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Les alliages au nickel réduisent les interruptions de fonctionnement dans les centrales
électriques au charbon qui sont confrontées à de graves problèmes de corrosion. By Gerry Sorell
Magazine Nickel, Octobre, 2003 -- Un programme de tests financé par
l'Electric Power Research Institute (EPRI) de Palo Alto, Californie, États-Unis, a démontré que la
technologie de soudage par rechargement est une méthode plus durable que la métallisation à la flamme et
l'application par diffusion pour protéger les tuyaux des centrales électriques au charbon. Ces tests
impliquaient l'exposition simultanée dans une chaudière supercritique chauffée avec un charbon à teneur
élevée en soufre/chlore pendant une durée de jusqu'à 2.5 ans.
On estimait que l'application d'alliages à teneur en nickel résistant à la corrosion par un procédé de soudage par rechargement engendrerait une durée de vie minimum de 8 à 15 ans par rapport à un maximum de 3 à 5 ans pour les revêtements présentant une teneur élevée en chrome.
Cette découverte est très importante pour les exploitants de centrales électriques au charbon, beaucoup desquels ont récemment équipé leurs installations de chaudières à faible émission d'oxydes d'azote (NOx).
Une restriction de la quantité d'air admise dans la zone de combustion principale d'une centrale électrique au charbon réduit l'émission d'oxydes d'azote de ces centrales. Cette technologie à faible émission de NOx s'est avérée tellement efficace pour réduire la pollution atmosphérique que presque toutes les centrales au charbon des États-Unis en sont désormais équipées.
Cette technique crée un environnement de réduction pauvre en oxygène et diminue la température à l'intérieur de la chaudière, empêchant ainsi la production de NOx. Par la suite, une combustion complète est obtenue grâce à l'admission d'air secondaire plus haut dans la chaudière.
Cependant, le grand inconvénient du fonctionnement dans un environnement de réduction locale est la corrosion nettement plus importante des surfaces de tuyaux de la chaudière, c'est-à-dire des tuyaux et des membranes de raccordement qui assurent une obturation étanche retenant les gaz de combustion. Ces tuyaux et membranes sont normalement réalisés en acier au carbone ou en acier faiblement allié. La corrosion accélérée dans la partie inférieure de la chambre de combustion est provoquée par le gaz d'acide sulfhydrique et par les dépôts - en particulier de sulfure de fer - dans les tuyaux. Tant l'acide sulfhydrique que le sulfure de fer sont dérivés du charbon utilisé comme combustible.
Le carbone et les chlorures sont d'autres substances dérivées du charbon contenues dans les dépôts dans les tuyaux qui contribuent à la corrosion. La perte de métal sous de tels dépôts réactifs peut atteindre voire même dépasser 4 mm par an, ce qui correspond, en gros, à dix fois la corrosion typique dans les chaudières non équipées de brûleurs à faible émission de NOx.
La méthode la plus efficace pour protéger les surfaces de tuyaux des chaudières est le soudage par rechargement avec des alliages à teneur en nickel résistant à la corrosion. Les propriétaires et exploitants de centrales électriques considèrent le soudage automatique par rechargement comme une solution durable et peu onéreuse aux problèmes graves concernant les surfaces de tuyaux des chaudières.
Un procédé pour le soudage automatique par rechargement des tuyaux de chaudière a été mis au point au milieu des années 80 par la société Welding Services, Inc. pour protéger les chaudières à déchets dans les usines d'incinération de déchets contre la corrosion induite par les chlorures. A ce jour, cette société à recouvert quelque 20 000 mètres carrés de panneaux de paroi pour des chaudières à déchets en utilisant surtout l'alliage N06625 avec une teneur en nickel d'environ 60%.
Avec l'introduction de la technologie de combustion à faible émission de NOx, la technologie de soudage par rechargement a été adaptée aux grandes chaudières dans les centrales électriques au charbon. Depuis, la société a réalisé environ 20 000 mètres carrés de revêtements pour tuyaux pour plus de 100 chaudières. Les trois matériaux le plus fréquemment utilisés dans le cadre de cette application sont l'acier inoxydable S30900 et les alliages au nickel N06625 et N06022.
Le N06022 est privilégié par rapport au N06625 en raison d'études qui suggèrent que le N06022 offre probablement une meilleure résistance à la sulfidisation. Pour les chaudières qui brûlent des charbons à teneur élevée en soufre / chlorures ou qui sont souvent surchauffées, des revêtements encore plus résistants à la corrosion - réalisés par exemple à partir d'alliages au nickel à teneur élevée en chrome comme le N06030, le N06052, le N06072, le N06110 et le R20033- sont disponibles.
Les machines de soudage par rechargement modernes sont équipées d'un affichage numérique en temps réel des principales spécifications de soudage, comme la tension, le courant, la vitesse d'avancement, le taux d'alimentation en fil, l'oscillation de la machine de soudage, etc., afin d'assurer des propriétés de soudage et une qualité consistantes. Des mesures spécifiques liées à l'application minimisent la distorsion, engendrent un profil de soudure favorable (convexe) et assurent un raccordement continuel et très résistant. Ces raccordements métallurgiques résistent facilement aux contraintes dues à l'expansion thermique différente du métal d'apport en acier inoxydable S30900 et des substrats ferritiques. Ce problème ne se pose pas avec le soudage par rechargement avec du N06625 / N06022 parce que les caractéristiques d'expansion thermique des alliages au nickel et de l'acier au carbone sont assez similaires.
L'application sur place de tels revêtements résistant à la corrosion est réalisée à l'aide d'un procédé de
PSGMAW. Le dépôt du métal d'apport est contrôlé à l'aide d'une séquence pré-programmée afin d'obtenir un
revêtement uniforme. Chaque cordon est partiellement recouvert par le cordon suivant pour assurer un
revêtement complet de l'épaisseur intégrale. L'épaisseur typique du soudage par rechargement conventionnel à
couche unique est de 1.8 mm au minimum, et en général, la dilution du métal n'est pas supérieure à 10%. Les
machines les plus récentes peuvent couvrir de 0.14 à 0.19 mètres carrés par heure. Avec 10 machines, il est
ainsi possible de traiter une surface de 17 à 23 mètres carrés pendant un seul poste de 12 heures.
Gerry Sorell is a consultant to the Nickel Development Institute.
PHOTOS: courtesy of Welding Services Inc.
 Electric Power Research Institute (EPRI) Welding Services, Inc. |
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