Les résines résistantes à la corrosion permettent l'équipement des usines pétrochimiques FRP

Les matériaux composites sont connus pour leur durabilité dans des environnements hautement corrosifs, mais pour des performances optimales, il est essentiel de sélectionner la bonne résine pour chaque application. Le complexe pétrochimique de Petrokemya, filiale de SABIC (Riyad, Arabie saoudite), à ​​Jubail, en Arabie saoudite, produit une variété de produits chimiques de base tels que l'éthylène, le styrène, le chlore, l'éthanol industriel brut et plus encore. Pour le processus de production, le complexe nécessitait une unité de combustion avec plusieurs gros composants et tuyaux qui doivent résister à l'acide chlorhydrique sans se corroder.

La conception et la fabrication du réservoir de trempe de l'unité de combustion, du laveur, du réservoir d'échappement et des récipients et tuyauteries associés ont été confiées à une équipe comprenant le fabricant d'équipements résistant à la corrosion Ollearis (Martorelles, Espagne), l'entrepreneur China Tianchen Engineering Corp. (TCC, Tianjin, Chine ) et la société d'ingénierie John Zink Hamworthy Combustion (Tulsa, Okla., États-Unis). Ces composants devaient résister au contact avec l'acide chlorhydrique, relever plusieurs défis de conception et constituer une solution rentable.

Les composites renforcés de fibres de verre ont été choisis comme matériau capable de résister aux produits chimiques hautement corrosifs, tout en offrant une solution plus rentable que les alliages métalliques spécialisés. Tous les principaux composants ont été fabriqués à partir de plastique renforcé de fibres (PRF), à quelques exceptions mineures près, notamment les oreilles de levage et de maintien (acier inoxydable), les buses de pulvérisation (thermoplastique ou métallique) et la garniture d'épurateur.

Pour fournir la solution la plus économique tout en satisfaisant les exigences de performance, Ollearis s'est tourné vers trois résines Atlac AOC (Collierville, Tennessee, États-Unis). « Nous avons sélectionné les types de résine à l'aide du guide de résistance chimique AOC ainsi que de l'expertise de l'équipe de service technique d'AOC, en tenant compte des fluides manipulés et des températures de conception détaillées par le client. Il était nécessaire de s'assurer que les résines proposées fonctionneraient bien dans les conditions [requises] », explique Adriano Ureña, responsable technique chez Ollearis.

Ollearis a sélectionné la résine époxy Novolac Atlac 590 pour le réservoir de trempe, qui est la première phase du processus de nettoyage des gaz. Le réservoir mesure 11,8 mètres de haut avec un diamètre intérieur (ID) de 3 mètres. Le défi est que lorsqu'ils sont opérationnels, les gaz d'échappement de l'unité de combustion pénètrent dans ce réservoir de trempe à une température d'environ 300 °C, puis sont refroidis très rapidement par de l'eau pulvérisée par des buses à proximité de l'entrée des gaz. Atlac 590 a été choisi pour offrir une résistance à la solution d'acide chlorhydrique et une rétention de la force aux températures élevées requises.

Pour le laveur de 14,10 mètres de haut, la cheminée d'échappement de 39,7 mètres de haut à partir de laquelle le gaz épuré est libéré et le conduit de 1,45 mètre de long reliant le laveur et le réservoir de trempe, la résine époxyde vinylester de bisphénol A Atlac 430 a été choisie . Il s'agit d'un produit standard polyvalent qui correspond aux conditions de température comparativement moins difficiles pour ces composants - les températures de conception de l'épurateur et de la cheminée d'échappement atteignent jusqu'à 85 °C. Le laveur est exposé à une solution d'acide chlorhydrique provenant du réservoir de trempe ainsi qu'à une solution d'hydroxyde de sodium présente dans l'eau de lavage qui est utilisée pour neutraliser l'acide. La cheminée d'échappement est également exposée à de l'air contenant une petite quantité d'acide chlorhydrique et de chlore humide.

Pour le système de tuyauterie installé autour du laveur et du réservoir de trempe, le polyester de bisphénol A insaturé Atlac 383 a été choisi pour sa résistance chimique contre les fluides acides et caustiques à un coût inférieur à celui des résines vinylester standard.

Le réservoir de trempe, le laveur et les pièces cylindriques de la pile ont été fabriqués via un processus de fabrication hybride, combinant un enroulement filamentaire humide avec une couche extérieure de tissus tissés bidirectionnels appliqués simultanément. Cette combinaison a produit des pièces avec de meilleures propriétés mécaniques à la fois dans le sens du cerceau (à partir de l'enroulement filamentaire) et dans le sens axial (à partir des tissus, qui s'alignent avec l'axe de la pièce). L'ajout de tissu tissé a également permis de réduire le pourcentage pondéral de fibre de verre par pièce, de 70 % pour une pièce entièrement enroulée en filament à 55 %. Cela augmente la quantité de résine résistante à la corrosion par pièce. D'autres composants ont été fabriqués à la main.

Résoudre les défis de conception

Ollearis a fait face à plusieurs défis lors de la conception de l'équipement pour ce projet. L'un des défis est venu de la nécessité d'inclure une couche de barrière anticorrosion à forte teneur en résine sur la surface interne du réservoir de trempe, ce qui présentait des risques de craquelures - ou de fissures - dues au choc thermique pendant le fonctionnement. L'équipe a amélioré la résistance du composant aux chocs thermiques en renforçant la barrière anticorrosion avec un voile de surface en fibre de carbone.

Un deuxième défi était qu'Ollearis devait trouver un moyen de supporter le poids de l'emballage à l'intérieur de l'épurateur - l'emballage est le matériau qui élimine les gaz de l'air passant à travers l'épurateur. Pour résoudre ce problème, Ollearis a installé un caillebotis composite sous le garnissage, soutenu par un rebord composite et deux poutres composites. Le rebord et les poutres ont une section transversale creuse et rectangulaire et le rebord est rempli de mousse de polyuréthane. Le rebord a été fabriqué directement dans l'épurateur cylindrique à enroulement filamentaire en une seule pièce ; le collage après fabrication présenterait un risque de décollement dû aux charges dues au poids de l'emballage. Les poutres sont soutenues par des buses composites spécialement conçues et collées à la coque de l'épurateur.

Un troisième défi de conception est venu du fait que le réservoir de trempe et l'épurateur fonctionnent sous vide mais ont des fonds plats - les panneaux composites plats ont une faible résistance à la pression et au vide et doivent généralement être très épais pour supporter de telles charges, ce qui les rend coûteux à fabriquer. Pour atteindre les objectifs du projet, Ollearis a développé une solution moins coûteuse en utilisant une construction sandwich comprenant un noyau de tissu de fibre de verre 3D imprégné de résine recouvert de couches de peau composites, afin de réduire le coût et le poids d'une pièce composite solide.

Pour ce projet, les composants composites ont été conçus et livrés en 2016, et l'installation finale a été achevée en 2017.