Un courant d’eau douce
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La revue spécialisée consacrée au nickel et à ses applications |
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ON PRÉVOIT que la capacité |
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ON ESTIME qu’il en coûtera 95 milliards de dollars US pour doubler la capacité de dessalement
mondiale d’ici 2015. |
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AU MOYEN-ORIENT, il existe environ 7 000 usines de dessalement capables de |
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LES POMPES HAUTE PRESSION sont également faites d’acier inoxydable à teneur en nickel. |
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LA TUYAUTERIE HAUTE PRESSION des usines de dessalement est généralement faite d’acier inoxydable S32750,
dont la teneur en nickel est de 7 %. |
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IL EST PRESQUE CERTAIN que la demande d’aciers inoxydables à haute teneur en nickel augmentera dans les
usines de traitement de l’eau de mer par osmose inverse. |
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CES TUBES sont faits d’acier inoxydable S34565, dont la teneur en nickel est de 17 %. |
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Regard sur l’avenir de l’eau potable
Par Dr. Gerry Crawford
Revue Nickel, novembre 2005 -- De nos jours, au moins
120 pays utilisent un procédé industriel complexe pour transformer de l’eau salée en eau potable.
À mesure que les populations humaines augmentent dans les régions arides et au sein des collectivités insulaires dont les sources d’eau potable sont en déclin ou simplement insuffisantes, le besoin de transformer l’eau de mer et l’eau saumâtre en eau douce se fait pressant.
Lors du congrès mondial de 2005 de l’IDA sur le dessalement et la réutilisation de l’eau (2005 IDA [International Desalination Association] World Congress on Desalination and Water Reuse), H. E. Abdullah Al Hussayen, ministre responsable des questions concernant l’eau et l’électricité (Royaume d’Arabie saoudite), a inauguré la conférence en soulignant l’importance du dessalement et de la gestion de l’eau pour répondre à la demande croissante en eau potable.
Sur la terre, seulement 0,01 % de l’eau est renouvelable et propre à la consommation. À l’échelle mondiale, on estime à 300 milliards de dollars par année les coûts de soins de santé engendrés par l’utilisation d’eau insalubre. Depuis 1955, la croissance démographique, la pollution et les changements climatiques ont réduit de plus de 50 % la quantité d’eau douce disponible par personne.
En raison de telles tendances, l’industrie du dessalement connaît actuellement une expansion rapide. On prévoit en effet que la capacité de dessalement mondiale actuelle de 31 millions de mètres cubes d’eau par jour (m3/j) passera à 62 millions m3/j d’ici 2015. On estime que cette augmentation de capacité coûtera 95 milliards de dollars.
Actuellement, il existe environ 13 600 usines terrestres, capables de produire au moins 100 m3/j d’eau douce. La moitié de ces usines se trouvent au Moyen-Orient, environ 20 % sont dans les Amériques, 13 % en Europe et 12 % en Asie.
On compte cinq procédés commerciaux permettant de transformer l’eau salée en eau douce. Les deux plus répandus, dans des proportions à peu près égales, sont le procédé de distillation par détentes successives et l’osmose inverse. Dans l’un et l’autre de ces procédés, on utilise des matériaux à teneur en nickel en raison de leur grande résistance physique et à la corrosion.
Étant donné que l’on investit chaque année des milliards de dollars dans le but d’accroître la capacité mondiale de dessalement, il est certain que la demande en aciers inoxydables à haute teneur en nickel augmentera dans ce secteur essentiel.
Les aciers inoxydables duplex, super duplex et super-austénitiques deviennent peu à peu les matériaux de choix parce qu’ils présentent une résistance supérieure à la corrosion et qu’ils sont physiquement très résistants. Les aciers inoxydables standards S31603 et S31703 ainsi que le cupronickel, qui demeurent les fiers battants dans le domaine du dessalement (du moins lorsque les températures et les concentrations de chlorure sont peu élevées), ne peuvent simplement pas toujours procurer la fiabilité requise.
Même si les alliages inoxydables à haute teneur en nickel sont plus coûteux à l’unité, leur résistance permet de les utiliser pour fabriquer du matériel de faible calibre, ce qui contribue à réduire à la fois le poids et le coût, au point où les alliages peuvent faire concurrence aux autres matériaux sur le marché. Cet avantage importe d’autant plus du fait que la durée de vie théorique d’usines plus modernes et de plus grande envergure s’accroît (elle est aujourd’hui de 40 ans supérieure en moyenne).
Lors de la conférence de NACE International qui a eu lieu en avril 2005, M. Wilhelm Schleich de KM Europa Metal AG, a passé en revue les propriétés de l’alliage nickel-cuivre C70600 et a présenté les grandes lignes de son application en ce qui concerne l’eau de mer. Selon M. Schleich, on a utilisé, au cours de plusieurs décennies, de nombreux milliers de tonnes de l’alliage C70600 pour fabriquer des conduites d’eau de mer. La propriété la plus remarquable de ce matériau est sa résistance à l’encrassement biologique ainsi qu’à la fissuration causée par la corrosion caverneuse et la corrosion sous contrainte. M. Schleich reconnaît que même si l’acier C70600 est encore l’alliage de choix lorsqu’il s’agit de conduites d’eau de mer, c’est un matériau qui demeure susceptible à l’érosion et à la corrosion galvanique, mais il affirme que cette faiblesse peut être enrayée à l’étape de la conception.
En 2004, la société Outokumpu (anciennement Avesta Polarit AB) a publié deux fiches de renseignements sur les alliages de nickel utilisés dans l’industrie du dessalement. En ce qui concerne les usines de distillation par détentes successives, les recommandations comportaient notamment les suivantes :
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tubes de condenseur (généralement faits d’alliages de titane ou de nickel-cuivre) – alliages S31254, S32750 et S32654;
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tubes et plaques tubulaires d’échangeur de chaleur pour l’eau saumâtre – S32654;
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calandres de chambre de séparation – S32205 (élimine le besoin de revêtement, réduit l’entretien) et S31254, S32654 (surfaces d’étanchéité, raccords à brides); et
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matériaux pour équipement de palier aval – S32205.
Dans le cas des usines de traitement de l’eau de mer par osmose inverse, les recommandations étaient les suivantes :
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pompes haute pression – S31254, S32750 (en présence d’un taux élevé de chlorure) et S32205 (faible taux de chlorure);
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tuyauterie haute pression – S32750.
En 2003, Jan Olsson, et coll., de la société Avesta Polarit AB présentait, dans deux articles de NACE, une liste pratique de divers aciers inoxydables indiquant la performance nominale de chacun de ceux-ci, par ordre ascendant de préférence, soit : S31603, S31703, S32205, N08904, S31254, S32750.
Les auteurs avaient formulé plusieurs conclusions :
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Les alliages S31603 et S31703 ne doivent être utilisés que si l’eau d’alimentation a été désaérée.
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Les alliages S32205 et N08904 sont préférables aux alliages S31603 et S31703 mais ils peuvent également être sujets à la corrosion.
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Il faut avoir recours aux alliages super duplex et super-austénitiques dont la teneur en molybdène est de 6 %, dans le cas de tuyauterie haute pression.
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Les tuyaux soudés peuvent être moins coûteux que les tuyaux sans soudure.
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L’alliage super duplex S32750 peut contribuer à réduire le calibre, le poids et le coût.
Dans un deuxième article publié sur les chambres de distillation en acier inoxydable duplex massif, M. Jan Olsson et ses collaborateurs ont passé en revue les problèmes de corrosion des matériaux dont sont faites de telles chambres et que l’on a observés dans des usines de distillation par détentes successives. Le document traitait de matériaux allant des aciers doux aux divers revêtements époxydiques et métalliques, ainsi qu’aux aciers inoxydables formés par placage. Selon l’article, l’une des solutions de rechange populaires consistait à utiliser de l’acier inoxydable austénitique-ferritique duplex massif 2205 comme matériau de fabrication de la calandre.
En Libye, dans une usine de distillation par détentes successives dont la capacité est de 16 000 m3/j d’eau douce, la grande résistance de l’alliage S32205 a permis d’employer des réservoirs d’évaporateur plus minces et plus légers -- soit environ 30 % plus minces et plus légers que ceux qui sont faits de l’alliage S31603, et ce, à un prix comparable. C’était la première fois que l’on utilisait l’alliage S32205 à l’échelle commerciale pour la fabrication de réservoirs d’évaporateur, depuis que MM. Groth et Olsson avaient initialement proposé d’avoir recours à l’acier inoxydable duplex massif pour cette application, lors d’une conférence qui avait eu lieu à Yokahama (Japon), en 1993.
Lors du congrès mondial de 2005 de l’IDA sur le dessalement et la réutilisation de l’eau, la société Outokumpu a annoncé la sélection de l’acier duplex comme matériau de construction dans le cadre de deux projets : à la nouvelle usine Taweelah B qui sera annexée à l’installation existante, de même qu’à l’usine de Jebel Ali. Dans ces deux usines, on aura recours à de l’acier inoxydable duplex S32205 pour construire la partie inférieure des évaporateurs qui est en contact avec l’eau de mer désaérée et l’on utilisera de l’acier inoxydable duplex S32101 pour la partie supérieure des appareils exposée au condensat moins agressif.
On a largement utilisé l’acier N08367, alliage super-austénitique contenant 6 % de molybdène, 24 % de nickel et 20 % de chrome, dans des applications impliquant la présence d’eau de mer. Toutefois, en 2003, MM. Grubb et Gerlock ont présenté à la NACE, un article décrivant son utilisation dans des applications de dessalement de l’eau de mer dans des usines de distillation par détentes successives et dans des installations ayant recours à l’osmose inverse. On a choisi le matériau à titre de solution de rechange concurrentielle par opposition aux alliages de cuivre traditionnels qui revêtent certains avantages, notamment une conductivité thermique considérable, mais qui est susceptible à la corrosion-érosion sous l’effet de l’écoulement de fluides, particulièrement en présence de matières polluantes, y compris les sulfures et les amines.
L’acier
N08367 est plus coûteux que les alliages nickel-cuivre, mais il demeure concurrentiel par rapport à
ces derniers parce qu’on peut l’utiliser pour fabriquer des composantes plus minces, ce qui réduit leur poids
et leur coût. Au cours des dernières années, les caractéristiques techniques de plusieurs usines ont exigé
cet alliage, y compris en 2002, pour les conduites de prétraitement de la plus vaste usine de dessalement par
osmose inverse de l’hémisphère occidental, installée sur l’île de Trinité. La conception de l’installation
prévoit une capacité de
109 000 m3/j d’eau douce.
En 2003, MM. Francis et Byrne ont souligné que l’alliage de corroyage S32760, dont les teneurs en nickel, en chrome et en molybdène sont respectivement de 7 %, 25 % et 3,5 %, fait partie de systèmes de traitement de l’eau de mer, depuis le milieu des années 1980, et ce, dans un large éventail d’applications. Dans les circuits de refroidissement alimentés à l’eau de mer et dans les réseaux d’extinction d’incendie, toutefois, on a relevé de nombreux problèmes, dont la plupart résident dans la corrosion aux lignes de soudure. Dans l’article qu’ils ont rédigé pour NACE, les auteurs affirment qu’on a surmonté ces difficultés grâce à l’observation de procédures relatives approuvées en matière de soudage, dans le but d’éviter que la phase sigma apparaisse aux lignes de soudure. (L’article indique que la formation de la phase sigma engendre une importante réduction localisée de la résistance à la corrosion.). Par conséquent, l’alliage S32760 est maintenant largement accepté à titre de matériau pour la fabrication de conduites dans les usines de dessalement par osmose inverse et pour celle d’autres composantes, y compris les collecteurs d’eau de mer alimentant les usines de distillation par détentes successives.
En 2001, un article paru dans cette revue mettait en évidence l’application consistant à utiliser de l’acier inoxydable austénitique S34565 pour la fabrication de tuyaux de faible épaisseur de paroi soudés par faisceau laser. De tels tuyaux, destinés à la chambre d’évaporation faisant partie de la phase de récupération de chaleur d’usines de distillation par détentes successives, constituaient une solution économique en remplacement de l’alliage nickel-cuivre 90/10. L’acier S34565 contient 17 % de nickel, 24 % de chrome et 4 % de molybdène.
L’article était fondé sur un article de NACE publié en 2001 par MM. Felton, Oldfield, Peet et coll. qui soulignaient que la corrosion galvanique apparaissait à certaines lignes de soudure entre les tubes et les plaques tubulaires et que d’autres travaux seraient nécessaires pour déterminer quels matériaux seraient les plus appropriés à la fabrication de plaques tubulaires. En 2002, dans un autre document de NACE, les mêmes auteurs concluaient que le matériau le plus approprié pour la fabrication de plaques tubulaires soudées à des tubes faits de l’alliage S34565, serait ce même acier (S34565).
Le but du présent article n’est pas de passer en revue les développements détaillés des dernières années relativement aux alliages à teneur en nickel, dans l’industrie du dessalement. Il est plutôt question de cerner certaines des meilleures solutions et de confirmer que ces alliages sont à la fois essentiels et en demande croissante en ce qui concerne le procédé industriel complexe que constitue la production d’eau potable à partir d’eau de mer.
M. Gerry Crawford, Ph. D., est un consultant technique du Nickel Institute, établi à
Toronto. M. Jim Fritz, Ph. D., consultant technique du Nickel Institute, établi à Pittsburgh, a
apporté une précieuse collaboration à cet article.
ILLUSTRATIONS : Nickel Institute
 La liste ci-dessous contient les articles techniques de NACE (y compris les numéros de référence) qui
ont été utilisés pour compiler l’article ci-haut. On peut consulter tous ces articles par l’entremise de NACE International. |
