CEFRACOR
Commission CIPG (Corrosion dans l’Industrie
Pétrolière et Gazière) anime 6 groupes de travail :
Répertoires fournisseurs de produits et serviceRépertoire fournisseurs de formations
Corrosion interne Oil & Gas
Emploi de solutions alternatives aux aciers non alliées
Fissurations liées à l’environnementCorrosion sous isolation
Corrosion externe des pipelines enterrés ou immergés
Inspection interne des pipelines et des puits
Dégradations haute température
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15 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Choix des matériaux
15 -
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16 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Revue matériaux
Revue faite à partir des documents préparés par l’ingénierie :
Schéma Procédé/matériaux avec les choix de l’ingénierie (matériaux,surépaisseur de corrosion, spécificité de construction…)
Liste des fluides avec toutes les données physico chimiques
Participation nécessaire des spécialistes matériaux et procédé
des différents partenaires : ingénierie, maitre d’ouvrage etbailleur de licence.
Revue de chaque ligne et chaque équipement
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17 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Revue matériaux : exemple de liste de
données
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18 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Revue matériaux : exemple de liste de données
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19 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Exemple : réacteur d’hydrodésulfuration
19 -
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20 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Données opératoires et design
13,74MPaH2 pression partielle (max)
1ppmChlorures
2%Soufre organique
2%H2S (phase vapeur)
NonService cyclique
NonService H2S humide
16,5MPaPression design
454°CTemp. design
14,8MPaPression Max opératoire
417°C°CTemp. Max. opératoire
-29°C°CTempérature minimum d’étude
MixtePhase
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21 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Tenue à l’hydrogène
Courbe de Nelson : marge de 28°C sur max operating et 3,5 bars surmax ppH2
Conditions opératoires
Choix matériaux
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22 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Possibilité matériau de base
Vis-à-vis hydrogène : 2,25 CrMo (limite), 2,25CrMoV,
3CrMo acceptable 1.25% Mo pas acceptable
Vis-à-vis de la température minimum design (-29°C) :
1,25% Mo pas acceptable (résilience)
Pour des raisons de coût, poids et transport, choix
fait pour 2,25CrMoV
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23 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Tenue à H2S et Matériaux soufrés
Nécessité d’un clad ou d’un overlay à forte teneur en
chrome.
Choix classique d’un acier inoxydable stabilisé. Type
321 (plaqué) ou 347 (soudage).
Forte préférence pour un revêtement par soudage en
347 qui présente une meilleure tenue à la fissuration
par les acides polythioniques.
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24 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Fragilisation de revenu
L’acier 2.25%CrMoV est sensible à la fragilisation de
revenu
Limite du contenu en éléments résiduels : J = (Si + Mn) x (P + Sn) x 104 < 100 (%)
X = (10P + Sb 5 +Sn 4 + As) / 100 < 12 (ppm)
0
1 0
2 0
3 0
4 0
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
(P+Sn) 10-3%
T e m p e r a t u r e s h i f t i n T k 5 4 J a f t e r s t e p - c o o l i n g
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25 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Fragilisation de revenu
Essai de refroidissement étagé sur matériaux de base etsoudure (entre 600°C et 300°C)
Objectif vérifier la faible sensibilité du matériau à la fragilité derevenu
TT55AF + 2.5 (TT55SC – TT55AF) ≤ 10°C
Mise en place, dans les réacteurs de 2 coupons réalisés dans les
matériaux constitutifs du réacteur et comportant une soudure.
Le prélévement et l’analyse de ces coupons permettra deconnaître l’évolution et l’état exact de la métallurgie ayant subieles conditions effectives de service
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26 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Effet de l’hydrogène
A haute température, et sous l’effet de la ppH2 le
matériaux se charge en hydrogène (jusqu’à 3 ppm)
Lors des arrêts, l’hydrogène n’a pas le temps dediffuser et reste piégé dans la paroi
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27 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Effet de l’hydrogène
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
0 1 2 3 4 5 6
H2 content (ppm)
T K 5 4 J ( ° C )
Base Material
Base Material SC
Weld Metal
Weld Metal SC
Martensitic HAZ
Martensitic HAZ SC
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
0 1 2 3 4 5 6
H2 content (ppm)
T K 5 4 J ( ° C )
Base Material
Base Material SC
Martensitic HAZ
Martensitic HAZ SC
B
2.25Cr1Mo
2.25Cr1MoV
Evolution de la température de transition (54J) – origine Industeel
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28 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
MPT
La temperature minimum de pressurisation doit tenir
compte :
De la temperature minimum admissible de l’appareilneuf,
Des effets de la fragilisation de revenu,
Des effets de l’hydrogène
Lors des arrêts l’hydrogène diffuse dans les défauts
et les mets progressivement sous contrainte, d’où un
risque d’évolution à froid des défauts prééxistants
(L’épreuve à froid de ces équipement est néfaste).
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29 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Effet de l’hydrogène – revêtement inox
Evaluation du risque de décollement du clad lors du
refroidissement du réacteur
Résultat essais de disbonding – origine Industeel
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30 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Contrôle des soudures fabrication et service
Contrôlabilité des soudures neuf et en service
Emploi systématique de forgés à lèvre pour :
Éviter le présence des soudures dans les zones de fortecontrainte
Soudures bout à bout plus facilement contrôlable
Contrôle par TOFD de l’ensemble des soudures
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31 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Contrôle final
Epreuve initiale réalisée sous écoute acoustique :
Contrôle global
Aide à l’interprétation de contrôles ultérieurs par EA
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32 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Conclusions
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33 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ
Conclusions
L’industrie pétrolière a su capitaliser le retour d’expérienceconcernant les dégradations au cours des dernières décennies,au travers :
d’organisations professionnelles,de société savantes,du savoir faire de chaque société
Le choix des matériaux est réalisé au travers d’un processusrigoureux.
Le comportement et le suivi des matériaux en service est intégré
dès la conception des équipements pour assurer la maitrise desdégradation.
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34 AFIAP - 13 octobre 2009 – Martin RICHEZ