Présentation de la tuyauterie des usines chimiques
Les usines de traitement chimique présentent certaines des conditions les plus exigeantes pour les systèmes de tuyauterie. Les tuyaux doivent contenir des fluides qui peuvent être très corrosifs, à des températures et des pressions élevées et, dans de nombreux cas, toxiques ou inflammables. Les conséquences d'une défaillance des canalisations dans le secteur chimique incluent des fuites de fluides de traitement, des incendies, des explosions, des rejets toxiques et des dommages environnementaux. La sélection appropriée des matériaux de canalisation n'est donc pas seulement une décision technique -, c'est un impératif de sécurité et de conformité réglementaire.
Le code de conception pour la tuyauterie des usines chimiques est ASME B31.3 (Process Piping), qui fournit des règles pour la conception, les matériaux, la fabrication, les tests et l'inspection des systèmes de tuyauterie dans les usines chimiques et pétrochimiques. B31.3 classe les services fluidiques en normaux, catégorie M (toxique), catégorie D (faible risque) et haute -pression, avec des exigences de plus en plus strictes pour les services plus dangereux. La tuyauterie doit être conçue pour la combinaison de pression et de température la plus sévère attendue pendant le fonctionnement normal, le démarrage, l'arrêt et toute condition de perturbation crédible.
Exigences en matière de tuyaux par milieu chimique
Différents milieux chimiques nécessitent différents matériaux de tuyaux en fonction de leur corrosivité, de leur température et de leur pression. Pour le service à l'acide sulfurique, l'acier au carbone convient à des concentrations supérieures à 95 % à température ambiante, mais en dessous de 95 % (en particulier l'acide dilué), les taux de corrosion augmentent considérablement, nécessitant de l'acier inoxydable 316 ou des alliages supérieurs. Pour l'acide chlorhydrique, même les solutions diluées sont très corrosives pour l'acier inoxydable, nécessitant des alliages à haute teneur en -nickel (Hastelloy C-276) ou des canalisations non métalliques pour la plupart des conditions. Pour l'acide nitrique, l'acier inoxydable 304L convient à la plupart des concentrations car l'acide nitrique passive l'acier inoxydable. Pour les solvants organiques (hydrocarbures, alcools, cétones), l'acier au carbone est généralement adéquat sauf si le solvant est humide ou contient des contaminants corrosifs.
Les environnements chlorés sont particulièrement difficiles car ils provoquent des piqûres et des fissures par corrosion sous contrainte (SCC) dans les aciers inoxydables austénitiques. Le chlorure SCC peut se produire à des températures supérieures à 60 degrés avec des concentrations de chlorure aussi basses que 10 ppm. Pour les flux de traitement contenant du chlorure-, le 316L (avec 2-3 % de molybdène) offre une résistance améliorée par rapport au 304L, mais pour des conditions de chlorure sévères, des aciers inoxydables duplex (2205, 2507) ou des alliages à base de nickel peuvent être nécessaires. Le nombre équivalent de résistance aux piqûres (PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N) est un outil de dépistage utile pour comparer la résistance aux piqûres : le 304L a un PREN ~19, le 316L a un PREN ~25, le 2205 duplex a un PREN ~36 et le 2507 super duplex a un PREN ~43.
Matériaux de tuyaux courants pour l'industrie chimique
| Matériel | Caractéristiques clés | Applications typiques |
|---|---|---|
| Acier au carbone (A106 Gr.B) | Faible coût, bonne résistance, résistance à la corrosion limitée | Fluides non-corrosifs, vapeur, eau, hydrocarbures |
| Acier inoxydable 304/304L | Résistance générale à la corrosion, bonne soudabilité | Acide nitrique, acides organiques, transformation des aliments |
| Acier inoxydable 316/316L | Mo-résistance améliorée aux piqûres, norme de l'industrie chimique | Acide sulfurique (dilué), chlorures (modérés), solvants |
| Duplex 2205/2507 | Haute résistance, excellente résistance au SCC | Environnements chlorés, offshore, échangeurs de chaleur |
| Alliages de nickel (Inconel, Hastelloy) | Résistance extrême à la corrosion, coût très élevé | HCl, H2SO4 (chaud), HF, service corrosif sévère |
Types de corrosion et sélection des matériaux
General corrosion is uniform material loss over the entire surface, managed by adding a corrosion allowance (typically 1.5-6.0 mm) to the calculated wall thickness. Pitting is localized corrosion that creates small cavities, measured by the PREN value. Crevice corrosion occurs in shielded areas such as under gaskets and deposits, requiring alloys with higher molybdenum content. Stress corrosion cracking (SCC) is the most dangerous corrosion form - cracking occurs under the combined action of tensile stress and a corrosive environment, often without significant general corrosion. SCC can cause catastrophic failure with little warning. For chloride SCC, materials with higher nickel content (>20%) ou des microstructures duplex assurent la résistance. La corrosion intergranulaire, provoquée par la précipitation du carbure de chrome aux joints de grains, est évitée en utilisant des qualités à faible teneur en carbone (304L, 316L) ou des qualités stabilisées (321, 347).
Pression nominale pour la tuyauterie chimique
Les usines chimiques fonctionnent généralement dans des classes de pression allant de ANSI 150# (2 MPa) à 600# (10 MPa), avec des processus spéciaux tels que l'hydrocraquage et la production de polyéthylène fonctionnant à 900-2 500# (15-42 MPa). La sélection de la pression nominale suit les règles de conception ASME B31.3, avec l'épaisseur de paroi minimale calculée à l'aide de la formule : t=(P x D) / (2(SE + PY)). Pour un service sous vide, le tuyau doit résister à l'effondrement de la pression externe, ce qui nécessite souvent des programmes plus lourds que ce que la pression interne seule dicterait. La température affecte de manière significative la contrainte admissible : un tuyau adéquat à température ambiante peut nécessiter une paroi plus épaisse à 400 degrés. Voir notreGuide de pression nominale des tuyauxpour des méthodes de calcul complètes.
Exigences particulières
Les conduites chimiques nécessitent souvent des traitements de surface spéciaux. Le dégraissage élimine l'huile et la graisse de la surface interne pour éviter la contamination du fluide de procédé. Le décapage élimine la calamine et les oxydes de soudure. La passivation (traitement à l'acide nitrique ou à l'acide citrique) améliore la couche naturelle d'oxyde de chrome sur l'acier inoxydable, maximisant ainsi la résistance à la corrosion. Le traçage thermique (électrique ou à vapeur) est appliqué aux tuyaux qui doivent maintenir des températures élevées pour empêcher la solidification du fluide ou l'augmentation de la viscosité. Les conduites chimiques enterrées nécessitent un revêtement anticorrosion externe-conformément à la norme ISO 21809 ou équivalent - voir notreGuide de revêtement de tuyaux. Les exigences CND pour les tuyaux chimiques varient selon la catégorie de service de fluide selon B31.3, allant de 5 % des soudures pour un service normal à 100 % pour un service de catégorie M - voir notre
Normes de tuyauterie chimique
ASME B31.3 est le code de conception principal. Les normes de matériaux ASTM incluent A106 (acier au carbone), A312/A358 (acier inoxydable) et A335 (acier allié). Les normes API pertinentes pour les usines chimiques comprennent API 610 (pompes) et API 682 (systèmes d'étanchéité). Pour les projets internationaux, les normes EN 13480 (code de tuyauterie européen) et GB/T 20801 (code de tuyauterie chinois) peuvent s'appliquer. Les exigences de la directive DESP doivent être respectées pour les équipements installés dans l'Union européenne. Une comparaison complète des normes internationales est disponible dans notreComparaison des normes de tuyauterie(59).
Comment se procurer des tuyaux chimiques
Lors de la commande de tuyaux pour service chimique, fournissez les paramètres suivants : composition et concentration du fluide, plage de pH pour les solutions aqueuses, température de fonctionnement (normale et de conception), pression de fonctionnement (normale et de conception), code applicable (ASME B31.3 ou autre), exigences CND, exigences de certification (MTC 3.1 ou 3.2) et toute préparation de surface spéciale (décapage, passivation). ManufacturerPipe fournit des tuyaux en acier au carbone, en acier inoxydable et en acier allié pour les applications chimiques, avec une expérience dans la fourniture aux raffineries, aux usines pétrochimiques et aux installations de chimie fine du monde entier.
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