Les changements dans le fonctionnement des chaudières apportent des innovations dans la protection contre l'érosion et la corrosion

La perte de métal des tubes sous pression à l'intérieur de la chaudière est une grande préoccupation pour les concepteurs et les exploitants de chaudières. La modification de la composition du carburant et d'autres paramètres de service peut entraîner une accélération de l'érosion et de la corrosion (Figure 1), qui doivent être atténuées à l'aide de matériaux éprouvés et robustes.

1. Ces deux photos mettent en évidence l'érosion (en haut) et la corrosion (en bas) des tubes de la chaudière. Avec l'aimable autorisation : Services mondiaux intégrés (IGS)

Le recouvrement de métal soudé est connu pour sa longévité. Il est également connu pour son coût, et le temps nécessaire pour réaliser l'application. La pulvérisation thermique peut également être utilisée pour protéger les parois d'eau des chaudières. Il est plus rapide à appliquer, bien qu'il ne soit pas toujours considéré comme robuste. Ces dernières années, cette technologie a connu des développements majeurs, qui pourraient augmenter son taux d'adoption pour la protection des parois d'eau des chaudières.

Au cours des dernières années, l'industrie de la production d'électricité a été confrontée à des pressions croissantes de la part des agences environnementales concernant les émissions. Ces initiatives ont par la suite forcé le secteur à évoluer et à développer des procédés plus propres.

L'une des premières étapes a consisté à optimiser la combustion en utilisant des brûleurs bas NOx avec des paramètres optimaux pour la réduction des NOx. La chambre de combustion, qui était typiquement un milieu oxydant, est devenue un milieu réducteur. La chaudière et son matériau tubulaire n'ont pas été conçus pour de telles conditions, ce qui a entraîné une augmentation des taux de corrosion.

En plus de cette modification, de nombreuses centrales ont profité de l'occasion pour diversifier leurs combustibles et, dans certaines régions, le charbon à faible coût a été une option privilégiée. Cependant, le prix du charbon est également relatif à sa qualité, le charbon le plus cher ayant un pouvoir calorifique plus élevé, tandis que d'autres charbons peuvent avoir une concentration en carbone plus faible, mais aussi un pouvoir calorifique inférieur.

La combinaison de l'environnement passant de l'oxydation à la réduction, et du charbon à faible teneur en soufre à un charbon à forte teneur en soufre, a créé une augmentation significative des taux de corrosion. Cette situation peut être encore aggravée par l'érosion due aux cendres abrasives ou la corrosion sous les dépôts lorsque les cendres s'accumulent dans certaines zones.

Certaines centrales au charbon se convertissent à la biomasse, mais la biomasse peut inclure des matériaux recyclés avec une teneur potentiellement élevée en agents corrosifs.

Dans les années 1990, la pulvérisation thermique à grande vitesse était une technologie établie dans un environnement d'application en atelier hautement contrôlé. Il a été utilisé pour des applications spécialisées dans les composants d'avions, les vannes et autres équipements similaires, et les utilisateurs ont commencé à se demander s'il pouvait être appliqué efficacement sur le terrain aux immobilisations existantes in situ.

La technologie de terrain était également présente à l'époque, mais il s'agissait d'une classe de technologie différente. La pulvérisation à arc à double fil (TWAS) ou la pulvérisation thermique d'aluminium (TSA) sont deux technologies de pulvérisation thermique à faible vitesse qui ne sont pas en mesure de produire des revêtements fiables pour servir dans des environnements d'érosion/corrosion critiques dans des immobilisations telles que le lit fluidisé circulant (CFB), le lit fluidisé bouillonnant (BFB) ou les chaudières à grille. L'équipement et la technologie de pulvérisation thermique à grande vitesse existants ne pouvaient pas être mis sur le terrain de manière efficace ou économique.

Une poignée d'ingénieurs ont résolu ce problème. L'atomisation du fil dans un flux de gaz supersonique était la première pièce du puzzle. Ce développement technique a fourni une technologie de surface qui fonctionnait bien avec les matériaux de soudage couramment utilisés dans les environnements de corrosion à haute température tels que le secteur de l'énergie au charbon de l'époque.

À ce stade, Integrated Global Services (IGS), avec des clients clés, explorait une utilisation plus large de la technologie dans d'autres secteurs industriels tels que la valorisation énergétique des déchets et la biomasse. Le groupe a découvert que la pulvérisation de matériaux de base d'alliage prêts à l'emploi à l'aide d'un processus à grande vitesse produisait des particules qui s'oxydaient en vol, créant une microstructure appliquée avec des voies de perméabilité à la corrosion. Bien que ce ne soit pas un problème pour les applications d'érosion à haute température, c'était un problème fondamental pour les environnements contenant des fluides corrosifs, tels que le chlore ou le soufre, entre autres substances corrosives.

IGS a mené d'importants travaux de recherche et développement (R&D) au début des années 2000, dans le but de développer de nouveaux matériaux de base de pulvérisation thermique à grande vitesse, qui contrôleraient l'intégrité de l'alliage pendant le processus d'application. De cette manière, la microstructure appliquée serait adaptée à l'environnement de service de l'actif. Le projet de R&D s'est concentré sur la perméabilité des microstructures de pulvérisation thermique à grande vitesse appliquées, évaluant la résistance des matériaux appliqués à la perméation par des fluides agressifs/corrosifs, la forme des particules déposées pulvérisées et contrôlant les contraintes résiduelles.

2. Un travailleur applique une pulvérisation thermique à grande vitesse, ou HVTS, sur les parois d'eau de la chaudière. Le spray fournit une barrière anticorrosion durable sur l'équipement et est utilisé dans une variété de centrales électriques. Avec l'aimable autorisation de l'IGS

Suite au développement d'alliages de matières premières sur mesure, la pulvérisation thermique à grande vitesse (Figure 2) ne serait plus une solution réservée aux ateliers lorsque la fiabilité à long terme était essentielle. C'est maintenant devenu une technologie de surface qui peut être déployée efficacement comme barrière anticorrosion durable sur le terrain, pendant les arrêts et les révisions, réduisant le chemin critique et garantissant une fiabilité durable dans les environnements d'exploitation les plus difficiles. Au fur et à mesure que l'adaptation de cette technologie continuait de croître, les exploitants d'usines de biomasse et de valorisation énergétique des déchets ont commencé à la reconnaître comme une barrière optimale contre l'érosion/corrosion pour protéger le métal-mère de leurs immobilisations.

Le développement de cette technologie est toujours en cours. Développer de nouveaux processus, expérimenter de nouvelles sources de carburant et utiliser les déchets comme source de carburant est une prochaine étape importante dans notre mouvement mondial de développement durable. Cependant, les nouveaux matériaux et technologies présentent un défi unique pour les concepteurs et les opérateurs en termes d'érosion/corrosion inattendue et accélérée. Des solutions de protection de surface éprouvées et robustes, qui peuvent être déployées sur le terrain dans les délais d'exécution, sont donc considérées comme une alternative bienvenue au remplacement répété de l'équipement ou à la superposition de métal soudé.

—Marina Silva est responsable du marketing international pour Integrated Global Services (IGS). La société, dont le siège est en Virginie, est un fournisseur international de solutions de protection de surface.

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