Les matériaux tungstène-molybdène résistent aux hautes températures et à la corrosion, ce qui les rend adaptés aux conditions extrêmes de l’industrie pétrochimique. Trois cas démontrent qu’ils permettent d’allonger la durée de vie des équipements de 3 à 8 fois, l’investissement nécessaire pour leur rénovation n’étant que le cinquième de celui requis pour du matériel neuf, assurant ainsi efficacement un fonctionnement sûr à long terme des installations.
L'industrie pétrochimique englobe l'ensemble des procédés allant de l'extraction du pétrole, du raffinage du pétrole brut, de la craquage de l'éthylène, de l'hydrotraitement et de la capture du carbone CCUS. Elle est depuis longtemps confrontée à des conditions extrêmes telles que des températures élevées (supérieures à 1000 °C), des pressions élevées (supérieures à 15 MPa), une forte corrosion (H₂S, CO₂, ions chlorure, etc.) et une usure importante. Les aciers inoxydables classiques et les alliages à base de nickel sont sujets, dans ces conditions, à des déformations par fluage à haute température, à des fissurations par oxydation, à des perforations par piqûres et à une fragilisation par l'hydrogène, ce qui entraîne des arrêts fréquents des équipements et même des accidents de sécurité.
Le tungstène et le molybdène, en tant que métaux réfractaires à point de fusion élevé, ont des points de fusion respectifs de 3422 °C et 2622 °C, et présentent des caractéristiques telles que la résistance aux hautes températures, la résistance à la corrosion, un faible coefficient de dilatation thermique et la résistance à l’usure. Dans le domaine pétrochimique, quatre grandes orientations d’application se sont dégagées : composants structurels réfractaires à haute température, pièces en alliages durs et résistants à l’usure, revêtements anti-corrosion ou additifs pour alliages, et matières premières chimiques catalytiques. Les trois études de cas suivantes présentent les résultats d’applications concrètes des matériaux à base de tungstène et de molybdène.
Cas 1 : Défi lié aux conditions de chauffage du puits CCUS du gisement de pétrole de schiste de Shengli : Le puits de pétrole de schiste Liye 1HF du gisement de Shengli utilise l’injection de CO₂ pour l’extraction, et le laminage à haute pression du CO₂ liquide provoque un refroidissement rapide et le gel de la canalisation. Le fluide produit contient du CO₂, de l’eau de formation et du sulfure d’hydrogène, créant ainsi un environnement corrosif composite. Les tubes chauffants en acier inoxydable conventionnels subissent une corrosion et des perforations en moins de trois mois, entraînant des arrêts de production. Solution : Tubes chauffants composites sur mesure en alliage de tungstène (base chauffante en alliage de tungstène + couche isolante en nitrure d’aluminium).
Rendement de conversion électrique en chaleur de 99 %, vitesse de chauffage accrue de 4 fois
Fonctionnement continu pendant 24 mois, sans dommage par corrosion ni érosion
Résolution complète du gel et des obstructions des canalisations, réduisant les arrêts pour maintenance d’un seul puits par un facteur de 12
Faible coefficient de dilatation thermique, absence de fissuration des soudures lors des alternances de température
Conclusion : Les tubes chauffants en alliage de tungstène sont adaptés au CCUS et à l'extraction non conventionnelle, caractérisée par des écarts de température importants.
Cas n° 2 : Défi lié à l'état des composants de support du four de vapocraquage de Lanzhou Petrochemical : les composants de support du four fonctionnent à 1100 °C pendant une longue période, et le matériau en alliage chrome-nickel subit une déformation par fluage après environ un an, nécessitant des arrêts fréquents pour remplacement, ce qui affecte gravement l'efficacité de la production. Solution : Tous les composants de support ont été remplacés par des composants en alliage de molybdène TZM (alliage titane-zirconium-molybdène).
Aucune déformation à 1100 °C pendant une longue période
Durée de vie prolongée de 1 an à 6 ans (multiplication par 6)
Réduction significative de la fréquence des arrêts pour remplacement, avec des avantages économiques globaux notables
Conclusion : L'alliage de molybdène TZM est le matériau privilégié standard pour les composants structurels des fours à haute température dans le secteur pétrochimique.
Cas 3 : Défi de rénovation de la doublure intérieure du réacteur d’hydrogénation de Shandong Hengyuan Petrochemical : Le réacteur d’hydrogénation (diamètre intérieur de 3 mètres, 430 °C, 15 MPa, milieu contenant du H₂S, de l’ammoniac et des ions chlorure) était doté d’une doublure intérieure en acier inoxydable 316L qui avait développé des piqûres localisées et des cloques à l’hydrogène après trois ans de fonctionnement, ce qui constituait un risque d’explosion. Solution : Soudage sur la paroi intérieure d’un alliage nickel-base composite au molybdène et au tungstène d’une épaisseur de 10 mm (C276, 13 % de molybdène, 3 % de tungstène).
Fonctionnement sûr continu pendant 25 ans, sans fissuration par corrosion sous contrainte ni fragilisation à l’hydrogène, usure corrosive annuelle de seulement 0,1 mm
Conforme aux normes API de sécurité pour les récipients sous pression dans les raffineries et l’industrie pétrochimique
L’investissement requis pour la rénovation par soudage représente uniquement le cinquième du coût de remplacement par un nouvel équipement
Conclusion : La technologie de soudage d’alliages nickel-base au molybdène et au tungstène allie sécurité et économie, constituant ainsi une solution éprouvée pour la rénovation anti-corrosion des réacteurs d’hydrogénation.
La valeur fondamentale des matériaux à base de tungstène et de molybdène dans le domaine pétrochimique se manifeste sous trois aspects :
1. Sécurité et fiabilité – maintien de l’intégrité structurelle dans des conditions extrêmes et élimination des risques pour la sécurité ;
2. Efficacité économique – allongement de la durée de vie des équipements de 3 à 8 fois, les coûts de rénovation étant nettement inférieurs à ceux du remplacement des équipements ; 3. Adaptation au secteur industriel – couvrant l’ensemble de la chaîne industrielle, de l’extraction pétrolière au raffinage et au traitement chimique, il soutient la modernisation de l’industrie pétrochimique vers des cycles plus longs et un niveau de sécurité accru.
À mesure que les installations pétrochimiques deviennent de plus en plus vastes et complexes, les matériaux à base de tungstène et de molybdène joueront un rôle de plus en plus essentiel dans les équipements critiques fonctionnant dans des conditions extrêmes.
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