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EnglishNOTE DE L'ÉDITEUR
La partie 1 de la norme NF EN ISO 15156-1 (M87-229-1) du 16/09/2015 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 15156-1 de novembre 2020 : Industries du pétrole et du gaz naturel - Matériaux pour utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S) dans la production de pétrole et de gaz - Partie 1 : principes généraux pour le choix des matériaux résistant au craquage
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2104 (Avril 2021).
RÉSUMÉ
La maîtrise de la corrosion en ce qui concerne les équipements de l'industrie pétrolière et gazière est primordiale pour offrir une réponse adaptée aux besoins sociétaux en carburants et en composés chimiques de base. Afin d'assurer une fiabilité accrue dans sa production, l'industrie pétrolière se doit de développer et d'optimiser des méthodes de suivi, de contrôle et de management de la corrosion. Dans ce cadre, cet article propose une description des différentes formes de corrosion au sein de l'environnement spécifique de l'industrie pétrolière. Il expose d'autre part les remèdes couramment employés pour s'affranchir de la corrosion ainsi que les méthodes pour la contrôler. Sont également décrites les différentes dégradations dues à l'utilisation des solvants chimiques utilisés pour éliminer les gaz acides (CO2, H2S) associés au pétrole brut lors de sa production, ainsi que celles dues à la présence des sels et des bactéries dans les effluents aqueux pétroliers. Enfin, sont abordés les procédés de raffinage du pétrole pour lesquels les conditions opératoires peuvent être fortement corrosives.
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François ROPITAL : Ingénieur de l'Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA) - Docteur de l'École nationale supérieure des mines de St-Étienne - Habilitation à diriger des recherches de l'université Pierre et Marie Curie Paris VI - Expert – IFP
INTRODUCTION
Les objectifs de l'industrie pétrolière sont d'extraire, transporter, raffiner des pétroles en très grandes quantités dans les conditions économiques les plus performantes et pour des conditions de sécurité et de fiabilité des équipements optimales. En 2008, 88,7 millions de barils de pétrole ont été raffinés par jour dans le monde. Le coût de la corrosion dans cette industrie correspond à environ 3,7 % du coût global de la corrosion. Pour l'industrie pétrolière mondiale, un coût de 35 milliards de dollars par an a été estimé du fait des impacts directs et indirects ainsi que du fait des mesures de contrôle et de prévention. Par baril de pétrole produit, ce coût de la corrosion est d'environ 0,3 à 0,6 $ par baril. Ces chiffres n'incluent pas les événements non prévus. Par exemple, en 2006 des fuites provoquées par une corrosion bactérienne furent à l'origine de l'arrêt pendant quelques jours de la production pétrolière de l'Alaska et de vives tensions sur le marché pétrolier. Les impacts environnementaux de tels accidents peuvent être également considérables.
L'industrie pétrolière est traditionnellement divisée en deux grands domaines: l'amont pétrolier (qui correspond aux opérations de forage, production puis transport du pétrole brut), l'aval pétrolier (où le pétrole est raffiné en kérosène, essence, gasoil, fiouls, naphta, composés de base de la chimie…). Cette industrie est également amenée à éliminer tout au long de sa chaîne les gaz acides (CO2 et/ou H2S) associés aux bruts.
Les différentes étapes de la production, du raffinage et du traitement des gaz acides sont réalisées sous certains environnements chimiques usuels (que l'on peut rencontrer pour d'autres industries) ou spécifiques. Par exemple en production offshore la corrosion marine est un paramètre important de sélection des matériaux. Cet aspect ne sera pas développé dans cet article, le lecteur étant invité à consulter les articles des Techniques de l'Ingénieur dédiés à ce milieu. Il en est de même pour l'oxydation à haute température.
En présence d'eau liquide, les gaz acides (CO2 et/ou H2S) peuvent fortement corroder les équipements de production pétrolière mais également en raffineries ainsi que dans les unités de traitement de ces gaz. Ces gaz acides sont éliminés par des procédés mettant en œuvre des solvants chimiques (à base d'amine) qui peuvent fortement attaquer certains aciers. Des bactéries présentes dans les effluents aqueux pétroliers peuvent être également responsables de phénomènes de corrosion très rapides (avec des vitesses pouvant atteindre 15 mm/an).
Les opérations de raffinage du pétrole font appel à des procédés dont les conditions opératoires peuvent être fortement corrosives du fait de la nature chimique des environnements ainsi que des pressions et températures élevées mises en jeu : des phénomènes de formation d'acide chlorhydrique par hydrolyse des sels, d'attaque par des acides carboxyliques (naphténiques) présents dans certains bruts, de corrosion haute température par les composés soufrés, par l'hydrogène ou par les atmosphères carbonées, y sont entre autre rencontrés.
De plus, les maintiens prolongés (souvent plus de 10 000 h) à haute température dans les conditions du raffinage peuvent être à l'origine du vieillissement des matériaux métalliques, les rendant plus sensibles à certaines formes de corrosion et affectant leurs propriétés mécaniques.
Afin d'assurer une fiabilité accrue de ses équipements, l'industrie pétrolière a développé et optimisé des méthodes de suivi, contrôle et management de la corrosion. Par exemple, pour contrôler les milliers de kilomètres de pipelines des réseaux de transport de gaz, pétrole ou produits raffinés, des racleurs instrumentés de plusieurs technologies de contrôle ont été mis au point. Également la planification des inspections fondée sur une approche par le risque (RBI : Risk Based Inspection) a été largement implantée afin d'accroître la fiabilité et d'optimiser le ratio coût-efficacité (et coût-sécurité) pour la surveillance des installations.
1 baril de pétrole = 159 litres.
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3. Corrosion lors du raffinage du pétrole
Le traitement du pétrole brut depuis son entrée dans le raffinage jusqu'à sa sortie sous forme de carburants liquides (essence, gazole, kérosène), combustibles liquides (fiouls) ou gazeux (butane, propane) et de produits de base pour la pétrochimie (naphta, éthylène…), est réalisé lors de plusieurs procédés de conversion opérant, pour certains, sous des conditions de température, pression et environnements chimiques spécifiques à cette industrie.
Nous allons, dans ce chapitre, examiner les environnements corrosifs les plus spécifiques : hydrolyse en température des chlorures en acide chlorhydrique, attaques à haute température par les acides naphténiques, par l'hydrogène, par les composés soufrés, par les atmosphères carbonées. D'autres procédés du raffinage font appel à des environnements moins spécifiques et ils ne seront pas détaillés dans ce paragraphe : ils sont traités dans de nombreux ouvrages et articles des Techniques de l'Ingénieur [M 4 225]...
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Corrosion lors du raffinage du pétrole
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KERMANI (M.B.), MORSHED (A.) - Carbon dioxide corrosion in oil and gas production : a compendium. - Corrosion, 59, 8, p. 659-683 (2003).
-
(2) - De WAARD (C.), LOTZ (U.), MILLIAMS (D.E.) - Predictive model for CO2 corrosion engineering in wet natural gas pipelines. - Corrosion, 47, 12, p. 976-985 (1991).
-
(3) - KERMANI (M.B.), SMITH (L.M.) - Predicting CO2 corrosion in the oil and gas industry. - The Institute of materials, London (1997).
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(4) - BERKOWITZ (B.J.), HOROWITZ (H.H.) - The role of H2S in the corrosion and hydrogen embrittlement of steel. - Journal of the Electrochemical Society, 129, 3, p. 468-474 (1982).
-
(5) - CROLET (J.L.), BONIS (M.R.) - Revisiting hydrogen in steel. Part. I, Theoretical aspects of charging, stress cracking and permeation. - Paper 067 (Présenté à Nace 2001, 11/3/2001-16/3/2001, Houston) (2001).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
NORSOK CO2 corrosion rate calculation model - M506 Rev2 - 2005
-
NACE ISO Petroleum and natural gas industries : materials for use in H2S containing environments in oil and gas production. Part. 1, General principles for selection of cracking-resistant material - NACE MR0175/ISO 15156-1 - 2003
-
NACE ISO Petroleum and natural gas industries : materials for use in H2S containing environments in oil and gas production. Part. 2, Cracking-resistant carbon and low alloy steel, and the use of cast iron - NACE MR0175/ISO 15156-2 - 2003
-
NACE ISO Petroleum and natural gas industries : materials for use in H2S containing environments in oil and gas production. Part. 3, Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys - NACE MR0175/ISO 15156-3 - 2003
-
NACE ISO Materials resistant to sulfide stress cracking in corrosive petroleum refining environments - NACE MR0103 - 2005
-
API Damage mechanisms affected fixed equipment in the refinery industry - API 571 - 2003
-
API Base resource document on risk-based inspection - ...
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Centre Français de l'Anticorrosion (Cefracor) Commission Industries Pétrolières et gazières http://www.cefracor.org
Fédération Européenne de Corrosion (EFC) Working Parties 13 et 15 http://www.efcweb.org
National Association of Corrosion Engineers (NACE) https://www.ampp.org/home
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