Hastelloy C-276 contre C-22 : comment choisir le meilleur matériau pour les raccords et coudes des systèmes de tuyauterie des installations de désulfuration des fumées (FGD)

Hastelloy C-276 contre C-22 : comment choisir le meilleur matériau pour les raccords et coudes des systèmes de tuyauterie des installations de désulfuration des fumées (FGD)

Résumé

Hastelloy C-276 et C-22 sont deux alliages nickels-chrome-molybdène de haut niveau spécialement conçus pour résister aux environnements fortement corrosifs rencontrés dans les systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD) . Bien que les deux alliages offrent des performances exceptionnelles, des différences subtiles dans leurs composition chimique , résistance à la corrosion , et caractéristiques de fabrication rendent chacun particulièrement adapté à des applications FGD spécifiques. Cette analyse technique fournit des recommandations détaillées pour choisir l'alliage optimal pour les raccords et coudes FGD en fonction des conditions réelles de fonctionnement, des considérations économiques ainsi que des exigences en matière de fiabilité à long terme.

1 Composition chimique et propriétés microstructurales

1.1 Comparaison de la composition des alliages

Les différences fondamentales entre ces alliages proviennent de leurs formulations chimiques précises :

Tableau : Comparaison de la composition chimique (en pourcentage massique)

1.2 Caractéristiques métallurgiques

• C-276 : Initialement développé pour résoudre les problèmes de corrosion intergranulaire dans les premières variantes d'alliage Hastelloy C grâce à une teneur contrôlée et faible en carbone et en silicium

• C-22 : Représente une amélioration supplémentaire grâce à un équilibre optimisé entre chrome et molybdène pour une gamme d'applications plus large

• Les deux alliages maintiennent une structure austénitique cubique à faces centrées (FCC) stable, résistante à la sensibilité à la chaleur

2 Résistance à la corrosion dans les environnements de désulfuration des gaz de combustion (FGD)

2.1 Résistance à la corrosion par piqûres et en fissures

Les systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD) créent des conditions agressives nécessitant une résistance exceptionnelle à la corrosion localisée :

• Nombre équivalent de résistance aux piqûres (PREN) :

  • C-276 : PREN ≈ 68-74

  • C-22 : PREN ≈ 65-70

• Température critique de piqûres (CPT) :

  • C-276 : 85-95°C dans des solutions chlorurées acidifiées

  • C-22 : 75-85°C dans des conditions similaires

*La teneur plus élevée en molybdène du C-276 offre une résistance marginalement supérieure à la corrosion par piqûres induite par les chlorures, en particulier dans des conditions stagnantes à l'intérieur des coudes et raccords.*

2.2 Performance dans un environnement FGD spécifique

Condensats acides

Les systèmes de DFG génèrent fréquemment des condensats acides aux chimies variées :

• Brouillard sulfurique : Le C-22 présente des avantages dus à sa teneur plus élevée en chrome

• Acide chlorhydrique : Le C-276 offre de meilleures performances à des concentrations supérieures à 10 %

• Acides mixtes : Le C-22 montre généralement une meilleure résistance dans les mélanges d'acide nitrique/acide chlorhydrique

Conditions oxydantes

• Environnements chlorés : L'avantage du chrome de l'alliage C-22 offre une résistance supérieure

• Chlore gazeux humide : Les deux alliages offrent d'excellentes performances, avec un léger avantage pour le C-22

• Solutions de chlorite/perchlorate : Le C-22 démontre des performances meilleures

3 Propriétés mécaniques et considérations liées à la fabrication

3.1 Comparaison des propriétés mécaniques

Tableau : Propriétés mécaniques typiques à température ambiante

3,2 Caractéristiques de fabrication et de soudage

Opérations de formage

• Formation à froid : Les deux alliages durcissent rapidement lors du travail à froid, nécessitant un recuit intermédiaire

• Formage chaud : Température de travail recommandée : 1120-1170 °C pour les deux alliages

• Formage des coudes : Le C-276 présente une formabilité légèrement meilleure pour les coudes à rayon serré

Performance de soudage

• Résistance à la corrosion aux joints de soudure : Le C-22 démontre une résistance supérieure à la corrosion en zone thermiquement affectée (HAZ)

• Sélection du métal d'apport :

  • C-276 : Généralement soudé avec un métal d'apport ERNiCrMo-4

  • C-22 : Généralement soudé avec un métal d'apport ERNiCrMo-10

• Traitement thermique après soudage : Généralement non nécessaire pour l'un ou l'autre des alliages

4 Recommandations spécifiques pour les systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD)

4.1 Recommandations pour les composants des sous-systèmes FGD

Composants de la zone de lavage

• Têtes de distribution et buses : C-276 préféré pour une résistance supérieure à l'érosion-corrosion

• Éléments séparateurs de gouttes : C-22 recommandé pour une meilleure résistance à l'oxydation

• Revêtement des parois du laveur : Les deux sont adaptés, le choix dépendant de la chimie spécifique

Conduits et systèmes de dérivation

• Vannes d'isolation et joints d'expansion : C-22 préféré pour des conditions oxydantes mixtes

• Coudes et courbes : C-276 recommandé pour sa résistance à l'érosion dans les zones à haute vélocité

• Systèmes pris en charge : Alliage indifférent en fonction des considérations de coût

Raccords et composants spéciaux

• Coudes : Le C-276 est supérieur pour la manipulation des boues contenant des particules abrasives

• Tés et réducteurs : Le C-22 est plus adapté aux conditions en phase vapeur

• Brides et joints à brides : Le C-276 est préféré pour sa résistance à la corrosion sous dénivellation

4.2 Lignes directrices pour le choix en fonction de la température

Applications à basse température (<80°C)

• Les deux alliages se comportent excellentement

• Considérations sur les coûts peut dominer le choix

• C-276 privilégié si les chlorures dépassent 500 ppm

Température intermédiaire (80-100 °C)

• C-276 généralement supérieur pour des conditions réductrices

• C-22 meilleur pour des conditions oxydantes

• Point de décision critique basé sur une chimie spécifique

Haute température (>100 °C)

• C-22 présente des avantages dans les environnements oxydants

• Stabilité thermique les considérations favorisent le C-22

• Les deux alliages nécessitent une conception mécanique soignée

5 Considérations économiques et analyse des coûts sur le cycle de vie

5.1 Comparaison des coûts initiaux

• Prime de coût des matériaux : Le C-22 présente généralement une prime de prix de 15 à 25 % par rapport au C-276

• Coûts de fabrication : Similaires pour les deux alliages, avec de légères variations

• Considérations liées aux stocks : Le C-276 est plus largement disponible dans les raccords standard

5.2 Facteurs de coût sur le cycle de vie

Maintenance et temps d'arrêt

• Intervalles d'inspection : Le C-22 peut permettre des intervalles prolongés dans des conditions oxydantes

• Remplacement des composants : Le C-276 démontre une durée de vie plus longue dans des conditions réductrices

• Exigences de nettoyage : Similaires pour les deux alliages

Conséquences des défaillances

• Coûts d'arrêt imprévus : Dépassent souvent les différences de coûts des matériaux

• Conformité environnementale : Les deux alliages assurent une conformité fiable

• Implications en matière de sécurité : Différence minimale entre les alliages

*Tableau : Analyse comparative des coûts sur le cycle de vie (horizon de 20 ans)*

6 Développements techniques récents et études de cas

6.1 Expérience industrielle et données de performance

Applications de production d'énergie

• Centrales thermiques au charbon : Les deux alliages démontrent une durée de vie de 20 ans et plus dans des systèmes bien conçus

• Installations de valorisation énergétique des déchets : Le C-22 est préféré pour les environnements chimiques complexes

• Les chaudières industrielles : Le C-276 est couramment utilisé pour les systèmes plus simples à chimie prévisible

Validation des performances

• Essais sur le terrain : Plusieurs essais de 5 ans montrent des taux de corrosion inférieurs à 0,1 mm/an pour les deux alliages

• Études en laboratoire : Des tests accélérés confirment les différences de performance prévues

• Analyse des défaillances : Des défaillances rares sont généralement liées à des problèmes de conception/d'exploitation plutôt qu'à des limites des matériaux

6.2 Avancées dans la fabrication

• La fabrication additive : Les deux alliages ont été correctement traités par fusion sélective par laser sur lit de poudre

• Technologies de revêtement : Revêtement par explosion et par soudage disponibles pour les deux

• Normalisation : Disponibilité accrue des raccords standard dans les deux alliages

7 Méthodologie de sélection et cadre décisionnel

7.1 Processus systématique de sélection

Étape 1 : Caractérisation de l'environnement

• Analyse chimique complète des environnements attendus

• Profilage de température et de pression

• Identification des conditions de dérèglement

Étape 2 : Exigences de performance

• Spécification de la durée de vie

• Objectifs de fiabilité

• Philosophie de maintenance

Étape 3 : Analyse économique

• Modélisation des coûts du cycle de vie

• Décision basée sur les risques

• Calcul du coût total de possession

7.2 Outils d'aide à la décision

Protocole d'essai de corrosion

• Essais en laboratoire dans des conditions simulées

• Essais de coupons dans des environnements réels

• Caractérisation électrochimique

Modélisation numérique

• Dynamique des fluides numérique pour la prédiction de l'érosion

• Modélisation thermodynamique pour la stabilité des phases

• Analyse par éléments finis pour l'intégrité mécanique

8 Conclusion et Recommandations

8.1 Lignes directrices générales pour les applications FGD

Préférer l'alliage Hastelloy C-276 lorsque :

• Les concentrations de chlorures dépassent 500 ppm à des températures supérieures à 80 °C

• Les conditions réductrices dominent l'environnement du procédé

• L'érosion-corrosion est un problème important

• La sensibilité au coût est un facteur majeur

Préférer l'alliage Hastelloy C-22 lorsque :

• Les conditions oxydantes sont prédominantes

• Des acides mixtes, y compris des acides oxydants, sont présents

• Un fonctionnement à température plus élevée (>100 °C) est prévu

• Une résistance maximale à la corrosion localisée est requise

8.2 Tendances et évolutions futures

• Solutions hybrides : La sélection d'alliages spécifiques aux composants devient plus courante

• Fabrication Avancée : La fabrication additive permettant d'optimiser les géométries

• Technologies de surveillance : La surveillance de la corrosion par IoT influençant les stratégies de maintenance

• Développements des matériaux : De nouveaux alliages continuent d'apparaître avec des propriétés améliorées

8.3 Recommandation finale

Pour la plupart des raccords et coudes de systèmes FGD, L'alliage Hastelloy C-276 représente le meilleur équilibre entre performances, aptitude à la fabrication et efficacité économique . Cependant, dans les systèmes présentant des conditions d'oxydation importantes, des environnements chimiques complexes ou un fonctionnement à température élevée, L’alliage Hastelloy C-22 justifie son coût plus élevé par des performances et une fiabilité accrues .

La sélection finale doit être basée sur une analyse complète des conditions spécifiques d'utilisation, appuyée par des essais appropriés lorsque cela est nécessaire, et intégrée dans une vision globale des coûts du cycle de vie et des exigences opérationnelles.